從螞蟻身上窺探神奇！螞蟻不但“放牧”，還會“種蘑菇”

出品：科普中國

作者：秦亞龍（江蘇省中國科學(xué)院植物研究所·南京中山植物園）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

早在一億年前的白堊紀(jì)，螞蟻就在地球上出現(xiàn)，彼時，廣袤的地球大陸還被恐龍所統(tǒng)治。然而，經(jīng)歷白堊紀(jì)-第三紀(jì)滅絕事件后，包含恐龍在內(nèi)的大部分物種都滅亡了，而螞蟻的祖先們卻堅強(qiáng)地存活了下來。

演化至今，種類繁多的螞蟻已成為地球上進(jìn)化最完美的生物，可以說，只要有人類生活的地方就一定有螞蟻的存在，螞蟻家族分布之廣、數(shù)量之大、種類之多、能力之強(qiáng)，是其他生物所不能比擬的。

在長期演化過程中，螞蟻與多種植物、昆蟲或真菌等建立了密切的互利共生關(guān)系。在互作過程中，螞蟻可以保護(hù)植物或是幫助植物授粉、傳播種子，植物則回饋螞蟻以住所和食物等。螞蟻也可以在昆蟲和真菌的互作中獲取蟻群所需的食物，十分神奇。

螞蟻會“放牧”

經(jīng)過長期的演化，螞蟻們在與自然相處過程中，不但可以從自然中獲取食物，還學(xué)會了“放牧”技能，像牧羊人一樣，通過在牧場放牧獲取源源不斷的食物。最出名的便是螞蟻“放牧”蚜蟲了，它們會將蚜蟲搬到植物的嫩尖上，蚜蟲們便開始瘋狂地吸食植物的汁液，這時，螞蟻們就會用觸角不斷刺激蚜蟲的腹部，讓蚜蟲持續(xù)分泌“蜜露”供蟻群食用。

螞蟻在長柱金絲桃上“放牧”蚜蟲

（圖片來源：作者拍攝）

除了蚜蟲，螞蟻還會“放牧”介殼蟲、角蟬、木虱、葉蟬、鱗翅目等昆蟲的幼蟲，以此來獲取昆蟲幼仔的分泌物。當(dāng)然了，螞蟻既是牧羊人也是守護(hù)者，它們在獲取食物的同時，也會給這些昆蟲提供足夠的保護(hù)，好讓它們安心“產(chǎn)奶”，就這樣，螞蟻與這些昆蟲之間就實現(xiàn)了互利共生，科學(xué)上稱之為“蚜蟻共棲”。

螞蟻在紫藤上“放牧”蚜蟲

（視頻來源：作者拍攝）

作為“牧羊人”，螞蟻需要從“放牧”昆蟲那里獲取盡可能多的食物。以蚜蟲為例，螞蟻為了年年都可以采集“蜜露”，會在冬季將蚜蟲卵搬至蟻巢中進(jìn)行保存，待蟲卵孵化出，它們就會被搬到植物的根部、嫩尖、花蕾等部分進(jìn)行“放牧”。當(dāng)同一片“牧場”放牧昆蟲超載時，螞蟻還會搬著多出的昆蟲去開辟新的“牧場”。

在“放牧”過程中，螞蟻有時還會制作“圈養(yǎng)”昆蟲的圍欄，防止它們亂跑。更厲害的是，螞蟻會破壞或咬掉“放牧”蚜蟲的翅膀，或是釋放特殊的化學(xué)信息素來抑制蚜蟲翅膀發(fā)育、控制蚜蟲的爬行速度，自幼只顧著埋頭干飯的蚜蟲，別說是飛走了，就是想爬也爬不快。

更過分的是，最新研究表明螞蟻還會釋放兩種跟蹤信息素來抑制無翅蚜蟲擴(kuò)散并刺激蚜蟲繁殖。在不斷擴(kuò)大“放牧”種群數(shù)量的同時，徹底讓蚜蟲放棄逃跑的念想并安心“產(chǎn)蜜”，從而保證“放牧”蚜蟲一直被掌控。

如此這般的螞蟻，你能說它進(jìn)化得不夠完美嗎？僅僅是為了口吃的，就有這么多招數(shù)，而且，這只是我們知道的，它們應(yīng)該還有很多我們尚未發(fā)現(xiàn)的生存技能。

