综述:白蚁社会免疫研究的新叙事

《Trends Open》:A new narrative for social immunity research in termites

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月07日 来源:Trends Open

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  昆虫社会中的近缘工蚁通过执行高成本的群体防御任务获得间接适合度(indirect fitness)收益,从而促进了卫生性状(hygienic traits)的演化。在蚂蚁以及许多蜜蜂和胡蜂中,严格的生殖分工意味着对卫生性状的表达具有明确的预测性。然而,白蚁不同

  
昆虫社会中的近缘工蚁通过执行高成本的群体防御任务获得间接适合度(indirect fitness)收益,从而促进了卫生性状(hygienic traits)的演化。在蚂蚁以及许多蜜蜂和胡蜂中,严格的生殖分工意味着对卫生性状的表达具有明确的预测性。然而,白蚁不同于这些典型的膜翅目(Hymenoptera)社会模式,因为它们表现出高度的发育可塑性(developmental plasticity),其工蚁品级(worker caste)在生殖潜力上存在差异。因此,白蚁是探索利他性卫生性状演化起源的理想研究系统。在本综述中,研究人员基于适合度前景(fitness prospects)识别了稳健的社会组织(social organisation)类型,并总结了当前对白蚁卫生性状表达的认识。研究人员还围绕发育灵活性和适合度构建了一个概念框架,据此概述了未来研究的关键空白与假说,以期对社会免疫(social immunity)的演化与表达提供新的见解。
社会组织与免疫
社会演化的重大转变涉及从个体到协作生命形式的组织变革,这种转变促成了生殖利他主义(reproductive altruism),即通过帮助亲属获得的间接适合度(indirect fitness)收益被优先于自身繁殖带来的直接适合度(direct fitness)收益。在蚂蚁和蜜蜂等永久性分化生殖品级与不育品级的超个体(superorganism)社会昆虫中,广义适合度利益与群体成功完全一致;而在白蚁这类生殖分工较为灵活的社会中,利他行为的表达可能更具情境依赖性。免疫被视为连接生殖可塑性与利他行为的重要机制,其不仅抵御外源威胁,还限制自私剥削,从而在维护个体适合度利益的同时保持群体完整性,即社会免疫(social immunity)。根据广义适合度理论(inclusive fitness theory)及Hamilton法则,当群体成员间亲缘度高且适合度利益完全一致时,利他性社会免疫性状应为无条件表达;而在生殖合作兼性的系统中,社会免疫则可能是条件性的,仅在帮助亲属的收益超过个体直接适合度成本时表达。
基于适合度潜力的社会组织与社会免疫预测
许多卫生机制(如自我理毛与异体理毛)在独居和亚社会物种中已有报道,表明社会免疫的重要组分在向高级社会性转变之前已经演化。白蚁的现存姊妹类群——隐尾蠊属(Cryptocercus)无翅亚社会木蟑螂保留了祖先的渐变态发育途径,其异体理毛和革兰氏阴性结合蛋白(GNBPs)等免疫组分的存在支持社会免疫性状组分在白蚁祖先中已经出现并可能对社会性的演化至关重要的假说。
线性和全能型
该类型代表白蚁的祖征条件,具有渐进、退行和静止蜕皮的发育灵活性,幼虫和若虫可发育为补充生殖蚁(neotenics),并存在不育兵蚁品级及间级兵蚁。预测认为,初期蚁巢阶段所有后代仅能获得间接适合度收益,社会免疫以亲代照顾和跨代免疫启动(transgenerational immune priming)的形式表达;随着蚁群增长,策略将混合出现。不育兵蚁应始终投资于群体防御和社会免疫,而生殖蚁和工蚁则需在直接与间接繁殖之间与利他性卫生行为进行权衡。
分叉且灵活型
个体早期不可逆地分化为具翅芽的若虫系和不具翅芽的工蚁系。工蚁系保留一定发育灵活性,可成为具有直接繁殖能力的工蚁型补充生殖蚁(ergatoid neotenics),但其发生罕见且具条件性,多数工蚁实际被限制为终身不育。因此,工蚁系个体的选择主要反映间接适合度回报,代价高昂的社会免疫性状表达应与工蚁型补充生殖蚁的发生频率呈负相关。
