在南美洲的热带雨林下面生活着一种真菌，它每天会吃掉5万片叶子，却从未浮出水面。它依靠蚂蚁为它带来食物以换取营养。这段不太可能的合作出现在大卫·阿滕伯勒爵士的新野生动物系列中绿色星球，现已在BBC iPlayer上下载。进化生物学家Pepijn Kooij博士艾米·巴雷特谈到了这种特殊的关系。
切叶蚁以真菌为食。他们为什么不直接跳过中间人，自己吃叶子呢?
消化植物是一个困难的过程，即使对我们人类来说也是如此。这是一件很难做到的事情。
想想食草动物、食肉动物和杂食动物，再看看它们肠道的长度。如果你以老虎为例，它是一种食肉动物，它的肠道长度约为6米。但如果你看看一头牛——食草动物的完美例子——它的肠道大约有24米长，而且牛也有多个胃。消化植物是一个漫长的过程，你需要很多不同的细菌来帮助你。
植物有这种防御机制:在它们的细胞周围有一层巨大的细胞壁来保护它们不被吃掉。它需要大量的能量才能到达植物中我们真正需要的部分——氮和蛋白质。但是有一些专门的生物，比如(牛胃里的)细菌，就是被设计来做这种工作的。对于蚂蚁来说，它们想要这些蛋白质，但昆虫很难提取它们。所以它们的真菌帮助它们穿透细胞，然后蚂蚁以真菌为食。
但真菌不需要蛋白质吗?为什么要分享?
这种真菌吸收了一些蛋白质，但它已经与切叶蚁建立了这种关系。这种真菌生长出特殊的器官，我们称之为巩膜。在卵囊内是脂肪和蛋白质，对蚂蚁来说是有营养的。蚂蚁吃这些虫草。
但真菌也从这种关系中受益。通常，真菌需要释放酶来分解植物以吸收营养物质。在切叶蚁的合作下，真菌用酶填满了它的巩俐。蚂蚁在吃虫草时吃这些酶，但它们不能消化，所以当蚂蚁把它们拉出来时，它们仍然活跃。
蚂蚁会把新的植物材料带入蚁穴，放在真菌上，然后在上面拉屎。这使得真菌酶准确地到达它们需要分解植物的地方。这种真菌利用蚂蚁就像卡车一样，将酶从真菌的一部分运输到新的植物材料所在的地方。
如果你看了第一集绿色星球，你会发现真菌看起来像一个大球。这个球就是真菌，由所谓的菌丝体组成。
这些生物通常被称为真菌生长蚂蚁，但我认为蚂蚁生长真菌可能是一个更好的术语。
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Ant-growing真菌吗?
所以，“真菌生长蚂蚁”是英国皇家植物园(Royal Botanic Gardens, Kew)在19世纪末首次使用的术语，指的是这些以种植真菌为主要食物来源的蚂蚁。我一直在试着把观点转变成蚂蚁生长真菌。
这是一种互惠主义，互惠主义对双方都有好处。说蚂蚁在种植真菌有点片面。当然，他们把叶子带进来，让真菌在上面生长。但这种真菌也以某种方式通过化学交流来指导和分配任务。所以你也可以把它看作是蚂蚁生长的真菌。
就好像真菌在利用蚂蚁，有点像牛。以这种方式看待系统会带来许多不同的问题。我们的研究试图理清整个系统，看看它是如何工作的。因为最终，这是一种互惠共生，你甚至可以把它看作一个大的有机体。
同样地，我们人类的肠道里有很多细菌，但我们仍然把自己视为一个系统。我们不会说自己既是人类又是细菌。所以从这个意义上说，并不是蚂蚁生长真菌，而是蚂蚁和真菌一起生长。
你说那个球是菌丝体。那是什么?
你可能见过蘑菇形式的真菌，但这只是实际生物体的一小部分。
例如，在英国的森林里，你可能会看到蘑菇，但在土壤下面有几米甚至几公里长的菌丝体，你看不到。
对于真菌来说，菌丝体比蘑菇重要得多。事实上，菌丝体就是真正的真菌。蘑菇只是有性繁殖的工具。
你可能会做的最好的比较是一棵苹果树，里面有种子的苹果，或者一种植物的花和花粉。所以，蘑菇就像花一样，它产生孢子，就像花粉一样。
你能看到的只是真菌的一小部分，蘑菇
当然是最漂亮的部分。虽然菌丝体看起来很漂亮——我可以肯定地告诉你。但一般来说，你看不到菌丝体，因为它在土壤中非常薄，像线一样的结构。
是菌丝体提取所有的营养物质。它做了所有艰苦的工作。然后气泡一起形成蘑菇。
为什么蚂蚁不直接吃蘑菇呢?
