Муравьи, как и люди, используют бактерии для выращивания своих садов

Муравьи-листорезы, которые выращивают грибы в пищу, обладают множеством удивительных качеств. К ним добавилось новое: эти муравьи-фермеры, подобно людям, зависят от азотфиксирующих бактерий, чтобы их сады росли. Это открытие, опубликованное 20 ноября в журнале Science, документирует ранее неизвестный симбиоз между муравьями и бактериями и даёт представление о том, как листорезам удалось доминировать в американских тропиках и субтропиках.

Более того, работа, проведённая командой под руководством бактериолога из Университета Висконсин-Мэдисон Кэмерона Карри, определяет вероятный основной источник наземного азота в тропиках — среде, где питательные вещества иначе скудны.

«Азот — это лимитирующий ресурс, — говорит Гаррет Суэн, соавтор исследования. — Если его нет, вы не можете выжить».

Действительно, партнёрство между муравьём и микробом позволяет листорезам быть невероятно успешными. Их подземные гнёзда, некоторые размером с небольшой дом, могут содержать миллионы особей. В лесах Амазонии их биомасса в четыре раза превышает биомассу всех наземных животных вместе взятых.

«Это первое указание на бактериальных симбионтов сада в системе муравьёв-грибоводов», — говорит Карри.

Критически важным открытием в новом исследовании, по словам учёного, является то, что азот, извлекаемый бактериями из воздуха, в конечном итоге оказывается в самих муравьях и, в конечном счёте, приносит пользу бедным азотом экосистемам, где процветают муравьи.

Муравьи-грибоводы, отмечает Карри, технически являются травоядными. Они живут, срезая листву и перенося её в свои гнёзда, чтобы обеспечить сырьём грибы, которые выращивают в пищу. «Но известно, что растительноядные насекомые ограничены в азоте, — объясняет Карри, — а содержание азота в растительной биомассе ниже того, что нужно насекомым для выживания».

Здесь вступают в дело азотфиксирующие бактерии, два вида которых были выделены в лабораторных и полевых колониях муравьёв. Однако, как подчёркивает Суэн, недостаточно было просто найти бактерии. Необходимо было доказать, что муравьи действительно используют питательное вещество, чтобы подтвердить истинный мутуализм.

«Это важно, потому что может оказаться, что бактерии фиксируют азот для себя, а не приносят пользу муравьям, — говорит Суэн. — Демонстрация того, что азот, фиксируемый бактериями, включается в муравьёв, устанавливает, что эти бактерии не просто временные посетители».

Ранее было показано, что только один другой тип насекомых — термиты — использует азотфиксирующие бактерии. Также были задокументированы другие симбиозы бактерий и муравьёв.

Однако открытие азотфиксирующего мутуализма у муравьёв имеет значительные экологические последствия, учитывая доминирование муравьёв практически во всех наземных экосистемах мира. Новая работа предполагает, что важный источник азота в американских тропиках и субтропиках образуется благодаря партнёрству муравья и бактерии.

«Вполне возможно, что этот фиксированный азот может оказывать влияние в масштабах всей экосистемы», — говорит Карри.

Партнёрство с бактериями, которое, по словам Карри, могло возникнуть около 50 миллионов лет назад, с момента появления муравьёв-садоводов, даёт конкурентное преимущество, позволившее листорезам преобладать в своей среде.

«Без азота у этих ребят не было бы никакой возможности достичь таких больших размеров колоний, — говорит Суэн. — Эти муравьи — одни из самых доминирующих насекомых в Неотропиках. Способность иметь колонии с миллионами муравьёв, согласно прогнозам, требует огромного количества азота».