螞蟻很早就開始種植真菌,研究人員分析了 119種現代螞蟻的 DNA,發現植菌螞蟻有「低級」與「高級」兩種不同的社會模式。

早在人類出現之前幾百萬年,昆蟲就開始種植無法在野外生存的真菌了。

可能是棲息地從潮濕到乾燥的變化促使螞蟻創造了世界上最早的馴化物種。螞蟻很早就開始種植真菌,但牠們最初種植的品種與森林裡野生的真菌並沒什麼不同。利用現代螞蟻的DNA,研究人員研究了這些真菌被完全馴化的過程。被馴化的真菌無法與野生真菌雜交,也無法在蟻穴外生存——也許正是這樣的馴化,成就了地球上這些令人震撼的昆蟲社會[1]。

成群結隊的切葉蟻。圖片來源:wikipedia
成群結隊的切葉蟻。圖片來源:wikipedia

不久前發表於《英國皇家學會學報B》的一項研究中,研究人員分析了119種現代螞蟻的DNA。牠們來自不同的棲息地,有著不同的行為模式;有「低級」植菌螞蟻,也有「高級」的植菌螞蟻。「低級」的植菌螞蟻仍然延續著祖先的農業模式,在相對簡單的巢穴裡種植野生的真菌。「高級」的植菌螞蟻通常種植被馴化的真菌,牠們的社會也驚人的複雜。

研究人員發現,最早的「螞蟻農民」可能在大約6000萬年前就出現在了南美洲潮濕的熱帶雨林中。但與先前的猜測相反的是,最早的「高級」植菌螞蟻很可能生活在較乾旱的草原地區。大約3000萬年前,地球剛剛經歷了一次氣候降溫,導致許多地區的森林變成了草原,高級植菌螞蟻就是這時候從其他真菌培植蟻中分化出來

史密森尼國家自然歷史博物館(Smithsonian's National Museum of Natural History)的昆蟲學研究員泰德·舒爾茨(Ted Schultz)站在一個「農耕水平很高」的「高級」 植菌螞蟻的蟻穴旁,他手裡拿的是另一種「農耕水平不高」的「低級」 植菌螞蟻的蟻穴。真菌培植水平很高的螞蟻通常擁有更龐大、更複雜的社會,它們種植的也是經過馴化、只有依靠螞蟻才能生存的真菌「作物」。圖片來源:James DiLoreto, Smithsonian
史密森尼國家自然歷史博物館(Smithsonian’s National Museum of Natural History)的昆蟲學研究員泰德.舒爾茨(Ted Schultz)站在一個「農耕水平很高」的「高級」 植菌螞蟻的蟻穴旁,他手裡拿的是另一種「農耕水平不高」的「低級」 植菌螞蟻的蟻穴。真菌培植水平很高的螞蟻通常擁有更龐大、更複雜的社會,牠們種植的也是經過馴化、只有依靠螞蟻才能生存的真菌「作物」。圖片來源:James DiLoreto, Smithsonian

史密森尼國家自然歷史博物館的昆蟲學研究員泰德.舒爾茨(Ted Schultz)表示,更原始一點的植菌螞蟻所種植的真菌能在野外生存,但只能生活在潮濕的環境中。這意味著,當螞蟻所在的環境變得乾燥時,牠們種植的真菌雖然存活了下來,但只能生活在蟻穴中。由於這些真菌再也無法與野生品種進行雜交,牠們得以獨立演化,成為最早的農作物。

植菌螞蟻只分佈於新大陸。目前發現並描述的200多種植菌螞蟻都屬於切葉蟻科的Attini族。牠們外出採集葉片或花瓣建造地下苗圃,培育可食用的真菌。低級的植菌螞蟻的巢穴結構和社會構成通常都很簡單。2007年,《社會性昆蟲》(Insectes Sociaux)期刊上發表的一項研究分析了一種低級培植蟻(Mycetophylax simplex)的蟻穴結構和部落大小。研究統計了巴西南部兩個地點的55個蟻穴。這些蟻穴全部藏在地下,只有一個出入口。大多數蟻穴包含兩個巢室,位於離入口4.0到32.5厘米的地下。巢室接近錐形,一個在上,一個在下。也有少數蟻穴有一個或三個巢室。一般來說,越深的巢室越大,並且同一個蟻穴中下方的巢室通常比上方的巢室更寬敞。用來種植真菌的菌圃都位於巢室的地上。一個蟻穴裡平均有264隻工蟻,最少也有67隻,最多能到610隻。[2]

一種低級植菌螞蟻(Mycetophylax simplex)的蟻穴截面圖。圖中e為入口(entrance),st為沙塔(sand turret),sc為沙質洞口(sand crater),t為隧道(tunnel),ch為巢室(chamber),fg為真菌苗圃(fungus garden )。比例尺為2cm。圖片來源:文獻2
一種低級植菌螞蟻(Mycetophylax simplex)的蟻穴截面圖。圖中e為入口(entrance),st為沙塔(sand turret),sc為沙質洞口(sand crater),t為隧道(tunnel),ch為巢室(chamber),fg為真菌苗圃(fungus garden )。比例尺為2cm。圖片來源:文獻2

相比之下,高級真菌培植蟻的蟻穴深達數公尺,一個蟻穴中可包含數千個巢室,生活著幾百萬隻螞蟻。牠們不僅照料苗圃,還非常注重維護自身和其他巢室的清潔,以免讓真菌感染病害。此外,牠們還能產生抗生素,保護菌圃不受寄生真菌或病原體的污染。這些螞蟻已經和真菌形成了相互依賴的關係——這些真菌無法在蟻穴外獨立生存,牠們是螞蟻幼蟲唯一的食物來源,也是成年螞蟻重要的營養來源。當沒有其他食物來源時,菌圃裡的真菌能滿足螞蟻最基本的營養需求[3]。就連離開巢穴,去建立新部落的處女蟻后,也總會帶上一點真菌[4]。

編譯來源:

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 architecture and colony size of the fungus-growing     ant Mycetophylax simplex Emery, 1888 (Formicidae, Attini). Insectes Soc. 54, 242–247.
3. 王琳, 向梅春, 劉杏忠. 2015.植菌昆蟲及共生真菌共生機制. 菌物學報, 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

編譯:瑪雅藍

編輯:明天

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