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黏菌可能看起來不像是一種非常高階的生命形式,但這些單細胞社會性變形蟲善於聯合起來,增加它們傳遞基因的機會。在它們生命的大部分時間裡都是獨行俠,當資源變得稀缺時,成千上萬的這些生物會聚集在一起,形成一個多細胞的、類似蛞蝓的單元,以尋找和居住新的棲息地。
這些真核生物的一些種群透過攜帶它們最喜歡的細菌食物,在新棲息地創造和消耗新鮮作物,從而進一步提高了它們的生存機率。萊斯大學的一組研究人員現在聲稱,透過這樣做,微小的盤基網柄菌正在實踐一種原始的農業形式。
研究人員在一篇新論文中寫道:“變形蟲不是消耗掉它們地盤中的所有細菌,而是會提前停止進食,並將細菌納入它們的子實體中。”這篇論文發表在1月20日出版的《自然》雜誌上。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)“然後,它們在孢子傳播過程中攜帶細菌,並可以播種新的食物作物,如果新地點缺乏可食用的細菌,這是一個主要的優勢。”
人類實踐的農業——使用工具和複雜的計劃——只存在了大約 10,000 年,但農業的基本要素包括戰略性的作物收穫和傳播。而變形蟲正在對細菌做同樣的事情。Debra Brock是萊斯大學生態學和進化生物學系的博士研究生,也是這項新研究的合著者,她解釋說:“它們將細菌帶到新的營養源,讓細菌生長,而且它們還會謹慎地收穫——它們不會吃掉所有細菌——並保留一部分用於傳播。”
像生物學領域的許多人一樣,哥本哈根大學社會進化中心的Jacobus Boomsma對細菌養殖變形蟲的訊息感到驚訝。但他表示,“一旦你開始思考結果,這就有道理了。”Boomsma還在同一期《自然》雜誌上撰寫了關於變形蟲的一篇論文,他指出,這是一個“令人著迷的發現,因為盤基網柄菌-細菌共生關係顯然是由互惠互利的優勢驅動的,儘管存在細菌利用宿主提供的傳播機會的明顯風險。”
Brock和她的同事在論文中寫道,即使當變形蟲最終到達一個已經富含常駐細菌的新地點時,養殖變形蟲“仍然可以透過攜帶首選細菌而獲益……就像人類在已經綠色的世界中播種首選植物一樣”。
但是,攜帶細菌同行並非沒有缺點。透過避免消耗掉它們棲息地中的所有細菌,養殖變形蟲可能會剝奪自己非養殖菌落可以攝取的全部營養。研究人員還發現,平均而言,攜帶細菌的蛞蝓單元在結果之前移動的距離比非養殖者更短。
在野生採集的盤基網柄菌克隆(從弗吉尼亞州的芒廷湖生物站和明尼蘇達州的艾塔斯卡湖生物站取樣)中,只有大約三分之一是細菌養殖者。研究人員認為,當變形蟲恰好在“已經包含適當細菌的地點”釋放孢子時,早期停止進食的成本無法得到補償,這可能解釋了這種農業共生關係的兩分性。
Brock指出,這些生物的社會性和生命週期有助於解釋為什麼農業可能對某些變形蟲來說是一種優勢。在野外,子實體包含密切相關的克隆分離株,因此,即使大約五分之一的個體在成為該結構的莖的過程中死亡,大量基因相似的物質也會透過孢子傳遞給後代。
Brock在談到盤基網柄菌時說:“它們能做到這一點真是太酷了。”“但在更大的範圍內,我認為這可能為提出問題提供了許多新的方法。”例如,她認為變形蟲與細菌的關係是研究人類與細菌之間複雜相互作用的有趣模型。由於盤基網柄菌的基因組已被測序,研究人員已經深入研究,試圖理清不同的基因和性狀,這些基因和性狀可能有助於解釋農民和非農民之間的差異,以及共生關係最初是如何進化的。
變形蟲不是除人類以外唯一從事準農業行為的動物——儘管它們是最小的。螞蟻、白蟻、甲蟲、蝸牛和一些魚類也被證明會種植、收穫——在某些情況下還會照料——它們喜歡的食物來源。
檢視非人類耕種者的幻燈片。