专家点评Science | 李胜教授团队在白蚁社会性演化研究中取得重要进展

点评丨 康乐（ 中国科学院动物研究所）、吴孔明（ 中国农业科学院植物保护研究所）

昆虫社会性表现为亲代 抚育 和品级分化，即通过同胞间的利他行为延伸为生殖分工。这种适应性 创新 导致了完全变态 类群—— 膜翅目 昆虫（蚂蚁、蜜蜂和寄生蜂等）的 适应性辐射 ，并得到大量的学术关注 。然而， 社会性行为虽然也在蜚蠊目中独立起源（白蚁等），且起源更早，但相关研究却被长期忽视。 重要的是，社会性起源在蜚蠊目中与杂食性到木食性的转变同时发生，为研究社会性起源提供了独特的模型。

2026 年 01 月 29 日， 华南师范大学生命科学学院 昆虫科学与技术研究所李胜教授团队 联合 中国科学院分子植物科学卓越创新中心詹帅团队等 在 Science 发表了题为

Nutritional specialization and social evolution in woodroaches and termites

李胜研究团队长期 研究 昆虫变态发育的调控机制与演化规律，蜚蠊目昆虫 研究成果中 取得了一系列 重要 进展，揭示了蟑螂为“小强”的分子奥秘 （ Nature Ecology & Evolution, 2025, 2022; Science Advances, 2024; Nature Communications, 2023 , 2018 ; Molecular Biology Evolution, 2022; Cell reports, 2023; Nat ional Science Review , 20 25 ） 。 本研究成果在此基础上开展，探究蜚蠊（蟑螂）演化为白蚁的具体机制。

为探究 白蚁社会性行为演化的奥秘，李胜研究团队 选取 蟑螂 - 白蚁演化中关键节点的 代表性 物种，获得 了 三 种 蟑螂、一 种 半社会性 木蟑螂以及四 种 社会性 白蚁的高质量基因组， 并结合 关键物种不同发育时期的 转录组 数据 ，通过组 学比较 分析 尤其是后续的 功能验证 发现： 1 ）木食性和社会性演化都伴随着大量基因丢失和基因家族收缩 ，表 明社会性蜚蠊的适应性创新并非 源于 新基因的 获得 ，而是由 已有 基因表达的 高效 组合所 驱动 ； 2 ）白蚁中精子 运动相关基因 发生 丢失， 提示 雌性生殖系统内不存在精子竞争， 为 一夫一妻制 的出现作为 生殖利他主义 演化 的 前提 （即汉密尔顿法则） 提供了重要证据 ； 3 ） 不同物种 能量代谢基因的 表达决定了 其整体生长速率，而激素与能量代谢基因网络的差异调控 则 决定了 白蚁 品级分化的方向。 （ 4 ） 在由杂食性向木食性转变的过程中， 木蟑螂采取“守财奴”式的能量节省 模式， 生长速度极慢 ；而 白蚁则采用“能量分配”的 模式 ，尤其是幼蚁被工蚁 抚育 的多寡直接决定 幼蚁的 发育命运： 抚育 太 多则产生大量的保幼激素， 进而 抑制卵巢和翅芽的生长， 最终 发育为工蚁；只有 抚育 适当才可产生适当的保幼激素 ， 从而获得 机会发育为生殖若蚁； 这种能量分配方式 导致 生殖若蚁和工蚁的社会分工，形成两个发育命运完全不一样的社会等级 。

基于以上发现 ， 研究 团队 进一步 提出了社会性在蜚蠊目中的演化模型 ： 1 ）木蟑螂 虽具 群居 及双亲哺育行为 ， 但双亲的滥交 习性不足以促进利他主义，因而未能演化出同胞供养 和 抚育 行为 ； 2 ）单片 巢 型（ 树木既是居所也是食物 ）的木栖白蚁 只有建巢初期具有严格的 一夫一妻制，其同胞亲缘关系在建巢 初期最高 ，但 由于后代在发育后期会优先进行繁殖， 亲缘关系 随巢群发展 逐渐减弱，因此 仅 演 化出有条件的利他 行为 ， 即表现为 假工蚁； 3 ） 离巢 觅食 性 白蚁 则 具有 严格的 一夫一妻制， 且 其同胞亲缘关系在整个蚁群生命周期中始终 维持高位 ，因此 演 化出无条件利他 行为 ，即表现为 真工蚁保持不育状态 。

通过比较研究木蟑螂与白蚁，揭示了社会性演化的驱动因素，绘制了从杂食性独居蟑螂到具有不同社会性程度的白蚁的基因演化图谱，为深入理解昆虫适应性性状的创新提供了重要见解。

华南师范大学昆虫科学与技术研究所李胜教授为本文末位 责任 通讯作者 ，领导了整个研究项目。 中国科学院分子植物科学卓越创新中心詹帅研究员、哥本哈根大学 Jacobus J. Boomsma 教授、悉尼大学 Nathan Lo 教授为本文共同通讯作者 。 华南师范大学昆虫科学与技术研究所崔莹莹副研究员、刘方方助理研究员、袁冬伟副研究员、廖明韬博士后、李昭昕博士后、栾云霞研究员为本文共同第一作者。

