1月29日，《科学》刊发了华南师范大学生命科学学院教授李胜团队与合作者的最新成果。“我们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，为理解昆虫适应性演化提供全新理论框架。”论文最后通讯作者李胜对《中国科学报》表示。

“这一成果不仅在动物社会性演化研究领域具有里程碑意义，也标志着社会生物学进入可在明确生态背景下追溯与解析基因演化机制的新阶段。”中国工程院院士吴孔明认为，该研究首次将生态适应、遗传变异和发育可塑性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。

李胜团队。研究团队供图，下同

记者了解到，这是华南师范大学以第一单位发表在《科学》主刊的论文，对于学校和李胜团队而言都有着里程碑式的意义。李胜表示，该研究不仅解答了“白蚁社会性从何而来”的核心科学问题，也为理解更广泛的昆虫乃至动物适应性演化提供了全新视角。

冷门赛道的独特探索

论文第一作者、华南师范大学生命科学学院副研究员崔莹莹表示，以往的社会性演化研究多依赖于行为观察和生态学的解释，对其内在的基因演化机制知之甚少。为揭开白蚁社会性行为演化的奥秘，李胜团队以组学数据为突破口，选取蟑螂-白蚁社会性演化关键节点的代表性物种，获取了三种蟑螂、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以及关键物种不同发育时期的转录组数据。

据介绍，通过多组学比较分析与后续功能验证，李胜团队有了诸多重要发现：木食性和社会性演化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获得，而是由已有基因高效组合表达驱动；白蚁中精子运动相关基因丢失，表明雌性生殖系统内无精子竞争，为一夫一妻制的出现作为生殖利他主义演化前提提供了重要证据；不同物种能量代谢基因表达决定整体生长速率，激素与能量代谢基因网络的差异调控决定白蚁品级分化方向。

论文共同第一作者、华南师范大学生命科学学院助理研究员刘方方进一步解释：在由杂食性向木食性转变过程中，木蟑螂采取“守财奴”式能量节省模式，生长速度极慢；白蚁则采用“能量分配”模式，幼蚁被工蚁抚育的多少直接决定其发育命运。抚育过多，保幼激素大量产生，抑制卵巢和翅芽生长，最终发育为工蚁；抚育适当，才能产生适量保幼激素，有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形成社会分工，产生两个发育命运完全不同的社会等级。

李胜。

基于这些发现，李胜团队提出了社会性在蜚蠊目中的演化模型：木蟑螂虽具群居及双亲哺育行为，但双亲滥交习性不足以促进利他主义，未演化出同胞供养和抚育行为；单片巢型木栖白蚁所在树木既是居所也是食物，建巢初期有严格一夫一妻制，同胞亲缘关系在建巢初期最高，但后代发育后期优先繁殖，亲缘关系随巢群发展减弱，仅演化出有条件利他行为，表现为假工蚁；离巢觅食性白蚁有严格一夫一妻制，同胞亲缘关系在整个蚁群生命周期中始终维持高位，演化出无条件利他行为，表现为真工蚁保持不育状态。

论文共同第一作者、华南师范大学生命科学学院副研究员袁冬伟表示，团队长期致力于昆虫变态发育的调控机制与演化规律研究，在蜚蠊目昆虫研究方面取得一系列重要进展，揭示了蟑螂“小强”特性的分子奥秘。此次最新研究成果正是在这些基础上开展，团队自身多年的研究积累，让这一“冷门选题”得以顺利开展。

李胜表示，团队已掌握蜚蠊目昆虫的基因特征和研究方法，同一目的白蚁作为蟑螂近缘类群，研究起来自然水到渠成。自身优势、独特模型和学术空白的三重契合，坚定了团队锁定这一课题的决心。

梦境启发的关键突破

昆虫社会性行为，如亲代抚育和品级分化，是自然界中极为引人注目的适应性创新。社会性昆虫凭借同胞间的利他行为与生殖分工，构建起高度组织化的群体。长期以来，相关研究多聚焦于完全变态的膜翅目昆虫，像蚂蚁、蜜蜂等，而蜚蠊目（蟑螂、白蚁）社会性起源更早（约1.5亿年前）且具有独特的木食性特征，却长期被学界忽视。

