为了吃肉,共生的蚂蚁竟然给植物拔毛?
发布时间:2021-05-06
出品:科普中国
制作:廖鑫凤
监制:中国科学院计算机网络信息中心
    自然界是个圈动植物常常以互惠互利的方式彼此生活下去但有时这种关系不一定稳定要想处于一种动态的平衡中,还需要大自然用一双看不见的手把段关系维持平衡。猫须李这种植物,它与蚂蚁的合作关系就是因为有第三者——真菌的加入才变得平衡。

植物与蚂蚁的合作:我包吃包住,你来当保镖

  猫须李选择与蚂蚁合作是因为在动物捕食者面前不会动的植物往往处于下风,但植物只好选择与蚂蚁合作来对付食草动物的啃食。这一类植物被称作喜蚁植物(Myrmecophytes,它们利用身上已有结构来养蚂蚁,或专门在叶柄上、茎上形成空心的洞来给蚂蚁居住,甚至不惜膨大自己的身体来给蚂蚁造房。

  

  在茎、叶中形成虫穴的植物 

  图片来源参考文献

  喜蚁植物给蚂蚁提供住的地方还不够为了方便蚂蚁觅食它还要给蚂蚁提供吃的一般还得是高糖食物可谓为了操碎了心

  蚂蚁也不白吃白住,为了“交房租”和“付伙食费”蚂蚁主动当起植物的保镖,两者就这样达成稳定联盟。

  但这种合作靠植物与蚂蚁不一定能达到平衡,有时候它也是三个人的电影,只是有一方因看不见而没有姓名

没有肉吃时蚂蚁也造反

  生活在南美的猫须李属(Hirtella)植物上共生着的是一种当地特有的蚂蚁(Allomerus),两者关系看起来密不可分,亲如一家。

  

  猫须李植株叶、花、果与芽

  图片来源参考文献

  

  猫须李上共生的蚂蚁

  图片来源见水印

  每一片新生猫须李叶子基部都会膨大成袋状,形成两个小肿瘤的穴给蚂蚁居住。离巢穴不远的叶片的背面还有蜜腺,给蚂蚁提供食物。蚂蚁也会保护猫须李,嗅到它叶子散发出被损害的气味时蚂蚁就会聚集过来帮助猫须李一起抵御敌害。

  

  猫须李上形成的虫穴(A、B、C)以及叶上的蜜腺(D、E、F) 

  图片来源参考文献

  猫须李原本是一种全身毛绒绒的小乔木现在居住在它身上的蚂蚁竟要把它一半的毛拔掉而且它们只拔茎上一侧的毛被究竟是何原因让蚂蚁倒戈

  原来是因为没有肉吃,蚂蚁要拔植物毛来造陷阱来捕虫。

  猫须李虽然给蚂蚁提供提食物,但对于居住其中的庞大蚂蚁军团来说,并不够,它们还需要蛋白。蚂蚁也吃肉,尤其是它们在植物形成的虫穴中养育后代。对幼蚁来说,蛋白显得尤为重要。

 

  虫穴中养着的蚂蚁卵

  图片来源见水印

  而有些与蚁共生植物就懂得给蚂蚁提供一些高蛋白的食物有一种金合欢就会在叶子末端形成小的、白色的富含蛋白的食物块给蚂蚁。

  

  金合欢中叶端给蚂蚁的高蛋白食物

  图片来源wiki

  在猫须李这里,同伴不给力,蚂蚁就只好自己动手了。

  为了获得高蛋白的食物,在上面居住的蚂蚁学会了利用猫须李茎上的毛被来制作陷阱,而且陷阱制作得相当老道。

  它们先把猫须李茎上腹侧的毛被给清理出来,一根根搬到茎的背上。

  

  渐渐被拔掉毛的猫须李的茎

  图片来源参考文献

  随后它们用自己的反刍物将毛被粘合起来,吐出来的粘液之中还含有在蚂蚁内共生帮助蚂蚁消化的真菌,之后这些真菌在毛被中混杂着,开始自然生长,利用菌丝将毛被覆盖的丛林粘合起来,形成一个看起来安全的“草丛”。

