导致恐龙灭绝的小行星将蚂蚁变成了农民

这些昆虫在人类存在数百万年前就开始种植真菌作物。
Leaf cutter ants
切叶蚁实际上并不吃它们的收成,而是将收成喂给它们巢穴中的真菌。来源:Deposit Photos

奇克苏鲁伯小行星撞击事件肯定没有让恐龙受益,但对于今天的蚂蚁的祖先来说,情况却完全不同。事实上,6600 万年前席卷地球的气候剧变,可能是某些蚂蚁物种在人类进化前数百万年就开始学会耕种的主要原因。

在一项于 10 月 3 日发表在《科学》杂志上的研究中,一个由巴西和美国大学以及史密森尼学会的研究人员组成的国际团队,研究了数百种蚂蚁和真菌的基因数据,以追溯它们的进化谱系。在比较了这两个时间线后,专家们确定了它们真正交织在一起的时间——大约在奇克苏鲁伯小行星之后出现的同一时期。

“真菌养殖蚂蚁的起源相对来说已经很清楚了,但对于这些微生物来说,一个更精确的时间线一直缺乏,”圣保罗州立大学生物科学研究所(IB-UNESP)研究员、论文合著者 André Rodrigues 在一份声明中。根据 Rodrigues 的说法,这项新分析提供了“迄今为止这些真菌菌株出现的最小误差范围,此前人们认为它们出现的时间更晚”。

研究人员长期以来一直认为,由这个六英里宽的太空岩石抛入大气层中的碎片,在几代人中造成了一个低光照环境。虽然这对于地球上 70% 的生命来说是死刑,但它却为某些以有机物为食的真菌物种提供了一个完美的温床。与此同时,动植物的死亡迫使今天的切叶蚁群的古老祖先依靠培养和收割这些微生物。

理解真菌-蚂蚁共生起源的关键在于观察它们的超保守区(UCEs)——在多个进化代际中保持完整的基因组区域。

“在这种情况下,我们对这些区域附近的区域感兴趣。它们显示了物种之间最近的差异,并允许我们追踪一条相当准确的进化线,”IB-UNESP 研究员、论文合著者 Pepijn Wilhelmus Kooij 说。

然而,蚂蚁和真菌物种要实现真正的共生关系,最终需要近 4000 万年的时间。正如史密森尼学会解释的那样,大约 2700 万年前的一段快速降温期导致蚂蚁将真菌物种从湿润地区带到干燥地区,从而将这些微生物与其原生地种群隔离开来。然后,这些真菌完全依赖蚂蚁才能繁殖和生存。这导致了所谓的“高等农业”,在这种农业中,蚂蚁收割新鲜植物供它们的真菌分解,因为植物物质会腐烂。然后,这些微生物会产生称为菌丝体的线状网状结构。在此期间,这些菌丝体的尖端会长出富含脂质和碳水化合物的球状物,称为“gongylidia”,蚂蚁以此为食。本质上,蚂蚁在人类出现之前数百万年就发现了耕种,更不用说作为物种存在了。

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“蚂蚁驯化这些真菌,就像人类驯化农作物一样,”史密森尼学会蚂蚁 curator(策展人)兼论文主要作者 Ted Schultz 在该学会的介绍中说。

“为了获取养分,真菌会分解蚂蚁搬运的有机物。反过来,蚂蚁会消耗真菌产生的它们无法从其他任何来源获得的物质,”IB-UNESP 教授 Mauricio Bacci Junior 在声明中补充道。“这就像真菌是昆虫的外部胃一样。”

如今,蚂蚁的耕种能力促使了多种真菌物种的发展,这些真菌在为蚁群生产食物以及分解有机物方面都非常高效。这些酶非常有价值,以至于其他研究人员正在研究如何利用它们来安全分解塑料等有害物质。未来,人类可持续的回收解决方案在很大程度上可能要归功于地球上最早的一些创新蚂蚁。  

 

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特约撰稿人

Andrew Paul 是 Popular Science 的特约撰稿人。


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