研究人员重写白蚁分类系统

白蚁的名声很差。大多数人认为它们是害虫，而最近它们被重新归类为蟑螂科也无助于改善这一现状。但给人类带来严重问题的白蚁仅占所有白蚁种类的3.5%，它们还是重要的生态系统工程师，维护着各种环境的基础设施。像蚯蚓一样，它们通过分解植物材料来循环养分，并且它们扮演着重要的生物扰动者角色。就像耕田一样，白蚁给土壤通气，暴露地下养分，让水渗入土壤的深层——所有这些都对植物生命至关重要。

白蚁也是模范建筑者;它们的蚁丘在烈日下依然保持凉爽，启发人们在智能建筑中发明无能源空调系统。

正如许多生态系统依赖白蚁提供的基础设施一样，研究白蚁也需要坚实的基础。现在，得益于来自世界各地的至少46位研究人员的努力，一个新的白蚁分类系统已经创建。

“我们通过对白蚁家族进行模块化和非常稳健的分类，解决了以前系统的模糊性问题，”本文主要作者、冲绳科学技术研究所(OIST)进化基因组学部门成员SimonHellemans博士说。

“有了这个新的‘字典’，我们就有了一个坚实的平台，可以研究白蚁的多样化及其在生态系统中发挥的作用，并适应未来的发现。”

一家人因杰出表现而团聚

分类学是对生物群体(或分类单元)的科学分类，是一门支撑所有生物学的古老学科：“如果你想观察自然界的任何事物，你就需要定义你的观察单位”，正如赫勒曼斯博士所说。

分类可能是任意的——动物并不介意我们将其标记为异白蚁科或犀白蚁科——但这是一种必要的分类，可以让研究人员限制其研究范围并清晰地交流。

在现代DNA测序技术出现之前，这些区别通常基于形态分析，即根据生物的物理特征和行为对其进行分类，并根据相似性将其相互关联。但是，虽然确定黑猩猩和人类与大猩猩的不同可能很容易，但从视觉上确定两种白蚁之间的差异可能更困难。

随着时间的推移，形态分析的主观性导致白蚁的家谱变得错综复杂。一些白蚁的分化速度非常快，这意味着这些物种的进化速度比其他物种快。然而，我们只确定了10个不同的科，这其中不得不容纳大量形态各异、进化关系不明的动物。

有三个术语用于描述物种之间的关系：单系、多系和并系。单系物种群有共同的祖先;多系物种群通常有共同的特征，但没有共同的祖先;并系描述的物种群包括共同的祖先以及一些(但不是全部)后代。

白蚁是蟑螂目中的一个单系群，其问题在于，传统的分类方法由于对进化关系的混淆，导致存在大量的并系和多系分类。

“得益于广泛的数据分析和新的形态学调查，我们通过拆分较大的亚科，成功彻底消除了白蚁家族树中的并系和多系，”Hellemans博士解释道，“通过这样做，我们创建了一个系统，可以有效地适应新谱系的发现，同时保留历史科和亚科名称。这是提供稳定的白蚁命名法的关键。分类学也是建立在历史记录之上的，所以这一点非常重要。”

新的白蚁生命树中的每个科和亚科都是单系的，这澄清了物种之间的进化关系，使得新发现或重新分类的物种更容易归类。

新树还强调了白蚁的多样性，这为研究和害虫防治提供了更高的精度。例如，Coptotermesgestroi是一种破坏性的白蚁害虫，由于形态相似，最初被归类为犀白蚁科，与非害虫长角白蚁(Dolichorhinotermeslongilabius)一起被归类。

然而，早期的系统发育研究表明这两个物种可能并不密切相关，这一点现已通过更先进的系统发育和形态学调查得到证实，将C.gestroi重新归类为异白蚁科(Heterotermitidae)。

Coptotermesgestroi兵蚁，俗称亚洲地下白蚁。上颚分泌的乳胶状分泌物是一种防御反应，既可以使捕食者更难攻击或吞食白蚁，又可以向其他白蚁发出攻击信号，从而实现协同防御。这种分泌物还具有抗菌特性。图片来源：ThomasChouvenc，UF/IFAS。

共同奠定基础

重写生命词典绝非易事。最重要的是，它需要达成共识——毕竟，如果对定义存在分歧，词典就毫无用处。

更新白蚁生命之树的工作始于2022年OIST的一次研讨会，该研讨会由进化基因组学部门负责人TomBourguignon教授组织。在这次研讨会上，该部门提出了修订生命之树的框架，其中包括形态学调查和由OIST的超级计算机提供支持的数据分析。

分类系统的系统发育修订通常基于超级计算机需要数周时间才能计算出的数据模型，并且每次进行调整时，处理都需要重新开始。

“我们的分类基于51个模型的融合，每个模型大约需要两周的时间来计算，”Hellemans博士回忆道。“这要归功于Deigo，它使我们能够并行运行分析。”

Deigo是OIST核心设施运营的主要超级计算集群的名称，以冲绳县花命名，所有OIST研究人员都可以使用。

“系统发育学不能独立存在，”Hellemans博士说。

虽然研究人员利用DNA标记的计算模型来确定这些家族之间的进化关系，但这些模型并没有考虑到白蚁的习性以及它们在环境中所扮演的角色。这些知识是由人类专家提供的，他们毕生致力于研究我们生命世界的一小部分，并且对他们所研究的物种有着宝贵的科学知识。

Hellemans博士总结道：“即使协调如此规模的合作项目很困难，新的白蚁分类系统的效果也大于其各部分的总和。有了这个，我们就有了一个更强大的框架来研究这些重要的生态系统工程师。”

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