琥珀化石蚂蚁有助于重建真菌养殖的进化

在人类认识到它之前大约5000万年，农业在一个看似不太可能的地方来到世界：蚂蚁山。

避开小麦或大米为羽毛状银耳，该蚂蚁种植的真菌的作物，以换取营养为它提供服务。但就像他们追随他们的人类同行一样，蚂蚁面临着作物病的长期问题，在这种情况下是一种寄生真菌，它可能会消灭它们的收成。

所以蚂蚁农民进化出另一种伙伴关系。它们为某些细菌提供了安全的港口和营养 - 细菌 - 这又产生了能够阻止寄生虫的抗生素。为了帮助细菌粘附，蚂蚁的外骨骼进化出专门的口袋，保护和喂养他们的伴侣。

这些结构看起来如此错综复杂，以至于科学家们认为他们只有一次进化的机会，因为最初的真菌农民最终分化成我们今天发现的250种蚂蚁养殖种类。但今天(10月1日)在威斯康星大学麦迪逊分校的美国国家科学院院刊上发表研究表明，这些含有细菌的结构独立进化了三次。

结果清楚地表明，作物寄生虫的持续威胁反复推动了进化的惊人相似方向，创造了帮助蚂蚁加强与细菌的伙伴关系的结构。并且他们成功地使用保护性抗生素，这表明蚂蚁可能会接受人类医学的教训，这很快就会抵抗病原体对我们最重要的抗生素的抵抗。

这项工作由威斯康星大学麦迪逊分校细菌学教授Cameron Currie和Currie实验室博士后研究员李红杰领导。他们与亚利桑那州立大学，圣保罗大学，哈佛医学院和史密森尼学院的同事合作。

“这项工作为使用细菌长期提供抗生素的动物提供了令人着迷的见解，”Currie说，他研究了20年来农蚁的动态。

研究人员对69种蚂蚁进行了详尽的调查，从亚利桑那州立大学和史密森尼学院的藏品中采集了不同的蚂蚁样本。研究小组使用其基因组序列重建了蚂蚁的进化树。由此产生的树表明蚂蚁和细菌之间的伙伴关系在蚂蚁开始耕种后很快就会发生变化。

关于蚂蚁 - 细菌关系的古老起源的进一步证据来自少数真菌种植的蚂蚁，这些蚂蚁偶然被冻结在现在的多米尼加共和国的琥珀中。通过硬化的树液，研究人员可以发现细菌粘附在蚂蚁体上的迹象。随着琥珀的年龄在1500万到2000万年之间，Currie的团队可以验证他们的基因组数据，并证明蚂蚁共生至少与琥珀样本一样古老。

李说，早期的工作暗示了蚂蚁细菌伙伴关系的早期演变，但“这篇论文提供了更多证据证明这是一个古老的系统。”

研究人员使用超高倍放大电子显微镜检查了蚂蚁是否存在容纳细菌的特殊结构，称为隐窝。显微图像显示，大多数生殖蚂蚁的种类都有隐窝和相关的结构，可以支持放线菌。但是许多蚂蚁物种都缺少这些结构。

当他们将重建数据映射到重建的进化树上时，Currie的团队发现隐窝不是一次进化，而是在农蚂蚁进化过程中分别进化了三次。

但隐窝并不是无处不在。有些物种已失去任何明显的支持细菌的结构。研究人员表明，已经废除隐窝的蚂蚁也失去了共生放线菌的痕迹。

柯里和李冒险说，现在在更干旱地区种植的蚂蚁不再对抗寄生真菌病的持续威胁。由于窝藏和喂养细菌可以使用多达四分之一的蚂蚁能量，因此蚂蚁与其昔日的合作伙伴分道扬..

显然不满足于模仿蚂蚁的农业生活方式，人类后来会转向同一组细菌，即Actinobacteria，用于我们的大多数临床抗生素。几百万年来，蚂蚁使用类似的抗生素来保护他们的真菌花园免受害虫的侵害，这表明我们可以从他们的成功中学习。

“我坚信这里有减少抗生素耐药性的机制，”库里说。

发现这些机制可能只会帮助我们延长自身抗生素的使用寿命。

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