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黏菌可能看起来不像是一种非常高级的生命形式,但这些单细胞社会性变形虫善于联合起来,增加它们传递基因的机会。在它们生命的大部分时间里都是独行侠,当资源变得稀缺时,成千上万的这些生物会聚集在一起,形成一个多细胞的、类似蛞蝓的单元,以寻找和居住新的栖息地。
这些真核生物的一些种群通过携带它们最喜欢的细菌食物,在新栖息地创造和消耗新鲜作物,从而进一步提高了它们的生存几率。莱斯大学的一组研究人员现在声称,通过这样做,微小的盘基网柄菌正在实践一种原始的农业形式。
研究人员在一篇新论文中写道:“变形虫不是消耗掉它们地盘中的所有细菌,而是会提前停止进食,并将细菌纳入它们的子实体中。”这篇论文发表在1月20日出版的《自然》杂志上。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)“然后,它们在孢子传播过程中携带细菌,并可以播种新的食物作物,如果新地点缺乏可食用的细菌,这是一个主要的优势。”
人类实践的农业——使用工具和复杂的计划——只存在了大约 10,000 年,但农业的基本要素包括战略性的作物收获和传播。而变形虫正在对细菌做同样的事情。Debra Brock是莱斯大学生态学和进化生物学系的博士研究生,也是这项新研究的合著者,她解释说:“它们将细菌带到新的营养源,让细菌生长,而且它们还会谨慎地收获——它们不会吃掉所有细菌——并保留一部分用于传播。”
像生物学领域的许多人一样,哥本哈根大学社会进化中心的Jacobus Boomsma对细菌养殖变形虫的消息感到惊讶。但他表示,“一旦你开始思考结果,这就有道理了。”Boomsma还在同一期《自然》杂志上撰写了关于变形虫的一篇论文,他指出,这是一个“令人着迷的发现,因为盘基网柄菌-细菌共生关系显然是由互惠互利的优势驱动的,尽管存在细菌利用宿主提供的传播机会的明显风险。”
Brock和她的同事在论文中写道,即使当变形虫最终到达一个已经富含常驻细菌的新地点时,养殖变形虫“仍然可以通过携带首选细菌而获益……就像人类在已经绿色的世界中播种首选植物一样”。
但是,携带细菌同行并非没有缺点。通过避免消耗掉它们栖息地中的所有细菌,养殖变形虫可能会剥夺自己非养殖菌落可以摄取的全部营养。研究人员还发现,平均而言,携带细菌的蛞蝓单元在结果之前移动的距离比非养殖者更短。
在野生采集的盘基网柄菌克隆(从弗吉尼亚州的芒廷湖生物站和明尼苏达州的艾塔斯卡湖生物站采样)中,只有大约三分之一是细菌养殖者。研究人员认为,当变形虫恰好在“已经包含适当细菌的地点”释放孢子时,早期停止进食的成本无法得到补偿,这可能解释了这种农业共生关系的两分性。
Brock指出,这些生物的社会性和生命周期有助于解释为什么农业可能对某些变形虫来说是一种优势。在野外,子实体包含密切相关的克隆分离株,因此,即使大约五分之一的个体在成为该结构的茎的过程中死亡,大量基因相似的物质也会通过孢子传递给后代。
Brock在谈到盘基网柄菌时说:“它们能做到这一点真是太酷了。”“但在更大的范围内,我认为这可能为提出问题提供了许多新的方法。”例如,她认为变形虫与细菌的关系是研究人类与细菌之间复杂相互作用的有趣模型。由于盘基网柄菌的基因组已被测序,研究人员已经深入研究,试图理清不同的基因和性状,这些基因和性状可能有助于解释农民和非农民之间的差异,以及共生关系最初是如何进化的。
变形虫不是除人类以外唯一从事准农业行为的动物——尽管它们是最小的。蚂蚁、白蚁、甲虫、蜗牛和一些鱼类也被证明会种植、收获——在某些情况下还会照料——它们喜欢的食物来源。
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