蜜蜂基因之间的冲突支持利他行为理论

蜜蜂基因之间的冲突支持利他行为理论

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利用现代遗传学研究手段，一组研究人员为长期存在但备受争议的亲缘选择进化论提供了有力支持，表明利他行为以一种把基因传递给下一代的方式而存在。研究人员有：宾西法尼亚州立大学的昆虫学杰出教授Christina Grozinger、博士后学者David Galbraith；华盛顿大学教授David Queller，Spencer T.Olin等。

研究人员通过观察雌性工蜂的社会行为对亲缘选择进行研究。他们发现工蜂从蜂王继承的基因—母系基因指导着工蜂的利他行为，工蜂放弃生产它们自己的后代而去帮助抚育其兄弟姐妹。当蜂王死后，工蜂开始自顾自地相互竞争而产卵。它们从不同父本继承的基因-父系基因指导这种行为。

Grozinger说：“我们通常认为蜜蜂是理想的合作伙伴，蜂群中所有成员一起和谐的工作。我们的研究证明确实是有冲突的，称作基因组内部冲突，也就是从父本继承的基因和从母本继承的基因之间的冲突”。Grozinger称，在一个正常的蜂群里，蜂王产下所有卵，工蜂保持不育状态并帮助抚育蜂王的后代。当蜂王死后，工蜂或者表现出利他行为，继续保持不育状态，帮助抚育剩余的蜂王后代和它们姐妹的新后代；或者表现出利己行为，激活它们自己的卵巢，产下它们自己未受精的卵，然后发育成雄蜂。Galbraith说：“在2003年，David Queller运用亲缘选择理论发表了一个关键模型，预测蜂群在没有蜂王的条件下，父系基因将会促进工蜂的利己行为，而母系基因将会促进其利他行为”。

Queller认为，这种冲突是工蜂中的母系基因和父系基因不平等分配的结果。蜂群中的所有工蜂共有同一套母系基因。相比之下，因为蜂王和10个以上的雄蜂交配，工蜂具有不同的父系基因。如果一只工蜂表现出利他行为并且帮助抚育其姐妹的后代，会保证把其母系基因传递下去。然而，如果它表现出利己行为并且产下自己的卵，会把更多父系基因传递给下一代。Queller说：“基因会根据它们是否来自母本或者父本而相互斗争，这是一种非常奇怪的现象。然而，这刚好就是我们所发现的。当蜂王死后，工蜂以它们的父本希望的方式去行为，在可能的情况下，生产出雄性后代”。这一结果于1月11日发表在《美国国家科学院院刊》上。

Queller认为，这一基因组内部的冲突支持了William Hamilton于1964年首次提出的亲缘选择理论。利他行为被定义为减少自己的繁殖产出而去帮助其他生物繁殖，所以亲缘选择理论预测利他行为将只进化到帮助相关个体。哈佛大学教授David Haig运用亲缘选择理论，开发出模型预测基因组内部的冲突，然后Queller将其扩展到社会性昆虫群体。Grozinger说：“尽管Queller的模型对社会性昆虫的母系基因和父系基因的行为进行非常具体的预测，但直到开发出现代基因组工具，允许我们专门追踪相同个体里的母系基因和父系基因，我们才有可能去检验这个预测”。

研究人员利用蜜蜂的两种不同的遗传品种创建了18种不同的杂交种，所用的非洲化蜜蜂产生大卵巢，欧洲蜜蜂产生小卵巢。这些杂交种使工蜂能够决定哪些基因（那些来自父本的与那些来自母本的）在后代中表现的活跃。研究小组将工蜂后代安置在没有蜂王的条件下，促进一些后代开始产卵。研究首先证明：与那些具有欧洲父本和非洲母本的工蜂相比，具有非洲父本和欧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认为，这一现象证明与母系基因相比，父系基因对工蜂的繁殖性状的影响程度更大。

Galbraith说：“我们识别出100，000多个DNA片段，称作单核苷酸多态性，这些片段存在于母本或者父本的基因组内，但不会在二者内同时存在。这使得我们能够决定工蜂后代里的哪些RNA片段由母系基因产生，哪些由父系基因产生”。

下一步，研究人员采集工蜂的卵巢，并对整组RNA分子进行测序，来分析工蜂被继承的基因当中，哪些基因在更大程度上得到了表达。“我们发现父系基因而不是母系基因的表达，与工蜂的产卵行为密切相关”，Galbraith说。“Queller的模型的惊人之处在于，它为母系基因和父系基因在不同社会性昆虫品种和不同背景下如何行为提供了非常详尽的预测，某些情况下，母系基因是利己的”，Grozinger说。

李瑞珍 编译