琥珀化石蚂蚁帮助重建真菌农业的演变

约5000万年前人类发现,农业抵达世界在一个看似不可能的地方:一只蚂蚁山。有羽毛的银耳避开小麦和大米,蚂蚁培养真菌作物,为它提供保健以换取食物。但就像人类同行谁会来,蚂蚁面对多年生作物疾病的问题,在这种情况下,寄生真菌,威胁要消灭他们的收成。

所以蚂蚁农民发展另一个伙伴关系。他们提供安全港和营养一定组细菌Actinobacteria-that反过来了抗生素牵制寄生虫的能力。帮助细菌留下来,蚂蚁的外骨骼发展专门的口袋,保护和美联储自己的伴侣。

这些结构看起来是如此错综复杂,科学家相信他们只进行了一次发展的机会与原始真菌农民最终分化成250 -我们今天找到一些蚂蚁养殖物种。但写今天(10月1日)的《美国科学院学报》上,威斯康辛大学��迪逊分校的研究人员透露,这些bacteria-harboring结构独立进化三次。

结果表明作物寄生虫的威胁不断推动惊人地相似的方向进化,创建结构与细菌帮助蚂蚁加强伙伴关系。和保护的成功使用抗生素万古表明蚂蚁可能对人类医学课程,很快碰到阻力的病原体对我们最重要的抗生素。

威斯康辛大学麦迪逊分校的细菌学教授领导的工作是卡梅隆柯里和李Hongjie Currie实验室的一位博士后研究员,他们与亚利桑那州立大学的同事们合作,圣保罗大学的哈佛医学院和史密森学会。

“这项工作提供了有趣的见解动物使用细菌提供抗生素在很长一段时间,”库里说,世卫组织的动力学研究农业蚂蚁了20年。

研究人员执行一个详尽的调查69蚂蚁,采购不同的蚂蚁样本集合在亚利桑那州立大学和史密森。研究小组重建蚂蚁的进化树使用的他们的基因组序列。由此产生的蚂蚁和细菌进化树表明,伙伴关系后不久,蚂蚁开始耕种。

进一步的证据的古代起源ant-bacteria来自少数的关系fungus-farming蚂蚁偶然地冻结在琥珀从现在的多米尼加共和国。通过硬化的树液,研究人员可以发现细菌的蛛丝马迹抱着蚂蚁的身体。琥珀追溯到15至2000万岁,库里的小组可以验证他们的基因组数据,表明ant-bacteria共生至少是一样古老琥珀样本。

先前的工作已经暗示的早期演化ant-bacteria伙伴关系,李说,但“这篇论文提供了更多的证据表明,这是一个古老的系统。”

使用ultra-high-magnification电镜,研究人员检测了蚂蚁的专业结构住房细菌,被称为隐窝。农业的微观图像显示,大多数物种蚂蚁有隐窝和相关结构可以支持放线菌。但是很多蚂蚁是失踪的这些结构。

当他们绘制了地穴数据重建的进化树,库里的小组发现隐窝了进化不是一次,而是三次进化过程中农业蚂蚁。

但隐窝没有无处不在。一些物种已经失去了任何明显的结构支持细菌。研究人员表明,蚂蚁,已经废除了蓄水池也失去了共生放线菌的任何踪迹。

柯里和李风险,蚂蚁农场,现在更多的干旱地区不再面对寄生真菌疾病的威胁。因为窝藏和喂食细菌可以使用蚂蚁四分之一的能源,它成为了蚂蚁更有利与昔日的合作伙伴分手。

显然不满足于模仿蚂蚁的农业生活方式,人类后来变成同一组细菌放线菌,我们的大多数临床抗生素。的蚂蚁,几百万年,使用类似抗生素来保护他们的真菌园林害虫表明,我们可以从他们的成功中学习。

“我坚信这里有机制,降低抗生素耐药性的出现,”库里说。

发现这些机制可以帮助我们扩展自己的抗生素的使用寿命。