几乎每部自然历史纪录片都会提到切叶蚁。这些小生物如此频繁地出现在荧幕上，我强烈怀疑它们是不是绑架了大卫·爱登堡的亲戚。但它们的声名鹊起确实有充分的理由——这些迷人的昆虫之所以如此成功，是因为它们高超的园艺技能。
正如其名称所示，41种切叶蚁将叶子切碎，然后排成红色和绿色的长队将它们运回巢穴。它们不吃叶子——它们用叶子来种植真菌，并以这种作物为食。这是一种古老而成功的联盟，最大的切叶蚁群重新定义了“超级生物”的概念。它们包括超过800万个个体，横跨20多立方米，每年收获超过240公斤的叶子。从技术上讲，它们是植食动物，而真菌则充当了超级生物的体外肠道。
但蚂蚁和真菌之间的伙伴关系还依赖于其他合作者——细菌。其中一些微生物通过从大气中捕获氮（一个被称为“固定”的过程）来帮助蚂蚁用宝贵的氮肥沃它们的菌园。威斯康星大学麦迪逊分校的阿德里安·平托-托马斯（Adrian Pinto-Tomas）成功地从南美洲和中美洲80个切叶蚁群的菌园中分离出这些“固氮细菌”菌株。
氮是切叶蚁稀缺的资源，它们切割的叶子中这种重要元素含量很少。然而，它们显然从某个地方获取了氮。它们丢弃的废弃叶子中的氮含量高于菌园中的叶子，而菌园中的叶子含量又高于刚收获的或当地落叶堆中的叶子。在某个过程中，被切割的叶子富含了氮。
为了弄清原因，平托-托马斯在人工饲养的切叶蚁群中寻找固氮细菌的迹象。这些微生物使用一种恰如其分地被称为固氮酶的酶从空气中提取氮。这种酶还能加速其他化学反应，包括将乙炔转化为甲烷。因此，乙炔的命运揭示了固氮酶的存在，进而揭示了固氮细菌的存在。
事实正是如此——测试表明，平托-托马斯分析的所有8种切叶蚁的菌园中都存在并活跃着固氮酶。这种酶和携带它的细菌在菌园中心特别活跃，而在蚂蚁本身或它们切割的叶子上则完全不活跃。菌园约一半的氮供应来自这些细菌。
但仅仅找到细菌还不够；平托-托马斯必须证明这些微生物实际上是有益的伙伴，而不是偶然的搭便车者。他通过将蚁群密封在密封室中，并泵入含有相对稀有形式的氮——氮-15的空气来实现。他发现一周后，这种同位素的水平不仅在真菌中增加，在工蚁和它们的幼虫中也增加了。
这些蚂蚁显然从它们的细菌房客那里获得了巨大的回报。通过拒绝蚂蚁接触土壤或其他食物来源，平托-托马斯表明它们确实是从这些细菌中获取氮的，而不是从其他来源。
这种与真菌和细菌的合资企业一定是切叶蚁取得无可否认的成功的关键部分。它使它们成为超级植食动物。蚂蚁不会成为植物产生的杀虫剂的牺牲品，因为真菌会处理这些问题；真菌也不必应对抗真菌措施，因为蚂蚁在用叶子喂食之前会将其分解。结果，这两个伙伴可以利用大量不同的植物，而不是专注于任何一种类型。氮的缺乏是一个主要的限制因素，但蚂蚁显然也能在一些细菌的帮助下克服这个问题。
这种伙伴关系可能对其他植物也有益。蚂蚁丢弃的叶子比周围的落叶堆多26倍的氮，它们肥沃了周围的土壤。在切叶蚁的垃圾堆附近，植物的多样性往往会飙升，这绝非巧合。
固氮菌并不是唯一巩固蚂蚁和真菌之间联盟的细菌。十年前，同样参与这项研究的卡梅伦·柯里（Cameron Currie）表明，切叶蚁使用另一种真菌作为杀虫剂。它们的菌园受到另一种毒性寄生真菌的困扰，为了保护它们的单作作物免受这些杂草的侵害，蚂蚁使用一种链霉菌。它搭乘蚂蚁的外壳，并分泌抗生素以阻止寄生虫的生长。
这些昆虫确实是卓越的园丁，不仅成功地种植了单一作物，还使用了杀虫剂和肥料。现在，如果它们能归还大卫·爱登堡的家人就好了……
参考文献：科学 10.1126/science.1173036
更多关于蚂蚁的信息
图片来源：Jarrod Scott、Cameron Currie 和 Bandwagonman
