На Фиджи нашли муравьев-фермеров
Германские биологи обнаружили новый вид симбиоза между растениями и муравьями. Муравьи Philidris nagasau, эндемики островов Фиджи, выращивают растения из рода сквамеллярий (Squamellaria) — они сажают семена и удобряют появившиеся ростки. Растения, в свою очередь, служат муравьям жилищем, и зачастую снабжают их сладким соком. Исследование опубликовано в Nature Plants.
Взаимовыгодные (мутуалистические) отношения между растениями и животными встречаются в разных классах организмов. Так, в шерсти трехпалого ленивца часто заводятся зеленые водоросли, которые обеспечивают животному защитную окраску и разнообразят его рацион. Кроме водорослей в шерсти ленивцев живут бабочки-огневки, которые снабжают водоросли азотом и откладывают яйца в помет ленивцев. Другими примерами могут служить краб «йети», выращивающий на своих конечностях съедобных бактерий или рыбы-ласточки, культивирующие водоросли.
Но самые разнообразные формы сельскохозяйственных отношений с растениями возникли у некоторых групп насекомых, в том числе у муравьев. Известно около 40 видов муравьев-листорезов, которые выращивают в муравейниках на субстрате из пережеванных листьев грибы-базидиомицеты. Грибами питаются и личинки и взрослые особи. Муравьи рода Pseudomyrmex ferrugineus находятся в отношениях симбиоза с деревьями акации, Acacia hindsii, обеспечивающими насекомых пищей и жильем. В ответ муравьи защищают деревья от травоядных животных и растений-конкурентов. Однако мутуалистических отношений, в которых муравьи сажают и выращивают растения ученые до сих пор не наблюдали.
У некоторых тропических видов муравьев существуют взаимовыгодные отношения с эпифитами (растениями, произрастающими или постоянно прикрепленными к другим растениям). Эпифиты обеспечивают муравьев соком и плодами, а взамен насекомые снабжают их дефицитным азотом. Некоторые виды этих растений произрастают на муравьиных гнездах, сделанных из пережеванной древесины (картона) и представляющих собой отличную питательную среду. Многие виды эпифитов формируют полости, в которых муравьиная колония устраивает гнездо и делится с растением продуктами жизнедеятельности.
Эпифиты из рода сквамеллярий также образуют полости, пригодные для обитания муравьев. Авторы новой работы обратили внимание, что шесть видов этих растений (S. grayi, S. huxleyana, S. imberbis, S. major, S. thekii and S. Wilsonii) населяют муравьи только одного вида — Philidris nagasau — которые обитают в полостях растений и не строят картонных гнезд. Исследователи находили на сквамелляриях как муравьиные колонии, так и одиночных рабочих муравьев. Эпифиты при этом растут группами до 25 и больше растений, которые объединяются муравьиными тропами, что свидетельствовало о том, что насекомые из одной колонии могут обитать в нескольких растениях. Кроме того, пять из шести видов сквамеллярий снабжают муравьев сладким соком. По-видимому, растения и муравьи находятся в облигатных (обязательных) отношениях и друг без друга существовать не могут. Для сравнения исследователи рассказали о других видах сквамеллярий, (S. jebbiana, S. Tenuiflora, S. Wilkinsoni), которые образуют необязательные (факультативные) отношения с муравьями. На них обитают 14 видов муравьев, которые образуют колонию только на одном дереве. При этом муравьи могут гнездиться и вне эпифитов, а 20-30 процентов сквамеллярий этих видов вообще обходятся без насекомых.
Исследователи решили выяснить, как устроены облигатные отношения между шестью видами сквамеллярий и муравьями. Сначала они проверили, принимают ли участие P.nagasau в распространении семян растений. Эпифиты, на которых обитают муравьи, растут гораздо кучнее, чем другие виды сквамеллярий. Это косвенно свидетельствует о том, что муравьи сажают семена необходимых им видов эпифитов. Ученые наблюдали за несколькими колониями насекомых и обнаружили, что рабочие муравьи засовывают семена в трещины в коре деревьев, а затем регулярно посещают места посадок. Когда исследователи предложили им выбрать между семенами облигатных и факультативных видов сквамеллярий, насекомые выбирали семена только облигатных видов, причем как созревшие, так и нет.
