蜜蜂基因之間的沖突支持利他行為理論

國(guó)外蜂業(yè)信息

利用現(xiàn)代遺傳學(xué)研究手段，一組研究人員為長(zhǎng)期存在但備受爭(zhēng)議的親緣選擇進(jìn)化論提供了有力支持，表明利他行為以一種把基因傳遞給下一代的方式而存在。研究人員有：賓西法尼亞州立大學(xué)的昆蟲學(xué)杰出教授Christina Grozinger、博士后學(xué)者David Galbraith；華盛頓大學(xué)教授David Queller，Spencer T.Olin等。

研究人員通過觀察雌性工蜂的社會(huì)行為對(duì)親緣選擇進(jìn)行研究。他們發(fā)現(xiàn)工蜂從蜂王繼承的基因—母系基因指導(dǎo)著工蜂的利他行為，工蜂放棄生產(chǎn)它們自己的后代而去幫助撫育其兄弟姐妹。當(dāng)蜂王死后，工蜂開始自顧自地相互競(jìng)爭(zhēng)而產(chǎn)卵。它們從不同父本繼承的基因-父系基因指導(dǎo)這種行為。

Grozinger說：“我們通常認(rèn)為蜜蜂是理想的合作伙伴，蜂群中所有成員一起和諧的工作。我們的研究證明確實(shí)是有沖突的，稱作基因組內(nèi)部沖突，也就是從父本繼承的基因和從母本繼承的基因之間的沖突”。Grozinger稱，在一個(gè)正常的蜂群里，蜂王產(chǎn)下所有卵，工蜂保持不育狀態(tài)并幫助撫育蜂王的后代。當(dāng)蜂王死后，工蜂或者表現(xiàn)出利他行為，繼續(xù)保持不育狀態(tài)，幫助撫育剩余的蜂王后代和它們姐妹的新后代；或者表現(xiàn)出利己行為，激活它們自己的卵巢，產(chǎn)下它們自己未受精的卵，然后發(fā)育成雄蜂。Galbraith說：“在2003年，David Queller運(yùn)用親緣選擇理論發(fā)表了一個(gè)關(guān)鍵模型，預(yù)測(cè)蜂群在沒有蜂王的條件下，父系基因?qū)?huì)促進(jìn)工蜂的利己行為，而母系基因?qū)?huì)促進(jìn)其利他行為”。

Queller認(rèn)為，這種沖突是工蜂中的母系基因和父系基因不平等分配的結(jié)果。蜂群中的所有工蜂共有同一套母系基因。相比之下，因?yàn)榉渫鹾?0個(gè)以上的雄蜂交配，工蜂具有不同的父系基因。如果一只工蜂表現(xiàn)出利他行為并且?guī)椭鷵嵊浣忝玫暮蟠?，?huì)保證把其母系基因傳遞下去。然而，如果它表現(xiàn)出利己行為并且產(chǎn)下自己的卵，會(huì)把更多父系基因傳遞給下一代。Queller說：“基因會(huì)根據(jù)它們是否來自母本或者父本而相互斗爭(zhēng)，這是一種非常奇怪的現(xiàn)象。然而，這剛好就是我們所發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)蜂王死后，工蜂以它們的父本希望的方式去行為，在可能的情況下，生產(chǎn)出雄性后代”。這一結(jié)果于1月11日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

Queller認(rèn)為，這一基因組內(nèi)部的沖突支持了William Hamilton于1964年首次提出的親緣選擇理論。利他行為被定義為減少自己的繁殖產(chǎn)出而去幫助其他生物繁殖，所以親緣選擇理論預(yù)測(cè)利他行為將只進(jìn)化到幫助相關(guān)個(gè)體。哈佛大學(xué)教授David Haig運(yùn)用親緣選擇理論，開發(fā)出模型預(yù)測(cè)基因組內(nèi)部的沖突，然后Queller將其擴(kuò)展到社會(huì)性昆蟲群體。Grozinger說：“盡管Queller的模型對(duì)社會(huì)性昆蟲的母系基因和父系基因的行為進(jìn)行非常具體的預(yù)測(cè)，但直到開發(fā)出現(xiàn)代基因組工具，允許我們專門追蹤相同個(gè)體里的母系基因和父系基因，我們才有可能去檢驗(yàn)這個(gè)預(yù)測(cè)”。

研究人員利用蜜蜂的兩種不同的遺傳品種創(chuàng)建了18種不同的雜交種，所用的非洲化蜜蜂產(chǎn)生大卵巢，歐洲蜜蜂產(chǎn)生小卵巢。這些雜交種使工蜂能夠決定哪些基因（那些來自父本的與那些來自母本的）在后代中表現(xiàn)的活躍。研究小組將工蜂后代安置在沒有蜂王的條件下，促進(jìn)一些后代開始產(chǎn)卵。研究首先證明：與那些具有歐洲父本和非洲母本的工蜂相比，具有非洲父本和歐洲母本的工蜂有更大的卵巢，并且更有可能有旺盛的繁殖力。Grozinger認(rèn)為，這一現(xiàn)象證明與母系基因相比，父系基因?qū)し涞姆敝承誀畹挠绊懗潭雀蟆?/p>

Galbraith說：“我們識(shí)別出100，000多個(gè)DNA片段，稱作單核苷酸多態(tài)性，這些片段存在于母本或者父本的基因組內(nèi)，但不會(huì)在二者內(nèi)同時(shí)存在。這使得我們能夠決定工蜂后代里的哪些RNA片段由母系基因產(chǎn)生，哪些由父系基因產(chǎn)生”。

下一步，研究人員采集工蜂的卵巢，并對(duì)整組RNA分子進(jìn)行測(cè)序，來分析工蜂被繼承的基因當(dāng)中，哪些基因在更大程度上得到了表達(dá)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)父系基因而不是母系基因的表達(dá)，與工蜂的產(chǎn)卵行為密切相關(guān)”，Galbraith說。“Queller的模型的驚人之處在于，它為母系基因和父系基因在不同社會(huì)性昆蟲品種和不同背景下如何行為提供了非常詳盡的預(yù)測(cè)，某些情況下，母系基因是利己的”，Grozinger說。

李瑞珍 編譯