蜜蜂遗传学之谜：“利他”行为究竟源自谁？
“采得百花成蜜后，为谁辛苦为谁甜？”蜜蜂是“勤劳”的代言人，常常被用来作为“奉献精神”的代言动物。蜜蜂在大自然和农田中扮演着关键角色。它们不仅帮助植物传播花粉，协助植物能“生儿育女”，也直接影响人类社会的食物供应。那么，为什么蜜蜂有"利他行为"？“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，近日，宾夕法尼亚州立大学的一项最新研究，揭示了蜜蜂可能继承母亲的利他行为特质。编译分享如下。
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我们知道，真正的“利他行为”（altruistic behavior）在动物界中相当罕见，但宾夕法尼亚州立大学的研究人员最新发现，蜜蜂表现出了这一特质。此外，他们还发现，基因的进化竞争可能决定了蜜蜂继承这种利他行为的父母。
这项发表在《分子生态学》杂志上的研究，主要关注工蜜蜂的"侍奉行为"，这些工蜜蜂通常为雌性。当工蜜蜂暴露于女王蜜蜂的信息素后，它们会停止自身卵巢的功能，帮助传播信息素给其他工蜜蜂，同时照顾女王以及她所产下的卵。
这一行为被认为是一种利他行为，因为它最终有助于女王蜜蜂产生后代，而工蜜蜂则保持不育。在蜜蜂社会中，女王蜜蜂通常是蜂巢中几乎所有蜜蜂的母亲。
研究人员发现，工蜜蜂更容易对信息素产生反应，从而更有可能表现出侍奉行为的基因可以从父母的基因中继承。然而，只有当这些基因来自母亲时，它们才会导致利他行为。
该研究的对应作者肖恩·布雷斯纳汉（Sean Bresnahan）表示，除了揭示蜜蜂行为的信息，这些发现还表明，蜜蜂继承基因的父母会影响这些基因的表达方式，这在昆虫中一直是一个难以研究的问题。
他指出：“通常，人们认为不同表型是由基因序列或环境差异导致的。但这项研究表明，不仅仅是基因本身的差异，还包括这些基因是从哪个父母那里继承的。由于昆虫是从母亲那里获得基因的，不管基因序列如何，它们的行为可能会与来自父亲的基因副本不同。”
这项研究的合著者克里斯蒂娜·格罗辛格（Christina Grozinger）是宾夕法尼亚州立大学的昆虫学教授，她说，这项研究还证明了一个理论，叫做“基因内亲属冲突”。这个理论认为，我们的父母的基因有时会在决定我们的行为方面产生分歧。
她指出，尽管先前的研究已经显示，来自雄性的基因可以支持哺乳动物、植物和蜜蜂的自私行为，但目前的研究是第一次表明来自雌性的基因可以将利他行为传递给其后代。
她说：“蜜蜂是少数几种展现出利他行为的动物物种之一，其中一些个体放弃自己的生育权以帮助其他个体。这项研究揭示了这些行为的遗传控制的一种微妙而出人意料的形式。在我们的研究中，我们看到，母亲——女王——的基因支持其后代的利他行为，从而导致其基因在种群中的更多复制。工蜜蜂不再产卵，而是支持女王的生殖。这与我们以前的研究相辅相成，表明父亲的基因支持工蜜蜂的自私行为，它们将停止帮助母王而专注于自己的生殖。”
女王蜜蜂会与多个雄性交配，因此工蜜蜂拥有相同的母亲，但有不同的父亲。布雷斯纳汉解释说，这意味着它们彼此共享更多的母亲基因。
他说：“这就是基因内亲属冲突亲属理论预测蜜蜂从母亲那里继承基因将支持利他行为。工蜜蜂更倾向于帮助、而不是与母亲和姐妹竞争，因为她们携带了更多工蜜蜂的基因副本，而工蜂自己无法单独繁殖。相反，在那些雌性只交配一次的物种中，预测将支持利他行为的是父亲的基因。”
为了做这个研究，科学家们培育了来自六个不同家族的蜜蜂。在哺乳动物或植物方面，这通常较容易，但布雷斯纳汉解释说，与昆虫一起工作要困难得多。他指出，要不是得克萨斯农工大学的合作者朱利安娜·兰格在蜜蜂繁育方面的专业知识，以及宾夕法尼亚州立大学的Robyn Underwood和Kate Anton共同合作的“（蜜蜂）女王生产与受精教育”项目，这项研究将无法实现。
在蜜蜂群体交叉并且后代长大后，研究人员评估了工蜜蜂对触发侍奉行为的信息素的反应以及这些蜜蜂是否对信息素反应而停止了卵巢功能。
