你可能已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)糞便丸，這是人類將仁慈的細(xì)菌帶入腸道的最新方式。但似乎一群螞蟻可能是4600萬(wàn)年前的原始大便丸先驅(qū)。

發(fā)表在Nature Communications上的一項(xiàng)新的合作研究確定，龜螞蟻(Cephalotes)能夠通過(guò)肛門(mén)分泌物將有用的細(xì)菌從較老的螞蟻傳遞給較年輕的螞蟻來(lái)補(bǔ)充其低氮飲食。一旦完成，現(xiàn)在內(nèi)化的微生物(微小細(xì)菌)自然產(chǎn)生龜螞蟻生存所需的氮。

Drexel大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院副教授，該論文的資深作者Jacob Russell博士說(shuō)：“海龜螞蟻吃很多難以消化的食物，并且含有少量必需的營(yíng)養(yǎng)成分。”“事實(shí)上，他們可以依靠這些飲食，并且已經(jīng)遠(yuǎn)離與其他螞蟻積極競(jìng)爭(zhēng)更優(yōu)化的食物資源，這幾乎肯定是他們與腸道細(xì)菌共生的投資的一個(gè)功能。”

由Drexel，加州大學(xué)圣地亞哥分校，賓夕法尼亞大學(xué)，哈佛大學(xué)，洛克菲勒大學(xué)，加爾文學(xué)院和自然歷史博物館的研究人員進(jìn)行，這項(xiàng)多機(jī)構(gòu)國(guó)際研究由Yi Hu帶頭，博士，在Drexel完成博士后，以及加州大學(xué)圣地亞哥分校的博士后Jon Sanders博士。

這項(xiàng)研究的靈感來(lái)自十多年前Russell與皮爾斯實(shí)驗(yàn)室的Carrie Moreau博士和Naomi Pierce博士所做的工作，當(dāng)時(shí)他們發(fā)現(xiàn)許多低質(zhì)量飲食的螞蟻都患有特殊的細(xì)菌共生體 - 可能會(huì)補(bǔ)充他們的飲食。

事實(shí)證明，龜螞蟻就是一個(gè)很好的例子。雖然許多螞蟻攻擊其他動(dòng)物的食物或清除死亡動(dòng)物的尸體，但是螞蟻依靠從植物冠層覓食花蜜，花粉，真菌和其他資源。它們還消耗來(lái)自哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)糞的尿液，這些尿液含有大量的氮 - 但是在沒(méi)有微生物幫助的情況下動(dòng)物無(wú)法進(jìn)入。

為了測(cè)試腸道細(xì)菌是否對(duì)螞蟻的營(yíng)養(yǎng)攝入量有顯著貢獻(xiàn)，研究人員將一些海龜螞蟻放在實(shí)驗(yàn)室中，將它們置于尿素(尿液中的主要廢物)的飲食中，并給它們抗生素 - 它們殺死了它們腸道細(xì)菌。在這種情況下，螞蟻在嚴(yán)格由尿素組成的飲食中不能獲得它們通常所做的氮。

發(fā)現(xiàn)龜螞蟻在其內(nèi)臟中保留產(chǎn)生氮的細(xì)菌，這表明他們?nèi)绾文軌蛟谑秤闷渌麆?dòng)物似乎很少想要的食物的同時(shí)生存得如此之好。

由于對(duì)進(jìn)攻能力的使用似乎有所減少，再加上他們轉(zhuǎn)向這些低質(zhì)量的飲食，龜螞蟻已經(jīng)失去了許多其他螞蟻用來(lái)競(jìng)爭(zhēng)或攻擊他們食物的特性。

拉塞爾說(shuō)：“這些螞蟻已經(jīng)進(jìn)化出下頜骨縮小的下頜 - 并且失去了刺痛的能力。”“因此，他們不擅長(zhǎng)捕食活的無(wú)脊椎動(dòng)物或清除死亡的動(dòng)物。這也意味著它們失去了與其他螞蟻物種競(jìng)爭(zhēng)不可或缺的特征。”

反過(guò)來(lái)，螞蟻進(jìn)化出更多的被動(dòng)防御，如厚厚的盔甲和“成人的專業(yè)種姓，他們用頭來(lái)插入空心樹(shù)枝的入口，”拉塞爾解釋說(shuō)。

有趣的是，這些螞蟻開(kāi)發(fā)的厚厚的防御裝甲需要大量的氮，這再次表明了龜螞蟻與其腸道細(xì)菌的共生關(guān)系的重要性。

“由于腸道微生物對(duì)氮預(yù)算的貢獻(xiàn)很大，這種裝甲可能是可能的，”拉塞爾說(shuō)。

由于微生物對(duì)他們的生活如此重要，似乎龜螞蟻也已經(jīng)發(fā)展出一種保護(hù)它們的方法。

“這些螞蟻在其消化道附近開(kāi)發(fā)了一種細(xì)網(wǎng)過(guò)濾器，可以使下游的腸道微生物與外來(lái)入侵者隔離。這可能有助于加強(qiáng)這些古老細(xì)菌群落的完整性，”拉塞爾說(shuō)。

關(guān)于螞蟻相關(guān)細(xì)菌功能的直接信息相對(duì)有限，葉斬和木匠螞蟻構(gòu)成了這種知識(shí)的大部分。所以知道龜螞蟻從它們的細(xì)菌中獲益如此程度 - 特別是微生物供應(yīng)的氮可能對(duì)它們的生存至關(guān)重要 - 這是非常重要的。

“這項(xiàng)工作表明，復(fù)雜社區(qū)的成員可以共同發(fā)展，為未來(lái)研究這些生物如何發(fā)展以響應(yīng)可靠的伙伴關(guān)系奠定基礎(chǔ)，”拉塞爾說(shuō)。

與我們一樣，哺乳動(dòng)物在我們的腸道中有一套復(fù)雜的細(xì)菌，這些細(xì)菌可能已經(jīng)與宿主一起進(jìn)化了數(shù)百萬(wàn)年 - 盡管它的特定方式不那么特別?，F(xiàn)在了解龜螞蟻及其共生細(xì)菌，就我們自己的發(fā)展方式提出了進(jìn)一步的問(wèn)題。同時(shí)，它也可能提供答案。

“螞蟻螞蟻系統(tǒng) - 相對(duì)簡(jiǎn)單 - 可能有助于我們模擬有關(guān)我們自己與微生物的伙伴關(guān)系以及它們對(duì)人類健康的重要性的問(wèn)題，”拉塞爾總結(jié)道。