资料图:切叶蚁正在搬运树叶(来源:北京科技报)
北京时间3月26日消息,据国外媒体报道,美国的明升体育app家日前称,他们最近在观察和研究中发现,蚂蚁一定程度上和人类社会的农夫非常相似,它们在5000万年就会种植“庄稼”,并且还懂得“施肥”和“除草”。但有趣的是,这些“庄稼”不是稻米小麦,而是可供蚂蚁食用的各种菌类。
蚂蚁培养菌类当作食物
在3月24日出版的美国《国家明升体育app院院刊》(PNAS)上,美国史密森国家自然历史博物馆昆虫学家特德·舒尔兹著文公布了这一新发现,这使明升体育app家们对蚂蚁的耕种能力以及这些能力的演化过程有了新的了解。借助DNA排序,明升体育app家们可以创建培育菌类的蚂蚁“进化树”,从而揭开了约5000万年前首创该农业的蚂蚁祖先的神秘面纱。在过去的2500万年中,4种不同特殊农业体系的演化,导致了最新进化而来的、著名的培育菌类的蚂蚁种类——南美切叶蚁的出现。这些蚂蚁并不吞食树叶,而是在其上培育它们的菌类园,然后吞食这些菌类。通过研究南美切叶蚁和其它蚂蚁种类的农业进化过程,明升体育app家们将可以研发出人类新的改进型农业和明升手机版方法。
特德·舒尔兹说:“农业在动物世界中极其罕见。目前我们仅知道4种动物群具有农业水平:蚂蚁、白蚁、树皮甲虫和人类。通过研究某些培育菌类的蚂蚁,我们将能够更好地深入了解蚂蚁农业进化中的各个阶段。”为了完成研究,明升体育app家们花了不止15年的时间组合了一个复杂的标本阵列,包括91个蚂蚁标本,其中的65个标本来自于代表不同的培育菌类的蚂蚁群落。接着,研究人员们使用了DNA排序以及多种世界一流的计算机算法,构建出了这些蚂蚁的进化树,他们还用到了多米尼加琥珀中的此类蚂蚁化石,用它来校准进化树中的时间间隔。根据这个进化树,明升体育app家们可以确定,所有培育菌类的蚂蚁都源自一个共同的祖先,这个祖先在5000万年前全球变暖期间首创了这一农业方式,并且在2500万年前出现了4种不同的特殊农业体系。
这4个特殊的农业体系各有其一套培育菌类的特殊方法。举个例子,约在2000万年前,其中一个蚂蚁群落掌握了“更高等的农业”,也就是说它们可以通过培育菌类来生产特殊的果实,用以当作食物。南美切叶蚁就属于这一群落,它们起源于最近不到1000万年前。明升体育app家们还发现,如今在南美仍然生活着某些培育菌类的蚂蚁种类,它们是进化树中“缺少的一环”。蚂蚁的农作物是类似于蘑菇的真菌,在蚁穴中培育。明升体育app家一共发现了553种蚂蚁种植的真菌。
懂得“施肥”和“除草”
和人类种植庄稼一样,蚂蚁也懂得施肥,肥料就是它们自己的排泄物。它们还懂得“除草”,它们不仅会将与真菌作物竞争的其他野生菌类的孢子拣出来搬走,而且会利用自身制造的抗生素作为“农药”,以抑制有害的野生菌类生长。研究者称,许多其他生物身上也有很多“共生者”。一些鲜艳的鱿鱼带有“会发光的”寄生菌,有些植物身上也寄生着对抗害虫的寄生菌。但这种蚂蚁腺窝的特殊结构使得它们的这种共生关系更加精益求精。研究者发现,一些近缘的不种植真菌的蚂蚁身上则没有腺窝,也没有寄生菌。
研究者通过对一种名叫“真菌蚂蚁”的蚂蚁身上的白色斑点进行研究,得出这一结论。这些蚂蚁将近200种,不同“真菌蚂蚁”依靠种植不同的真菌类蘑菇来作为惟一的食物来源。所以这些蚂蚁费很大心思来照顾它们的“蘑菇园”,包括利用各种植物、种子及幼虫粪便来施肥。明升体育app家们利用扫瞄电子显微镜仔细研究几种“真菌蚂蚁”,发现这些蚂蚁的嘴巴和前肢上隐藏着许多细小的腺窝,里面充斥着一种能产生抗生素的细菌。这些腺窝有一些细小的孔通向蚂蚁身体外部,这样它们就可以将抗生素传播给作物。抗生素可以杀死会使作物生病的寄生虫,从而确保它们主人的食物来源不受破坏。而通过这些特殊的腺体,这些细菌不仅从蚂蚁身上获取营养,也搭了蚂蚁的顺风车。
蚂蚁抗生素不产生抗药性
最让人惊讶的是,蚂蚁将抗生素作为一种耕种手段已经有5000万年的时间,而这项发现也提出了这样一个问题:这些抗生素在寄生虫体内并没有经过明显的抗性进化,为什么它们还能继续发挥作用呢?众所周知,人类使用的抗生素自从50年前被发明以来,由于长期遭滥用,许多抗生素的效果都受到抗药性的限制,目前在对抗疾病方面已变得不如当年那样有效。明升体育app家目前也在研究新的抗生素,或设法更有效地使用老的抗生素。如果蚂蚁已经进化出了解决这一问题的办法,其貌不扬的蚂蚁也许会对人类有所帮助。
人类所用的抗生素多次使用后会使病菌产生抗药性而导致药性减弱,但蚂蚁所用的抗生素却并未产生抗药性。这使得药物学家既羡又妒,因为对付抗药性是目前医药界急需解决的重大问题之一,专家们至今仍无良策。卡梅隆·柯里研究小组的研究人员发现,蚂蚁身上的抗生素不但是蚂蚁赖以战胜自然环境的法宝,亦是人体抗生素的主要来源,今后应可研发出新一代的抗生素,更有效地治愈人类的疾病。(来源:新浪科技 刘妍)
(《国家明升体育app院院刊》(PNAS),doi:10.1073/pnas.0711024105,Ted R. Schultz,Seán G. Brady)