本人长期从事农业昆虫学与害虫治理研究，并对昆虫社会性演化及其生态调控机制保持密切的关注，注意到Cui等人在《科学》上发表的研究，并认为该项工作具有重要意义。
导 读
昆虫的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，这是对生态环境变化的适应性进化。这种社会分工的进化使完全变态类群—膜翅目昆虫（蚂蚁、蜜蜂和寄生蜂等）的适应性机制成为学术界关注的重要科学问题。然而，社会性行为在半变态昆虫蜚蠊目中独立演化（白蚁等），且起源更早，但相关研究却被长期忽视。更为重要的是，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。为探究白蚁社会性行为演化的奥秘，Cui等人聚焦具有双亲抚育的木食性蟑螂和具有同胞利他行为的白蚁，揭示了营养特化与社会性演化之间的相互作用，阐明了品级分化的遗传机制，为理解蜚蠊目昆虫亲代抚育和同胞利他行为的形成机制提供了一个新框架。
图1 白蚁中工蚁通过差异营养分配调控品级分化
Cui等人在《Science》期刊发表的研究论文，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三代基因组，并结合关键物种不同发育时期的转录组数据，通过组学比较分析及相关实验验证，揭示了蟑螂-白蚁社会性演化的机制。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进化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。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，为动物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。对木蟑螂和白蚁在不同发育时期的转录组分析表明，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。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方向：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社会分工的分化，形成两个发育命运完全不一样的社会等级。
由此，Cui等人进一步提出了蜚蠊目社会性昆虫的演化模型：（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。
总结与展望
这项研究通过比较研究木蟑螂与白蚁，揭示了社会性昆虫演化的驱动因素，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进化提供了重要见解。这项科学发现不仅阐明了昆虫学或进化生物学的核心科学问题，更为生态学、遗传学及行为科学等研究提供了关键见解。更重要的是，这项研究构建了一个机制性框架，阐明环境信号（如营养）如何通过保守的信号通路转化为复杂的社会表型。这些昆虫“微型工程师”在数亿年演化中形成的生存策略，为人类理解自然复杂性与应对未来挑战提供了宝贵的知识库。
责任编辑
王 慧 The Innovation