Авторы работы заметили, что на облигатных для P.nagasau видах сквамеллярий не сохраняются созревшие плоды. По-видимому, то ли птицы, то ли насекомые срывают их незрелыми. Ученые проверили, кто их срывает — муравьи или птицы. Сначала они ограничивали доступ к растениям только птицам, затем — и птицам, и муравьям. Оказалось, что птицы питаются плодами неспецифичных видов сквамеллярий, а муравьи интересуются фруктами только облигатных видов.
На следующей стадии наблюдений ученые проверяли, ухаживают ли муравьи за сквамелляриями и делают ли что-то, чтобы те быстрее росли. Оказалось, что как только семена давали побег и образовывали полость, рабочие муравьи начинали сновать между основным гнездом и проростком. Они забирались во вновь образованную полость, и, по-видимому, испражнялись в ней, тем самым обеспечивая росток необходимым ему азотом. Эксперимент с радиоактивным изотопом азота N 15 подтвердил эту догадку. Муравьев кормили сахарным сиропом с добавлением аминокислоты глицина, меченой радиоизотопом, а потом измеряли содержание N 15 во вновь выросших растениях. Содержание изотопа в растениях выросло в 300 раз по сравнению с контролем. То есть муравьи целенаправленно не только сажают семена облигатных для них видов, но и культивируют их. По словам авторов, система P. nagasau/Squamellaria — это первый известный случай обязательного культивирования муравьями растений. По уровню сложности она сравнима с выращиванием грибов муравьями-листорезами.
Чтобы выяснить, когда между муравьями и сквамелляриями возникли облигатные отношения, биологи провели их филогенетический анализ. Оказалось, что предок вида P. Nagasau утратил способность строить картонные гнезда примерно три миллиона лет назад, и, таким образом стал зависим от сквамеллярий, образующих полости. Остальные муравьи из рода Philidris умеют делать гнезда из картона до сих пор.
У ростков сквамеллярий, облигатных для P. Nagasau, сначала образуется корневая ножка, которая, по всей видимости, позволяет растению прорастать через кору хозяйского дерева, и только потом формируется полость. У неспецифичных видов сквамеллярий, населяемых другими видами муравьев, корневой ножки нет. Судя по результатам филогенетического анализа, сквамеллярии «научились» выращивать ножку около трех миллионов лет назад, то есть примерно в то же время, когда P. Nagasau перестали строить гнезда. То есть эволюция муравьев и растений, по-видимому, происходила согласованно.
Ранее ученые выяснили, что муравьи, пасущие тлю, могут предпочитать колонии, в которых особи окрашены в разные цвета. У многих видов тлей особи в одной колонии могут быть окрашены в разные цвета — красный, зеленый или черный. Оказалось, что муравьи предпочитают колонии, в которых большинство особей окрашено в зеленый цвет, а остальные — в темный. Чем вызвано это предпочтение, пока непонятно, но выбор муравьев может сильно влиять на генетическое разнообразие тли, так как без муравьиного ухода колонии тли обычно не выживают. Возможно, такое поведение является муравьиным аналогом искусственного отбора.
Источник
Муравьи научились выращивать себе дома на деревьях миллионы лет назад
Один из видов этих насекомых специально сажает и удобряет семена растений, которые потом использует как удобные гнезда.
Учёные из Мюнхенского университета (Германия) обнаружили, что муравьи на острове Фиджи вместо того, чтобы строить себе муравейники, выращивают их на деревьях. Ранее считалось, что эти насекомые умеют выращивать лишь грибы, которые они используют для пропитания. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature Plants.
Муравьи вида Philidris nagasau проживают исключительно на острове Фиджи, в условиях достаточно тёплого и безморозного климата. Мирмекологи обнаружили, что они собирают семена шести видов цветковых растений рода Squamellaria из ещё незрелых плодов и затем переносят их в трещины коры на взрослых деревьях других видов. Незрелые плоды не привлекают птиц, поэтому для данных видов растений в роли разносчиков семян выступают только и исключительно муравьи.
