斐济蚁栖植物建造微型巢室以阻止蚂蚁争斗

研究斐济蚁栖植物的科学家发现了一种宿主植物能防止本可能互相残杀的居民发生冲突的方法。通过在逐渐膨大的块茎内提供独立的腔室——每个腔室有通向外部入口但彼此互不相通——Squamellaria植物防止了多种以其为食并栖身其中的蚂蚁物种间的冲突。这项来自圣路易斯华盛顿大学和英国杜伦大学的新研究于7月10日发表在《科学》杂志上。

该研究第一作者、杜伦大学的纪尧姆·乔米基表示："我们的研究表明分隔结构是一种解决方案。当移除相邻腔室间不同蚂蚁物种的隔板时，会引发致命冲突，这清楚表明了分隔结构的重要性。"

"但植物进化出这些分隔结构并非为了蚂蚁的利益——不，这是为了它们自身。因为块茎内居住的蚂蚁越多，植物获得的营养就越多。"他解释道。

该研究的资深作者、华盛顿大学艺术与科学学院生物学家苏珊娜·S·伦纳指出："干燥的Squamellaria块茎——以及类似块茎，其中许多自19世纪80年代以来就保存在植物标本馆或自然历史收藏中——从未揭示出纪尧姆在野外获得的这些发现。需要两件事：观察识别蚂蚁，并理解块茎内包含完全独立且各有外部入口的分隔腔室，就像公寓楼一样。"

在生物学中，共生关系是指两个不同物种间密切而长期的相互作用。当这种关系互利互惠时，称为互利共生。许多共生关系涉及一个宿主物种拥有多个互利共生伙伴。然而理论预测，非亲缘伙伴可能因争夺宿主资源而导致破坏性冲突。

就Squamellaria而言，乔米基和伦纳先前曾报道过某些特定蚂蚁如何积极培育该植物——通过播种并用粪便为幼苗施肥——随后在每株植物子叶展开后不久形成的虫菌穴（中空腔室）中筑巢。只有当蚂蚁将种子插入树皮裂缝后，Squamellaria才能开始萌发。

这种培育活动对植物生存至关重要，因为它是生长在雨林树枝上的附生植物，无法通过其他方式在雨林冠层定植。早在2014年，在瓦伊萨利雨林保护区高耸的树冠层进行野外考察时，乔米基采集的一株Squamellaria揭示了更为复杂的相互作用。

"当我解剖这株虫菌穴直径约8英寸的植物（Squamellaria wilkinsonii）时，惊讶地发现里面生活着两个蚂蚁群落，"他回忆道，"我第一反应是异种共生——即两种蚂蚁共同筑巢的特殊共生类型。但它们的巢穴完全分离，这令人费解。"

该观察促成了他与伦纳的新研究。他们共同设计了一系列实验来探究植物如何让多种蚂蚁在其空心腔室内共存——首先观察移除内壁后的情况。

"用解剖刀移除两个'公寓'间的隔墙——使不同蚁群直接接触——立即引发了工蚁间的殊死搏斗。"乔米基描述道。

科学家量化了移除隔墙后25分钟内相关蚂蚁物种工蚁间的冲突次数。他们记录到原本分居不同腔室的两个蚁群均出现高工蚁死亡率。

新研究包含的喂食实验证实，植物从分居各腔室的多蚁种中获得营养益处。该研究还应用了计算机断层扫描技术——这种方法极少用于植物研究。"扫描技术极少用于植物研究。"扫描技术是发现虫菌穴分隔结构的关键，"伦纳强调，"仅靠解剖虫菌穴无法确定腔室间的连通关系。这一发现源于CT扫描数据构建的3D模型。"

伦纳和乔米基表示，结果揭示了一种冲突抑制机制，使宿主能利用多个非亲缘共生体的优势。

"Squamellaria的独特之处在于，我们能直接观察到理论长期预测的现象——非亲缘伙伴会因争夺宿主资源而发生冲突，"伦纳总结道，"但这里我们还发现一种简单高效的进化策略来缓解冲突：空间分隔。因此，尽管具有独特性，这些Squamellaria-蚂蚁共生体系阐明了一个古老而普遍的物种相互作用生态与进化问题。"

Story Source:

Materials provided byWashington University in St. Louis.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Guillaume Chomicki, Dirk Metzler, Alivereti Naikatini, Susanne S. Renner.Compartmentalization reduces conflict in multipartner plant-insect symbioses.Science, 2025; 389 (6756): 151 DOI:10.1126/science.adu8429