Yaprak Kesen Karıncaların Mantar Bahçesi: Ekin, Asalak ve Bakteriler

Yaprak kesen karıncaların sırtında taşıdığı yeşil parçalar yemek değil, gübre. Karıncalar bu yaprakları yemez; yuvanın içindeki bir mantar bahçesine yedirir ve o mantarı yer. İnsan çiftçiliğinden milyonlarca yıl önce kurulmuş bu düzende bir ekin, bir yabani ot, bir hastalık etmeni ve bir tür ilaçlama da var. Aşağıda bu dört oyuncuyu sırayla ele alıyoruz.

Eski ve zorunlu bir ortaklık

Mantar yetiştiren karıncalar üzerine yazılmış bir derleme, bu karıncaların bitki biyokütlesindeki besinlere yetiştirdikleri ortak bir mantar aracılığıyla ulaştığını ve bu zorunlu ortaklığın yaklaşık 50 milyon yıllık olduğunu aktarır (Aylward ve ark., 2012). Aynı derlemede bu ortaklığın bazı türlerin çok büyük koloniler kuran baskın otoburlar hâline gelmesini kolaylaştırmış olabileceği tartışılır (Aylward ve ark., 2012).

Karınca ile mantarın ilişkisi her zaman böyle bir ortaklık değil; mantarın karıncayı sömürdüğü örneği zombi karınca mantarı Ophiocordyceps yazısında anlattık. Yaprak kesenlerde ise mantar ekilen taraf.

Ekin: Leucoagaricus gongylophorus

Gongilidyumların protein içeriğini inceleyen çalışmanın yazarları, yaprak kesen karıncaların ekinini Leucoagaricus gongylophorus adlı bir bazidiyomiset olarak tanımlar (Aylward ve ark., 2015). Bahçe, bu mantarın hiflerinden, yani ince ipliksi hücrelerinden örülü bir kütledir. Hifin ne olduğunu ve mantarın nasıl büyüdüğünü hifa nedir yazısında ayrıntılı ele aldık.

Karıncaların yediği kısım, hif uçlarında oluşan şişkin hücreler. Bu yapıyı inceleyen bir çalışmada ekilen mantarın, gongilidyum adı verilen ve metabolit depolayan şişmiş hif hücreleri ürettiği, bu hücrelerin karıncalar tarafından yendiği ve stafila denen yenebilir demetler hâlinde kümelendiği gösterilmiştir (Leal-Dutra ve ark., 2023). Aynı çalışmada mikroskopi, tüp içi deneyler ve gen ifadesi analizleri, mantarın kendi hücre içeriğini otofaji denen bir geri dönüşüm süreciyle parçalayıp bir kofulda biriktirdiğini ve gongilidyumun şişkinliğinin bu kofulun büyümesinden kaynaklandığını göstermiştir (Leal-Dutra ve ark., 2023).

Mantarın hangi yapılardan oluştuğunu ve meyve gövdesiyle miselyumun farkını miselyum ve meyve gövdesi yazısında okuyabilirsiniz.

Yem: karıncalar mantara ne veriyor?

Selüloz üzerine yapılan bir çalışmanın yazarlarına göre yaprak kesenler ekili mantarı taze kesilmiş bitki parçalarıyla besler ve mantarın metabolizmasını bu bitkisel malçı yenebilir mantar dokusuna dönüştürmek için kullanır (Conlon ve ark., 2022). Bu dönüşüme dair iki bulgu var.

İlki, enzimlerin taşınması. Üç koloniden alınan gongilidyumların protein içeriğini inceleyen bir çalışmada bu hücrelerin mantar genomunda tanımlanan bitki biyokütlesi yıkan enzimlerin dörtte üçünden fazlasını içerdiği bulunmuştur (Aylward ve ark., 2015). Aynı çalışma, bu enzimlerin karıncaların sindirim kanalında derişip dışkı damlalarıyla bahçeye yeni eklenen yaprakların üzerine bırakıldığını aktarır (Aylward ve ark., 2015).

İkincisi, selülozun kaderi. İzotopla işaretlenmiş selülozla yapılan laboratuvar deneylerinde bir koloniden alınan mantar kültürlerinin selüloz kaynaklı karbonu gongilidyumlara aktardığı, bu sürecin olası bakteri ortakları dışarıda bırakıldığında da sürdüğü gösterilmiş; bir laboratuvar kolonisi besleme deneyinde de selüloz özümlemesi gözlenmiştir (Conlon ve ark., 2022).

Bahçe yalnızca mantardan da ibaret değil. Mantar bahçelerindeki bitki yıkımını inceleyen kültürden bağımsız çalışmaları derleyen yazarlar, sürece ekilen mantarın yanı sıra Enterobacter, Klebsiella ve Pantoea gibi bakterileri de içeren bir topluluğun katıldığını aktarır (Aylward ve ark., 2012). Mantarların genel olarak nasıl beslendiğini mantarlar nasıl beslenir yazısında, odun ve yaprak yıkımında görev alan enzimlerden birini de lakkaz enzimi yazısında bulabilirsiniz.

Yabani ot: Escovopsis

Mantar yetiştiren karıncaların bahçelerinden geniş bir örneklemle yabancı mantar izole eden bir çalışma, bahçelerin asalaksız tek türlü tarlalar olduğu yönündeki eski varsayımı çürüttü: bahçeler yalnızca bu bahçelerden bilinen ve yuvaların çoğunda bulunan özelleşmiş asalaklara ev sahipliği yapıyordu (Currie ve ark., 1999). Bu asalaklar Escovopsis cinsinden mikroskobik mantarlardı; çalışma bunların koloniler arasında yatay olarak bulaştığını ve bahçeleri hızla çökertebilecek kadar virülan olduğunu raporlamıştır (Currie ve ark., 1999).

