在自然界中,螞蟻和植物之間相互影響、相互依存,經(jīng)過漫長的演化,逐漸形成了一個個神奇的互利共生關(guān)系。
地球上有1.4萬多種螞蟻,是數(shù)量最多的昆蟲之一,它們和被子植物大約都起源于1.4億年前的白堊紀(jì)時期,現(xiàn)已分布在除南極洲以外的各個大陸。
在6000多萬年前的白堊紀(jì)晚期至古近紀(jì)早期,隨著被子植物的葉片進化出更多氣孔,它們所賴以生存的森林環(huán)境逐漸變得濕潤,樹木上的附生植物也越來越豐富。此時,原本在森林地下筑巢的螞蟻也逐漸進化,分生出在樹上筑巢的樹棲螞蟻,通過群落的垂直分層減少種間競爭。
當(dāng)被子植物擴散到森林以外時,螞蟻也隨著被子植物擴散。過程中,被子植物進化出了多種食物供給方式,如油質(zhì)體(種子上附屬結(jié)構(gòu),含糖分、蛋白和脂質(zhì)等)和花外蜜腺(生長在植物幼莖、葉、花梗等營養(yǎng)器官上的蜜腺)等,它們可能是被子植物影響螞蟻進化的重要因素。
有些植物以蜜露為獎勵,與螞蟻形成了共生關(guān)系。我們這里所說的蜜露,與促進授粉的花蜜不同,通常是指花外蜜腺分泌的蜜露,可以吸引螞蟻,抵御食草動物的啃食。據(jù)文獻記載,近4000種開花植物廣泛存在花外蜜腺。
蕨類植物中,有些種類會有多樣化的花外蜜腺。這些蜜腺分泌的花蜜組成可能與被子植物相似,含有單糖、多糖、氨基酸等。
最新研究指出,植物與食草動物的相互作用影響著進化軌跡。一些植物進化出了間接的防御策略,它們通過蜜露賄賂螞蟻,接收蜜露的螞蟻就充當(dāng)了植物的保鏢。
附生在樹上和枝條上的鹿角蕨屬植物,有時也會選擇與螞蟻一起共生,如馬來鹿角蕨PlatyceriumridleyiChrist,螞蟻可在它的營養(yǎng)葉內(nèi)筑巢,營養(yǎng)葉隆起的葉脈就像是螞蟻行進的道路,有時葉片表面還會出現(xiàn)孔洞,可能也是螞蟻為了方便進出打的通道。
作為回報,螞蟻可以充當(dāng)保鏢,幫助馬來鹿角蕨減少病蟲害的發(fā)生,還可以把取食和繁育過程中所產(chǎn)生的腐殖質(zhì)作為馬來鹿角蕨的養(yǎng)料。
小蛇蕨屬植物與螞蟻的共生關(guān)系更有意思,它們不直接給螞蟻提供住所,螞蟻能入住的只能是其他昆蟲留下的舊房子。
科研人員通過研究發(fā)現(xiàn),寄生在多小鱗小蛇蕨莖癭內(nèi)的昆蟲發(fā)育成熟后會自行離開,并在蟲癭表面留下孔洞。
這些蟲癭會被其他昆蟲再次用作庇護所和筑巢地,而樹棲螞蟻就是最主要的昆蟲種類。實驗收集的49個蟲癭中,共發(fā)現(xiàn)6種螞蟻順利住上了蟲癭二手房。
因此,生活在這些蕨類植物上的螞蟻,在它們?nèi)∈趁勐痘虻钟x害過程中,如果碰到成熟的孢子,就可以幫助這些蕨類植物完成孢子的傳播。
螞蟻在與植物互利共生和協(xié)同進化過程中,蟻巢中多樣性的伴生細(xì)菌也在幫助蟻群抵御生病和缺氮等不利條件,對蟻群的發(fā)展至關(guān)重要。所以,螞蟻與細(xì)菌共生也被認(rèn)為是螞蟻可以在熱帶雨林樹冠上定居的必要條件。
截至目前,螞蟻參與授粉的植物被發(fā)現(xiàn)的還很少,螞蟻授粉的作用也可能被低估。很多研究者認(rèn)為,螞蟻在多數(shù)情況下不能飛行,不能攜帶大量花粉,自身分泌物會降低花粉活力等,這些都是螞蟻授粉植物稀少的影響因素。
在澳大利亞南部,生長著一種小兔蘭,它們開花時,花朵的唇瓣會模擬成當(dāng)?shù)匾环N雌性螞蟻的樣子,從而吸引有翅膀的婚飛雄性螞蟻飛來與之交配。在雄蟻假交配過程中,就幫助小兔蘭完成了授粉。
為了能實現(xiàn)授粉,小兔蘭和雄蟻的地理分布、小兔蘭的開花期與雄蟻的婚飛期進化為一致。小兔蘭在花期會釋放出特定的信息素,還進化出獨特的花型來吸引有翅雄蟻,兩者的協(xié)同進化造就了如此經(jīng)典的螞蟻授粉方式。
同樣在澳洲分布的另一種蘭花——小花蔥葉蘭,它們的有效傳粉者卻是當(dāng)?shù)匾环N沒有翅膀的工蟻,而且還有可能是唯一的傳粉者。
在授粉過程中,或許是因為螞蟻自身分泌的抗生素會大大降低花粉的存活率,因此這些螞蟻攜帶該蘭花花粉時,身體與花粉之間會通過一根短柄相連,這樣就避免了螞蟻分泌抗生素的胸腺與花粉直接接觸,從而保證了授粉的成功。