Затем муравьи регулярно посещают выращиваемые ими растения и удобряют их своими испражнениями. Сквамеллярии при росте образуют сложные системы полостей, соединённых ходами. По устройству они напоминают типичный муравейник. И муравьи пользуются ими именно в этом качестве. Они проживают внутри полостей, а между родственными группами муравьев, живущими в близких гнёздах, налажены выделенные дороги, муравьиные тропы.
Все виды сквамеллярий являются эпифитными растениями, то есть растут на других деревьях, но не паразитируют на них, то есть не отбирают у своих «носителей» питательные вещества и воду и не «удушают» их. Вместо этого сквамеллярии просто опираются на деревья. Отказ от паразитизма означает, что им постоянно не хватает тех веществ, которые нормальные растения получают из почвы, в частности азота. Испражнения муравьев содержат много азота и других нужных сквамелляриям веществ.
Авторы работы с помощью молекулярных часов (количества ошибок, со временем накапливающихся в ДНК любых видов с одной и той же скоростью) определили, что возраст вида Philidris nagasau такой же, как у шести видов сквамеллярий, которые они возделывают. То есть в момент, когда муравьи научились выращивать гнезда на деревьях, их вид отделился от предкового, который строил, а не выращивал муравейники. Селективный отбор со стороны муравьев тогда же образовал из возделываемых ими сквамеллярий шесть новых видов. Они отличаются от родственников наличием усиленной ножки, полезной при укоренении в особо глубоких трещинах в коре, куда их преднамеренно заносят муравьи.
До настоящего момента не были известны случаи, когда муравьи полностью контролировали бы цикл размножения высших растений. В ряде регионов муравьи защищают растения от паразитов, а те взамен выделяют сладкую подкормку для этих насекомых. Но ни посадка семян, ни удобрение выращиваемых растений ранее за муравьями не отмечались — считалось, что они делают это только с грибами. Как теперь стало ясно, сельскохозяйственное использование растений у муравьев длится как минимум в десятки раз дольше, чем у людей. Для человеческого сельского хозяйства выращивание жилищ из растительности нехарактерно и пока встречается лишь в научно-фантастических произведениях, а также смелых проектах арбоархитекторов.
Источник
Принципиально новый тип садоводства обнаружен у муравьев
Ученые рассказали о тропических муравьях, которые расселяют и выращивают растения, чтобы затем обустроить в них себе жилье. Ранее считалось, что столь плотные симбиотические отношения у муравьев есть только с грибами.
Результаты исследования, проведенного немецкими специалистами из Мюнхенского университета, опубликованы в журнале Nature Plants.
Муравьи заслуженно пользуются репутацией прекрасных садоводов. Например, муравьи-листорезы выращивают в своих гнездах грибные плантации – грибы и их хозяева столь тесно связаны, что не могут существовать друг без друга. Авторы статьи показали, что похожими отношениями муравьи связали себя также с тропическим растением Squamellaria.
Это растение относится к эпифитам, то есть оно произрастает не за земле, а на стволах других деревьев. Ученые обнаружили на острове Фиджи шесть видов Squamellaria, клубни которых всегда заселены муравьями вида Philidris nagasau. Клубни пронизаны сложной системой ходов и предоставляют муравьям надежное убежище и сладковатые выделения. В ответ муравьи удобряют растения своими испражнениями – они служат для Squamellaria важным источником азота, с дефицитом которого сталкиваются все эпифиты.
Исследователи выяснили, что муравьи вытаскивают семена Squamellaria из плодов до их полного созревания, когда те становятся лакомой пищей для птиц. Муравьи разносят эти семена по стволу дерева и затем засовывают их в трещины коры. Когда семена прорастают, муравьи навещают их, удобряя своими экскрементами. Получается, что муравьи не только расселяют растение, но и культивируют его.
Интересно, что данный вид муравьев может занимать сразу несколько индивидуальных Squamellaria, расположенных на одном дереве или даже на нескольких соседних деревьях, соприкасающихся ветками. Одно из этих растений служит штаб-квартирой для матки, а в других обитают рабочие и муравьиный расплод. Отдельные дома связаны между собой феромонными дорожками.
Источник