[动物世界]昆虫社会组织形式的演变

【字体: 时间:2017年04月01日 来源:生物通

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  传统的昆虫复杂社会形式的进化研究,一般依靠陆地昆虫资料的收集。一群哥伦比亚大学的研究人员创新性地讨论了这一复杂的社会系统的进化过程。

  

生物通报道:著名的观赏虾类,枪虾(snapping shrimps),在全世界大约有600多种,螯一大一小。它们生活在热带海洋的浅水区域,猎食时会将巨螯迅速合上,喷射出一道时速高达100km/h的水流,将猎物(如小鱼、小虾、小螃蟹等)击晕甚至杀死。这样高速的水流会发生气穴现象(cavitation),形成一个极小的低压气泡,这些气泡从发出到破裂只有十亿分之一秒的时间,而且爆破的时候温度会达到4700度,所以它们很容易捕获猎物。当水压回复正常,气泡崩裂并发出啪嗒的声音。若一群枪虾同时闭合它们的巨螯,发出的声音足以让潜水艇躲过声纳探测器的追踪。

尽管在系统发生上以及生态学上都与昆虫不同,枪虾的社会性演变同样遵循着“亚社会性路线(subsocial route)”。亚社会性的概念始于约50年前,被用来形容某些昆虫不具明显的社会性,但具有近似社会性行为的特性。

除了简单的雌雄成对社会组织形式,枪虾和许多其他动物中有一些比较复杂的社会组织形式,包括由一名雌性个体主导繁殖行为的昆虫样群居(eusociality),以及繁殖分配更为均匀的公共哺育(communal breeding)。虽然简单到复杂的进化过程我们仍不清楚,但是基于陆地某些昆虫的研究,如蚂蚁、蜜蜂、黄蜂和白蚁等,产生两种竞争假设:1.群居和公共哺育分别是各自演化的终点;2.公共哺育是群居的一个中间过渡态。

研究人员另辟蹊径潜入大海,从居住在海绵里的枪虾入手,探究了两种进化假设。

Synalpheus属的枪虾是已知的唯一一种昆虫样群居海洋动物。大多数时候是简单的成对生活,但是也有公共哺育和群居的社会组织形式。同一个物种,同时存在三种不同的社会组织形式的情况实属罕见,从简单到复杂的进化过程是如何在海洋环境中实现的呢?

为了找到答案,近30年间,Dustin Rubenstein副教授实验室的博后学者Solomon Tin Chi Chak和他的同事们收集了来自加勒比海的大量枪虾样本。对超过30种枪虾进行种群特征分析,研究人员将这些特征按照成对、公共哺育、和群居进行聚类。

他们的分析结果发表于Nature子刊生态和进化杂志。结果显示群居和公共哺育都来自成对生活的祖先,但它们的进化完全是两条不同的路径,并且分别是两条进化路径的终点。进化模型显示,只有当孵化地点集中在家附近的海绵时,才会产生群居社会性。

“我们的研究表明,虾类群居的唯一方式是以家庭为单位,家庭成员由父母和后代组成,” Chak说道,“而某些共同生活的虾类,至始至终都不会演化为群居生活”。

这项发现肯定了亲缘选择(kin selection)的重要性,并为其他动物的社会性进化提供了一个大致的模型。

原文标题:Evolutionary transitions towards eusociality in snapping shrimps

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