螞蟻還能種“蘑菇”

人類的文明史伴隨著動植物的馴化史。當(dāng)環(huán)境改變后，螞蟻為了生存和繁衍還學(xué)會了通過種植和馴化真菌來獲得食物。需要說明的是，我們食用的各種蘑菇也屬于真菌，所以可以理解為螞蟻也掌握了馴化和種植蘑菇的技能。

早在約6000萬年前，生長在南美洲熱帶雨林中的切葉蟻們就學(xué)會了種植真菌來獲取食物，它們被稱為“植菌螞蟻”，被種植的真菌被稱為“共生真菌”。目前，全世界約發(fā)現(xiàn)有200多種植菌螞蟻，它們種植的真菌是切葉蟻成蟲重要的營養(yǎng)來源，也是幼蟻唯一的食物來源，真菌與切葉蟻之間形成獨特的共生關(guān)系。

研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)切葉蟻種植真菌水平的高低，可分為高水平切葉蟻和低水平切葉蟻，當(dāng)年為了應(yīng)對棲息地干旱的變化，高水平切葉蟻從種植野生真菌轉(zhuǎn)變?yōu)轳Z化特定真菌，后來，被馴化的真菌就失去了在潮濕蟻穴之外生存的能力，更是失去了與野生真菌雜交繁育的能力，成為切葉蟻的專屬真菌類群。

正在搬運葉片的切葉蟻

（圖片來源：veer圖庫）

和“放牧”的螞蟻一樣，種植真菌的切葉蟻也是多種技能加身，它們不但是“建筑大師”，可建出深達(dá)數(shù)米的巢穴供蟻群在其中生存繁衍和真菌種植，也會打造超大的入口和通道便于葉片運輸和巢穴通風(fēng)，同時，它們還在巢穴內(nèi)建造出復(fù)雜的廢物處理系統(tǒng)，以防巢穴被其他病菌污染。

切葉蟻還是技藝高超的“農(nóng)民”，較大的工蟻會組隊到植物上切取葉片并搬回巢穴，較小的工蟻則會對葉片進(jìn)行進(jìn)一步切割并磨成漿，涂抹在用于培養(yǎng)真菌的菌床之上，并為菌床接種上蟻巢內(nèi)的真菌菌絲。

在切葉蟻到植物上切取葉片過程中，先頭兵們會在沿途釋放跟蹤信息素，從而指引后來的同伴循著設(shè)置好的導(dǎo)航線路前往目的地切取葉片并搬回巢穴。

在種植真菌時，切葉蟻們不但會用自己的排泄物給菌床施肥，也會時刻保持蟻巢的清潔和菌床的純粹，使菌床健康成長的同時免遭污染。有些切葉蟻嘴巴和前肢上隱藏的細(xì)小腺窩里，還會有一種能產(chǎn)生抗生素的鏈霉菌，通過鏈霉菌分泌的抗生素，可有效防止種植的真菌不被其他寄生真菌或病原體的破壞。

當(dāng)然，切葉蟻也是要成家的。當(dāng)蟻群發(fā)展到一定階段，會繁育出有翅膀的切葉蟻，當(dāng)它們發(fā)育成熟后，就會選擇飛離蟻巢去。這些飛離的切葉蟻有雌雄之分，雌性切葉蟻中還有一只準(zhǔn)蟻后，它會帶著儲藏在頰下囊（儲藏菌絲特殊袋狀結(jié)構(gòu)）中的一小團(tuán)蟻巢真菌飛離?！盎轱w”過后，準(zhǔn)蟻后獲得了無數(shù)雄蟻的愛情種子，帶著從老巢中傳承的真菌建立新的蟻巢，開啟下一輪的種群繁衍與真菌種植。

蟻巢

（圖片來源：veer圖庫）

想吃雞樅，得靠白蟻

要說切葉蟻種植真菌（蘑菇）是為了自己品味，那么白蟻種植真菌（雞樅菌）可謂是“成人之美”。

雞樅菌是離褶傘科蟻巢傘屬真菌，是一類可以與白蟻共生的大型菌類統(tǒng)稱，在我國多省都有分布，因其肉厚質(zhì)細(xì)、味道鮮甜、營養(yǎng)豐富，被稱為野生可食用菌的珍品。

