Совместными усилиями исследователей из университетов Копенгагена и Лунда удалось реконструировать то, как муравьи, выращивающие грибы, постепенно улучшили свои клональные культуры, превратив их в надежную и чрезвычайно эффективную систему земледелия. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature Communications, показывают, что надежная доставка некоторых ферментов и жизненно важных аминокислот в пищу для грибов объясняет, что фермеры, выращивающие муравьев, потеряли способность самостоятельно производить эти соединения.
Муравьи-листорезы и грибы в тесном сотрудничествеМуравьи-листорезы используют широкий спектр грибковых ферментов для разложения собранных фрагментов листьев, что представляется оптимальным совместным предприятием со сложным разделением труда. Грибок производит для муравьев скопления надутых пищевых пакетов.
Эти симбиотические органы обеспечивают углеводы, липиды, грибковые ферменты и жизненно важные аминокислоты и удовлетворяют все питательные потребности фермеров-муравьев и их выводков, которые также питаются садовыми грибами. Эти органы пищевого пакета эволюционировали ок. 20 миллионов лет назад и представлял собой новшество, которое позволило сегодняшним муравьям-листорезам развить по-настоящему крупные фермы.
Муравьи-грибники стали фермерами ок. 50 миллионов лет назад, но первые 30 миллионов лет у них были только небольшие натуральные фермы, на которых они использовали растительный мусор для выращивания крошечных грибных садов.
Однако это внезапно изменилось, и с тех пор развитие ускорилось.«Несмотря на то, что потребовались годы медленного естественного отбора, сегодняшние муравьиные фермы примерно в 100 000 раз больше, чем фермы первых предков, которые изобрели земледелие», — говорит Хенрик Де Файн Лихт — первый и соответствующий автор.
Это сопоставимо с тем, что было достигнуто в большинстве современных сельскохозяйственных систем человека, и поразительно, что масштабы воздействия на окружающую среду, по-видимому, увеличились в той же степени. В отличие от земледелия, в котором используется огромное количество воды, удобрений и пестицидов, но для муравьев ключевым ресурсом является доступ к свежим листьям. Их наиболее развитые общества превратились в агрессивных травоядных, которые наносят огромный ущерб естественным экосистемам и сельскохозяйственным угодьям в Латинской Америке, вызванным дефолиацией.Медленный естественный отбор против быстрой культурной эволюции
Человеческим методам ведения сельского хозяйства потребовалось менее 10 000 лет культурной эволюции, чтобы достичь сегодняшней сложности, поэтому прогресс в выращивании грибов муравьев идет на несколько порядков медленнее. Подобный «муравейник» также пришелся ценой полной взаимной зависимости каждого семейства муравьев от одного клонового урожая. Этот симбиотический союз на протяжении всей жизни позволил муравьям потерять весь путь синтеза аминокислот, поскольку он мог быть передан на аутсорсинг грибным культурам.
Однако там, где специализация на земледелии обычно увеличивает восприимчивость к болезням и неблагоприятным погодным условиям, симбиоз муравьиного хозяйства оставался на удивление устойчивым. Фактически, они известны тем, что страдают очень немногими серьезными заболеваниями, что очень затрудняет борьбу с ними с помощью экологически безопасных средств.«Это похоже на то, как если бы семейства муравьев-фермеров и их подземные сады стали едиными организмами, где королева, медсестры, собиратели, выводок и гриб связаны в огромную сеть взаимодействия. Все стороны вносят взаимодополняющий вклад, точно так же, как разные ткани в одном теле.
Итак, далекие исследования рассматривали только разделение труда между муравьями, но теперь мы знаем, что грибковые органы также имеют ключевое значение. Ни один другой гриб не развил такие органы, потому что они имеют значение только тогда, когда вы полагаетесь на фермеров. Это похоже на культивируемую пшеницу. сорта, которые больше не сбрасывают семена, потому что люди размножают только те линии, которые позволяют им собирать шипы, а не собирать семена по одному », — говорит Хенрик Де Файн Лихт.
В исследовании анализируются специфические признаки отбора грибковых генов и дается новое понимание генетических и белковых адаптаций, которые оптимизировали урожайность грибных культур. Мы ожидаем, что такое понимание может вдохновить нас на размышления об умных биотехнологических решениях для управления экологически чистыми природными ресурсами.