切叶蚁有生物矿物盔甲

2022-02-26 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:8 /
内容摘要:
威斯康星大学麦迪逊分校和史密森学会的一组研究人员在切叶蚁Acromyrmex棘齿蚁主要工作人员的外骨骼中发现了一层致密的生物源高镁方解石;他们还发现,随着蚂蚁工人的成熟,这种盔甲会迅速积累,生物矿物层会持续分布,几乎覆盖整个表皮。他们的论文发表在《自然通讯》杂志上。Acromyr......

威斯康星大学麦迪逊分校和史密森学会的一组研究人员在切叶蚁Acromyrmex棘齿蚁主要工作人员的外骨骼中发现了一层致密的生物源高镁方解石;他们还发现,随着蚂蚁工人的成熟,这种盔甲会迅速积累,生物矿物层会持续分布,几乎覆盖整个表皮。他们的论文发表在《自然通讯》杂志上。

Acromyrmex echinatior worker (left) aggressively interacts with Atta cephalotes soldier (right). Image credit: Li et al., doi: 10.1038/s41467-020-19566-3.

Acromyrmex棘皮动物工作者(左)与Atta heartes士兵(右)积极互动。影像学分:李等,doi:10.1038/s 1467-020-19566-3。

切叶蚁是阿塔属和阿罗迈梅克斯属的成员,是大约2000万年前出现在真菌生长蚂蚁中的一个谱系。

它们栖息在从美国南部到阿根廷的地区,在碳和氮循环中发挥着重要作用。

每一种切叶蚁都有自己的互利共生者,一种真菌,它们以种植和培育为食,而这反过来又依赖于蚂蚁作为食物和庇护所。

一个成熟的切叶蚁群体包括一个拥有15000到500万工人的超个体,一个蚁后(在某些物种中可能有不止一个蚁后),以及一个基于工人规模和年龄高度分工的复杂社会。

威斯康星大学麦迪逊分校的帕普·吉尔伯特博士和卡梅伦·库里教授及其同事在论文中写道:“真菌生长的蚁群,既包含真菌作物,也包含未成熟的蚂蚁幼虫,代表了各种各样的掠夺性蚂蚁物种的丰富营养资源,包括军蚁和其他已知的农业掠夺性蚂蚁入侵者。

“较小的真菌生长蚁群,包括顶蚁蚁属的蚁群,也偶尔会受到阿塔属大型兵种的攻击,这些兵种利用其强大的富锌下颌骨来保卫其蚁群的领地,抵御其他入侵的蚂蚁物种。"

许多种菌类生长的蚂蚁都被一层白色的颗粒状覆盖物所覆盖,均匀地分布在它们深棕色的表皮上,除了棘皮蚁以外,还包括一些种类的管胞蚁和绢毛蚁

科学家们发现,顶体棘皮动物的这种涂层实际上是覆盖在它们外骨骼上的矿物层。

他们写道:“该层由具有曲面的正多面体菱形晶体组成,大小为3-5微米。”。

"这些生物矿物晶体是蚂蚁产生的,而不是偶然从环境中沉淀出来的或由细菌产生的."

Morphological and structural characterization of minerals on the cuticle of Acromyrmex echinatior: (a) Acromyrmex echinatior ant with a whitish cuticular coating; (b) SEM image of ant cuticle with crystalline coating; (c) backscattered electron (BSE) image of a polished cuticular cross-section of an ant; this layer is brighter than the cuticle in backscattered electron mode SEM, indicating that it consists of heavier elements and is continuous, covering nearly the entire surface; (d) BSE image close-up of a polished cuticular cross-section of an ant. Image credit: Li et al., doi: 10.1038/s41467-020-19566-3.

刺顶蚁表皮上矿物质的形态和结构特征:(a)刺顶蚁,具有白色表皮;(2)蚂蚁表皮结晶涂层的扫描电镜图像;(c)蚂蚁抛光表皮横截面的背散射电子图像;这一层在背散射电子模式SEM中比角质层更亮,表明它由更重的元素组成,并且是连续的,几乎覆盖了整个表面;(d)一只蚂蚁抛光表皮横截面的疯牛病图像特写。影像学分:李等,doi:10.1038/s 1467-020-19566-3。

在与其他蚂蚁的攻击性接触中,具有生物矿化外骨骼的顶背蚁属棘齿蚁的存活率增加,昆虫病原真菌的感染减少,这证明了它们的生物矿化层的保护作用。

作者写道:“蚂蚁的真菌养殖起源于6000万年前的南美洲,当时一位狩猎采集者的祖先不可逆转地致力于以真菌作物为食物的生存规模的养殖。

“向工业规模农业的转变发生在2000万年前,生态上占主导地位的切叶蚁起源于此,在这种情况下,群体的规模要大几个数量级,在这种情况下,身体上不同的工人阶级能够进行复杂的分工,与农业在推动人类人口扩张和人类社会系统发展方面的类似重要性相当。”

他们补充道:“早期定居的人类农业聚居地代表着丰富的资源,这些资源极易受到人类掠夺者的劫掠,导致了多种防御模式的发展,包括专门的战士种姓、设防城市、武器和防护装甲。

“我们表明,在另一个与农业驱动的人类文化进化惊人的相似之处,真菌生长的蚂蚁进化出了生物矿化的盔甲,至少在某种程度上,这种盔甲既能保护它们免受其他蚂蚁的侵害,包括其他真菌生长的蚂蚁,也能保护它们免受领土争端和农业食肉蚂蚁的侵害,众所周知,这些蚂蚁会突袭它们的殖民地,吃掉它们的花园和幼虫,并保护它们免受疾病生物的侵害,否则这些疾病生物可能会在它们人口稠密的殖民地迅速传播。”

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H.李等2020。切叶蚁的生物矿物装甲。国家通信11,5792;doi:10.1038/s 1467-020-19566-3


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