有或无若虫型补充生殖蚁的分叉型
工蚁系被切断直接繁殖途径,因而被锁定在无条件利他状态,应表达无条件社会免疫;走向有翅成虫的个体则不应表达利他性状;若虫型补充生殖蚁(nymphoid neotenics)的直接繁殖前景不明确,可能条件性表达社会免疫。
白蚁系统发育中的社会组织系统
将分类框架映射到最新白蚁系统发育树上显示,这些组织类型并非单系,而是多个谱系独立演化出相似的社会组织形式,表明社会复杂性的增加并非线性的渐进过程。这一格局意味着社会免疫性状表达存在预期变异,需填补对白蚁社会组织的认知空白,并为趋同演化性状的比较分析提供大量机会。
白蚁社会免疫性状的分布是否符合社会组织?
文献综合显示,社会免疫性状的检测零散且不均衡,存在严重的分类学偏差。十一个科或亚科尚无研究,Termitidae科尤其匮乏;Coptotermes和Reticulitermes属占全部研究的55%,Nasutitermes、Macrotermes、Hodotermes和Zootermopsis属占21%–30%。病原靶标方面,超过56%的研究探索对绿僵菌(Metarhizium)、白僵菌(Beauveria)或芽孢杆菌(Bacillus)的响应,88%的研究使用非乡土菌株。理毛行为因其降低病原载量、减轻感染暴露与传播的预防作用而被广泛研究,被视为近乎普遍且演化保守的行为免疫策略。现有数据不足以严格评估社会免疫性状与社会组织类型之间的关联。
迈向白蚁社会免疫的条件性框架
将适合度前景整合到可检验的社会免疫表达框架中
条件性社会免疫假说预测,个体仅在适合度利益有利时投资于卫生行为。据此提出:直接适合度潜力低或可忽略的个体应对病原信号持续表现出高水平的卫生反应,而发育灵活的个体(如可能成为补充生殖蚁的工蚁、假工蚁或若虫)可表达条件依赖的社会免疫;兵蚁因形态约束可能减少理毛行为,但可通过防御或抗菌机制贡献免疫;若虫对群体卫生的投资可能低于工蚁,且随接近成虫而下降。
个体发育复杂性与潜能
在双叉型品级系统中,若工蚁系补充生殖蚁罕见,则工蚁形成工蚁型补充生殖蚁的潜力较低,其直接与间接适合度的成本收益比在功能上等同于永久不育(功能性不育,functional sterility)。蚁巢不稳定可能改变工蚁的繁殖机会。无性蚁后继承(Asexual Queen Succession, AQS)通过孤雌生殖产生补充蚁后以增加蚁群繁殖能力与寿命,可能减少个体工蚁的直接繁殖机会,需区分工蚁系繁殖潜力与蚁后系继承对卫生表达的影响。
蚁巢年龄轨迹
蚁巢建立初期的第一批后代几乎没有获得直接适合度收益的潜力,适合度前景完全为间接性,蚁王、蚁后和首批工蚁应优先投资社会免疫;随着蚁群增长和繁殖机会出现,卫生投资应反映品级特异的适合度利益。可通过跨发育阶段的蚁巢纵向取样检验卫生投资是否随蚁巢年龄变化。
蚁巢合并
蚁巢融合降低群体平均亲缘度,从而降低合作投资的间接适合度收益;融合后防御品级和合作行为可能成为公共物品,其收益由群体共享而成本由投资方承担,可能引发生殖竞争与自私策略。但部分物种(如Silvestritermes euamignathus)融合后可形成稳定混合家庭群体,Reticulitermes flavipes工蚁对原巢友与非巢友的理毛行为无差异,表明融合后的社会免疫表达受环境严峻性和生殖优势动态的调节。
病原压力
觅食生物学、食性、筑巢基质和微生物组多样性共同塑造病原暴露风险与群体保护水平。巢体结构可充当物理屏障,限制病原进入或在群体内传播;巢相关微生物群落(如粪便或纸板巢材料中的共生细菌)可抑制拮抗微生物。高病原负荷或高毒力可能改变全能型工蚁的决策,使其在自私繁殖行为与群体清洁投资之间权衡。病原压力与社会组织的相互作用具有情境依赖性,繁殖激励、病原特征、觅食生态、巢结构和微生物防御共同决定特定社会免疫性状的表达。
结论
该框架凸显了白蚁与膜翅目社会昆虫在组织方式上的显著差异。未来工作的三大优先方向为:使用生态相关病原、填补白蚁各谱系社会免疫研究的重大空白(尤其是Termitidae科)以及加强比较分析。白蚁现存社会组织的多样性为检验利他性卫生性状演化的普适假说提供了天然实验体系。
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