發(fā)布時間： 2016年09月09日
對于生活在中國西南地區(qū)的人們來說，即將到來的秋天，意味著一種極其美味的食材就可以上桌了，它就是雞樅菌。
雞樅菌是菌類中的名門望族，售價昂貴。除了因它極其鮮美的口感，還因為它生長的奧秘只有白蟻知道——沒有白蟻參與種植，就沒有雞樅菌。
除了人類，白蟻是極少數(shù)能夠參與農業(yè)種植的生物。相較而言，人們更不了解的是，原來許多螞蟻也是搞農業(yè)種植的“老手”，它們的經驗甚至比人類還要豐富。
來自丹麥哥本哈根大學、中國深圳國家基因庫、美國史密森尼學會、中國科學院昆明動物研究所的研究人員試圖去找到螞蟻和它們的種植對象共同適應性的分子基礎，最新研究成果發(fā)表在《自然通訊》上。
種植真菌的“老手”
農業(yè)是人類從事的最古老的一項產業(yè)，盡管科學家還難以準確說清人類農業(yè)文明的起源問題，但一般認為，農業(yè)的出現(xiàn)是從采集開始的。當原始人類的采集活動進行了很長時間，無意地觀察到植物生長發(fā)育中的各種自然現(xiàn)象，然后開始有意識地采集種子進行播種，逐漸積累了栽培經驗。人類還把符合自己需要的個體挑選出來，那些有益的性狀就被保留下來。
據了解，人類農業(yè)的出現(xiàn)時間是在距今1萬多年前，而螞蟻的種植行為最早可以追溯到第三紀早期（6000萬~5500萬年前）。文章作者、國家基因庫生物多樣性基因組學研究組負責人張國捷向《中國科學報》記者介紹道：“和人類一樣，它們也是由依靠采集和狩獵為生的祖先進化而來的。有的螞蟻捕食昆蟲，有的螞蟻采集花蜜，也有的依靠采集真菌，真菌培植螞蟻就是這支螞蟻的后代?！?/p>
螞蟻的祖先最早并沒有真菌培養(yǎng)能力，進化過程中，有一部分低級真菌培植螞蟻開始采集環(huán)境中存在的真菌進行培育，但那時，它們還沒有進行物種選擇。到了3000萬年前，不同的高級真菌螞蟻就開始挑選自己適合的真菌物種進行培植了，并將其作為唯一的食物來源。
其中，最新進化而來的、最高級的培育菌類的螞蟻種類之一就是切葉蟻。張國捷認為，之前的真菌培植螞蟻只能小規(guī)模地種植真菌，切葉蟻則具有了高級馴化能力，“它們采集樹葉并利用樹葉的殘渣對特定真菌進行種植培養(yǎng)，類似工業(yè)化的大規(guī)模培養(yǎng)真菌。它們培植的真菌甚至可以提供幾百萬只螞蟻的口糧”。
真菌培植螞蟻的出現(xiàn)就是一個自然選擇的過程。最初可能只是隨機出現(xiàn)了一些食用真菌的螞蟻，慢慢地，這些螞蟻可能在生存競爭中更具有優(yōu)勢，在長久的優(yōu)勝劣汰的自然選擇中，優(yōu)勢能力就被保留了下來。
食用、種植真菌為什么對螞蟻而言是個有利選擇？科學家發(fā)現(xiàn)，種植真菌可以讓螞蟻獲得可食用的蛋白、脂肪和碳水化合物。“此外，真菌能提供螞蟻所需的一些特殊的營養(yǎng)物質，比如，精氨酸是參與生化過程重要的一種氨基酸，而真菌中富含的氮成分，正是合成精氨酸的必要材料，因此，真菌為螞蟻提供了不可或缺的精氨酸來源。此外，真菌的胞壁中廣泛存在著殼多糖，螞蟻通過消耗真菌上的殼多糖，降解成葡萄糖，以便獲得豐富的能量?！睆垏萁榻B說。
螞蟻和真菌如何共生
螞蟻和真菌的共生關系進化了幾千萬年，已經形成了一個類似于人類大規(guī)模養(yǎng)殖的農業(yè)社會系統(tǒng)。