Genom çalışmaları asalağın ne kadar uzmanlaştığını gösteriyor. Escovopsis weberi genomunu inceleyen araştırmacılar, bu türün yakın akrabalarına göre hem boyut hem gen içeriği bakımından küçülmüş bir genoma sahip olduğunu, karbonhidrat yıkan enzim genlerinin azaldığını ve eşeyli üreme için gerekli sayılan genleri kaybettiğini bulmuştur (De Man ve ark., 2016). Aynı çalışmada bazıları ekili mantara saldırı sırasında ifadesi artan özgün ikincil metabolit gen kümeleri tanımlanmıştır (De Man ve ark., 2016).

İlaçlama: karıncaların bakterileri

Bahçe bakterilerini inceleyen bir çalışmada karıncaların Escovopsis sporlarını uzaklaştırmak için bahçelerini ayıkladığı hatırlatılır (Francoeur ve ark., 2021). Bunun yanında kimyasal bir savunma da var.

Bu bakterilerin başlıcası Pseudonocardia cinsinden aktinobakteriler. Mantar yetiştiren karınca soylarının evrim tarihini ve dış iskelet yapılarını inceleyen bir çalışmada bu karıncaların antibiyotik üreten aktinobakteri ortaklarını barındırıp beslemek için karmaşık kütikula değişiklikleri ve özel bezler geliştirdiği, baskın bakterilerin Pseudonocardia olduğu ve bakterileri barındıran çukur ve tümsek gibi özel yapıların üç ya da daha fazla kez bağımsız olarak evrildiği gösterilmiştir (Li ve ark., 2018). Bu bakterilerin ürettiği bileşiklerin çeşitliliğini derleyen bir incelemede Pseudonocardia'nın hem karıncaları hem ekili mantarı hastalıklara karşı koruyan antifungal ve antibakteriyel ikincil metabolitler ürettiği aktarılır (Goldstein ve ark., 2020).

Bahçenin kendi mikrobiyotası da işin içinde: 52 koloninin yarısında Burkholderiaceae üyeleri izole eden bir çalışmada test edilen 32 izolatın 28'i bir ya da daha fazla Escovopsis suşunu engellemiş; güçlü engelleyen izolatların burkholdin ve pirolnitrin adlı antifungalleri ürettiği ve bu bileşiklerin eşdeğer derişimde ekili mantarı engellemediği bulunmuştur (Francoeur ve ark., 2021).

Bu bahçe neden bu kadar çalışılıyor?

Ekin, asalak, karınca ve bakteriler laboratuvarda deneye açık bir model oluşturuyor. Pseudonocardia derlemesinin yazarları da bu sistemin ikincil metabolitlerin evrimini anlamak için kullanışlı bir model ve yeni antifungal ve antibiyotik adaylarının kaynağı olduğunu belirtir (Goldstein ve ark., 2020). Mantarların ekosistemdeki daha geniş rolünü merak ediyorsanız mantarların çevresel rolü ve misel ağı yazısı iyi bir devam.

Bilimsel referanslar

Aylward, F.O. et al. (2012). The Evolutionary Innovation of Nutritional Symbioses in Leaf-Cutter Ants. Insects, 3(1), 41-61. PMID 26467948. DOI 10.3390/insects3010041.

Aylward, F.O. et al. (2015). Enrichment and Broad Representation of Plant Biomass-Degrading Enzymes in the Specialized Hyphal Swellings of Leucoagaricus gongylophorus, the Fungal Symbiont of Leaf-Cutter Ants. PLoS One, 10(8), e0134752. PMID 26317212. DOI 10.1371/journal.pone.0134752.

Conlon, B.H. et al. (2022). A fungal symbiont converts provisioned cellulose into edible yield for its leafcutter ant farmers. Biol Lett, 18(4), 20220022. PMID 35440234. DOI 10.1098/rsbl.2022.0022.

Currie, C.R. et al. (1999). The agricultural pathology of ant fungus gardens. Proc Natl Acad Sci U S A, 96(14), 7998-8002. PMID 10393936. DOI 10.1073/pnas.96.14.7998.

De Man, T.J. et al. (2016). Small genome of the fungus Escovopsis weberi, a specialized disease agent of ant agriculture. Proc Natl Acad Sci U S A, 113(13), 3567-72. PMID 26976598. DOI 10.1073/pnas.1518501113.

Francoeur, C.B. et al. (2021). Burkholderia from Fungus Gardens of Fungus-Growing Ants Produces Antifungals That Inhibit the Specialized Parasite Escovopsis. Appl Environ Microbiol, 87(14), e0017821. PMID 33962985. DOI 10.1128/AEM.00178-21.

Goldstein, S.L. et al. (2020). Pseudonocardia Symbionts of Fungus-Growing Ants and the Evolution of Defensive Secondary Metabolism. Front Microbiol, 11, 621041. PMID 33424822. DOI 10.3389/fmicb.2020.621041.

Leal-Dutra, C.A. et al. (2023). Evidence that the domesticated fungus Leucoagaricus gongylophorus recycles its cytoplasmic contents as nutritional rewards to feed its leafcutter ant farmers. IMA Fungus, 14(1), 19. PMID 37715276. DOI 10.1186/s43008-023-00126-5.

Li, H. et al. (2018). Convergent evolution of complex structures for ant-bacterial defensive symbiosis in fungus-farming ants. Proc Natl Acad Sci U S A, 115(42), 10720-10725. PMID 30282739. DOI 10.1073/pnas.1809332115.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 9  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya