通常，社会性昆虫中的职虫（工蜂或工蚁）被认为是不育的“劳动者”。然而事实并非如此，在约80%的社会性昆虫中，职虫仍保留了生殖能力。这种能力与其社会性发展程度密切相关，即在高度社会化类群中，职虫高度不育；在初级社会性昆虫中，它们仍保有完整的卵巢结构，具备生殖潜能。工蜂（蚁）的生殖决策，对整个蜂（蚁）群的发展具有关键影响，这一过程受到环境中多种因素的精细调控，但学界对其具体的调控机制尚不明晰。
近期，中国科学院动物研究所研究团队，揭示了地熊蜂工蜂生殖阶级的建立机制，即工蜂生殖阶级的形成受到群体感应信息素与行为互动的协同调控。初级真社会性昆虫地熊蜂，为职虫生殖调控机制研究提供了理想模型——即便蜂王存在，仍有约40%的工蜂会产下未受精的雄蜂卵，但在无王情况下，即使食物充足、环境适宜，单独饲养的工蜂七天后卵巢仍不发育。在两只工蜂共处时，会发生争斗行为，胜者往往获得生殖权。同时，随着群体规模扩大，工蜂的生殖潜力也随之增强。这些现象暗示，工蜂的生殖受到多种社会环境中的信号调控。
研究团队从两只地熊蜂工蜂的互作范式出发，通过行为实验设计发现，仅靠“打赢”不足以启动工蜂卵巢发育。且一旦在争斗后将优势工蜂隔离开，其卵巢发育速度便会减缓。随后，研究团队分别测试了声音、视觉、挥发性气味等非接触性信号，和陪伴蜂、生存介质等接触性信号的作用，最终确认工蜂的生殖启动还需要环境中介质和同伴接触性信号的共同参与。研究团队通过对环境介质和不同来源化学物质的提取与回补实验，确认一类化学信号对工蜂卵巢发育具有重要作用，并总结出该信号的三个特性：属于自分泌型角质层化合物、在蜂群中广泛分布、具有阈值效应。
同时，研究团队在单独饲养的工蜂中回补这类化合物，发现仅凭化学信号并不能激发其生殖。随后，研究团队在工蜂打斗行为发生前后分别添加信息素回补。结果显示，两种时序均能诱导工蜂生殖，这说明信息素感知时机与打斗行为的发生顺序并不固定，二者协同作用才是关键。研究团队通过整合多种层析技术、衍生化处理、气相色谱—质谱联用及电生理记录，并结合生物活性验证，从40多种候选化合物中锁定触发工蜂生殖信息素成分的两种烯烃。
在正常有蜂王的蜂群中，研究团队进一步验证了这两种信息素的功能。蜂群实验表明，群体规模越大，工蜂的生殖潜力越强，且蜂蜡中这两种烯烃的含量与群体大小呈正相关。同时，在小规模蜂群中外源添加蜂蜡提取液或两种烯烃，均能在有王情况下，明显提升工蜂的生殖潜力。由于这类信息素具备自分泌、响应群体规模、具阈值效应等特征，研究团队将其定义为“群体感应信息素”。
该研究发现了可诱导工蜂卵巢发育的信息素，揭示了工蜂通过自组织方式调控生殖的“群体智慧”，并提出了“群体感应信息素模型”在社会性昆虫生殖调控中的新机制，为学界理解昆虫社会性演化提供了新视角。
相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会的支持。
论文链接
在二元范式中环境介质和陪伴蜂对工蜂卵巢发育的影响
介质中化学信号的剥夺和回补实验范式
信息素和争斗行为的协同作用
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