摘要:“注意看,这只蚂蚁宝宝正在被寄生。”6月10日,中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南古所)研究员王博手捧着一枚约1亿年前的缅甸克钦琥珀幽默地说道。通过透明的琥珀,可清晰地看到一只被线虫草感染的蚂蚁蚁蛹,后者已从前者钻出。这是迄今为止全球首个关于线虫草寄生
“注意看,这只蚂蚁宝宝正在被寄生。”6月10日,中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南古所)研究员王博手捧着一枚约1亿年前的缅甸克钦琥珀幽默地说道。通过透明的琥珀,可清晰地看到一只被线虫草感染的蚂蚁蚁蛹,后者已从前者钻出。这是迄今为止全球首个关于线虫草寄生蚂蚁幼虫的记录。
近期,南古所联培博士生庄宇辉和博士生罗慈航在王博的指导下,与国内外同行合作,对缅甸克钦琥珀中被线虫草感染的蚂蚁和蝇类化石开展深入研究,揭示了线虫草的早期演化历史,为探索真菌与昆虫的协同演化提供了重要的证据。相关研究成果于6月11日在线发表在英国《皇家学会会刊B辑》(Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences)。
在现代陆地生态系统中,线虫草的种类多样且生态复杂,广布全球。但由于真菌缺乏硬质结构,极易腐烂,保存为化石的难度极大,线虫草化石证据十分匮乏,寄生动物的真菌化石更是罕见。人们对其起源,尤其是线虫草与昆虫的协同演化关系知之甚少。此前,分子系统学研究普遍认为线虫草属起源于1亿年前,而寄生蚂蚁的线虫草被认为起源于更晚的白垩纪晚期(距今约7200万年)。
古蚁古线虫草Paleoophiocordyceps gerontoformicae的光学显微镜图像(a)与Micro-CT三维重建图像(d–e, i, j),以及与现生线虫草的形态对比(f–h, k)。图中比例尺为0.5 毫米(a–c),0.1毫米(d, e),2毫米(f),1毫米(g),0.2毫米(h)和50微米(i–k)。
“本次研究发现的两枚感染昆虫的线虫草化石——‘古蚁古线虫草’和‘塔蝇古线虫草’则完整保存了真菌形态结构,可直接与现生种类对比。”王博介绍,团队借助显微CT等高分辨率分析方法细致观察发现,古蚁古线虫草寄生于古蚁的蚁蛹,从蚂蚁的后胸侧板腺开口发育而出,其外部形态接近现生单侧生虫草复合群,内部结构非常接近现生蜂头虫草分支;另一个标本是塔蝇古线虫草,寄生于白垩纪塔蝇科昆虫,子实体呈棍棒状,从蝇类头颈连接处长出,形态与生长位置同样接近现生蜂头虫草分支。
王博表示,由此可得出结论,这两枚线虫草化石被归入线虫草属的白垩纪基干类群,也是线虫草寄生膜翅目(蚂蚁)和双翅目(蝇类)昆虫的最早化石记录。
据了解,团队共收集并整理了120个现生线虫草的基因数据,利用科学方法,重建了线虫草内部各类群的系统发育关系,同时利用线虫草的宿主特异性(即专性寄生),建立了线虫草的寄主数据库,并基于统计学模型重建了线虫草的祖先状态特征。
结果显示,线虫草的起源时间应为1.3亿年左右的白垩纪早期,较之前的推测提前了约3000万年。其最早寄生于鞘翅目,随后在白垩纪逐渐转向寄生膜翅目和鳞翅目。
“鞘翅目与膜翅目、鳞翅目的幼虫栖息环境相似,都是腐木或土壤中。大家住一块,慢慢地可能线虫草宿主就发生了转换。”罗慈航介绍,研究还发现,线虫草主要分支的分化时间与其对应宿主的辐射演化密切相关——白垩纪时期,鳞翅目双孔次目(即蛾子、蝴蝶)与膜翅目中的蚂蚁走向繁盛,为线虫草提供了更多宿主选择和扩散的可能性。此外,线虫草在白垩纪就已经寄生蚂蚁的基干类群,而这类寄生蚂蚁的线虫草正是当今该属多样性最丰富的一支。
白垩纪时期蚂蚁、蝇类与古线虫草的古生态重建图(杨定华绘制)。值得一提的是,被感染的蚁蛹化石还可表明当时的工蚁已具备存在育幼行为:工蚁通过交哺作用将潜在的真菌孢子传染给幼虫;当工蚁发现幼虫患病后,会将其遗弃出巢,避免群体感染。原始蚂蚁已具备真社会性特征。
本研究得到了国家自然科学基金委、云南省基础研究重大项目和重点项目、深时数字地球国际大科学计划、江苏卓越深时数字地球研究中心的支持。南京古生物所地层古生物大数据中心GBDB提供了数据支持。南京古生物所画师杨定华为该成果绘制复原图。
南京日报/紫金山新闻记者 张安琪
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