布雷斯纳汉说：“最后，我们使用RNA测序来研究工蜜蜂的基因表达，但更重要的是，我们还测序了这些交叉的父母的基因组。因此，我们可以为父母开发个性化的基因组，然后将工蜜蜂的基因表达映射回每个父母，找出哪个父母的基因副本被表达。”
为了尝试在基因组内可视化这种冲突，布雷斯纳汉说，他们使用了不同的技术，包括机器学习，以检查由相似转录因子调控的基因群，以产生相似的表达模式。研究人员还研究了基因与转录因子之间的关系——可以打开或关闭基因的蛋白质——从母亲副本和父亲副本中表达出来，以确定其中一个可能试图抵消另一个的效应。
最终，他们能够确定存在基因调控网络，其中存在基因副本偏向母亲或父亲。这种母源或父源的表达偏倚是基因内冲突的标志，研究人员表示，与随机选择的基因构建网络相比，它们更频繁地出现。此外，这些网络包括与侍奉行为相关的以前研究显示的基因。
格罗辛格指出，观察基因内冲突非常困难，因此很少有研究探讨它在行为和其他特征变异中的作用，她指出，该团队以前的研究揭示了工蜜蜂的卵巢激活和攻击行为，这两者都表明自私行为。她说：“我们发现基因内冲突对蜜蜂和其他物种的许多类型的特征可能都有影响。希望我们的研究将为其他科学家提供一个框架和灵感，以研究他们的植物和动物物种中的基因内冲突。”
本研究的合著作者还包括宾夕法尼亚州立大学校友、詹森制药公司的高级科学家大卫·加尔布雷思（David Galbraith）、宾夕法尼亚州立大学校友、Visa的高级数据科学家蓉·马（Rong Ma），宾夕法尼亚州立大学的研究技术员凯特·安东（Kate Anton）以及德克萨斯农工大学的朱利安娜·兰格（Juliana Rangel）。
这项研究得到了美国国家科学基金会、美国农业部国家食品与农业研究所和赋予拨款以及宾夕法尼亚州立大学生命科学赫克研究所的支持。
“基因内亲属冲突”是什么
基因内亲属冲突（Intragenomic conflict）是指在一个个体的基因组内部，不同基因或基因组元素之间的争斗或竞争，这种竞争可以影响一些生物学特征和行为。这种冲突通常涉及到不同基因或基因组元素之间的利益冲突，因为它们可能有不同的遗传目标。
这种冲突在生物学中很常见，因为不同的基因或基因组元素可能追求不同的生存和繁殖策略。例如，在某些物种中，父母的基因可能会在子代中产生不同的影响，因为父亲和母亲可能有不同的遗传利益。这种冲突可能导致一些基因在一个个体中表达，而另一些则被抑制，以适应不同的遗传利益。
基因内亲属冲突的研究有助于深入理解基因与生物学特征之间的相互作用，以及不同基因之间如何影响生物行为和生存策略。这对于理解生物的进化和遗传机制非常重要。
河南桐柏山中华蜜蜂保护地的蜂箱们。图片来源：绿会桐柏山保护地刘宏成
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编译 | 王芊佳
审 | 绿茵
排版 | 绿叶
【参考链接】
1.该研究全文参见：Sean T. Bresnahan, David Galbraith, Rong Ma, Kate Anton, Juliana Rangel, Christina M. Grozinger. Beyond conflict: Kinship theory of intragenomic conflict predicts individual variation in altruistic behaviour. Molecular Ecology, 2023; DOI: 10.1111/mec.17145
2.Penn State. "Honey bees may inherit altruistic behavior from their mothers." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231012161659.htm>.