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發現切葉蟻外殻產鎂方解石「盔甲」 增蟻戰生存率、防真菌感染

2020/11/25 — 19:15

背景圖片來源: wikipedia

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螞蟻是有高度組織、社交的昆蟲,他們懂得如何一起覓食、建造複雜的巢穴,並且通常共同照顧皇后與其他幼體。

不過,切葉蟻將這種合作模式提升幾個層次。例如切葉蟻品種 Acromyrmex echinatior 的一個群族,可以容納數百萬隻螞蟻,並分為 4 個階級,每個階級都在群族中有不同作用,以維護群族的真菌花園。不過,這不代表牠們不會遇上麻煩,尤其生活在這種龐大群族中,也代表著面臨更多的感染病原體風險,所以 A. echinatior 的外殻有點保護不足為奇。

最新刊於《自然通訊》的威斯康辛大學麥迪遜分校研究指, A. echinatior 有「天然盔甲」,外殻上有一種白色顆粒狀塗層群免病原體入侵,是昆蟲界已知的首例。

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領導研究的微生物學家 Cameron Currie 表示,多年來團隊一直在研究這些切葉蟻,特別是關注牠們與細菌之間的微妙關係,後者會製造抗生素幫助切葉蟻應對疾病,而在了解 A. echinatior 可為這些細菌提供甚麼時,是次研究的首席作者李洪傑(Li Hongjie 譯音)在 A. echinatior 表面發現一層生物礦物晶體。

團隊利用電子顯微鏡、電子反向散射衍射,以及更多其他技術深入研究這些礦物,他們發現塗層是由薄、約 3–5 微米的菱形鎂方解石 (magnesium calcite) 晶體組成。

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團隊又飼養了新的 A. echinatior ,以了解這種鎂方解石塗層何時出現以及如何保護蟻。團隊發現,這種塗層並不存在於幼體中,而是隨著蟻的成熟而迅速長成,並且在塗層完成時顯著令其外骨骼硬化。

A. echinatior 的「天然盔甲」
Credit: Li, H. & et al. (2020).

A. echinatior 的「天然盔甲」
Credit: Li, H. & et al. (2020).

為了證實盔甲的效用,團隊讓 A. echinatior 與另一種更強壯但無盔甲的 Atta cephalotes 工蟻進行實驗性戰鬥,發現有鎧甲的蟻在戰鬥中得到更多保護,較少失去身體部份、有較高存活率。

團隊又指,如無鎂方解石盔甲,蟻更易受真菌黑殭菌 (Metarhizium anisopliae) 侵害,該菌會感染並殺死多種昆蟲,因此過去一直被作為生物農藥。

團隊暫時未清楚 A. echinatior 如何演化出這種塗層,但認為這可能並非唯一一種帶鎂方解石塗層的昆蟲,甚至廣泛存在於熱帶、常被真菌感染的昆蟲之中。 Currie 又認為,發現或可協助開發一系列有更薄、更高強度的產品。

來源:
Science Alert, These Ants Suit Up in a Protective 'Biomineral Armor' Never Seen Before in Insects, 24 November 2020

報告:
Li, H., Sun, CY., Fang, Y. & et al. (2020). Biomineral armor in leaf-cutter ants. Nat Commun 11, 5792. doi: 10.1038/s41467-020-19566-3

文/Alan Chiu

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