自古以來，雞樅菌有著雞肉菌、雞肉絲菇、白蟻菌、白蟻傘等別稱。從名稱上，便表明了雞樅菌味道有雞肉的鮮美，也指出了雞樅菌與白蟻的密切關(guān)系。

白蟻與雞樅菌的故事也是發(fā)生在蟻巢中。白蟻在筑巢時，工蟻們會用半消化的食物殘渣筑巢，在這一過程中實現(xiàn)雞樅菌孢子（種子）的播種。為了孢子的茁壯成長，白蟻們會在蟻巢中為雞樅菌構(gòu)建最適宜的生長的環(huán)境，并保證持續(xù)的營養(yǎng)供給。

在白蟻的悉心照顧下，孢子會逐漸長成微米級的小白球狀菌絲體，而后發(fā)育出雞樅菌的菌柄和菌蓋（合稱為子實體），直到鉆出地表后，才是我們采食的雞樅菌，像一把把小傘一樣。如果沒有人類的打擾，當(dāng)這些雞樅菌成熟后，就會散播孢子啦。

長在白蟻巢上的雞樅菌（圈中為白蟻）

（圖片來源：作者拍攝）

生長在巢穴內(nèi)的幼蟻，自小以雞樅菌小白球狀的菌絲體為食，從中獲得所需的營養(yǎng)和抗病物質(zhì)。因此，幼蟻在獲取食物的同時，體內(nèi)帶有了雞樅菌未完全消化的菌種。當(dāng)幼蟻發(fā)育成熟要遷飛到其他地方筑巢時，它們腸道中的菌種便會帶到新的蟻巢。

當(dāng)然，雞樅菌也有另外一種傳播方式。新建蟻巢的工蟻們，有時在外出活動過程中，會從其他發(fā)育成熟的白蟻共生系統(tǒng)中將雞樅菌菌絲體或者孢子帶回蟻巢，進(jìn)而養(yǎng)出自己的食物和鮮美的雞樅菌。

雞樅菌的生長需要與白蟻共生，長雞樅菌的土地下面一定會有白蟻巢。對于喜歡品嘗雞樅菌鮮美的我們，如果野外采集時不能100%確定，建議不要貿(mào)然品嘗，畢竟在眾多白傘傘白桿桿的真菌中，也有很多吃過之后可能會“躺板板”的。如果非要采集，最好不要挖得太深，這樣既不會破壞白蟻辛辛苦苦建立的蟻巢，也可以期待雞樅菌的再次豐收。

雞樅菌

（圖片來源：作者拍攝）

長期以來，野生的雞樅菌遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們味蕾的需求，人們希望通過人工栽培技術(shù)實現(xiàn)雞樅菌的規(guī)?；a(chǎn)。

近年來，多個科研機(jī)構(gòu)都在開展相關(guān)研究，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園在野外模擬野生雞樅菌生長環(huán)境，將人工培育的白蟻-雞樅菌共生巢播“種”到野外種植試驗區(qū)，預(yù)計2024年全年可收獲雞樅菌五六千朵。昆明市林業(yè)和草原科學(xué)研究所在實驗室培養(yǎng)的白蟻-雞樅菌共生巢中，在2024年5月也長出了第一朵雞樅菌。相信在科學(xué)家的共同努力下，不久的將來，我們就可以實現(xiàn)雞樅菌自由。

參考文獻(xiàn)：

1.Branstetter, Michael G. , et al. Dry habitats were crucibles of domestication in the evolution of agriculture in ants[J]. Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences,2017, 284(1852):20170095.

2.Currie, Cr , et al. Coevolved Crypts and Exocrine Glands Support Mutualistic Bacteria in Fungus-Growing Ants[J]. Science, 311.5757(2006): 81-83.

3.Oliver T H , Mashanova A , Leather S R ,et al.Ant semiochemicals limit apterous aphid dispersal[J].Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2007.

4.Padje A V' , Peppel L J J V D , Aanen D K . Evolution: Ant trail pheromones promote ant-aphid mutualisms[J]. Current Biology, 2021, 31(21): R1437-R1439.

5.Xu T , Xu M , Lu Y ,et al.A trail pheromone mediates the mutualism between ants and aphids[J]. Current biology: CB, 2021, 31(21):4738-4747.e4.