  

  形成的陷阱及藏在底下的洞

  图片来源参考文献

  陷阱制作好之后,蚂蚁们会躲在茎的腹侧,它们将腹侧的茎咬出一个个自己头大小一样的小孔来,然后自己再钻进去,埋伏起来,仅露出自己的大颚,张开着,等待植食性昆虫或者过来偶尔歇息的昆虫过来。

  

  藏起来只露出个大颚等待伏击的蚂蚁(图A、B)

  图片来源参考文献

  一旦猎物降落,蚂蚁则群体出动,发动攻击,将它们咬死,然后搬进巢穴,作为自己的食物,补充蛋白。

 

  被捕获以及搬运到腹侧的蝗虫 

  图片来源参考文献5

蚂蚁吃肉,植物也可以吃渣

  这样看起来好像是聪明且勤劳的蚂蚁大获全胜猫须李惨遭拔毛要知道,这些毛被就如同我们的体毛一样,可以帮助植物调节体温与防御敌害,说没就没了,还是惨的事情并没有么简单,这场战役中我们忘了还有另一个参与者-真菌

  共生的真菌虽然是蚂蚁吐出来帮助自己制造陷阱,自动生长的真菌是自然界生物粘合剂。

  

  真菌菌丝会充当蚂蚁蚁巢中的粘合剂 

  图片来源参考文献

  在猫须李中,真菌发挥了更大的作用。研究人员发现,被蚂蚁吐出的真菌不在猫须李表面生长,真菌的菌丝还会伸进猫须李的茎中通过同位素追踪的办法,研究人员发现,真菌通过菌丝吸收的营养也会传输到植物体内,使其生长更加旺盛。

  

  渗透进植物茎中的菌丝,白色的星形为菌丝

  图片来源参考文献

  蚂蚁获得了大部分的营养剩下的残渣则通过真菌分解成为植物养分。这个系统就这样被真菌平衡着,三者都获利,猫须李养蚂蚁,蚂蚁养真菌,真菌又回馈猫须李。一次捕猎,全家吃饱,实现了精妙的平衡,上演一波曲折的吃肉大戏,大家都是干饭人。

我不是来拆散这个家我是来加入这个家的

  这场自然演化形成的稳固关系也有新角色的加入研究者发现,在猫须李叶柄处形成的虫穴旁,有种胡蜂会在下面筑巢,而且筑巢的材料也颇为奇特。胡蜂会在猫须李的叶上采集真菌的菌丝为主要的原料,再加上蜘蛛丝来缝合,制作自己的巢穴。

  

  利用猫须李叶上真菌织巢穴的一种胡蜂 

  图片来源参考文献

  大自然就是如此,亿万年的演化中,生物之间形成的相互制衡的网络比我们想象的复杂得多。随着研究的深入,我们发现大自然的网络不是越来越清晰,而是越来越庞杂且精妙。真菌这种不易发现的第三者,在植物与动物链接的表层网络里扮演了看不见的手,抚平大自然无处不在的均衡网络。

  参考文献:

  [1]Chomicki, Guillaume, and Susanne S. Renner. "Phylogenetics and molecular clocks reveal the repeated evolution of ant‐plants after the late Miocene in Africa and the early Miocene in Australasia and the Neotropics." New Phytologist 207.2 (2015): 411-424.

  [2]Mayer, Veronika E., J. Lauth, and Jérôme Orivel. "Convergent structure and function of mycelial galleries in two unrelated Neotropical plant-ants." Insectes sociaux 64.3 (2017): 365-371.

  [3]Ruiz‐González, Mario X., et al. "The weaver wasp: spinning fungus into a nest." Biotropica 42.4 (2010): 402-404.

  [4]Dejean, Alain, et al. "Arboreal ants build traps to capture prey." Nature 434.7036 (2005): 973-973.

  [5]Leroy, Céline, et al. "Exploring fungus–plant N transfer in a tripartite ant–plant–fungus mutualism." Annals of botany 120.3 (2017): 417-426.

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