近日，中国科学院动物研究所王宪辉团队在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了一项突破性研究，揭示了地熊蜂（Bombus terrestris）工蜂生殖阶级建立的机制。该研究指出，工蜂的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。

在人们的传统认知里，社会性昆虫中的职虫（工蜂或者工蚁）常被认为是不育的“劳动者”。然而事实并非如此——在约80%的社会性昆虫中，职虫仍然保留了生殖能力。这种能力与其社会性发展程度密切相关：在高度社会化的类群中，职虫高度不育；而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，但具体的调控机制此前尚不明确。

初级真社会性昆虫地熊蜂为研究职虫生殖的调控机制提供了一个理想的模型，即便蜂王存在，仍有约40%的工蜂会“揭竿而起”，产下未受精的雄蜂卵。然而，在无王情况下，即便食物充足、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。更引人注目的是，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。

1.  仅靠“打赢”不足以启动卵巢发育

研究从最简单的两只工蜂的互作范式出发，通过精巧的行为实验设计发现，仅靠“打赢”并不足以启动卵巢发育。一旦在争斗后将优势工蜂隔离开来，其卵巢发育速度便会减缓。进一步地，研究者分别测试了非接触性信号（如声音、视觉、挥发性气味）与接触性信号（如陪伴蜂、生存介质）的作用，最终确认：工蜂的生殖启动还需要环境中介质以及同伴接触性信号的共同参与。

2. 一种新型化学信号的关键作用

通过对环境介质和不同来源化学物质的提取与回补实验，研究者确认一类化学信号对工蜂卵巢发育至关重要，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、并具有阈值效应。

3. 化学信号与打斗行为协同促生殖

研究者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。进一步在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，说明信息素的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。

4. 关键信号是两种烯烃类化合物

生物活性物质的鉴定过程复杂，研究团队整合多种层析技术、衍生化处理、气相色谱-质谱联用（GC-MS）以及电生理记录，结合生物活性验证，从40多种候选化合物中锁定两种烯烃——它们正是触发工蜂生殖的信息素成分。

5. 烯烃以“群体感应”方式调控蜂群生殖动态

最后，在正常有蜂王的蜂群中，研究者进一步验证了这两种信息素的功能。精巧设计的蜂群实验表明：群体规模越大，工蜂的生殖潜力越强；蜂蜡中这两种烯烃的含量与群体大小呈正相关。在小规模蜂群中外源添加蜂蜡提取液或两种烯烃，均能在有王情况下显著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，研究者将其定义为“群体感应信息素”。

这项研究不仅揭示了工蜂通过自组织方式调控生殖的“群体智慧”，更是首次发现可诱导工蜂卵巢发育的信息素，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，为理解社会性演化提供了全新视角。

中国科学院动物研究所博士毕业生葛竹溪、助理研究员葛瑨、和博士毕业生朱丹为该论文的共同第一作者，王宪辉研究员为通讯作者。该研究得到了美国加州大学河边分校的Jocelyn G. Millar教授、以色列耶路撒冷希伯来大学Guy Bloch教授和中国科学院西双版纳热带植物园文平副研究员的大力协助。

该工作得到了中国科学院动物研究所康乐院士的大力支持。得到了国家自然科学基金委(32200392和32061143002)的资助。

文章信息：Ge,Z.,Ge,J.,Zhu,D.,Nie,X.,Millar,J. G.,Bloch,G.,& Wang,X. (2025). The alkenes Z9-C29 and Z9-C31 function as quorum-sensing pheromones stimulating worker reproduction in the bumble bee Bombus terrestris. Nature communications,16(1),10770. https://doi.org/10.1038/s41467-025-65812-x

图1 在二元范式中环境介质和陪伴蜂对工蜂卵巢发育的影响

图2 介质中化学信号的剥夺和回补实验范式

图3 信息素和争斗行为的协同作用

图4 信息素刺激工蜂生殖的群体感应模型