张国捷:揭秘蚂蚁的农业文明

• 作 者: 李荔
• 出 处: 北京科技报
• 发表日期: 2011年27期

　　在亚马逊的热带丛林中有这样一群特殊的蚂蚁：它们不以树叶为食，而是将叶子从树上切成小片带到蚁穴里，咀嚼叶片后种植真菌，并以真菌为食。所以它们被称为切叶蚁，又叫培菌蚁，是唯一切割新鲜植物，并会种植食物的动物，它们甚至是比人类更早掌握种植技术的物种。
　　2009年，深圳华大基因研究院的张国捷博士与其带领的团队开始研究蚂蚁基因组的测序工作，他们发现蚂蚁界除了社会分工明确之外，还有多样的社会行为，比如切叶蚁有“农业种植”的现象，即这种蚂蚁可以自己种植真菌，并且以这些真菌为食，这些现象让研究者对此开始着迷。2011年9月份，张国捷博士跟丹麦哥本哈根大学同行一起开始了对切叶蚁基因组的研究。
　　张国捷告诉记者，在同一蚁群中，分别有蚁后、工蚁、兵蚁，以及雄蚁等不同职能的分工体系。虽然与其他肉食性蚂蚁（如跳蚁）相比，切叶蚁的牙齿并不锋利，但切叶蚁在演化过程中形成了一副特殊的牙齿，它们能利用牙齿和脚，将叶子切成一小片，再搬回蚁巢用作真菌的肥料。
　　“切叶蚁的食物加工过程很有趣。首先，切叶蚁会把叶子切成1～2毫米的碎片，再咀嚼成糊状。在这个过程中，有时它们还会加进一滴肛门分泌的液体。蚂蚁利用其前跗节的左右摆动，仔细地把咀嚼好的叶子搬到‘菌床’上。最后，蚂蚁从‘菌圃’的其他部位拔下一束束菌丝，栽插在新制的菌床上。移栽的菌丝生长极为迅速，24小时内即可布满‘菌床’表面，经过这样复杂工序培养出来的真菌才是切叶蚁的食物。”张国捷说。
　　如今，已发现的切叶蚁主要分布在南美洲、中美洲及美国南部，切叶蚁的这种农业种植行为在动物界极为罕见，不过分布于旧大陆地区（包括非洲和亚洲）的白蚁，也同样具有种植真菌的行为。这类白蚁在我国也有，一些人们食用的蘑菇，就来自这些白蚁的蚁巢。
　　这次华大基因研究院比较基因组中心通过对切叶蚁的基因组测序，发现切叶蚁的生殖方式与其他蚂蚁有很大的不同，比如切叶蚁的蚁后在一生中会与多只雄蚁交配，而其他蚂蚁的蚁后一生中只与一只雄蚁交配一次。而且在交配完成之后，精子会在蚁后的储精囊中存活数十年。研究者发现在切叶蚁基因组中其中一个基因家族的扩张很可能与切叶蚁的这种交配方式有关。此外，他们还发现另一个基因家族的扩张则跟真菌的共生关系密切相关，因为这个家族中的一个基因可以编码一种真菌酶，这种酶存在于切叶蚁的粪液中，而切叶蚁用粪液对真菌种植园施肥。因此，这个基因可能对真菌的种植具有重要的作用。 这些研究成果发表在国际知名杂志《基因组研究》上。
　　张国捷表示，这项研究为社会行为学的研究奠定了重要的遗传学基础，会使人们对切叶蚁这种特殊的生物有更深的认识和了解。
　　
　　张国捷
　　现任深圳华大基因研究院科学系副主管，比较基因组学与演化生物学中心主管，致力于利用分子演化的分析思路挖掘基因组数据，迄今已在《科学》、《自然》、《基因组学》等国际著名杂志发表论文数篇。