斐济岛上的Squamellaria是一种神奇的植物。它附生在其他树木的树干上,茎部膨大且中空,可以让蚁群生活在其中。蚁群的粪便也给它们提供了营养。图片来源:John Game/wikipedia
一山不容二蚁。

撰文 | 王昱
审校 | clefable

你有没有遇到过看不惯的室友/邻居?仿佛和这种人在一起永远有闹不完的矛盾。而在自然界,邻居之间的冲突只会更加严重。比如蚂蚁,这种动物领地意识超强,攻击性也不弱。当两群蚂蚁碰到一起时,它们之间的战争可谓一触即发。

近日一篇发表在《科学》Science)上的论文则表示,在遥远的太平洋小岛上有一种和蚂蚁共生的植物,它能给蚁群制造分隔的“公寓”避免彼此之间的冲突。但只要人为拆除公寓间的分隔,蚂蚁之间的大战就会一触即发



一山不容二蚁

在斐济岛上,许多树都会长一些深色的瘤子,它们不是树木本身,而是另一种寄生的植物。这红植物名为Squamellaria,它的茎在底部膨大,里面有许多连通的小房间,供蚂蚁居住,蚁群的垃圾和排泄物就成了它的营养Squamellaria和蚂蚁属于共生关系,之前还有研究发现,蚂蚁甚至还会精心培育Squamellaria的幼苗,只有当蚂蚁将它的种子嵌入其他植物的树皮时,它的种子才会萌发。

至少从一个世纪前开始,就已经有标本馆和博物馆收藏了Squamellaria的茎。人们知道这种植物离不开蚂蚁,但没人知道同一株Squamellaria内部竟然能容纳两群不同的蚂蚁。

直到2014年,论文第一作者,英国达勒姆大学的纪尧姆·乔米基(Guillaume Chomicki)前往斐济雨林进行实地考察,才在Squamellaria上发现了异常。当时乔米基正在斐济的瓦伊萨利雨林保护区的树冠之间实地考察,当他解剖Squamellaria直径20厘米左右的茎时,惊讶地发现里面生活着两种蚂蚁。乔米基说:“我的第一反应是共生巢穴现象,这是一种蚂蚁共同筑巢的特殊共生关系。但令人困惑的是,这些巢穴实际上是完全分隔开来的。”

斐济雨林中的一株Squamellaria,偏大的个体甚至可能含有十几个甚至更多的独立腔室。图片来源:G. Chomicki

美国华盛顿大学文理学院的生物学家、论文作者之一的苏珊·雷内(Susanne S. Renner)表示,想要做出这样的发现:“你需要两样东西:亲自看到并认出两种蚂蚁,然后意识到这些块茎内包含完全独立的隔间,并且各自有通往外部的入口,就像一套联排公寓一样。”

同一个植物内生活着两群蚂蚁,这很反常。要知道,蚂蚁是一种领地意识极强的动物,且攻击性很高,一般来说,两群蚂蚁发现彼此领地重叠时,几乎必然会爆发一场大战。就算不考虑蚂蚁的领地意识,在共生关系中,同一宿主的多个共生伙伴之间往往也处于竞争关系,它们会彼此争夺资源,甚至可能会引发严重的冲突

这种反常的现象马上引起了研究人员的兴趣。他们的第一反应是,这两群蚂蚁究竟会不会打起来?乔米基表示:“我们用解剖刀去除了两个‘公寓’之间的隔墙,让两个蚁群可以直接发生物理接触,这马上引发了冲突,工蚁之间展开了殊死搏斗。”科学家统计了移除“隔墙”之后,25分钟内两个蚁群间冲突的次数。结果发现,两个蚁群中工蚁的死亡率都很高。考虑到工蚁是蚁群中数量最多的蚂蚁,可以说蚁群几乎死绝了。

切除蚂蚁“公寓”的隔断后(图A)后,两种蚁群之间的工蚁马上爆发了冲突(图B、图C)。图片来源:原论文



分隔的生存策略

Squamellaria这类和蚂蚁共生的植物来说,吸引来的蚂蚁越多,获得的营养就越多。但如果它们吸引来了两群或更多蚂蚁,蚂蚁之间就会爆发战争。死伤惨重的蚁群也不能给植物提供营养,这是一个三输的局面。宿主究竟能不能找到方法,让内部的共生生物和谐相处,这个问题一直困扰着生物学家。乔米基表示:“我们的研究表明,隔离是一种解决办法。当相邻隔间的隔断被拆除后,蚁群之间马上爆发了致命的冲突,这清晰体现了隔离的重要性。”

但还有一个关键的问题没有解决,Squamellaria的茎内部真的是独立的腔室吗?如果只是通过解剖观察,很难给出确定性的成果。好在,计算机断层扫描(CT)可以让我们直接观测到植物内部。

植物学研究很少能用到CT扫描,或许大多数人能想到的用处也不过是用CT扫描排除果肉干瘪的“榴莲刺客”。研究团队则用CT扫描分析了Squamellaria完好的茎,并通过三维建模发现Squamellaria的茎内部确实存在互不相同的腔室。雷内表示:“扫描成像是发现这些蚁房分隔结构的关键。只有解剖是弄不清楚哪些腔室相互连通,哪些腔室又是独立开来的。”

研究人员用CT扫描对Squamellaria茎内部结构的建模。不同的颜色(红色、蓝色、黄色)表示一个联通的空腔,不同颜色之间是彼此隔开的。每个颜色的空腔都和外部相通。图片来源:G. Chomicki and S. Renner

研究人员表示,Squamellaria对蚂蚁的分隔是一种策略,让作为宿主的它能够有效利用多个互不相关的共生体。只要内部的蚂蚁不会相互打起来,居住的蚂蚁越多,植物获得的营养就越多,这种植物通过这种策略获得了生存优势。

研究人员通过概率模型发现,只要蚁群的攻击性(由H表示)不为零,对Squamellaria来说最优的生存策略就是可以容纳多个蚁群共同生活(纵轴表示最优蚁群数量)。图片来源:G. Chomicki and S. Renner

所以,就算是二十年前的小品也能给我们启发,大锤真不能乱抡,砸到别人家真可能会惹祸。


参考链接:
https://mp.weixin.qq.com/s/1rAWNdGWUrwcZj5rhJSqrA
https://www.eurekalert.org/news-releases/1090257
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu8429
http://hq.news.cn/20250720/8503099072504b5baddeaf7611d3f4dc/c.html

作者 环球科学

《环球科学》杂志