天天看點

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

作者:北京科協

版權歸原作者所有,如有侵權,請聯系我們

溫馨提示:本文涉及昆蟲實物圖,仔細觀察說不定會發現其可愛之處,不過實在害怕的讀者要慎點哦~

時值初春三月,驚蟄已過,春雷的響動聲驚醒了蟄伏的動物,春耕時節已然到來。人類從事農業耕作已有約1.2萬年的曆史,比起采集和狩獵,種植農作物才是更為穩定的擷取食物來源方式。

然而早在五六千萬年前,昆蟲就已經熟練掌握了耕作的技能。在螞蟻、白蟻及甲蟲等幾類會“種地”的昆蟲中,切葉蟻可謂是佼佼者。它們通過栽培可食用真菌,實作了食物資源的自給自足。今天大院er就來跟大家說說切葉蟻的“螞蟻農場”。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

豐收的切葉蟻農場

(圖檔來源:alexanderwild.com)

咱們工蟻有力量

正如其名,切葉蟻最為人熟知的行為便是會使用發達的上颚來切割葉片。它們并不會直接食用切下的葉片,而是會将其帶回蟻巢當作栽培真菌的養料,以此來經營自己的“螞蟻農場”。

獲得适合的植物葉片并種出真菌可不是件簡單的事情,切葉蟻們需要不同工種的工蟻彼此協作,才能完成這項浩大的工程。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

忙活的切葉蟻工蟻

(圖檔來源:sciencenews.org)

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

同一種切葉蟻,角色不同,體型不同

(圖檔來源:wikimedia.org)

首先派出的是速度靈活、充當偵察兵的工蟻,它們的任務是前往各處,去搜尋能用于培養真菌的植物。發現合适的采集點後,偵察兵便會呼喚工蟻大部隊前來支援。

第一波增援的角色是能把嘴巴當剪刀使的大型工蟻。大型工蟻用極其強大的上颚把整片樹葉切割成多個小塊便于運輸的小塊。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

工欲善其事,必先利其器

(圖檔來源:fineartamerica.com)

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

還别說,大型工蟻咬得挺圓

(圖檔來源:earthlife.net)

植物找到了,葉子也切下來了,下一步該考慮的是運輸問題。切割整片樹葉的大型工蟻雖然牙口好,但腳力可能一般,是以運輸葉片碎塊的工作并不是由它們來完成,而是交給較小的工蟻。在紀錄片中,我們經常能看到浩浩蕩蕩的切葉蟻軍隊在前行,它們頭上都頂着切割好的葉片碎塊,這些家夥便是充當運輸兵的中小型工蟻。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

運輸兵:“路遙知蟻力!”

運輸兵回到蟻巢後,會把葉片碎塊轉交給另外一種角色的小型工蟻。小型工蟻所承擔的,是工序中最為複雜且重要的後續加工環節:它們需要進一步處理葉片碎塊,将其不斷咀嚼,并混合唾液将其變成漿糊狀的營養物質,也就是制作培養基。

在制作培養基的過程中,小型工蟻還會很負責任地“加料”——在漿糊上抹上自己的糞便。這是因為糞便當中含氮量較高,加料後的培養基可能能種出更多真菌。培養基做好之後,小型工蟻便會把菌種移栽過來,再悉心照料,直到長出可供使用的成熟真菌。(就是不知道這樣種出來的真菌會不會有味兒......)

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

“你們前面都是體力活,我這才是技術活!”

(圖檔來源:cdn.thinglink.me)

依靠不同工種間的配合,切葉蟻家族才得以世代都靠栽培真菌來養活自身。在這個過程中,切葉蟻蟻巢那複雜又精密的内部結構也起到了不小的作用。蟻巢内部有許多房間,好似一個地下宮殿,而且各個房間之間互相連通,可謂是阡陌縱橫。有了數量衆多的房間和開口,蟻巢内部便可運用熱對流原理來進行氣體交換,不斷排出二氧化碳、納入新鮮氧氣,保證真菌種植室能獲得充足的氧氣供應。而且,聰明的切葉蟻還會在雨天和冬天等特殊情況下關閉蟻巢入口,防治雨水倒灌或者冷空氣侵襲。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

龐大的切葉蟻蟻巢

(圖檔來源:bluebird-electric.net)