专家点评

康乐（ 中国科学院动物研究所）

社会性演化是生物协同适应的重要表现。长期以来，该领域研究多集中于全变态社会性昆虫（如蚂蚁、蜜蜂），而对半变态的 蜚蠊 目 ， 包括营养特化的木食性蜚蠊及其衍生的真社会性白蚁 ， 则因基因组数据质量不足、分子机制解析薄弱， 使该 领域研究 进展相对滞后 ， 难以系统揭示营养适应与社会性进化之间的内在关联。

李胜团队立足于 蜚蠊 目关键类群， 整合 全 基因组、跨发育期 转录组 及多维 度功能 验证，首次在半变态昆虫中系统阐明了 营养特化驱动社会性演化的遗传与生理基础。 其主要突破体现在三个层面： 在 基因组层面 ， 发现社会性 演化 伴随基因组收缩而非扩张，白蚁特异性丢失多个精子运动相关基因（ Cfap47 、 Cfap61 、 Cfap70 和 Cfap74 等），且代谢通路基因家族显著收缩，支持了 一夫一妻制 假说，颠覆了“社会进化依赖新基因产生”的传统认知； 在 表达调控层面 ，揭示能量代谢核心基因（如 OXPHOS 、过氧化物酶体相关基因）在发育速率不同的物种 间表达 差异显著，且在白蚁不同品级中呈现定向分化的表达模式，从而调控生长与分化轨迹； 在 信号通路层面 ，阐明营养感应通路（胰岛素、 EGFR 、 TORC1 ）通过调节保幼激素信号与细胞能量代谢，指导工蚁与 生殖 若 蚁的 品级分化，为 一夫一妻 制驱动专性利他行为 的社会演化路径提供了实验与机制 的 双重证据。

李胜团队 的这一研究 不仅提供了宝贵的基因组资源， 更首 次系统解析了 半 变态社会 性 昆虫的营养特化 — 社会 演化的 关联机制，填补了不同变态类型社会 性 昆虫 演化 比较的关键缺口 ， 将宏观的汉密尔顿规则与微观的基因表达调控网络直接关联 起来 ， 强化了汉密尔顿亲属选择理论中 “ 一夫一妻 制假说 ” 的普适性 ，是领域内一项里程碑式的工作。

专家点评

吴孔明（ 中国农业科学院植物保护研究所）

动物从独居生活迈向复杂社会性的演化历程，是 生物学中一个引人入胜的 重要 问题 。传统研究多依赖行为观察和生态学解释，而对支撑这一根本性转变的内在基因组重塑机制知之甚少。理解社会性起源的“基因密码”，是揭示合作与利他行为演化根源的关键。

华南师范大学 李胜团队的这项研究，聚焦 从 没有社会性的蟑螂到具备双亲抚育的隐尾 蠊 、再到具有高度利他行为的社会性白蚁的演化过程 ，从中选取了有代表性的 八个物种 ，通过系统比较其全 基因组 和 转录组 数据 ， 并结合后续实验验证 ， 取得了重要突破 。 研究 发现 ，伴随其生态位特化——即以营养贫乏的朽木为食，物种基因组呈现逐步收缩的趋势 ，并精准定位了驱动亲代抚育和社会分工演化的关键基因变化。 研究阐明了 隐尾 蠊 因为 能量代谢相关基因 表达水平的下降 而导致的子代发育迟缓，这从分子层面解释了双亲抚育 在贫瘠环境中的生存必要性 ；同时发现白蚁精子运动关键基因 的丢失 ，固化了一夫一妻制的繁殖基础。 更为重要的是， 研究发现了昆虫社会性演化的 一个核心逻辑 ：白蚁通过大规模重组了既有的、与环境营养状态紧密 关联 的核心发育信号通路（如保幼激素、胰岛素、 EGFR 、 Dpp 等 ） ，构建了一套 响应环境资源条件 的精巧调控 系统，从而 实现了工蚁（早期高代谢以承担劳动）与繁殖蚁（晚期高代谢以保障生殖）的发育 分化。

这项工作是动物社会性演化研究领域的一项里程碑式成果 ， 首次将 生态适应（营养 缺乏的 朽木环境） 、 遗传变异 （基因组收缩与关键基因功能演化）和 发育可塑性 （信号通路 基因表达的重组 ）三者 系统 性地 整合 在一起 ， 为“环境 - 基因 - 表型 ” 的协同演化提供了 一个 完整 的 案例 。 该研究 提出的 “ 营养 - 信号通路协同演化 ” 模型，不仅解释了白蚁这一 “ 超个体 ” 社群如何实现稳态运行，更为我们理解包括其他昆虫、乃至哺乳动物在内的社会性演化普遍规律，提供了一个强大的全新理论框架。这项研究 标志着社会生物学进入一个可在 明确 生态背景下追溯与解析基因演化机制的新阶段 。

10.1126/science.adt2178

制版人： 十一

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