人類在作物馴化過程中通過雜交等手段，使作物基因組發(fā)生劇變，從而獲得人類所需要的作物性狀。同時，人類自身的基因組也隨著農業(yè)文明的發(fā)展逐漸發(fā)生了適應性變化。而科學家同樣在螞蟻和真菌的共生關系中看到了這種現(xiàn)象。
在比較了切葉蟻和低級真菌培植螞蟻，研究人員發(fā)現(xiàn)后者的作物仍然只有兩套染色體，而切葉蟻的真菌作物則是多倍體。張國捷表示，這和人類種植的農作物，比如小麥、土豆、甘蔗、白菜等十分相似，相對野生品種，馴化物種都出現(xiàn)了多倍化現(xiàn)象。
多倍化可以使作物更大、產量更高，因為染色體的倍數(shù)越多，基因的拷貝也越多，就能產生更多的基因產物，提高作物的可塑性?！安贿^，人類的農作物被馴化后往往在野外很難生存，類似的，高級真菌培植螞蟻馴化后的真菌也失去了野外自由繁殖的能力，必須得依靠螞蟻才能繁殖。因此，這也加快了人類和切葉蟻的作物馴化過程?！睆垏萁忉屨f。
反過來，隨著馴化能力的提高，螞蟻社會出現(xiàn)了更加復雜的分工。
在大多數(shù)螞蟻物種里，社會的主要分工為工蟻和繁殖蟻，而在切葉蟻里，工蟻又進一步分化出體型龐大的從事樹葉采集、蟻巢防御的大工蟻和體形較小負責種植真菌和撫養(yǎng)后代的小工蟻。這與人類農業(yè)文明高度發(fā)達之后開始出現(xiàn)城市化和社會分工現(xiàn)象類似。
除此之外，張國捷還提到，在真菌進化過程中，它們還不斷加強殼多糖的合成能力，以產生更豐富的這種物質。同時，螞蟻則演化出更強的殼多糖降解能力，從而提供更多自己所需的能量。
在這項研究中，研究人員從三類不同等級的真菌培植螞蟻中挑選出了7種，越高等級的螞蟻社會與農業(yè)的相互促進和影響也更深入。
向螞蟻學種植
農業(yè)文明并不是人類特有的，但它也的確很稀有。盡管人類的農業(yè)文明從存在時間上要遠遠落后于螞蟻，但是作物馴化和農業(yè)文明的出現(xiàn)，對人類社會的演化產生了極其深遠的影響。
如今，人類的農業(yè)文明正面臨很多挑戰(zhàn)，比如如何抵抗病蟲害，如何提高作物產量，尤其是如何不在農業(yè)發(fā)展過程中對生態(tài)系統(tǒng)產生破壞。
“研究人與農業(yè)文明之間的關系并不是一件容易的事，而這類真菌種植螞蟻可以給研究這種雙向適應演化過程提供一種絕佳的模式生物?！睆垏菡f。
在2008年，美國史密森國家自然歷史博物館的科研人員就發(fā)現(xiàn)，螞蟻不僅懂得用自己的排泄物施肥，還懂得“除草”，而且這些螞蟻的嘴巴和前肢上隱藏著許多細小的腺窩，里面擁有一種能產生抗生素的細菌，可以對抗害蟲，抑制有害的野生菌類生長。更有意思的是，這些螞蟻抗生素還不產生抗藥性。
螞蟻的農業(yè)系統(tǒng)模式存在了那么長時間，它們與生態(tài)系統(tǒng)之間依然能保持良好的依存關系，很值得人類思考。它們如何創(chuàng)造一流的衛(wèi)生環(huán)境，如何有效進行害蟲管理，怎樣合成殺菌劑和抗生素以防止疾病的發(fā)生，與此同時不對生態(tài)系統(tǒng)造成負面影響……張國捷希望，未來的研究也能從中找到一些規(guī)律和可借鑒的辦法。
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