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科学家发现蚁狮的液发生了变化以适应其生态位

导读 在《通讯生物学》杂志上发表的一项新研究中,马克斯普朗克化学生态研究所和吉森大学的研究人员表明,蚁狮对其生态位的适应也改变了它们的液...

在《通讯生物学》杂志上发表的一项新研究中,马克斯普朗克化学生态研究所和吉森大学的研究人员表明,蚁狮对其生态位的适应也改变了它们的液。

科学家们比较了蚁狮和与之密切相关的草蛉幼虫的液系统。蚁狮从三种不同的腺中分泌出比草蛉幼虫复杂得多的液。所有鉴定出的液蛋白都来自昆虫本身,而不是共生细菌。

有些素是新发现的,似乎是蚁狮独有的。蚁狮在沙中设置陷阱等待猎物上钩,然后利用液制服较大的猎物。因此液在适应贫瘠栖息地方面发挥着重要的生态作用。

网翅昆虫的幼虫是捕食者,它们使用液来捕捉和消化其他节肢动物。该目中著名的成员是草蛉科和蚁狮科。草蛉幼虫经常被用作温室中的益虫,因为它们以蚜虫为食,因此有时被称为“蚜狮”。

蚁狮只生活在干燥的沙地栖息地,它们在沙地上筑起漏斗状陷阱,等待昆虫猎物。由于这种贫瘠的环境中昆虫数量不多,蚁狮对猎物的选择并不挑剔。

食物供应非常有限,因此它们必须压制并迅速杀体型较大且防御力强的猎物昆虫才能生存。要做到这一点,它们需要强大的液,可以有效地麻痹猎物并防止其逃跑。

由具有三种不同腺的器产生的复杂液

该研究小组由马克斯普朗克化学生态研究所的 Heiko Vogel 和吉森大学的 Andreas Vilcinskas 领导,他们希望更多地了解蚁狮液。

具体来说,研究人员想要知道这种液来自何处,是否由共生细菌产生,哪些器官负责产生液,液的成分是什么,以及这种液的液系统和性与相关的草蛉幼虫有何不同。

“我们在蚁狮体内总共发现了256种液蛋白。整个液器官的复杂性非同寻常,三种不同的腺体通过钳子向猎物体内注入不同的液和消化酶。

“蚁狮的液比蚜狮的液复杂得多,也更有效,我们只能从蚜狮的腺中识别出 137 种蛋白质。借助基因分析,我们还发现了蚁狮独有的素,”第一作者 Maike Fischer 说道。

研究小组利用多种分子生物学、组织学和三维重建方法,研究基因表达、蛋白质多样性和腺结构。

科学家还利用 HCR-RNA-FISH(荧光原位杂交 (FISH) 和杂交链式反应 (HCR) 的结合)来观察和测量单个细胞中 RNA 分子的分布和数量。他们能够证明蚁狮体内的三种不同的微小腺参与了液的分泌并产生了不同的液蛋白。

蚁狮无需细菌帮助就能生存

利用荧光原位杂交技术对组织中的细菌进行可视化分析,结果还显示蚁狮显然没有细菌共生伙伴。这一结果令研究小组感到惊讶。

“令人惊讶的是,蚁狮体内竟然没有细菌。一方面,这是不寻常的,因为大多数动物体内都含有大量微生物,尤其是在肠道中,其中一些微生物对于生存至关重要。

马克斯普朗克化学生态研究所昆虫共生研究部主任马丁卡尔滕波斯 (Martin Kaltenpoth) 说:“另一方面,我们预计液系统中会有细菌,因为之前假设蚁狮液中的某些液蛋白是由细菌产生的。”

这种特殊的液器官是为了适应蚁狮的生态位而产生的

网翅昆虫在生物防治方面尤其受关注,例如在温室中。不同种类网翅昆虫液成分的作用和进化在很大程度上被忽视了。

“我们的研究结果表明,不同的栖息地和猎物范围对网翅昆虫的液组成和活动有很大的影响,而且它们的动态可能对捕食者-猎物关系的演变产生重大影响。

“蚁狮能产生复杂的液混合物,使它们能够在猎物稀少的栖息地中击败大型防御性昆虫。此外,它们还发展出独特的进化结构,使它们能够通过不同系统的口器将液或消化酶注入猎物体内,”昆虫共生系“适应与免疫”项目组负责人沃格尔说。

维尔辛斯卡斯是吉森大学的教授,也是弗劳恩霍夫分子生物学和应用生态学研究所(IME)生物资源部门的负责人,他一直在关注蚁狮液的有效性和复杂性。

“我们能够证明蚁狮液注射到昆虫体内后非常有效。但是,我们不知道哪些物质是造成这种性的原因。找出这种非常复杂的液中哪些成分发挥了哪些作用以及它与其他昆虫液有何不同将会很有趣。仅在蚁狮中发现的素特别有趣,”他说,期待进一步的研究。

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