@ 2015.11.01 , 08:15

为什么有些昆虫会杀死它们的母亲

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加州大学河滨分校昆虫学家Kevin J. Loope用于研究的观察蜂巢。Credit: Barrett Klein.

几年前的一天,加州大学河滨分校博士后研究员昆虫学家Kevin J. Loope在哥斯达黎加研究胡蜂时,开始读到一些社会性昆虫的神秘弑母行为。大多数社会性昆虫,如蜜蜂、蚂蚁和胡蜂中,工蚁(蜂)都是雌性,终生工作帮助女王产生新后代。然而,在文献中Loope发现了工蜂杀害蜂王的传闻,这提出了一个迷人的进化之谜。

“杀死蜂后的观察对我来说是矛盾的,”Loope说,“为什么在某些情况下,帮助蜂后是有益的,而在其它情况下杀死蜂后也是有益的?什么能揭示有些蜂后被杀死而有些没有,以及到底为什么要杀死蜂后?大多数人认为社会性昆虫是工蜂劳苦地为女王或群落卖命,但看来工蜂们其实更加算计,并根据它们所处情况帮助或伤害女王。”

为了探索这个谜题,Loope在实验室建立了胡蜂的观察群落,用摄像机持续拍摄,并记录何时发生弑母。他也收集野生群落来增加样本大小,用成熟的无蜂后群落引发弑母。他对胡蜂进行的行为观察和遗传分析显示,当它们处于有大量同父母兄弟姐妹的群落时,工蜂会杀死蜂后,而在混合同父母和同母异父兄弟姐妹的群落中则不会。

“工蜂们在评估它们群落的情况,并仅当群落的遗传组成使得这样做有利时才决定反抗女王,”Loope说,“其主要的好处是让你的工蜂姐妹而不是蜂后产下雄卵,蜂后通常通过吃卵、攻击繁殖的工蜂、以及生下大量自己的卵来阻止工蜂繁殖。通过通过消除女王,一个弑母工蜂就允许其它工蜂和自己能产下雄卵。”

工蜂做育幼的所有工作,它们觅食、喂养后代和王后,建造巢穴并保护它,只是偶尔他们才尝试繁殖。雄性在年底出生,并与新蜂后□□,然后由于它们遗传系统的一个怪异之处,雄性就死了。这使得它们能够与女王竞争雄性的生产。

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加州大学河滨分校博士后研究员昆虫学家Kevin J. Loope在采集一个年轻的胡蜂群落。Credit: Barrett Klein.

“因此就会有弑母,”Loope说,“工蜂并不是无论如何都没有想法地效忠女王的机器,它们只在环境合适时才无私地放弃繁殖,但当对它有益时就会反抗。”

该研究是少数几项研究之一,表明工蜂可以评估群落中同胞和半同胞兄弟姐妹的相对比例,并当产生利益冲突时作出响应,例如扶养工蜂的儿子们或是蜂后的儿子们。

“在高度完全社会性物种中对于女王的利他行为通常是无条件的,”Loope说,“然而,这项研究提供了对杀害蜂后行为的第一次彻底调查,这是许多蜜蜂和黄蜂群落生活中共同但难以观察的事件。我想出了一个方法来使用视频持续观察群落,这允许了对这种行为的第一次视频观察。”

该研究结果今天在线发表在《当代生物学》。

Loope解释说一个群落的遗传组成由女王□□多少次(通常一次或两次),以及如果她□□了两次,她如何均匀使用两个雄性的精子而决定。他发现,经历了弑母的群落比没有的群落具有更大比例的全同胞(测量自群落成员间的平均亲缘度)。

“这种模式由蜂后的□□次数驱动,以及□□两次的蜂后使用精子的均匀度,表明工蜂能区分这些不同种类的蜂后,”Loope说,“单父群落中的弑母工蜂受益于弑母是因为她导致群落扶养其它工蜂的儿子们,而不是蜂后的,在这样的群落中,工蜂与工蜂的儿子们的亲缘比与蜂后的儿子们更近。

“亲缘选择理论是进化理论的一种扩展,它预测会进化出偏爱近亲超过远亲的行为;同母异父兄弟姐妹们比兄弟姐妹们亲缘更远,所以在有很多半同胞的群落里弑母的益处不大。”Loope补充道,“因此,这项研究以群落间行为变化对亲属选择理论提供了罕见的支持。工蜂们正如亲属选择理论所预测的那样对它们群落的组成作出响应。”

Loope现在正在努力理解胡蜂与其它物种的互动可能如何造就社会组织的变迁。

本文译自 phys,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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