杀死恐龙的小行星如何让蚂蚁学会务农

一项科学研究说明了恐龙的灭绝是如何导致真菌的繁荣和6600万年前以真菌为生的蚂蚁的进化。 这种早期的农业形式早于人类的农业实践，后来进化成复杂的互惠关系，目前正在研究它们在生物技术中的潜力。

研究突显了终结恐龙的流星撞击如何帮助催生了蚂蚁与真菌之间的互利关系，这标志着早在人类耕作之前的一种早期农业形式。

6600万年前导致恐龙灭绝的陨石撞击可能促成了真菌与蚂蚁之间一种非凡的互利关系。 陨石撞击造成的弱光环境为以有机物为食的真菌的传播创造了有利条件。

根据科学杂志上发表的一项新研究，这是一群蚂蚁的祖先开始培育这些微生物的绝佳机会。

在巴西圣保罗州博图卡图的一个农场里发现的一个蚁穴是一个菌类园，除了栽培的菌类外，还有草叶。 图片来源：André Rodrigues/IB-UNESP

"养殖真菌的蚂蚁的起源相对较好理解，但缺乏关于这些微生物的更精确的时间表。 这项工作为这些真菌菌株的出现提供了迄今为止最小的误差范围，而这些菌株以前被认为是最近才出现的，"位于巴西里约克拉罗的圣保罗州立大学生物科学研究所（IB-UNESP）教授安德烈-罗德里格斯（André Rodrigues）解释说，他也是这篇论文的作者之一。

该研究员负责协调"合作研究"项目： 该项目由巴西社会科学院（FAPESP）通过其生物多样性特征、保护、恢复和可持续利用研究计划（BIOTA）与美国国家科学基金会（NSF）合作支持。

柠檬切叶虫 Atta colombica 工蚁将树叶运往巴拿马甘博亚的蚁群。 图片来源：Pepijn W. Kooij/IB-UNESP

通过分析从美洲不同地区收集到的由蚂蚁培育的475个真菌物种基因组中所谓的超保守元素（UCEs），测算出了它们的年代。 UCEs是在一个群体的进化过程中一直保留在基因组中的区域，源自其最古老的祖先。

"在这种情况下，我们对靠近这些元素的区域很感兴趣。 它们显示了物种之间的最新差异，让我们能够相当准确地追溯进化路线，"得到 FAPESP 支持的 IB-UNESP 研究员 Pepijn Wilhelmus Kooij 补充说，他也是这项工作的合著者。

利用这种方法，我们可以确定，6600 万年前，从今天的食叶蚁（Attini 类）的同一祖先几乎同时出现了两个不同的真菌系。

长期以来，研究真菌与蚂蚁之间互生关系的专家一直认为，这种关系的开始决定了农业的出现，比人类开始驯化植物早了数千万年，距今不过 1.2 万年。

放大了一千倍的图片显示了柠檬切叶蚁（Atta sexdens）培育的真菌 Leucoagaricus gongylophorus 产生的营养囊泡（gongylids）。 图片来源：André Rodrigues/IB-UNESP

这项研究还揭示了珊瑚真菌祖先的出现，这是蚂蚁在2100万年前开始培育的第二类真菌。 这种真菌因其形成的结构类似于微型海珊瑚群而得名。

研究结果支持这样的假设，即真菌在被蚂蚁培养之前已经进行了预适应。 作者指出，切叶蚁群的祖先很可能生活在真菌附近，或者在蚁群内，甚至不时地采集真菌，以真菌或其产品为食。

"但真菌并不是蚂蚁食物的重要组成部分。 流星撞击造成的压力可能使这种关系变成了一种强制性的互惠关系，在这种关系中，这些真菌依赖蚂蚁提供食物和进行繁殖，而蚂蚁则完全依赖真菌作为食物来源，"罗德里格斯说。

如今，四种不同的蚂蚁群培育着四种类型的真菌。 在某些情况下，昆虫甚至会改变栽培产品的生长，使其提供某些养分。

在巴拿马甘博亚出土的 Atta colombica 树群。 照片中央比工蚁大得多的是蚁后。 图片来源：Pepijn W. Kooij/IB-UNESP

"当我们在实验室中培养它们时，真菌采取的是预期的菌丝形式。 然而，在菌落内部，其中一种菌丝会膨胀，形成类似葡萄簇的结构，富含糖分。 我们仍然不知道蚂蚁是如何做到这一点的。"

对于论文合著者、巴西国家科学院教授小毛里西奥-巴奇（Mauricio Bacci Junior）来说，栽培真菌的起源可能是蚂蚁在当时面临营养短缺时的一种适应。

随着大量真菌遍布现在的美洲，食物来源的选择越来越少，那些已经与蚂蚁有某种可能关系的真菌最终被证明在栽培时更有用。

"为了养活自己，真菌会分解蚂蚁携带的有机物。 反过来，蚂蚁消耗真菌产生的物质，而这些物质是蚂蚁无法从其他来源获得的。" 这位研究员是生物多样性动态和气候变化研究中心（CBioClima）的副主任，该中心是 FAPESP 支持的研究、创新和传播中心（RIDCs）之一。

在这一创始事件之后，以前生活在潮湿森林中的食菌蚁经历了第二次选择性压力，即 2700 万年前塞拉多热带稀树草原生物群落的扩张。 随着更加开阔和干旱地区的出现，这些农业昆虫出现了多样化，从而形成了今天的切叶蚁。

这一事件无疑也有利于真菌的多样化，真菌在为蚂蚁生产食物和分解有机物方面变得更加有效。

因此，现在人们正在研究蚂蚁培养的真菌产生的酶，看它们是否具有生物技术潜力，不仅能降解有机物，还能降解包括塑料在内的其他材料。

编译自/SciTechDaily

DOI: 10.1126/science.adn7179