Когда люди начали заниматься сельским хозяйством около 12 000 лет назад, они навсегда изменили будущее нашего вида. Наши предки были первопроходцами в области экологии, открывая и выращивая наиболее ценные сельскохозяйственные культуры, увеличивая их масштаб, чтобы прокормить целые общины, и преобразовывать дикие культуры настолько фундаментально, что они стали зависимыми от людей в их выживании. Сельское хозяйство, по словам генографического проекта National Geographic, «посеяло семена для современной эпохи».
Связанный контент
- Изучение муравьиных «носов» может привести к улучшению репеллентов
- Как люди помогли муравьям вторгнуться в мир
- Муравьи были первыми в мире фермерами?
Но люди опоздали на игру. К тому времени, когда наши предки начали свою неолитическую революцию, которая изменила мир, муравьи уже выращивали грибы в тропических лесах Южной Америки в течение 60 миллионов лет. Эти крошечные сельскохозяйственные волшебники использовали сложные методы, которые конкурируют с нашими собственными - включая домашние культуры, которые сегодня неизвестны в природе и также не могут выжить без своих культиваторов.
Теперь смитсоновские исследователи точно определили, когда - и, возможно, почему - муравьи разработали эти замечательные методы ведения сельского хозяйства. Создав эволюционное дерево грибных муравьев, они сообщают, что революция в сельском хозяйстве муравьев могла быть вызвана резким изменением климата около 30 миллионов лет назад. Более того, системы земледелия, возникшие в результате этой революции, могут сегодня дать людям несколько уроков.
На сегодняшний день известно, что около 240 видов муравьиных приманок - среди них листорезы - выращивают гриб в Америке и на Карибах. Их подземные посевы питают комплексные сельскохозяйственные общества, которые не только устойчивы и эффективны, но и устойчивы к болезням и вредителям. Эти крошечные фермеры объединены общей стратегией: они добывают растительность, но не едят ее. Вместо этого они используют его для питания своих драгоценных грибов, которые они выращивают в промышленных масштабах.
В этих случаях грибы полностью изолированы в подземных садах, часто расположенных в сухих, негостеприимных местах обитания, где их дикие родственники не могут выжить. И при этом они не могут убежать, подразумевая, что дикие и домашние грибы не могут собраться и обменять гены. В результате этой изоляции, одомашненные грибы эволюционировали в полной зависимости от своих муравьедов. Со своей стороны, муравьи настолько сильно зависят от своего урожая, что, когда дочь королевы основывает новую колонию, она берет с собой кусок грибного сада своей матери, чтобы начать свой собственный.
«Грибы, которые они выращивают, никогда не встречаются в дикой природе, теперь они полностью зависят от муравьев», - объясняет энтомолог Тед Шульц, куратор муравьев в Смитсоновском национальном музее естественной истории. «Это как много наших культур. Мы выращиваем вещи, которые настолько сильно изменены, что существуют в формах, которых больше нет в дикой природе ».
В исследовании, опубликованном 12 апреля в журнале Proceedings of the Royal Society B, Шульц и его коллеги использовали новые геномные инструменты, чтобы раскрыть корни этого необычного устройства. Шульц и его команда создали эволюционное генеалогическое дерево муравьев, выращивающих грибы, используя хранилище генетических данных для 78 видов муравьев, выращивающих грибы, и 41 вида муравьев, не являющихся фермерами. Большинство из них были собраны самим Шульцем в течение десятилетий в этой области.
Исследователи использовали эту генетическую запись, которая включала последовательности ДНК более 1500 сайтов генома для каждого вида, чтобы рассуждать в обратном направлении от живых видов и идентифицировать общих предков современных муравьиных линий. Они обосновали эти генетические данные несколькими ключевыми окаменелостями муравья, которые были использованы, чтобы помочь откалибровать даты для изменений, которые они обнаружили в своем анализе ДНК.
Получив эти данные, Шульц смог разгадать, когда эти виды муравьев сделали ключевой эволюционный прогресс в более совершенном сельском хозяйстве, а также выдвинул теорию, почему.
Тед Шульц, куратор муравьев в Смитсоновском национальном музее естественной истории, держит лабораторное гнездо муравья с низким ростом грибов, стоя рядом с лабораторным гнездом муравьев с высоким ростом грибов. (ДжеймсДиЛорето / Смитсоновский институт) Данные ДНК показывают, что этот скачок совпал с драматическими изменениями в древнем климате. Похоже, что муравьи разработали свои передовые сельскохозяйственные системы спустя некоторое время после того, как глобальное похолодание началось с снижения температуры во всем мире около 35 миллионов лет назад. Исследователи пишут, что резкий переход от влажных дождевых лесов их предков охотников-собирателей к более сухим средам, возможно, вызвал сельскохозяйственные инновации, поскольку муравьи поддерживали контролируемые условия, чтобы поддерживать рост их грибковых садов.