養菌還能潤澤四方

切葉蟻的農業勞作益處頗多,除了能給家族成員提供食物、保證種群自身的繁榮昌盛之外,還能幫助改善蟻巢周圍的環境。

通過對比切葉蟻蟻巢近處和遠處的環境,研究人員發現,蟻巢附近的土壤更加肥沃,而且鄰近植物群落有着更優的生長參數(也即是植株半徑、株高及根莖生物量更高)。切葉蟻之是以能夠改善周圍的土壤及植物,是因為其種植蘑菇所産生的大量廢渣廢料重新進入了食物鍊,促進了營養物質循環。

那麼,切葉蟻是如何處理廢渣廢料的呢?一般說來,有兩種方法:一種是通過工蟻将廢料碎塊運輸處巢穴之外(該法被稱為external dumping),這種處理方法有利于草本和小樹等根系較淺植物的生長;另一種方法則是将廢料堆積在蟻巢内部深處的儲藏室(該法被稱為internal dumping),對根系比較深的大樹有所裨益。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

巢穴洞口處忙着搬運的切葉蟻工蟻

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

蘑菇廢渣也是寶

(圖檔來源:dirtyclassroom.com)

共生真菌:吃我可不能白吃

在“螞蟻農場”中,切葉蟻和真菌之間并不是簡單的食用關系,而是一種互惠互利的共生關系。生态學中,與螞蟻有關的最經典共生關系當屬“螞蟻牧蚜”:螞蟻在放牧蚜蟲的過程中,獲得了蚜蟲的蜜露作為食物;而蚜蟲獲得的則是能驅趕天敵的螞蟻保镖。

真菌和切葉蟻的共生關系也是如此——切葉蟻獲得了共生真菌所提供的穩定食物來源,同時也充當着保镖的角色。

不過,切葉蟻要驅趕的天敵,是一些會與共生真菌進行競争的雜菌——前文提到的會制作培養基的小型工蟻,在照看共生真菌時還有個額外任務,那就是将其他野生雜菌的孢子挑揀出來搬走。而且,切葉蟻自身還會分泌一些抗體物質來抑制有害菌類的生長(這不就是兩腳獸們種田時的除雜草工作嘛!)。

這裡是螞蟻農場,我種田的地方!

又當農夫又當保镖,可累死我了!

(圖檔來源:kqed.org)

在經曆和切葉蟻漫長的協同進化之後,真菌的生活史也發生了變化。真菌一般是通過子實體(即蘑菇)和孢子來繁殖及擴散的,但切葉蟻培養的共生真菌除外。這些共生真菌不再需要産生子實體和孢子,因為切葉蟻就已經成為了它們繁殖及擴散的唯一媒介。

切葉蟻和共生真菌彼此間互相“磨合”,互相依存,甚至年輕蟻後在分巢時也要帶着原來家族中的菌種,通過培育新的螞蟻農場,來建立自己的新家族。

是以,在千萬年的“螞蟻農場”曆史中,到底是切葉蟻馴化了共生真菌,還是共生真菌馴化了切葉蟻呢?

參考文獻:

[1] farji-brener, ag, werenkraut. a meta-analysis of leaf-cutting ant nest effects on soil fertility and plant performance[j]. ecological entomology, 2015,40(2):150-158.

[2] bollazzi m, roces f. to build or not to build: circulating dry air organizes collective building for climate control in the leaf-cutting ant acromyrmex ambiguus[j]. animal behaviour, 2007, 74(pt5):1349-1355.

[3] poulsen m, hughes woh, boomsma jj. differential resistance and the importance of antibiotic production in acromyrmex echinatior leaf-cutting ant castes towards the entomopathogenic fungus aspergillus nomius[j]. insectes sociaux, 2006, 53(3):349-355.

[4] mueller ug, gerardo n. fungus-farming insects: multiple origins and diverse evolutionary histories[j]. proceedings of the national academy of sciences of the united states of america, 2002, 99(24):p.15247-15249.

[5] www.smithsonianmag.com/science-nature/how-ants-became-worlds-best-fungus-farmers-180962871/

[6] www.sciencenews.org/article/insects-ants-extreme-farming-methods-offer-good-bad-lessons

來源:科學大院

繼續閱讀