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植物如何进化成蚂蚁成为他们的仆人

导读 植物很无聊。他们只是坐在那里进行光合作用,而动物则充满乐趣。对?没那么多。看看蚂蚁和植物之间的相互作用 - 植物具有进化特征,特别

植物很无聊。他们只是坐在那里进行光合作用,而动物则充满乐趣。对?没那么多。看看蚂蚁和植物之间的相互作用 - 植物具有进化特征,特别是使它们对蚂蚁有吸引力,比如多汁的花蜜可供昆虫食用,空心荆棘可供它们躲避。作为交换,植物使用蚂蚁来传播它们种子,甚至充当保镖。“美国国家科学院院刊”的一项新研究打破了1,700种蚂蚁和10,000种植物属的遗传历史,研究人员发现蚂蚁和植物共同进化的悠久历史始于蚂蚁在植物和植物上觅食后来通过不断发展的蚂蚁友好特征做出回应。

“我的主要兴趣是研究生物之间的相互作用是如何进化的,以及这些相互作用如何影响它们的进化历史。蚂蚁什么时候开始使用植物,何时植物开始制作蚂蚁使用的结构?”菲尔德·尼尔森说,他是博物馆博士后研究员,也是PNAS研究的主要作者。

“有许多不同的结构植物可以用于蚂蚁的使用,”Nelsen解释说,他与他的田野博物馆研究员和合作者Rick Ree和Corrie Moreau一起领导了这项研究。“有些植物具有进化特征,可以说服蚂蚁保护它们免受其他昆虫甚至哺乳动物的攻击。这些蚂蚁包括蚂蚁将生活在里面的空心荆棘,或者叶子或茎上额外的花蜜供蚂蚁吃。有些蚂蚁只会作弊,采取花蜜运行,但有些人会坚持并攻击任何试图伤害植物的东西,“Nelsen解释说。其他植物通过用附着在称为elaiosomes的种子上的丰富食物包贿赂它们来帮助它们移动种子。“蚂蚁会捡起种子把它带走,吃掉食物包,但是科学家并不确定蚂蚁和植物之间的进化关系是如何开始的。如果进化是物种之间的军备竞赛,从而开发出从邻居中获利的方式,那么科学家们就想知道植物或蚂蚁是否能够开始射击。“这是一个鸡与蛋的问题,是否开始蚂蚁开发行为以利用植物,或植物进化结构以利用蚂蚁,”田野博物馆的植物馆长Ree说。

蚂蚁和植物一起演变的历史可以追溯到恐龙的时代,并且从化石中分辨出生物如何相互作用并不容易。“植物中这些结构的化石记录非常少,并且它们不会延伸很久。而且有大量的蚂蚁化石,但它们通常不显示这些蚂蚁行为 - 我们不一定看到尼尔森说,这是一种用琥珀保存的蚂蚁。

因此,为了确定蚂蚁植物相互作用的早期进化历史,Nelsen和他的同事转向了大量的DNA数据和生态数据库。“在我们的研究中,我们将这些行为和物理特征与蚂蚁和植物的家谱联系起来,以确定何时蚂蚁开始在植物上进食和生活,以及何时植物开发出能够产生蚂蚁使用的结构的能力,”田野的策展人Moreau解释道。蚂蚁该团队将植物蚂蚁友好性状和蚂蚁植物利用的历史绘制到这些家谱中 - 这一过程称为祖先状态重建。他们能够确定何时植物开始依赖蚂蚁进行防御和种子分配 - 看起来蚂蚁依赖植物的时间比植物直接依赖蚂蚁的长,因为植物直到蚂蚁长时间后才进化出这些专门的结构。一直依靠它们作为食物和栖息地。

“有些蚂蚁并不直接使用植物,而有些蚂蚁则依赖它们作为食物,觅食栖息地和筑巢。我们发现,为了全面投入植物利用,蚂蚁首先开始在树上觅食,然后将植物纳入其饮食中然后从那里开始,它们开始在树上筑巢。虽然逐步转向对植物的依赖性越来越直观,但它仍让我们感到惊讶,“Nelsen说。

虽然多年来蚂蚁和植物之间存在着互利的关系,但从进化的角度来看,在植物上吃,觅食或筑巢的蚂蚁群体似乎没有比不蚂蚁和蚂蚁更好的群体。“我们没有看到蚂蚁家族树的部分包括依靠植物进行食物或栖息地的蚂蚁,比那些缺乏这些相互作用的树木更快或更快地生长,”Nelsen说。“这项研究很重要,因为它提供了这些广泛而复杂的相互作用如何演变的一瞥。”

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