«Похоже, каким бы ни был предок высших грибковых муравьев, он жил в сухой или сезонно сухой среде обитания», - говорит Шульц. «Так что, если муравьи отрастают влажные грибы, любящие среду обитания, и удаляют их в сухую среду обитания, это похоже на то, как люди выводят одну из своих одомашненных особей из своего естественного ареала».
«Обычно, когда мы одомашниваем вещи, мы изолируем их на участках и собираем семена из тех, которые нам нравятся больше всего, и продолжаем сажать эти семена», - продолжает он. «Если у вас есть грибок, чьи родственники живут во влажном лесу, и вы берете его в сухую среду обитания, он больше не может сбежать… Со временем, изолированный на сотни тысяч или миллионы лет, это довольно хорошо возможность для приручения ».
Но грибы были не единственными, кто переживал трансформацию. В то же время муравьиная линия начала значительно диверсифицироваться. Их геномы сместились во время перехода от охоты к земледелию и снова, когда были приняты высшие формы выращивания грибов. Шульц и его коллеги отмечали в предыдущем исследовании, что муравьи, вероятно, потеряли способность производить ключевую аминокислоту, аргинин, потому что у них был готовый источник в грибах - и теперь они стали зависимыми от этого источника.
Микологи, изучающие ту же систему, вполне могут рассматривать ее как систему, в которой грибы использовали муравьев, а не наоборот. «Это может звучать плохо для грибов, но и в их пользу. Все их потребности удовлетворяются », - говорит Диана Сикс, энтомолог из Монтанского университета. «Я думаю, что грибы действительно управляют ситуацией».
Шесть, который не принимал участия в исследовании, добавляет, что Шульц и его коллеги смогли развязать сложную эволюционную историю, которая не поддерживала многие предыдущие предположения, а именно, что эволюция влаголюбивых грибов была бы вызвана давлением во влажных тропических лесах, где они жили. «Идея о том, что с этими симбиозами должно быть что-то, что усиливает эту специфичность, и эта изоляция привела к этой чрезвычайной зависимости… Это действительно имеет большой смысл», - говорит Шесть. «Но людям нужно немного подумать, чтобы найти ответы такого рода».
Как и следовало ожидать, развитое муравьиное сельское хозяйство отличается от человеческих усилий несколькими очевидными способами (например, меньшим количеством тракторов). Тем не менее, Шульц считает, что мы можем узнать одну или две вещи, наблюдая, как один из немногих других видов сельского хозяйства в природе - в том числе термиты, жуки и пчелы - курирует свои культуры.
Например: Как и некоторые промышленные фермеры, муравьи, выращивающие грибки, выращивают один тип культур. Однако им удается это сделать, не поддаваясь таким врагам, как болезни или вредители, которые угрожают урожаю человека, когда они теряют генетическое разнообразие. Муравьи достигают этого замечательного подвига, сохраняя свои подземные комнаты в саду безупречными, чтобы ограничить возможность заболевания, и производя своего рода натуральный антибиотик, который действует как пестицид, борясь с паразитическим грибком, который угрожает их источнику пищи.
Эти стратегии эффективно контролируют патогенные микроорганизмы, но не уничтожают их, как это обычно делают люди, иногда даже бессмысленно. По словам Шульца, муравьи достигли устойчивого баланса, который людям было бы хорошо наблюдать.
«Они выращивают монокультуру, но есть все виды бактерий и других микробов, которые могут быть доброкачественными или даже полезными», - говорит Шульц. «Это как небольшая экосистема, которую они выращивают». Точно так же в человеческом фермерстве «когда мы выращиваем урожай, мы не просто выращиваем что-то вроде кукурузы», добавляет он. «Мы также выращиваем все эти микробы в почве, и, вероятно, существует оптимальная экологическая смесь микробов, которая лучше всего подходит для здоровой почвы и здоровой кукурузы».
Шульц отмечает, что место колонии муравьев в более крупной местной экосистеме может также принести несколько уроков фермерам-людям. Думайте о колонии листорезов как об одном крупном пасущемся позвоночном животе: общий вес колонии аналогичен весу, скажем, коровы, и он может потреблять такое же количество местной растительности за аналогичный период времени.
«Почему бы им просто не уничтожить всю растительность в этом районе и переехать?» - спрашивает он. Одна из причин заключается в том, что местная растительность также развивалась синхронно с колониями. Дерево, которое муравьи пасли до смерти, может начать выделять токсин, который делает его листья неприятными для грибов муравьев, заставляя их двигаться дальше, чтобы дерево могло регенерировать.
«Они не делают это намеренно; не то, чтобы они сознательно выбирали не уничтожать дерево, - добавляет он. - Но вся локальная экосистема и все организмы в ней превратились в некое стабильное состояние, которое производит этот вид устойчивого сельского хозяйства ». кажется, что самые маленькие из нас могут извлечь большие уроки.