木食性蟑螂与白蚁以不同方式克服取食枯木所致的营养缺陷限制。

实际上，蜚蠊目昆虫社会性起源与杂食性到木食性的转变同时发生，这为研究社会性起源提供了独一无二的模型。李胜团队深耕蜚蠊目昆虫研究多年，一个关键学术发现成为开启此次研究的契机：美洲大蠊与白蚁的亲缘关系，比常见的德国小蠊更近。这种近缘关系，让美洲大蠊成为衔接祖先蟑螂独居特性与白蚁复杂社会行为的理想研究载体。而且，白蚁演化具有不可替代的独特性，其社会性核心的生殖分工与利他行为，恰好与杂食性到木食性的转变同步，在自然界中是独一无二的。

在李胜看来，“抚育实验”是本次研究“最精彩的部分”，而这一关键实验的灵感竟源于一场梦境。李胜回忆，有一次参观白蚁培养后深受启发，当晚做梦时突然想到可以反向设计实验—用不同比例的工蚁照顾幼蚁，观察会发生什么。醒来后，他立刻将想法告知负责实验的学生，尝试设置“多只工蚁照料”和“少数工蚁照料”的对比组。

实验结果完美印证了猜想：白蚁幼蚁的发育和品级分化完全由工蚁的抚育强度决定。抚育过多，保幼激素累积，抑制卵巢和翅芽发育，最终成为不育的“工蚁”；抚育适度，幼蚁才有可能发育为生殖蚁。这个充满偶然性的灵感，验证了白蚁“抚育行为-激素调控-品级分化”的发育链条，为解释社会性昆虫的分工现象提供了核心证据。

木食性蟑螂双亲抚育与白蚁同胞利他行为的演化。

吴孔明指出，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，提供了强大的全新理论框架。

跨国协作的科研范式

在国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目资助下，李胜团队联合中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员詹帅团队、丹麦哥本哈根大学教授Jacobus J. Boomsma团队、澳大利亚悉尼大学教授Nathan Lo团队等开展深入合作，共同围绕具有双亲抚育的木食性蟑螂和具有同胞利他行为的白蚁，系统探究了白蚁社会性演化的内在机制。

论文共同通讯作者、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员詹帅指出，这一重磅成果的背后，是团队跨越国界的攻坚与协作。

李胜指导学生实验。

为获取关键样本，团队成员足迹遍布哥伦比亚、澳大利亚等多个国家和地区。“很多物种中国没有，我们只能联合当地合作者一起寻找，过程充满未知。”李胜回忆道。尽管困难重重，团队依然坚持不放过任何线索，历时近两年集齐了研究所需样本。

“合作的核心是诚信与尊重，要让每个团队的优势都能充分发挥。”作为项目主导者，李胜整合了国内外团队的优势资源。国内团队擅长分子机制验证和基因组分析，国外团队在理论构建和生态演化分析上独具优势。在李胜的组织下，各团队紧密配合、各司其职。

在撰写论文过程中，与哥本哈根大学的合作让李胜印象深刻。70多岁高龄的Koos Boomsma教授依然保持着极高的科研热情，7小时的时差意外成为研究加速器。“我常常深夜写完初稿发给他，第二天就能收到修改意见，文章很快就能写好。”李胜笑着说。这一跨国协作过程，生动体现了团队合作在科研推进中的关键作用。

从蟑螂到白蚁，从个体发育到群体社会，李胜团队用30余载的深耕，书写了基础研究的坚守与创新。回顾科研经历，李胜认为，基础研究没有捷径，唯有坚持兴趣、深耕不辍，才能在未知领域有所突破。“科研道路上，兴趣是动力，坚持是关键，要学会在积累中寻找突破，在协作中共同成长。”

中国科学院院士康乐评价，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。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adt2178