Kiedy ludzie zaczęli uprawiać rośliny tysiące lat temu, rolnictwo istniało już od milionów lat. Mrówki uprawiały grzyby na długo przed tym, jak ludzie ewoluowali jako gatunek. W nowych badaniach uczeni sugerują, że to uderzenie asteroidy 66 milionów lat temu mogło zmienić mrówki w pierwszych rolników.
Ludzie udomowili dzikie rośliny jakieś 10 tys. lat temu i stali się rolnikami. Ale już wtedy byliśmy daleko w tyle za mrówkami, które, jak sądzą badacze, zaczęły uprawiać grzyby krótko po zagładzie dinozaurów, około 66 milionów lat temu. Uderzenie asteroidy spowodowało globalne masowe wymieranie, ale także stworzyło idealne warunki do rozwoju grzybów. Innowacyjne mrówki wykorzystały okazję i zaczęły uprawiać grzyby, tworząc ewolucyjne partnerstwo, które stało się jeszcze ściślej powiązane 27 milionów lat temu i trwa do dziś.
Naukowcy z Narodowego Muzeum Historii Naturalnej w Waszyngtonie, które jest częścią Smithsonian Institution, przeanalizowali dane genetyczne setek gatunków grzybów i mrówek, aby stworzyć szczegółowe drzewa filogenetyczne. Analizy pozwoliły określić, kiedy mrówki po raz pierwszy zaczęły uprawiać grzyby.
Wyniki oraz opis prac ukazał się na łamach pisma „Science” (DOI: 10.1126/science.adn7179).
Mrówki uprawiające grzyby
Ludzie uprawiają rośliny od około 10 tys. lat. Ale nie jesteśmy jedynym gatunkiem, który to robi. Wiadomo, że mrówki uprawiają wiele gatunków grzybów na własny użytek, a związek ten przybiera różne formy. – Mrówki zajmują się rolnictwem i grzybobraniem znacznie dłużej niż istnieją ludzie – powiedział entomolog Ted Schultz, główny autor publikacji. – Prawdopodobnie moglibyśmy się czegoś nauczyć z sukcesów rolniczych tych mrówek w ciągu ostatnich 66 milionów lat – dodał.
Prawie 250 różnych gatunków mrówek uprawia grzyby. Naukowcy dzielą je w oparciu o ich strategie upraw. Niektóre, jak mrówki Attini, znoszą do kolonii, które mogą liczyć miliony osobników, liście, by zaspokoić potrzeby swoich upraw. Należą one do tych, które stosują najbardziej zaawansowane strategie. Grzyby odwdzięczają się mrówkom gongylidiami – zgrubieniami na końcach strzępek, które chętnie zjadają mrówki.
Schultz spędził 35 lat na badaniu ewolucyjnych relacji między mrówkami a grzybami. Przeprowadził ponad 30 wypraw do różnych miejsc w Ameryce Środkowej i Południowej, aby obserwować tę interakcję na żywo. Wyhodował liczne kolonie mrówek hodujących grzyby w swoim laboratorium. Przez lata wraz ze swoimi współpracownikami zebrał tysiące próbek genetycznych mrówek i grzybów. Ta kolekcja okazała się kluczowa w nowych badaniach.
– Aby naprawdę wykryć wzorce i zrekonstruować, jak to powiązanie ewoluowało w czasie, potrzeba wielu próbek mrówek i odmian uprawianych przez nie grzybów — powiedział Schultz.
Adaptacja sprzed milionów lat
Zespół naukowców wykorzystał zbierane przez lata próbki do sekwencjonowania danych genetycznych dla 475 różnych gatunków grzybów, z których 288 jest uprawianych przez mrówki oraz 276 różnych gatunków mrówek, z których 208 uprawia grzyby. To największy zbiór danych genetycznych mrówek uprawiających grzyby, jaki kiedykolwiek zgromadzono.
Pozwoliło to naukowcom na stworzenie drzew filogenetycznych obu grup. Porównanie dziko żyjących gatunków grzybów z ich hodowlanymi krewnymi pomogło badaczom ustalić, kiedy mrówki zaczęły wykorzystywać określone grzyby.
Dane wykazały, że mrówki i grzyby są ze sobą powiązane od 66 milionów lat. To wtedy pojawiły się gatunki grzybów i mrówek zaangażowanych w rolnictwo. Wtedy też w Ziemię uderzyła ogromna asteroida, która zabiła dinozaury. To zderzenie wypełniło atmosferę pyłem, który zablokował promienie słoneczne i uniemożliwiły fotosyntezę na lata. W rezultacie doszło do masowego wymierania, które wymiotło z powierzchni Ziemi około 3/4 wszystkich gatunków roślin i zwierząt.
Jednak katastrofa ta była dobrodziejstwem dla grzybów. Asteroida stworzyła grzybom doskonałe warunki do rozwoju. Pod dostatkiem był wówczas martwego materiału roślinnego zaśmiecającego krajobraz. – Masowe wymierania mogą być ogromnymi katastrofami dla większości organizmów, ale mogą być w też pozytywne dla innych. Pod koniec kredy dinozaury nie radziły sobie najlepiej, ale grzyby przeżywały rozkwit – przyznał Schultz.
Wiele grzybów, dla których nastały dobre czasy, rosło na rozkładających się częściach roślin znajdujących się na powierzchni, co spowodowało ich bliski kontakt z mrówkami. Z kolei owady te wykorzystywały obfitość grzybów i zwyczajnie się nimi żywiły. Gdy życie odradzało się po wymieraniu, mrówki nie zmieniły swoich nawyków.
Uzależnienie
Nowe badania ujawniły również, że mrówkom zajęło prawie 40 milionów lat, aby wznieść swoje praktyki rolnicze na wyższy poziom. Około 27 milionów lat temu zmiany klimatu przekształciły środowiska na całym świecie. Susze zamieniły wilgotne lasy tropikalne w sawanny. Kiedy mrówki przystosowały się do tych warunków, zabrały ze sobą grzyby. Te zmuszone były zmienić wilgotne środowiska na suchsze obszary. Ale mrówki zabierając grzyby ze sobą, odizolowały je od ich dzikich populacji. Odizolowane grzyby stały się całkowicie zależne od mrówek, aby przetrwać w nowych warunkach, co wyznaczyło kurs dla systemu rolniczego praktykowanego obecnie przez mrówki.
Niektóre gatunki mrówek całkowicie udomowił swoje grzyby, tak jak ludzie zrobili z większością naszych podstawowych produktów, które są teraz znacznie odmienne od swoich dziko żyjących krewnych. Przykładem takiego grzyba jest Leucoagaricus gongylophorus, gatunek, który mrówki szczególnie lubią ze względu na jego wysoce odżywcze owocniki.
Mrówki udomowiły te grzyby w taki sam sposób, w jaki ludzie udomowili rośliny uprawne – powiedział Schultz.
Źródło: Smithsonian, Science, fot. Don Parsons. Na zdjęciu mrówka z gatunku Mycetophylax asper zajmująca się grzybami.