在人類認(rèn)識(shí)到它之前大約5000萬(wàn)年，農(nóng)業(yè)在一個(gè)看似不太可能的地方來(lái)到世界：螞蟻山。

避開(kāi)小麥或大米為羽毛狀銀耳，該螞蟻種植的真菌的作物，以換取營(yíng)養(yǎng)為它提供服務(wù)。但就像他們追隨他們的人類同行一樣，螞蟻面臨著作物病的長(zhǎng)期問(wèn)題，在這種情況下是一種寄生真菌，它可能會(huì)消滅它們的收成。

所以螞蟻農(nóng)民進(jìn)化出另一種伙伴關(guān)系。它們?yōu)槟承┘?xì)菌提供了安全的港口和營(yíng)養(yǎng) - 細(xì)菌 - 這又產(chǎn)生了能夠阻止寄生蟲(chóng)的抗生素。為了幫助細(xì)菌粘附，螞蟻的外骨骼進(jìn)化出專門的口袋，保護(hù)和喂養(yǎng)他們的伴侶。

這些結(jié)構(gòu)看起來(lái)如此錯(cuò)綜復(fù)雜，以至于科學(xué)家們認(rèn)為他們只有一次進(jìn)化的機(jī)會(huì)，因?yàn)樽畛醯恼婢r(nóng)民最終分化成我們今天發(fā)現(xiàn)的250種螞蟻養(yǎng)殖種類。但今天(10月1日)在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上發(fā)表研究表明，這些含有細(xì)菌的結(jié)構(gòu)獨(dú)立進(jìn)化了三次。

結(jié)果清楚地表明，作物寄生蟲(chóng)的持續(xù)威脅反復(fù)推動(dòng)了進(jìn)化的驚人相似方向，創(chuàng)造了幫助螞蟻加強(qiáng)與細(xì)菌的伙伴關(guān)系的結(jié)構(gòu)。并且他們成功地使用保護(hù)性抗生素，這表明螞蟻可能會(huì)接受人類醫(yī)學(xué)的教訓(xùn)，這很快就會(huì)抵抗病原體對(duì)我們最重要的抗生素的抵抗。

這項(xiàng)工作由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校細(xì)菌學(xué)教授Cameron Currie和Currie實(shí)驗(yàn)室博士后研究員李紅杰領(lǐng)導(dǎo)。他們與亞利桑那州立大學(xué)，圣保羅大學(xué)，哈佛醫(yī)學(xué)院和史密森尼學(xué)院的同事合作。

“這項(xiàng)工作為使用細(xì)菌長(zhǎng)期提供抗生素的動(dòng)物提供了令人著迷的見(jiàn)解，”Currie說(shuō)，他研究了20年來(lái)農(nóng)蟻的動(dòng)態(tài)。

研究人員對(duì)69種螞蟻進(jìn)行了詳盡的調(diào)查，從亞利桑那州立大學(xué)和史密森尼學(xué)院的藏品中采集了不同的螞蟻樣本。研究小組使用其基因組序列重建了螞蟻的進(jìn)化樹(shù)。由此產(chǎn)生的樹(shù)表明螞蟻和細(xì)菌之間的伙伴關(guān)系在螞蟻開(kāi)始耕種后很快就會(huì)發(fā)生變化。

關(guān)于螞蟻 - 細(xì)菌關(guān)系的古老起源的進(jìn)一步證據(jù)來(lái)自少數(shù)真菌種植的螞蟻，這些螞蟻偶然被凍結(jié)在現(xiàn)在的多米尼加共和國(guó)的琥珀中。通過(guò)硬化的樹(shù)液，研究人員可以發(fā)現(xiàn)細(xì)菌粘附在螞蟻體上的跡象。隨著琥珀的年齡在1500萬(wàn)到2000萬(wàn)年之間，Currie的團(tuán)隊(duì)可以驗(yàn)證他們的基因組數(shù)據(jù)，并證明螞蟻共生至少與琥珀樣本一樣古老。

李說(shuō)，早期的工作暗示了螞蟻細(xì)菌伙伴關(guān)系的早期演變，但“這篇論文提供了更多證據(jù)證明這是一個(gè)古老的系統(tǒng)。”

研究人員使用超高倍放大電子顯微鏡檢查了螞蟻是否存在容納細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)，稱為隱窩。顯微圖像顯示，大多數(shù)生殖螞蟻的種類都有隱窩和相關(guān)的結(jié)構(gòu)，可以支持放線菌。但是許多螞蟻物種都缺少這些結(jié)構(gòu)。

當(dāng)他們將重建數(shù)據(jù)映射到重建的進(jìn)化樹(shù)上時(shí)，Currie的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)隱窩不是一次進(jìn)化，而是在農(nóng)螞蟻進(jìn)化過(guò)程中分別進(jìn)化了三次。

但隱窩并不是無(wú)處不在。有些物種已失去任何明顯的支持細(xì)菌的結(jié)構(gòu)。研究人員表明，已經(jīng)廢除隱窩的螞蟻也失去了共生放線菌的痕跡。

柯里和李冒險(xiǎn)說(shuō)，現(xiàn)在在更干旱地區(qū)種植的螞蟻不再對(duì)抗寄生真菌病的持續(xù)威脅。由于窩藏和喂養(yǎng)細(xì)菌可以使用多達(dá)四分之一的螞蟻能量，因此螞蟻與其昔日的合作伙伴分道揚(yáng)..

顯然不滿足于模仿螞蟻的農(nóng)業(yè)生活方式，人類后來(lái)會(huì)轉(zhuǎn)向同一組細(xì)菌，即Actinobacteria，用于我們的大多數(shù)臨床抗生素。幾百萬(wàn)年來(lái)，螞蟻使用類似的抗生素來(lái)保護(hù)他們的真菌花園免受害蟲(chóng)的侵害，這表明我們可以從他們的成功中學(xué)習(xí)。

“我堅(jiān)信這里有減少抗生素耐藥性的機(jī)制，”庫(kù)里說(shuō)。

發(fā)現(xiàn)這些機(jī)制可能只會(huì)幫助我們延長(zhǎng)自身抗生素的使用壽命。