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琥珀化石螞蟻有助于重建真菌養(yǎng)殖的進化

2019-03-19 09:46:05 ? 來源：

在人類認識到它之前大約5000萬年，農(nóng)業(yè)在一個看似不太可能的地方來到世界：螞蟻山。

避開小麥或大米為羽毛狀銀耳，該螞蟻種植的真菌的作物，以換取營養(yǎng)為它提供服務。但就像他們追隨他們的人類同行一樣，螞蟻面臨著作物病的長期問題，在這種情況下是一種寄生真菌，它可能會消滅它們的收成。

所以螞蟻農(nóng)民進化出另一種伙伴關系。它們?yōu)槟承┘毦峁┝税踩母劭诤蜖I養(yǎng) - 細菌 - 這又產(chǎn)生了能夠阻止寄生蟲的抗生素。為了幫助細菌粘附，螞蟻的外骨骼進化出專門的口袋，保護和喂養(yǎng)他們的伴侶。

這些結構看起來如此錯綜復雜，以至于科學家們認為他們只有一次進化的機會，因為最初的真菌農(nóng)民最終分化成我們今天發(fā)現(xiàn)的250種螞蟻養(yǎng)殖種類。但今天(10月1日)在威斯康星大學麥迪遜分校的美國國家科學院院刊上發(fā)表研究表明，這些含有細菌的結構獨立進化了三次。

結果清楚地表明，作物寄生蟲的持續(xù)威脅反復推動了進化的驚人相似方向，創(chuàng)造了幫助螞蟻加強與細菌的伙伴關系的結構。并且他們成功地使用保護性抗生素，這表明螞蟻可能會接受人類醫(yī)學的教訓，這很快就會抵抗病原體對我們最重要的抗生素的抵抗。

這項工作由威斯康星大學麥迪遜分校細菌學教授Cameron Currie和Currie實驗室博士后研究員李紅杰領導。他們與亞利桑那州立大學，圣保羅大學，哈佛醫(yī)學院和史密森尼學院的同事合作。

“這項工作為使用細菌長期提供抗生素的動物提供了令人著迷的見解，”Currie說，他研究了20年來農(nóng)蟻的動態(tài)。

研究人員對69種螞蟻進行了詳盡的調查，從亞利桑那州立大學和史密森尼學院的藏品中采集了不同的螞蟻樣本。研究小組使用其基因組序列重建了螞蟻的進化樹。由此產(chǎn)生的樹表明螞蟻和細菌之間的伙伴關系在螞蟻開始耕種后很快就會發(fā)生變化。

關于螞蟻 - 細菌關系的古老起源的進一步證據(jù)來自少數(shù)真菌種植的螞蟻，這些螞蟻偶然被凍結在現(xiàn)在的多米尼加共和國的琥珀中。通過硬化的樹液，研究人員可以發(fā)現(xiàn)細菌粘附在螞蟻體上的跡象。隨著琥珀的年齡在1500萬到2000萬年之間，Currie的團隊可以驗證他們的基因組數(shù)據(jù)，并證明螞蟻共生至少與琥珀樣本一樣古老。

李說，早期的工作暗示了螞蟻細菌伙伴關系的早期演變，但“這篇論文提供了更多證據(jù)證明這是一個古老的系統(tǒng)。”

研究人員使用超高倍放大電子顯微鏡檢查了螞蟻是否存在容納細菌的特殊結構，稱為隱窩。顯微圖像顯示，大多數(shù)生殖螞蟻的種類都有隱窩和相關的結構，可以支持放線菌。但是許多螞蟻物種都缺少這些結構。

當他們將重建數(shù)據(jù)映射到重建的進化樹上時，Currie的團隊發(fā)現(xiàn)隱窩不是一次進化，而是在農(nóng)螞蟻進化過程中分別進化了三次。

但隱窩并不是無處不在。有些物種已失去任何明顯的支持細菌的結構。研究人員表明，已經(jīng)廢除隱窩的螞蟻也失去了共生放線菌的痕跡。

柯里和李冒險說，現(xiàn)在在更干旱地區(qū)種植的螞蟻不再對抗寄生真菌病的持續(xù)威脅。由于窩藏和喂養(yǎng)細菌可以使用多達四分之一的螞蟻能量，因此螞蟻與其昔日的合作伙伴分道揚..

顯然不滿足于模仿螞蟻的農(nóng)業(yè)生活方式，人類后來會轉向同一組細菌，即Actinobacteria，用于我們的大多數(shù)臨床抗生素。幾百萬年來，螞蟻使用類似的抗生素來保護他們的真菌花園免受害蟲的侵害，這表明我們可以從他們的成功中學習。

“我堅信這里有減少抗生素耐藥性的機制，”庫里說。

發(fā)現(xiàn)這些機制可能只會幫助我們延長自身抗生素的使用壽命。

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