Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Ли Биллингс
«5 000 000 000 лет одиночества». Глава из книги


А. Панчин
«Сумма биотехнологии». Глава из книги


И. Левонтина
«О чем речь». Главы из книги


А. Захаров
Нейрогастрономия


А. Водовозов
С запахом горького миндаля


В. Власюк
50 лет САО


Ч. Уилан
«Голая статистика». Главы из книги


Интервью М. Гельфанда с С. Шлосманом
«Замечательная статья» значит только то, что она содержит замечательный результат


П. Лекутер, Д. Берресон
«Пуговицы Наполеона». Глава из книги


Д. Вибе
Телескопы с жидкими линзами: как это работает







Главная / Новости науки версия для печати

Муравьи используют азотные удобрения для своих угодий


Муравейник муравьев-листорезов рода Atta — это внушительное подземное сооружение с системой из сотен камер, связанных тоннелями, которое обслуживается миллионном муравьев. Фото из обсуждаемой статьи в Science
Муравейник муравьев-листорезов рода Atta — это внушительное подземное сооружение с системой из сотен камер, связанных тоннелями, которое обслуживается миллионном муравьев. Фото из обсуждаемой статьи в Science

Группа американских ученых продолжила изучение интереснейшего природного явления — сельского хозяйства у муравьев-листорезов. Листорезы выращивают на переработанных зеленых листьях грибную культуру, которая служит им пищей. В качестве «пестицидов» они используют антибиотики особых бактерий. Теперь ученые доказали, что муравьи вносят в субстрат азотфиксирующие бактерии, которые позволяют обойти проблему азотистого истощения, столь острую для любых сельскохозяйственных монокультурных посевов.

Группа ученых под руководством Камерона Карри (Cameron Currie) из Висконсинского университета (Мэдисон, США) продолжает публикацию своих работ об устройстве сельского хозяйства у муравьев-листорезов. Листорезы — это особая группа муравьев, знаменитая своими сельскохозяйственными организаторскими талантами. В принципе, многие муравьи и другие насекомые культивируют различных животных (например, тлей) и грибы в качестве стабильного источника питания (см. статьи на «Элементах»: Симбиотические бактерии помогают жукам выращивать съедобные грибы, Для повышения эффективности труда муравьи формируют узких специалистов). Но в отличие от других насекомых листорезы добились исключительного мастерства в этой области, так как их сельское хозяйство практически автономно.

Листорезы строят подземные камеры, куда складывают переработанные кусочки зеленых листьев. На эти листья они высаживают штаммы грибов. Грибы разрастаются, предоставляя муравьям обильный источник легко усваиваемого углеродного питания. Свои грибные «посевы» муравьи тщательно оберегают с помощью специальных бактерий (Pseudonocardia), которые, выделяя антибиотик, убивают нежелательных паразитов посевов. (Об этой стороне устройства муравьиного хозяйства см.: Муравьи-листорезы приручили бактерий для борьбы с вредителем, «Элементы», 25.01.2006.). При организации нового гнезда матка уже снабжена всеми необходимыми элементами для сельского хозяйства — спорами кормовых грибов, которые она переносит во рту, и штаммом Pseudonocardia, растущим прямо на ее теле.

Теперь ученые показали, что сельскохозяйственная активность листорезов не ограничивается защитой урожая от паразитов. Оказалось, что муравьи научились решать столь знакомую любому агроному задачу, как дефицит доступного азота в субстрате. Доступного азота в почве не так уж много, так что растения в монокультурных посевах довольно быстро истощают его запасы. Чтобы восполнить недостаток азота, в почву добавляют азотные удобрения или высевают культуры клубеньковых растений с симбиотическими азотфиксаторами на корнях.

Ученые обнаружили свидетельства того, что и в муравьином хозяйстве азот искусственно добавляется в урожаи. Они измеряли количество азота (точнее, отношение азота к углероду) в лабораторном муравейнике. В изолированном лабораторном муравейнике исключалось поступление азота из почвы. Сами грибы, как известно, не умеют использовать атмосферный азот. Оказалось, что количество азота в свежих листьях, которые приносят муравьи, существенно меньше, чем в переработанном зеленом субстрате для грибного поселения, еще больше азота обнаружено в использованных и выброшенных из муравейника листьях. Это означает, что на каком-то этапе выращивания урожая азот добавляется в культуру. И при этом источником дополнительного азота может быть только бактериальная азотфиксация.

Имеется специальный комплекс ферментов нитрогеназ, участвующих в азотфиксации, и этот комплекс легко обнаружить и оценить в нём количество активных белков. Судя по количеству нитрогеназ, в лабораторном муравейнике азотфиксация шла интенсивнее всего в грибных культурах. В зеленом листовом субстрате активность ферментного комплекса была невысокой. Также невысокой она оказалась и в пищеварительном тракте муравьев. Это значит, что флора азотфиксирующих бактерий поселяется вне тела насекомого, прямо на посевах грибов. И этим муравьи отличаются, например, от термитов, у которых азотфиксирующие бактерии поселяются в пищеварительном тракте.

Темпы азотфиксации были измерены по изотопном составу азота в муравейнике, в который искусственно подавали воздух, обогащенный N15. Как и следовало ожидать, самыми высокими были темпы азотфиксации в грибных культурах. Ученые доказали, что основными азотфиксаторами у муравьев-листорезов являются бактерии клебсиелла (Klebsiella) и Pantoea. Причем необходимые высокие темпы азотфиксации обеспечивает только первая группа (Klebsiella). Представители клебсиелл чаще других встречаются в диких муравейниках. Если построить филогенетическое древо азотфиксаторов по генам нитрогеназ, то муравьиные Klebsiella и Pantoea сформируют отдельную ветвь. Болезнетворные клебсиеллы оказались в сестринской ветви. Это говорит о том, что муравьиные азотфиксаторы могли эволюционировать обособленно от других групп азотфиксирующих бактерий — вероятно, подстраиваясь под эволюцию муравьев. Точно такую же совместную эволюцию прошли и бактерии Pseudonocardia, защищающие грибные культуры от паразитов.

Таким образом, в муравейниках листорезов обнаруживаются все черты развитой агрикультуры. Имеются и подготовленный субстрат (переработанные листья), и селекционные высокоурожайные культуры (грибы), и подобранные эффективные пестициды (Pseudonocardia), и необходимые удобрения (Klebsiella). Система работает слаженно и автономно; она дает пример изумительной аналогии развития человеческой культуры и природных объектов. Ученым еще предстоит содержательное толкование подобных аналогий. Здесь, возможно, будут найдены и новые решения в агрономии, и переосмысление развития человеческой культуры с эволюционных позиций.

Источник: Adrián A. Pinto-Tomás, Mark A. Anderson, Garret Suen, David M. Stevenson, Fiona S. T. Chu, W. Wallace Cleland, Paul J. Weimer, Cameron R. Currie. Symbiotic Nitrogen Fixation in the Fungus Gardens of Leaf-Cutter Ants // Science. 2009. V. 326. P. 1120–1123.

Елена Наймарк


Комментировать



Последние новости: БиологияЕлена Наймарк

28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
27.06
Незамысловатая песня помогает птицам избегать хищников
22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
8.06
Новые древние остатки людей с острова Флорес говорят о родстве «хоббитов» с эректусами
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия