Leaf-Cutting Ants and Fungus

Leaf-Cutting Ants and Fungus

A           The ants and their agriculture have been extensively studied over the years, but the recent research has uncovered intriguing new findings about the fungus they cultivate, how they domesticated it and how they cultivate it and preserve it from pathogens. For example, the fungus farms, which the ants were thought to keep free of pathogens, turn out to be vulnerable to a devastating mold, found nowhere else but in ants’nests. To keep the mold in check, the ants long ago made a discovery that would do credit to any pharmaceutical laboratory.

B          Leaf-cutting ants and their fungus farms are a marvel of nature and perhaps the best-known example of symbiosis, the mutual dependence of two species. The ants’achievement is remarkable –the biologist Edward O. Wilson has called it “one of the major breakthroughs in animal evolution”-because it allows them to eat, courtesy of their mushroom’s digestive powers, the otherwise poisoned harvest of tropical forests whose leaves are laden with terpenoids, alkaloids and other chemicals designed to sicken browsers.

C         Fungus growing seems to have originated only once in evolution, because all gardening ants belong to a single tribe, the descendants of the first fungus farmer. There are more than 200 known species of the attine ant tribe, divided into 12 groups, or genera. The leaf-cutters use fresh vegetation; the other groups, known as the lower attines because their nests are smaller and their techniques more primitive, feed their gardens with detritus like dead leaves, insects and feces.

D           The leaf-cutters’fungus was indeed descended from a single strain, propagated clonally, or just by budding, for at least 23 million years. But the lower attine ants used different varieties of the fungus, and in one case a quite separate species, the four biologists discovered. The pure strain of fungus grown by the leaf-cutters, it seemed to Mr. Currie, resembled the monocultures of various human crops, that are very productive for a while and then succumb to some disastrous pathogen, such as the Irish potato blight. Monocultures, which lack the genetic diversity to respond to changing environmental threats, are sitting ducks for parasites. Mr. Currie felt there had to be aparasite in the antfungus system. But a century of ant research offered no support for the idea. Textbooks describe how leaf-cutter ants scrupulously weed their gardens of all foreign organisms. “People kept telling me, ‘You know the ants keep their gardens free of parasites, don’t you?’ “Mr. Currie said of his efforts to find a hidden interloper.

E        But after three years of sifting through attine ant gardens, Mr. Currie discovered they are far from free of infections. In last month’s issue of the Proceedings of the National Academy of Sciences, he and two colleagues, Dr. Mueller and David Mairoch, isolated several alien organisms, particularly a family of parasitic molds called Escovopsis.

F            Escovopsis turns out to be a highly virulent pathogen that can devastate a fungus garden in a couple of days. It blooms like a white cloud, with the garden dimly visible underneath. In a day or two the whole garden is enveloped. “Other ants won’t go near it and the ants associated with the garden just starve to death,”Dr. Rehner said. “They just seem to give up, except for those that have rescued their larvae.”The deadly mold then turns greenishbrown as it enters its spore-forming stage.

G            Evidently the ants usually manage to keep Escovopsis and other parasites undercontrol. But with any lapse in control, or if the ants are removed, Escovopsis will quickly burst forth. Although new leaf-cutter gardens start off free of Escovopsis, within two years some 60 percent become infected. The discovery of Escovopsis’s role brings a new level of understanding to the evolution of the attine ants. “In the last decade, evolutionary biologists have been

Kiến xén lá và Nấm

A           Kiến ​​và hoạt động làm nông nghiệp của chúng đã được nghiên cứu rộng rãi trong nhiều năm qua, nhưng nghiên cứu gần đây đã tiết lộ những phát hiện mới hấp dẫn về loại nấm mà chúng nuôi, cách chúng thuần hóa và chăm sóc, bảo quản tránh khỏi các mầm bệnh. Ví dụ, trong các trang trại nấm, nơi những con kiến ​​được cho là giữ mầm bệnh không xâm nhập, hóa ra rất dễ bị tổn thương do bị nấm mốc phá hủy, không thể tìm thấy ở nơi nào khác như vậy ngoài tổ kiến. Những con kiến ​​từ lâu đã được phát hiện là sẽ giúp tạo sự tin tưởng cho bất kỳ phòng thí nghiệm dược phẩm nào trong việc giữ nấm mốc trong tầm kiểm soát.

B          Kiến xén lá và và trang trại nấm của chúng là một kỳ công của tự nhiên và có lẽ là ví dụ nổi tiếng nhất về cộng sinh, sự phụ thuộc lẫn nhau của hai loài. Thành quả của kiến rất đáng chú ý – nhà sinh học Edward O. Wilson đã gọi đó là “một trong những bước đột phá chính của sự tiến hóa động vật” – bởi vì nó cho phép chúng ăn được nhờ khả năng tiêu hóa nấm của chúng, nếu không sẽ là những vụ thu hoạch trong rừng nhiệt đới độc hại có lá cây chất đầy với Terpenoids, Alkaloids và các hóa chất khác được tạo ra để làm nản lòng những kẻ kiếm ăn.

C         Kiến trồng nấm dường như được tạo ra chỉ một lần trong quá trình tiến hóa, bởi vì tất cả các loại kiến ​​làm vườn thuộc về một giống riêng, những hậu duệ của nông dân trồng nấm đầu tiên. Có hơn 200 loài thuộc giống kiến Attine đã được biết đến, chia thành 12 nhóm hoặc loại khác nhau. Nhóm xén lá sử dụng thảm thực vật tươi; Các nhóm khác, được gọi là Attine cấp thấp vì tổ của chúng nhỏ hơn và kỹ thuật thô sơ hơn, trang bị cho những khu vườn của chúng bằng các mảnh vụn như lá khô, côn trùng và phân.

D           Nấm của loài xén lá thực sự bắt nguồn từ một giống duy nhất, nhân giống vô tính, hoặc chỉ bằng cách chớm nở, trong ít nhất 23 triệu năm. Nhưng kiến Attine cấp thấp đã sử dụng nhiều giống nấm khác nhau, và có trường hợp là một loài khá khác biệt, điều này được bốn nhà sinh học khám phá ra. Giống nấm thuần chủng được trồng bởi kiến xén lá, đối với ông Currie, nó giống như mô hình độc canh nhiều loại cây trồng khác nhau của con người, điều đó rất hiệu quả trong một khoảng thời gian và sau đó không chống đỡ nổi một số mầm bệnh tai hại, chẳng hạn bệnh tàn rụi ở khoai tây Ailen. Mô hình độc canh, thiếu sự đa dạng di truyền để đáp ứng với những mối đe dọa do môi trường thay đổi, dễ bị tấn công bởi ký sinh trùng. Ông Currie cảm thấy chắc hẳn phải có một loại ký sinh trùng trong hệ thống kiến-nấm. Nhưng một thế kỷ của ngành nghiên cứu kiến không ​​cung cấp thông tin hỗ trợ nào cho ý tưởng này. Sách giáo khoa mô tả cách các kiến ​​xén lá cẩn trọng làm vườn loại bỏ tất cả các sinh vật ngoại lai. “Mọi người luôn nói với tôi, ‘Anh biết những con kiến ​​giữ cho những khu vườn của chúng không có ký sinh trùng, phải không?’ “Ông Currie nói về những nỗ lực của mình để tìm ra một kẻ xâm nhập bí ẩn.

E        Nhưng sau ba năm quan sát tỉ mỉ các vườn kiến Attine, ông Currie phát hiện thấy chúng còn xa mới đạt tới mức không bị nhiễm trùng. Trong số Chuyên đề phát hành tháng trước của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, ông và hai đồng nghiệp, Tiến sĩ Mueller và David Mairoch, đã cô lập một số sinh vật ngoại lai, đặc biệt gồm một gia đình nấm mốc ký sinh được gọi là Escovopsis.

F            Escovopsis hóa ra là một mầm bệnh cực độc có thể tàn phá một khu vườn nấm trong một vài ngày. Nó bung nở như một đám mây trắng, còn khu vườn có thể nhìn thấy lờ mờ bên dưới. Trong một hoặc hai ngày, toàn bộ khu vườn bị vây kín. Những con kiến ​​khác sẽ không đến gần chúng còn những con kiến ​​liên quan đến khu vườn chỉ còn biết chết đói, tiến sĩ Rehner nói. “Chúng dường như bỏ cuộc, ngoại trừ những con đến giải cứu ấu trùng của chúng.” Nấm mốc chết chóc sau đó biến thành màu nâu ngả xanh khi chúng bước vào giai đoạn tạo hình bào tử.

G            Có thể thấy rõ những con kiến ​​thường cố gắng giữ Escovopsis và các ký sinh trùng khác trong tầm kiểm soát. Nhưng chỉ với bất