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研究人员为解释白蚁有翅生殖蚁(alates)性比偏差,构建模型分析 97 种白蚁,发现多种影响因素,为白蚁性比研究提供框架。
在奇妙的昆虫世界里,白蚁作为社会性昆虫的代表,一直吸引着众多生物学家的目光。它们构建起复杂的社会结构,分工明确,有着独特的繁殖与生存策略。然而,长期以来,一个困扰科学界的谜题是:在白蚁群体中,性别比例似乎并不遵循传统的理论预期。
按照经典的性比理论,在二倍体生物中,两性投资应趋于平衡。但在白蚁的利他者和有翅生殖蚁中,却出现了极端的性比偏差现象。这一偏差背后隐藏着怎样的奥秘?它又与白蚁的繁殖、遗传以及社会结构有着怎样千丝万缕的联系?为了揭开这些谜团,来自冲绳科学技术大学院大学(Okinawa Institute of Science & Technology Graduate University)和布鲁塞尔自由大学(Université Libre de Bruxelles)的研究人员 Simon Hellemans、Thomas Bourguignon 和 Yves Roisin 开展了深入研究,相关成果发表在《Communications Biology》杂志上。
研究人员首先面临的挑战是如何构建一个能够解释白蚁性比偏差的理论框架。他们在已有研究基础上,对 Kobayashi 等人提出的性不对称近交性比模型进行了拓展。新构建的模型纳入了分区有性和孤雌生殖、性别相关的亲缘不对称等因素,并充分考虑了种姓发育系统对性比的影响。这一框架从原始生殖蚁和利他者的不同视角出发,为后续研究提供了有力的理论支撑。
在数据收集方面,研究人员广泛查阅资料,精心整理了截至目前的 97 种白蚁的有翅生殖蚁性比数据。针对这些数据,他们运用多种统计分析方法,深入探究性比偏差的模式及其背后的潜在因素。同时,研究人员选取了 13 种具有可用人口统计数据的白蚁物种,对新构建的模型以及基于同性竞争的模型进行了严格测试。
研究结果显示,在所有白蚁物种中,有翅生殖蚁的数量性比总体上较为平衡,但不同分类群之间存在显著差异。部分物种的性比呈现出明显的偏差,例如,一些物种的有翅生殖蚁性比偏向雌性,而另一些则偏向雄性。进一步分析发现,性二态性、性别不对称近交、有性和孤雌生殖的不完全利用、性连锁基因组遗传、同性竞争以及种姓发育限制等多种因素,共同影响着有翅生殖蚁的性比。
具体而言,在某些物种中,性二态性是导致有翅生殖蚁投资性比偏差的重要原因。像 Hodotermes mossambicus、Pseudacanthotermes militaris 等物种,雌性有翅生殖蚁的体型明显大于雄性,这使得它们在投资性比上偏向雌性。而对于采用无性蚁后继承(AQS)系统的物种,研究模型能够较为准确地预测其有翅生殖蚁性比偏向雌性的趋势。
在同性竞争方面,虽然局部资源竞争(LRC)模型在多数情况下对有翅生殖蚁性比的预测效果不佳,但在 Coptotermes lacteus 等物种中,却能很好地解释其性比偏差现象。在这些物种中,新蚁后之间的竞争导致了性比偏向雄性,以减少近亲雌性之间的竞争。
种姓系统也对有翅生殖蚁性比有着重要影响。在具有分叉发育模式的物种中,如 Trinervitermes,士兵和工蚁的性别专业化导致了有翅生殖蚁性比的偏差。在该物种中,士兵通常为雄性,而工蚁大多为雌性,这使得有翅生殖蚁的性比偏向雌性。
这项研究的意义重大。它为白蚁性比和冲突研究提供了一个整合性的框架,使人们对白蚁的性别投资策略有了更深入的理解。通过揭示影响性比的多种因素,研究人员朝着建立一个普遍适用的白蚁性比理论迈出了重要一步。这不仅有助于我们更好地理解白蚁的进化和生态,还为后续研究社会性昆虫的性别分配机制提供了宝贵的参考。
研究人员为开展这项研究,主要运用了以下几种关键技术方法:一是文献调研,全面收集已发表的白蚁有翅生殖蚁性比数据;二是构建模型,包括基于生殖蚁视角的创始人广义模型(FG)、基于利他者视角的广义模型(AG)和利他者性别平均模型(ASA),以及基于同性竞争的局部配偶竞争(LMC)和局部资源竞争(LRC)模型;三是统计分析,运用线性混合回归、二项式检验、方差分析等多种统计方法,对数据进行深入分析。
综上所述,本研究通过深入分析白蚁有翅生殖蚁的性比偏差现象,揭示了多种影响因素,为白蚁性比研究提供了重要的理论框架和实证依据。尽管目前的研究还存在一定的局限性,如样本数量有限等,但它为未来的研究指明了方向。相信在后续研究中,随着更多数据的积累和研究方法的改进,人们将对白蚁的性别投资策略有更全面、更深入的认识。