圆圆的脑袋、胖胖的身体、⿎⿎的屁股、显眼的⻩⾊和⿊⾊的斑纹，看起来⾮常可爱的熊蜂，是设施农作物最理想的授粉昆⾍之⼀。熊蜂不仅外表和蜜蜂不同，其习性和⽣理构造也不⼀样。熊蜂⼯蜂保留着完整的受精囊，⽽蜜蜂⼯蜂的⽣殖器官已经退化或丧失。
近⽇，中国农业科学院蜜蜂研究所研究员李继莲牵头完成的研究成果在《⾃然-通讯》发表。该成果揭开了熊蜂的进化之谜，挑战了熊蜂⼯蜂终身不能交配是⽻化前决定的这⼀认知。这⼀发现也是了解蜂类等社会性昆⾍进化历程的⼀个重⼤⻜跃。
李继莲从事熊蜂研究⻓达22年，她告诉《中国科学报》，熊蜂⼤概有250种，分布在世界各地。其中，中国有125种，约占全世界熊蜂种类的50%，是熊蜂种类最丰富的国家。
与蜜蜂是复杂⾼级社会性昆⾍不同，熊蜂是简单⾼级社会性昆⾍。熊蜂⼤部分⼀年⼀代，蜂王需要越冬度过滞育期。熊蜂蜂群由⼀只交配过的蜂王独居繁殖⽽来，因⽽蜂王在初始阶段负责产卵、采集和饲喂。第⼀批⼯蜂成熟后，才开始劳动分⼯，承担起哺育幼⾍、清理巢房、采集⻝物等⼯作。当⼯蜂开始竞争产卵，蜂群就出现雄性蜂，新的蜂王性成熟后交配，⼜进⼊下⼀轮滞育期，就这样⼀代⼀代地繁衍。
一个多世纪前，昆⾍学家William Morton Wheeler将社会性昆⾍定义为超有机体。其群体成员有严格的劳动分⼯和协作，形态和⽣理也有所不同。个体则担当不同⻆⾊，就像⼀个有机体的各种器官。个体离开群体不能单独⽣活，但每个成员⾃身⼜是⼀个完整的动物有机体，它们通过协作和互相依赖实现共同的⽣存和繁殖⽬标。典型的例⼦就是蚁群和蜜蜂群。
丹⻨哥本哈根⼤学社会进化中⼼教授Jacobus J. Boomsma认为，超有机体的⼀个主要特征就是雌性在⽻化前就决定了⽣殖劳动分⼯的两种级型。级型是指社会性昆⾍群体中同为雌性却具有不同形态、身体结构、劳动分⼯和⾏为的个体类型，如蜜蜂中的⼯蜂和蜂王。蜂王具有繁殖优势，能够交配、储存精⼦和产下受精卵；⽽⼯蜂同为雌性，终身不交配。
⼯蜂和蜂王的级型分化类似于后⽣动物的体细胞和⽣殖细胞的分化，⽽且级型分化是不可逆的。
一旦⼯蜂进化为义务帮⼯，它们就不能⽣殖雌性后代，但可以产下不需要受精的单倍体雄蜂。因此，⼯蜂的⽣殖器官如卵巢和受精囊退化或丧失等现象，在蜜蜂和⼤多数蚂蚁中普遍存在。传统理论认为，这不仅消除了在未交配个体中发育和维持这些器官的成本，⽽且级型之间的这种形态特殊化将促进有效的劳动分⼯，减少群体内的⽣殖冲突。
2000年，科学家在解剖⽐较熊蜂的⼯蜂和蜂王的⽣殖器官时发现，熊蜂⼯蜂具有和蜂王类似的受精囊，⽽且受精囊的⽣理结构和分泌物也与蜂王类似，只是⼤⼩不同。后来，科学家⼜在胡蜂和某些蚂蚁亚科中发现，终身不能交配的雌性⼯蜂保留着完整的受精囊。这成为⼀个未解的进化之谜。
