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蚂蚁才是这个星球上最早的农民让气候变化给逼的

日期:2018-6-15(原创文章,禁止转载)

来源:科学人公众号

早在人类出现之前几百万年,昆虫就开始种植无法在野外生存的真菌了。

可能是栖息地从潮湿到干旱的变化促使蚂蚁创造了世界上最早的驯化物种。蚂蚁很早就开始种植真菌,但它们最初种植的品种与森林里野生的真菌并没什么不同。利用现代蚂蚁的DNA,研究人员研究了这些真菌被完全驯化的过程。被驯化的真菌无法与野生真菌杂交,也无法在蚁穴外生存 也许正是这样的驯化,成就了地球上这些令人震撼的昆虫社会[1]。

成群结队的切叶蚁。图片来源:wikipedia

不久前发表于《英国皇家学会学报B》的一项研究中,研究人员分析了119种现代蚂蚁的DNA。它们来自不同的栖息地,有着不同的行为模式;有低级植菌蚂蚁,也有高级的植菌蚂蚁。低级的植菌蚂蚁仍然延续着祖先的农业模式,在相对简单的巢穴里种植野生的真菌。高级的植菌蚂蚁通常种植被驯化的真菌,它们的社会也惊人的复杂。

研究人员发现,最早的蚂蚁农民可能在大约6000万年前就出现在了南美洲潮湿的热带雨林中。但与先前的猜测相反的是,最早的高级植菌蚂蚁很可能生活在较干旱的草原地区。大约3000万年前,地球刚刚经历了一次气候变冷,导致许多地区的森林变成了草原,高级植菌蚂蚁就是这时候从其他真菌培植蚁中分化出来的。

史密森尼国家自然历史博物馆(Smithsonians National Museum of Natural History)的昆虫学研究员泰德舒尔茨(Ted Schultz)站在一个农耕水平很高的高级 植菌蚂蚁的蚁穴旁,他手里拿的是另一种农耕水平不高的低级 植菌蚂蚁的蚁穴。真菌培植水平很高的蚂蚁通常拥有更庞大、更复杂的社会,它们种植的也是经过驯化、只有依靠蚂蚁才能生存的真菌作物。图片来源:James DiLoreto, Smithsonian

史密森尼国家自然历史博物馆的昆虫学研究员泰德舒尔茨(Ted Schultz)表示,更原始一些的植菌蚂蚁所种植的真菌能在野外生存,但只能生活在潮湿的环境中。这意味着,当蚂蚁所在的环境变得干燥时,它们种植的真菌虽然存活了下来,但只能生活在蚁穴中 。由于这些真菌再也无法与野生品种进行杂交,它们得以独立演化,成为最早的农作物 。

植菌蚂蚁只分布于新大陆。目前发现并描述的200多种植菌蚂蚁都属于切叶蚁科的Attini族。它们外出采集叶片或花瓣建造地下苗圃,培育可食用的真菌。低级的植菌蚂蚁的巢穴结构和社会构成通常都很简单。 2007年,《社会性昆虫》(Inshttp://dxb.120ask.com/ectes Sociaux)期刊上发表的一项研究分析了一种低级培植蚁(Mycetophylax simplex)的蚁穴结构和部落大小。研究统计了巴西南部两个地点的55个蚁穴。这些蚁穴全部藏在地下,只有一个出入口。大多数蚁穴包含两个巢室,位于离入口4.0到32.5厘米的地下。巢室接近锥形,一个在上,一个在下。也有少数蚁穴有一个或三个巢室。一般来说,越深的巢室越大,并且同一个蚁穴中下http://dxb.120ask.com/方的巢室通常比上方的巢室更宽敞。用来种植真菌的菌圃都位于巢室的地上。一个蚁穴里平均有264只工蚁,最少也有67只,最多能到610只。[2]

一种低级植菌蚂http://dxb.120ask.com/蚁(Mycetophylax simplex)的蚁穴截面图。图中e为入口(entrance),st为沙塔(sand turret),sc为沙质洞口(sand crater),t为隧道(tunnel),ch为巢室(chamber),fg为真菌苗圃(fungus garden)。比例尺为2cm。图片来源:文献2

相比之下,高级真菌培植蚁的蚁穴深达数米 ,一个蚁穴中可包含数千个巢室,生活着几百万只蚂蚁。它们不仅照料苗圃,还非常注重维护自身和其他巢室的清洁,以免让真菌感染病害。此外,它们还能产生抗生素 ,保护菌圃不受寄生真菌或病原体的污染。这些蚂蚁已经和真菌形成了相互依赖的关系这些真菌无法在蚁穴外独立生存,它们是蚂蚁幼虫唯一的食物来源,也是成年蚂蚁重要的营养来源。当没有其他食物来源时,菌圃里的真菌能满足蚂蚁最基本的营养需求[3]。就连离开巢穴,去建立新部落的处女蚁后,也总会带上一点儿真菌[4]。

编辑:明天

排版:小米

题图来http://dxb.120ask.com/源:123RF

1.Rogers, N。,2017。 BRIEF: When the Climate Dried, Ants Invented Domestication。 Inside Science。 available at:https://www.insidescience.org/news/brief-when-climate-dried-ants-invented-domestication。 Last visit: 2017/6/6

2.Diehl-Fleig, E。 Diehl, E。 2007。 Nest architecturehe fungus-growing ant Mycetophylax simplex Emery, 1888 (Formicidae, Attini)。 Insectes Soc。 54, 242247。

3。王琳, 向梅春, 刘杏忠。 2015。植菌昆虫及共生真菌共生机制。 菌物学报, 34(5): 849-862

4.Institute for Bioversity Genomics,Mutual Attraction: The Evolution of Agriculture in Ants.available at: https://biogenomics.si.edu/research/research-action/mutual-attraction-evolution-agriculture-ants。 last visit: 2017/6/6

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