没有4600万年生的细菌龟蚂蚁需要更多的咬伤和更少的盔甲

你可能已经听说过粪便丸，这是人类将仁慈的细菌带入肠道的最新方式。但似乎一群蚂蚁可能是4600万年前的原始大便丸先驱。

发表在Nature Communications上的一项新的合作研究确定，龟蚂蚁(Cephalotes)能够通过肛门分泌物将有用的细菌从较老的蚂蚁传递给较年轻的蚂蚁来补充其低氮饮食。一旦完成，现在内化的微生物(微小细菌)自然产生龟蚂蚁生存所需的氮。

Drexel大学艺术与科学学院副教授，该论文的资深作者Jacob Russell博士说：“海龟蚂蚁吃很多难以消化的食物，并且含有少量必需的营养成分。”“事实上，他们可以依靠这些饮食，并且已经远离与其他蚂蚁积极竞争更优化的食物资源，这几乎肯定是他们与肠道细菌共生的投资的一个功能。”

由Drexel，加州大学圣地亚哥分校，宾夕法尼亚大学，哈佛大学，洛克菲勒大学，加尔文学院和自然历史博物馆的研究人员进行，这项多机构国际研究由Yi Hu带头，博士，在Drexel完成博士后，以及加州大学圣地亚哥分校的博士后Jon Sanders博士。

这项研究的灵感来自十多年前Russell与皮尔斯实验室的Carrie Moreau博士和Naomi Pierce博士所做的工作，当时他们发现许多低质量饮食的蚂蚁都患有特殊的细菌共生体 - 可能会补充他们的饮食。

事实证明，龟蚂蚁就是一个很好的例子。虽然许多蚂蚁攻击其他动物的食物或清除死亡动物的尸体，但是蚂蚁依靠从植物冠层觅食花蜜，花粉，真菌和其他资源。它们还消耗来自哺乳动物和鸟粪的尿液，这些尿液含有大量的氮 - 但是在没有微生物帮助的情况下动物无法进入。

为了测试肠道细菌是否对蚂蚁的营养摄入量有显着贡献，研究人员将一些海龟蚂蚁放在实验室中，将它们置于尿素(尿液中的主要废物)的饮食中，并给它们抗生素 - 它们杀死了它们肠道细菌。在这种情况下，蚂蚁在严格由尿素组成的饮食中不能获得它们通常所做的氮。

发现龟蚂蚁在其内脏中保留产生氮的细菌，这表明他们如何能够在食用其他动物似乎很少想要的食物的同时生存得如此之好。

由于对进攻能力的使用似乎有所减少，再加上他们转向这些低质量的饮食，龟蚂蚁已经失去了许多其他蚂蚁用来竞争或攻击他们食物的特性。

拉塞尔说：“这些蚂蚁已经进化出下颌骨缩小的下颌 - 并且失去了刺痛的能力。”“因此，他们不擅长捕食活的无脊椎动物或清除死亡的动物。这也意味着它们失去了与其他蚂蚁物种竞争不可或缺的特征。”

反过来，蚂蚁进化出更多的被动防御，如厚厚的盔甲和“成人的专业种姓，他们用头来插入空心树枝的入口，”拉塞尔解释说。

有趣的是，这些蚂蚁开发的厚厚的防御装甲需要大量的氮，这再次表明了龟蚂蚁与其肠道细菌的共生关系的重要性。

“由于肠道微生物对氮预算的贡献很大，这种装甲可能是可能的，”拉塞尔说。

由于微生物对他们的生活如此重要，似乎龟蚂蚁也已经发展出一种保护它们的方法。

“这些蚂蚁在其消化道附近开发了一种细网过滤器，可以使下游的肠道微生物与外来入侵者隔离。这可能有助于加强这些古老细菌群落的完整性，”拉塞尔说。

关于蚂蚁相关细菌功能的直接信息相对有限，叶斩和木匠蚂蚁构成了这种知识的大部分。所以知道龟蚂蚁从它们的细菌中获益如此程度 - 特别是微生物供应的氮可能对它们的生存至关重要 - 这是非常重要的。

“这项工作表明，复杂社区的成员可以共同发展，为未来研究这些生物如何发展以响应可靠的伙伴关系奠定基础，”拉塞尔说。

与我们一样，哺乳动物在我们的肠道中有一套复杂的细菌，这些细菌可能已经与宿主一起进化了数百万年 - 尽管它的特定方式不那么特别。现在了解龟蚂蚁及其共生细菌，就我们自己的发展方式提出了进一步的问题。同时，它也可能提供答案。

“蚂蚁蚂蚁系统 - 相对简单 - 可能有助于我们模拟有关我们自己与微生物的伙伴关系以及它们对人类健康的重要性的问题，”拉塞尔总结道。