以多种植物为食的颜色鲜艳的甲虫具有强大的代谢能力，这要归功于它们消化道的特殊器官中的细菌。Stammera细菌提供必需的酶，使卡西丁亚科甲虫能够有效消化植物细胞壁成分。
图宾根马克斯·普朗克生物学研究所的研究人员发现了这种特殊关系的古老起源。他们发现共生叶甲虫比其非共生亲戚表现出更大的物种多样性。这些发现揭示了6200万年前的共生时间及其在适应中的关键作用，发表在《当代生物学》上。
在生物多样性热点巴拿马雨林等生态系统中，叶甲虫代表了互利共生的一个典型例子，其中两个不同的物种通过共享而不是竞争相同的资源来合作适应具有挑战性的环境。共生体和宿主之间的互补性代表了相互作用的代谢基础，特别是因为它与植物细胞壁的解构有关。
该研究的博士研究员兼主要作者马莱尼·加西亚-洛萨诺(MarlenyGarcía-Lozano)表示：“我很好奇，想探索这种共生关系的广泛程度，其代谢能力是否在物种之间共享，以及这如何影响它们在自然栖息地中的作用。”
马克斯·普朗克互惠论研究小组与日本、荷兰和巴拿马的研究人员合作，其中包括史密森热带研究所的著名叶甲虫专家唐纳德·温莎博士。研究人员冒险进入该领域收集这些有趣的昆虫，以补充他们在实验室中对相互作用的基因组和分子解剖。
2017年，马克斯·普朗克研究小组组长、该研究的资深作者哈桑·塞勒姆(HassanSalem)博士首次发现该细菌的主要功能是产生果胶酶，这对于消化叶类食物至关重要，因为叶甲虫缺乏此过程所需的酶。
塞勒姆博士说：“在我们研究动物如何辐射到新环境中，微生物可以发挥巨大作用。考虑到动物及其微生物的代谢潜力对于整体研究适应至关重要。”
如果没有Stammera提供的细胞壁降解酶(其基因组已精简至小于0.3Mb)，甲虫的消化生理机能将无法消化植物材料，从而剥夺它们必需的营养物质。
“它们之间存在着必然的关系。没有昆虫，细菌就无法生存，如果我们将它们从昆虫身上去除，甲虫就会在几天内死亡，”加西亚-洛萨诺说。共生微生物Stammera会调整消化酶编码基因的表达，以适应宿主在发育过程中的特定需求。因此，Stammera产生必要的酶来满足宿主生物体的营养需求，从而增强其整体活力。
揭示共生关系
研究人员感到惊讶的是，尽管甲虫在昆虫消化和生长方面发挥着重要作用，但在6000种卡西丁亚科分支起源时，并非所有甲虫都含有这种必然的共生关系。
研究表明，叶甲虫获取Stammera发生在古新世，距今大约6200万年前(Mya)。了解宿主何时获得这种共生体强调了历史背景、共同进化过程以及共生伙伴关系对适应的影响。
总体而言，这种对昆虫共生关系的全面探索，结合了从分析化学到基因组学和现场测定，再到分子进化与古生物学背景的互补方法，强调了分子相互作用在塑造昆虫物种多样性和生态网络中的重要作用。保护和维持生态系统的健康和恢复力对于理解昆虫、植物和微生物之间复杂的相互作用至关重要。
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