通常情况下，这种特殊的真菌不需要生长蘑菇来进行有性繁殖，因为蚂蚁有助于传播真菌。
每一代蚂蚁都从一个新的蚁后开始，新的蚁后会把一块真菌放进嘴里一个特殊的洞里，当它们飞出去交配并开始一个新的殖民地时，它们会把这块真菌带走。
这个过程我们称之为“垂直传播”。它确保了这种特殊的真菌菌株的延续，而没有任何遗传混合。
生产蘑菇需要大量的能量，这些能量被浪费在不必要的事情上。而且，蚂蚁不能吃蘑菇。
当我在哥本哈根研究这些(真菌)物种时，我们把它们放在气候可控的房间里。有时候，气候室有问题——温度突然下降，或者加湿器可能工作不太好——我们就会得到蘑菇。蚂蚁会攻击那些蘑菇。他们会切掉蘑菇帽下面的鳞片(鳃)，那里是孢子形成的地方，并试图去除蘑菇。
现在，在我在巴西的校园里，我们不时地看到蘑菇出现。看起来非常非常奇怪。我在São Paolo州立大学开始合作的一个博士生，Rodolfo Bizarria Jr，开始计算我们看到了多少次。
然后我们回过头去查阅文献，找到了(蘑菇出现的)所有情况。没有很多，可以一直追溯到19世纪。但是我们可以看到增长。我们试图确定这是否与温度、湿度和降水有关，似乎确实有联系。
气候变化会影响这些物种吗?
我们还不知道。我们只知道蘑菇数量会增加，通常情况下，这对系统是没有好处的。我们必须调查一下这是否真的会对蚁群造成损害。
这种真菌-蚂蚁系统是在哪里发现的?
只有在美洲。所以，你可以在南美洲的南部，阿根廷和智利周围，一直到美国的南部-佛罗里达州，亚利桑那州，德克萨斯州找到真菌生长的蚂蚁。即使在加勒比岛屿上，你也能找到一些这样的物种。
这段关系为什么会开始?
这是个大问题。我们不知道。有几种不同的理论，最常见的是它可能起源于开始收集植物材料作为食物的蚂蚁。蚂蚁把这些材料放在巢室里，然后真菌开始在上面生长，不知怎么的，它们意识到，“嘿，这真不错!”
就像我们发现如何制作啤酒，或者其他酒精产品一样，因为真菌开始在我们腐烂的食物上生长，最终我们意识到，“哦，但这实际上非常好。”
但确切的联系，我们不确定。我们对蚂蚁了解得更多是因为人们对它们研究得更多。所以我们比刚开始研究时更接近于了解蚂蚁的祖先。
我们不知道这些真菌最近的祖先是什么。我研究的一个关键部分就是试图找出这一点，并试图理解为什么这些蚂蚁选择了这种真菌而不是另一种。这些真菌有什么好处?与之相关的真菌的来源是什么?那些不与蚂蚁一起生长的真菌?一旦我们知道了，我们就可以比较基因组学和生态学。至少，我们可以推断出这一切是如何开始的。
但这不仅仅是蚂蚁和真菌之间的关系。植物是如何适应保护自己不被吃掉的呢?
植物也有自己的防御系统，这些防御系统并不一定针对这些蚂蚁，而是针对食草动物的一种普遍保护。其中一种方法是产生毒素，我们称之为酚类化合物。单宁酸就是一个例子。所以，如果你喝了一杯好酒，口中的单宁酸——干燥、苦涩的味道——是植物的防御机制。
这种酸性可以很好地抵御任何真菌、任何细菌——以及任何食草动物，因为它会破坏它们的微生物群。
然而，另一种防御是其他真菌。在植物的叶子里，你会发现我们所说的内生植物。在大多数情况下，这些真菌与植物形成互惠共生关系，以保护植物免受食草动物的侵害。它们不喜欢食物中有其他真菌!
对割叶蚂蚁的研究表明，当看到感染内生菌的叶子时，蚂蚁总是选择感染内生菌最少的叶子。否则它们的真菌和树叶中的真菌就会相互竞争。
他们怎么知道的?
好问题。我们认为蚂蚁能闻到。当然，它们没有鼻子，但它们的触角能够捕捉到植物或真菌释放的气味、化学物质和挥发物。这是真菌与蚁群交流的另一种方式。蚂蚁可能会给真菌一些东西，真菌就会发出一个信号，说:“我不喜欢这个。”
德国的一个研究小组给蚂蚁吃了经过杀真菌剂处理过的小片树叶。24小时后，蚂蚁不再把这些东西带给真菌。并不是蚂蚁认出了杀菌剂，而是它们意识到有些事情不对，因为真菌不喜欢它。真菌和蚂蚁之间有非常紧密的相互作用。
- 本文首次发表于发行373的BBC科学焦点杂志- - - - - -点击这里了解如何订阅
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作者
艾米是BBC科学焦点栏目的编辑助理。她的文学学士学位专业是科学出版，自2018年毕业以来一直担任记者。2020年，艾米被英国杂志编辑协会评为年度编辑助理。她负责所有书籍、文化和媒体方面的事务。她的兴趣范围从自然历史和野生动物，到STEM和无障碍技术领域的女性。
