黄蜂复杂的社会生活能教会我们关于动物社会的进化

这是英格兰的春天。水仙花盛开。一只黄背心蜂王(Vespula)从你的阁楼里出来，冬眠，渴望花蜜。她开始建造一个纸巢来养家糊口。这将是一个大家庭。但就目前而言，她独自工作。

与其他社会昆虫(如蜜蜂和蚂蚁)相比，黄蜂的研究很少。但是黄蜂社会是社会昆虫(生活在群体中的昆虫)的一个迷人例子，因为它们的社会是如此多样化。将它们的基因组成与其他社会性昆虫进行比较有助于加强我们对动物社会如何进化的理解。

对于我们发表在《自然通讯》上的研究，我的团队对九种黄蜂物种与社会行为有关的基因进行了测序，以探索是什么造就了蜂王(或工人)。我们的发现挑战了一种流行的科学观点，即使昆虫社会运转的分子机制。

以女王和工人种姓的形式共享分工是所有社会昆虫成功的秘诀。种姓在膜翅目中至少独立进化了八次——那就是蜜蜂、黄蜂和蚂蚁。

当她的第一只育雏孵化时，黄夹克女王成为了一名专门的鸡蛋生产商。她的工蜂后代将接管扩大巢穴和觅食猎物，以喂养小兄弟姐妹。工人永远不会成为女王。就像你身体的组织一样，蜂王和她的工人将社会的琐事分给他们：两种形式的黄蜂之间的无缝合作。

带有刺痛的社交

相比之下，在其他社会中，如特立尼达的Metapolybia黄蜂，许多蜂王和工蜂会一起寻找新的筑巢地。蜂群选择一棵树干，开始建造一个类似于牛拍的纸巢。

目前，有许多蜂王和许多工人，但经过几周的筑巢，一个蜂王统治着。科学家们不知道女王是如何被选中的，但那些没有进入最终切割的人会充当工人。年轻的Metapolybia工人是“全能的”，这意味着如果常驻女王去世，他们可以成为女王。然而，老年工人经历了一种昆虫“更年期”，无法繁殖。

其他黄蜂社会更简单。以生活在巴拿马运河沿岸的Polistes纸黄蜂为例，它们的巢像旧鞋底一样挂在树上，桥梁和房屋上。数十只栗子尸体坐在一个巢穴上：每只雌性都是全能的，但任何时候只有一只黄蜂是女王。当女王去世时，等级制度瓦解，他们恶毒地争斗以取代她。

由于分子生物学的进步，我们现在知道昆虫社会中的蜂王和工人是同一基因组(细胞内发现的整套DNA指令)的不同表达。允许种姓执行其专业任务的生理和行为差异是因为群体的共同基因被激活的方式不同。数以百计的基因将蜂王与蜜蜂的工蜂分开。一些相同的基因将火蚁，大黄蜂和纸黄蜂的种姓分开。有一个共享的社交工具包。

至少科学家是这么认为的。

我们学到了什么

一个问题是，比较不同物种、方法和实验室的数据是很棘手的。你不是在比较同类。研究人员倾向于关注一些流行的物种，不同的实验室可能会以不同的方式产生结果。比较数据集很困难，因为很容易陷入挑选我们期望在社交工具包中看到的“通常嫌疑人”基因的陷阱。

我的团队着眼于大局。我们对来自全球九个社会黄蜂属(生物类)的大脑中激活的基因进行了测序，其中包括动物王国中已知的一些最简单和最复杂的社会的代表。我们专注于大脑，因为大脑基因组激活的差异塑造了觅食、交配和筑巢等行为，以及产卵等生理学。我们还在所有物种中使用相同的采样和测序技术。

我们使用人工智能(AI)，因为计算机比人类更善于发现模式，因为它们可以更快地处理更复杂的模式。他们也更客观。计算机经过训练来识别种姓。然后，我们要求它根据样本中激活的基因模式将样本分类为蜂王或工蜂。

如果社会工具包假设是正确的，我们应该看到所有物种的蜂王和工人的共享激活配置文件。

机器为此找到了一些证据。从5多个直系同源基因(所有物种共享的基因)中，计算机正确识别了九个物种中七个的蜂王和工蜂。有趣的是，结果显示，与工蜂王相比，蜂王的特征是基因更不活跃，这可能是因为工蜂王执行的任务范围更广，而蜂王是产卵专家。

但社会的复杂性也很重要。我们的人工智能方法表明，共享的分子工具包提供了基本配方，足以满足简单社会的需求。但是，更复杂的社会需要额外的分子过程。尤其是那些超有机体，比如黄背心黄蜂。

用于制造全能纸黄蜂工人的机器不一定与制造一生致力于无菌黄夹克工人所需的机器相同。

我们的结果表明，社会生活的分子工具包比以前认为的要复杂得多。我的团队的研究发现，殖民地的类型会影响进化修补生命构建块以创造社会的方式。

生活史使情况进一步复杂化。一个物种是单独筑巢(如黄夹克)还是与一群其他蜂王和工蜂(如Metapolybia)一起建造新巢，也会影响社会工具包。

将我们的科学焦点限制在几个受欢迎的物种上，让我们对进化的伟大实验——社会——视而不见。从简单的群体(如纸黄蜂)到超级有机体的高度复杂的机器(如黄夹克)的转变可能需要分子机器的根本转变。就像生活中所有最大的挑战一样，创新是成功的关键。

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