当科学家发现熊蜂⼯蜂的受精囊与蜂王的受精囊类似时，并没有揭示熊蜂⼯蜂的受精囊是否有功能，以及为何保留完整且耗能的受精囊。据论⽂评审⼈分析，可能是因为熊蜂⼈⼯授精是⼀个相当复杂的技术。李继莲在10多年前就特别重视熊蜂的⼈⼯授精，但因种种原因，研究没有进⾏下去。直到2019年，她遇到了论⽂第⼀作者庄明省——⼀名会做蜜蜂⼈⼯授精的学⽣。
在尝试过程中，庄明省⾮常偶然地使⽤了熊蜂⼯蜂进⾏⼈⼯授精练习。当时我解剖授精的⼯蜂，清晰地看到精⼦竟然转移到⼯蜂的受精囊内。于是产⽣了⼀个想法——⼯蜂授精后能否产下受精卵？李继莲得知了庄明省的这⼀想法，既惊喜⼜觉得不可思议，于是⼀起设计了验证实验。然⽽，第⼀次和第⼆次尝试都以失败告终——授精的⼯蜂死了。第三次，⼀只授精的⼯蜂成活了，并产下受精卵孵化出了⼯蜂。
这个偶然发现的下⼀步，是如何证明⼯蜂在何种状态下可以交配，这是研究中最难解决的问题。我们⼀直在尝试各种条件，看⼯蜂能在哪种情况下进⾏交配，但都没有结果。李继莲说。那段时间，庄明省简直不眠不休。⼀天半夜，他睡不着觉，⼜爬起来观察养的那些熊蜂。他突然发现，刚刚⽻化出房没多久的⼯蜂也会互相攻击。
第二天，他告诉李继莲这个现象，⼆⼈猜测——是不是⼯蜂受到社会环境的抑制才不能交配？也就是说，⼯蜂孤⽴了就可以交配。于是我们开始做验证，在看到孤⽴后的⼯蜂像蜂王⼀样交配的那⼀刻，⼼情⾮常激动，同时强烈感受到这些⽣物的神秘。李继莲说，⽻化后孤⽴的熊蜂⼯蜂具有交配的能⼒，这意味着⼯蜂的交配能⼒并不是在⽻化前丧失的，⽽是在受到蜂群社会因素的抑制后才丧失。
换句话说，⼯蜂的交配能⼒是与⽣俱来的，因为⼯蜂⽻化后单独饲养时可以与雄蜂交配，⽽在蜂群中饲养却失去了交配能⼒。他们还观察到，失去蜂王的蜂群⾥的⼯蜂，也有机会交配且繁殖出雌性后代。⼯蜂在失王的蜂群中有机会交配，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。李继莲说。
该研究结果可以解释熊蜂⼯蜂终身不交配却保留完整受精囊的悖论，颠覆了已有认知，为社会性昆⾍熊蜂的进化提供了新的理论指导，将促使⼈们重新评估⼯蜂级型在社会性蜂群中的作⽤，具有重要的科学价值。此外，⼈们还可以利⽤⼯蜂的交配和繁殖能⼒为阻⽌全球熊蜂数量下降提供新⽅法。李继莲说，对稀有和濒危熊蜂物种的⼯蜂进⾏⼈⼯授精，可⽤于熊蜂蜂王的⼤量繁殖，如果将它们放归栖息地，对熊蜂多样性的保护将会起到重要作⽤。
熊蜂超出我们的想象。我们会继续探索熊蜂世界的奥秘。李继莲说，后续的科学问题还有待进⼀步探究，⽐如⼯蜂交配被抑制的机制、级型分化的机理等。
相关论⽂信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41198-6《中国科学报》(2023-09-13 第1版 要闻)编辑 | 赵路 排版 | 志海 请按下⽅⼆维码3秒识别阅读原⽂