Без бактерий возрастом 46 млн лет муравьям-черепашкам понадобились бы большие челюсти и меньшая броня

Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что муравьи-черепашки (Cephalotes) компенсируют низкое содержание азота в своём рационе, передавая полезные бактерии от старших особей младшим через анальные выделения. Эти внутренние микробы затем производят необходимый для выживания муравьёв азот.

"Муравьи-черепашки едят много трудноперевариваемой пищи с малым количеством доступных питательных веществ", — сказал старший автор статьи Джейкоб Рассел, PhD. "Их способность выживать на таком рационе и отказ от агрессивной конкуренции за более оптимальные ресурсы почти наверняка связаны с их инвестициями в симбиоз с кишечными бактериями".

Исследование проводилось учёными из Drexel University, University of California San Diego, University of Pennsylvania, Harvard University, The Rockefeller University, Calvin College и Field Museum of Natural History.

В отличие от многих муравьёв, которые атакуют других животных или питаются падалью, муравьи-черепашки собирают нектар, пыльцу, грибы, а также потребляют мочу млекопитающих и птичий помёт. Эти источники содержат много азота, но в формах, недоступных животным без помощи микробов.

Чтобы проверить вклад бактерий, исследователи содержали муравьёв в лаборатории на диете из мочевины (основного компонента мочи) и давали им антибиотики, убивающие кишечные бактерии. В этом случае муравьи не могли получить азот, как обычно.

С переходом на низкокачественную диету муравьи-черепашки утратили многие черты, используемые другими муравьями для конкуренции: у них редуцировались мандибулы (челюсти) и исчезла способность жалить. Вместо этого они развили пассивную защиту: толстую броню и специализированную касту рабочих, которые затыкают своими головами входы в гнёзда в полых ветвях.

Интересно, что эта толстая защитная броня требует много азота, что снова указывает на важность симбиоза с кишечными бактериями. "Эта броня может существовать благодаря большому вкладу кишечных микробов в их азотный баланс", — пояснил Рассел.

Муравьи также развили тонкий фильтр в начале пищеварительного тракта, который, вероятно, защищает их древние бактериальные сообщества от чужеродных захватчиков.

Прямые данные о функциях бактерий, ассоциированных с муравьями, были относительно ограничены. Новое знание о том, что микробиально поставляемый азот может быть критически важен для выживания муравьёв-черепашек, значимо.

"Эта работа показывает, что члены сложных сообществ могут эволюционировать вместе", — сказал Рассел. "Относительно простая система муравьёв-черепашек может оказаться полезной для моделирования вопросов о наших собственных партнёрствах с микробами и их важности для здоровья человека".