进化将这只蚂蚁变成了活体钻

进化将这只蚂蚁变成了活体钻

扫描电子显微镜图像的年轻Melissotarsus工人的木材切割下颌骨。

A. Khalife 等。 动物学前沿 10.1186(2018)
进化将这只蚂蚁变成了活体钻

任何试图用手砍伐树木的人都知道砍伐活木有多困难。 事实证明,木头蚂蚁也是这样做的 - 所以他们已经把自己变成了奇异的生活演习。 一项新的研究表明,与其他蚂蚁不同的极端适应性让他们在宿主树上雕刻出复杂的隧道网络。

人们对Melissotarsus蚂蚁的了解不多,这些蚂蚁原产于非洲大陆和马达加斯加 - 因为它们只有几毫米长,从不离开雕刻的树木画廊。 在里面,蚂蚁被认为是用于食物的久坐不动的昆虫,吃它们 。 工蚁有两对不断向上倾斜的后腿和一个装有丝腺的球形头(蚂蚁中有一个独特的特征)。 昆虫学家一直认为这些特征必须有助于蚂蚁的非常规生活方式,但他们并不确定如何。

巴黎索邦大学(Sorbonne University)的研究生物学家,该研究的资深作者克里斯蒂安·皮特斯(Christian Peeters)说:“他们如何能够获得咀嚼活木的力量并不明显。”

所以Peeters和他的团队仔细研究了一下。 研究人员从莫桑比克和南非的树上移走了有人居住的树枝,将它们送回巴黎的实验室。 在那里,他们结合了X射线显微断层摄影术(一种用于微小物体的三维X射线成像)和高功率显微镜,可视化蚂蚁的骨骼肌肉系统,重点关注头部,颌骨和腿部的解剖结构。

据研究小组在动物学的前沿报道,事实证明,他们的大穹顶不仅仅是蚕丝腺 - ,固定在短而尖的下颌骨上。 这些肌肉为下颚提供了巨大的凿力,可以穿过硬木。 相比之下,下颚较弱的蚂蚁通常需要在腐烂的木材或隧道中进行沉淀,这些木材或隧道已经被无聊的甲虫挖掘出来。 Peeters解释说,这是因为咀嚼干燥的木材 - 其纤维易碎且易于破碎 - 比咀嚼健康,潮湿的木材更容易。

进化将这只蚂蚁变成了活体钻

艺术家对Melissotarsus工人钻孔隧道的构想。 在隧道掘进时,这些蚂蚁使用坚固的专用腿和basitarsi“高跟鞋”将自己固定在隧道墙壁上,将自己固定在适当的位置。

A. Khalife 等。 动物学前沿 10.1186(2018)

即使是下颚开放的肌肉也比任何已知的蚂蚁都要强,Peeters认为这可能有助于在隧道掘进过程中将木屑推开。

研究人员还发现,下颌骨本身非常适合咀嚼生活。 它们的宽底座使它们成为有效的杠杆,并且对它们的尖端进行分析后发现外骨骼中嵌入了高浓度的锌。

像这样的锌增强“重元素生物材料”在无脊椎动物中很常见,俄勒冈大学Eugene的生物物理学家罗伯特斯科菲尔德说,他没有参与这项研究。 它们存在于持续大量使用的身体部位,如蜘蛛牙齿和海洋蠕虫颌。 纳米级锌簇结合到几丁质基质中,赋予硬度而不增加破裂的风险。 对于依赖这些工具来建造和食用的蚂蚁来说,这非常重要。 “如果锋利的尖端受损,那么它们就会死亡,”斯科菲尔德说。

Melissotarsus工人的腿也非常适应。 研究人员发现,腿部不断弯曲靠近身体 - 有强大的肌肉支撑着隧道壁。 蚂蚁脚的“basitarsus”(类似于脚跟)也被扩大,并且 - 添加了钉状刷毛 - 在向下时提供额外的抓地力。 这使工人牢固地固定在适当的位置,抵消了强烈的咀嚼力。 但是这些调整需要付出代价:蚂蚁的腿部受到如此显着的修改,以至于昆虫不能再在平坦的路面上行走(见下面的视频)。

伊利诺伊大学厄巴纳分校的昆虫学家Andy Suarez说:“这篇关于一只神奇蚂蚁的论文非常棒。”他没有参与这项研究。 “这是我所知道的唯一一个例子,一只蚂蚁已经进化出一种生活方式......生活在活树的木头里,需要工人能够穿过木头。”

Peeters说, Melissotarsus已经对树木内的生命产生了“不可逆转的承诺”,放弃了外面的世界,倾向于它们的昆虫群。 研究结果表明,进化专业化可以产生非凡的效果,将曾经高度流动的蚂蚁转变为不知疲倦的电动工具。