揭开千古进化之谜，工蜂如何“变身”蜂王？——对话中国农科院蜜蜂研究所研究

编者按:近日，中国农业科学院蜜蜂研究所传粉昆虫繁殖与授粉应用团队牵头，联合上海索胜生物科技有限公司、伦敦大学皇家霍洛威学院、德国美因茨约翰内斯古腾堡大学等机构在《自然·通讯》发表了最新研究成果。这项研究挑战了“超有机体工蜂羽化前决定的终身不能交配”的观点，揭开了超有机体熊蜂级型进化的一个千古之谜，这是理解超有机体进化的一次重大飞跃。

本文采访了论文中国农业科学院蜜蜂研究所第一作者庄明省、通讯作者李继莲研究员，一起了解他们如何发现工蜂也能“变身”蜂王，颠覆我们的认知。

问:请问研究团队是如何发现熊蜂工蜂并非终身不交配的？为什么会想要研究这个？

李继莲:说来话长了，我在十多年前就开始关注熊蜂人工授精，由于种种原因没有执行下去。但是一直没有放弃，直到认识一位会做蜜蜂人工授精的学生。

庄明省:我记得很清楚，那是2019年11月26日中国养蜂学会40周年的会议上，和李老师第一次见，就犹如已经认识了许久，我们相谈甚欢，于是我们一拍即合就去尝试做熊蜂人工授精。

在尝试熊蜂人工授精时，偶然地使用了熊蜂工蜂进行人工授精练习，发现授精的工蜂的精子竟然转移到工蜂的受精囊内，当时心里产生了一种想法，授精后是否能产下受精卵呢？把这件事告知李老师后，她既惊喜又觉得不可思议，于是开始了验证实验，在尝试第一次和第二次的时候都是失败的，工蜂都死了，在第三次的时候有一只成活了孵化出了工蜂。那时我只觉得好神奇，但是李老师却不一样，她非常重视这个现象，她说这个科学问题我们需要解决。

现在回想起来这应该就是一位科研人员的敏锐之处吧，也让我知道了这就是科学研究，发现科学问题，然后去解决这个问题。这就是这个研究的起始。

问:研究团队在研究过程中遇到了哪些挑战？

李继莲:最大的难题就是偶尔发现熊蜂工蜂能交配，但是不知道在何种状态下可以交配。最深刻的就是我们验证这个工蜂交配实验过程中，一直在尝试各种条件下工蜂能否交配，都没有获得成果，庄明省一次半夜起来观察蜂，他突然发现刚出房没多久的工蜂也会互相攻击，第二天他告诉我这个现象，猜测是不是工蜂受到社会环境的抑制才不能交配，那么也就是说工蜂孤立了就可以交配了，于是我们开始做这个验证，在看到孤立后的工蜂像蜂王一样交配，当时的心情难以言表，真的是太激动，同时也倍感这些生物的神秘。

问:熊蜂工蜂保留了完整的受精囊却终身不能交配的原因是什么？

李继莲:2000年科学家们解剖比较熊蜂的工蜂和蜂王生殖器官的时候发现熊蜂工蜂具有和蜂王类似的受精囊，他们发现受精囊的生理结构和分泌物和蜂王类似，只是大小不一样，他们也提出工蜂为何还保留着受精囊却不能交配的问题，但并没有揭示熊蜂工蜂的受精囊是否有功能以及为何保留着完整且耗能的受精囊？难点可能有两处，一是熊蜂人工授精技术是一个相当复杂和困难的技术；二是没有找到有力的证据说明工蜂具有交配能力。

问:为什么失王群的工蜂可获得交配且繁殖出雌性后代的机会？

庄明省:我们的半野外实验，验证了失王群的工蜂可获得交配且繁殖出雌性后代的机会，这可能是一种繁殖策略，以维持蜂群发展，应对蜂王的早期损失。

问:研究结果对超有机体的进化有什么影响？

李继莲:可以说是颠覆了已有的认知，为社会性昆虫熊蜂的进化提供了新的理论指导，该研究结果可以解释超有机体工蜂终身不交配却保留完整受精囊的悖论，如果这些结果可以外推到其他类群，如胡蜂和某些蚂蚁亚科中的工蜂保留了完整的受精囊却不能交配。

这一结果揭示了工蜂终身不交配并不是向超有机体进化过渡的先决条件，必将促使人们重新评估工蜂级型在这些社会蜂群中的作用，因为超有机体是陆地生命的主要模式生物之一。该研究的前沿和综合性，以及超有机体的进化和生态重要性，具有重要的科学价值。

问:研究结果对濒危熊蜂物种的保护有哪些启示？

李继莲:人们还可以利用工蜂的交配和繁殖能力为对抗全球熊蜂数量下降提供一个令人兴奋的新措施。稀有和濒危物种的熊蜂工蜂进行人工授精，可用于产生大量可繁殖的熊蜂蜂王，并将它们放归栖息地，对熊蜂多样性的保护起到重要作用。

问:请问未来研究团队还有哪些研究方向？

李继莲:工蜂交配被抑制的机制，级型分化的机理等熊蜂生物学研究，都是未来需要研究的，我们会继续探究熊蜂的神秘世界。

知识点:

蜂界疑云

超有机体熊蜂属于社会性昆虫中级型分化群体，其主要进化规律之一就是羽化前级型决定的蜂王注定能交配，而工蜂终身不进行交配，蜜蜂、蚂蚁等其他超有机体的工蜂失去或只保留了退化的受精囊结构。然而进化了已有2500万-4000万年的超有机体熊蜂工蜂仍然保留着完整的受精囊却终身不能交配，这成为学界长久以来的一个未解之谜。

专家简介:李继莲，中国农业科学院蜜蜂研究所研究员，传粉昆虫繁殖与授粉应用团队首席科学家，中国养蜂学会蜜源与授粉专业委员会主任，上述论文通讯作者。庄明省，传粉昆虫繁殖与授粉应用团队成员，上述论文第一作者。

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