亚马逊热带雨林树冠上的蚂蚁内脏中的细菌比地上居民多得多

加州大学圣地亚哥微生物群创新中心(CMI)研究人员和东海岸同事首次量化了亚马逊热带雨林中各种蚂蚁物种内脏细菌的数量。他们发现生活在树冠上的主要食草蚂蚁比生活在地上的蚂蚁多出几个数量级的细菌。这项工作对微生物组研究的方式有影响。作者于7月27日在综合与比较生物学杂志上发表了这项研究。

当热带昆虫学家开始对雨林檐篷中的节肢动物生物量进行系统调查时，他们惊讶地发现蚂蚁占其中的大部分。问题集中在经典陆地生态系统生物量金字塔的明显倒置上：蚂蚁被认为是捕食者，但它们超过了它们潜在的猎物。

这种生物量“悖论”在2003年得到了部分解决，当时科学家们发现了大多数生活在热带雨林树冠中的蚂蚁都是食草动物，以植物来源的液体如树液和花蜜为食 - 但这又带来了另一个困境：氮，一种必需的生物营养素，这些资源有限。这些食草冠蚂蚁如何获得足够的氮来培养它们的菌落?

“众所周知，营养不均衡的饮食昆虫经常依赖细菌共生来补充其营养需求，”该论文的主要作者和博士后在CMI教员主任Rob Knight的实验室中担任博士后的Jon Sanders说。该实验室位于加州大学圣地亚哥分校。医学。事实上，木匠蚂蚁的Blochmannia细菌是最早发现与宿主有共生关系的细菌之一，并且似乎在提升或回收氮中起作用，Sanders说。

“这一发现发现100年后，人们发现，专门的细胞外细菌栖息于新世界树栖动物Cephalotes的形态学上，其名称为”龟蚂蚁“，最近也因其滑行能力而闻名，”桑德斯说。一篇关于这些细菌在2014年演变的论文。“我们知道他们在那里 - 这个概念并不新鲜。”

但是新的方法是进行这项研究 - 使用定量而非定性的方法来了解它们中有多少，以及它们存在的生物学意义。

目前的测序技术几乎总是从扩增步骤开始，其中原始模板DNA被复制多次。得到的文库几乎不保留关于开始时存在的细菌数量的信息。

“扩增步骤可能会受到污染，特别是对于起始DNA浓度非常低的蚂蚁样品，”桑德斯说。“即使在没有污染的情况下，极低密度细菌群落的生物学意义可能与高度丰富的共生体有很大不同。如果没有关于绝对丰度的额外信息，很难从多样性中得出有意义的生物学结论。”

桑德斯和他的团队使用了两种独立的方法 - 定量PCR(qPCR)和荧光显微镜，这需要通过亚马逊携带60磅显微镜 - 来评估细菌细胞的绝对丰度。

他们发现的是令人惊讶的 - 生活在树冠上的食草蚂蚁的肠道中的细菌比地栖的蚂蚁多三到四个数量级。

按人体尺寸调整，大约相当于两升苏打水的大小。相比之下，地栖蚂蚁含有足够的细菌，与烤咖啡豆的大小相等。

“这表明他们发挥了重要作用，”桑德斯说。“大概与维持大量营养物质通量有关。”

然而，奇怪的是，研究人员没有看到每个食草属中都存在相同的细菌 - 那么为什么树冠栖息的蚂蚁在它们的肠道中需要如此多的细菌，为什么它们似乎不重要?这些关系是如何形成的?桑德斯说，科学会说。

“我们通常将微生物组视为动物所拥有的东西，”桑德斯说。“但我认为我们正在了解，微生物组在动物中的含义是截然不同的，绝对丰富的数据对于理解它的生物学意义是必要的。”