热带蚂蚁与其植物寄主之间共生的进化史

Ludwig Maximilian慕尼黑大学的生物学家研究了热带蚂蚁与其植物宿主之间共生的进化历史。结果表明，这种关系并不固定，从长远来看，初始共生体可能会被取代。热带蚂蚁经常与植物宿主形成专属共生，这通常证明对双方都是互利的。蚂蚁可以保护它们的寄主免受食草动物的侵害，例如毛虫幼虫，作为回报，它们可以获得舒适的筑巢地点和充足的食物供应。如何启动这种关系以及决定其后续过程的因素是生态学和进化生物学中尚未解决的主要问题。

“到目前为止，相对较少的研究专门针对涉及蚂蚁物种及其植物寄主的共生进化，”LMU生物学家Susanne Renner教授说。“我们现在已经详细研究了这个问题，重点关注蚂蚁亚科Pseudomyrmecinae的成员，该亚科主要存在于中美洲和南美洲。” Renner和她的博士生Guillaume Chomicki，以及美国痴呆学家Phil Ward--蚂蚁分类学专家 - 能够证明这种共生经常受到动态变化的影响。他们的研究发表在英国皇家学会学报B上。

Pseudomyrmecinae包含230种。其中，32种仅在与某些树种密切相关的热带森林中发现。它们在树枝或叶茎中筑巢，由宿主预先制作，称为“domatia”。此外，这些物种共同代表了已知的最多样化的专性植物蚂蚁群，因为它们与几种植物属和家族的成员形成共生。在它们在中美洲和南美洲的寄主中，有Vachellia属的金合欢属物种，它们在特有的空心刺中容纳各种假单胞菌属物种。在这个利基市场，蚂蚁发现了丰富的食物供应，从含糖的花蜜到富含脂肪和蛋白质的食物体，由植物产生。作为回报，蚂蚁保护其宿主免受食草动物，寄生虫和植物竞争者的侵害。换句话说，这些共生体，其中两个伙伴通过相互合作而受益，是共生的。然而，有时这种关系是非互惠的，并且蚂蚁寄生在寄主身上，而不会给植物带来任何好处。

重建共生的系统发育

为了阐明进化史研究人员使用这些蚂蚁物种与宿主之间的共生关系，利用多达10个核基因的DNA序列数据为蚂蚁和植物构建系统发育树。通过应用分子钟方法，他们能够确定导致现代共生中涉及的物种的谱系的时间序列。当每种蚂蚁物种与其植物宿主形成共生关系时，树木的比较显示出来。结果清楚地表明，这种伙伴关系并非一成不变。初始共生的建立日期越远，原始共生伙伴被驱逐的可能性就越大。它的利基随后变得可用于不同的物种 - 因为一旦植物形成了domatia，这些生活区与其他植物巢蚂蚁竞争激烈。事实上，纯寄生蚂蚁物种总是发现它们在系统发育上比它们所生活的多毛(在真正共生的背景下发育)更年轻。因此，寄生形式不是原始共生体的后代。他们基本上是擅自占地者 - 能够利用任何可用资源的通才。

“我们的研究表明，一些植物属最初是与某些蚂蚁群体共同进化而来的。但是这些蚂蚁已经被同一群体的其他成员所取代，而这些成员又被属于完全不同群体的蚂蚁所取代。 ，“雷纳说。由于这种波动和继承，主人和共生体的共同多样化的情况只能在相对年轻的血统中得到清楚的证明。“我们能够发现属于Pseudomyrmex ferrugineus组的蚂蚁和金合欢属Vachellia的各种成员的共同多样化，”Renner说。这种共生关系现在已经持续了500万年，这在进化方面不是很长。尽管如此，即使在Vachellia中，也可以找到被系统发育上较年轻的蚂蚁物种定植的物种。