Когда люди начали выращивать сельскохозяйственные культуры тысячи лет назад, сельское хозяйство уже существовало миллионы лет. Более того, некоторые виды животных выращивали себе пищу задолго до появления человека как вида. Согласно новому исследованию, колонии муравьев начали выращивать грибы, когда 66 миллионов лет назад на Землю упал астероид. Это столкновение вызвало глобальное массовое вымирание, но при этом создало идеальные условия для процветания грибов. Муравьи-новаторы начали выращивать грибы, создав эволюционное партнерство, которое стало еще более тесным 27 миллионов лет назад и продолжается до сих пор.
В работе, опубликованной в журнале Science, ученые из Смитсоновского национального музея естественной истории проанализировали генетические данные сотен видов грибов и муравьев, чтобы составить подробные эволюционные деревья. Сравнение позволило исследователям создать эволюционную шкалу развития муравьиного сельского хозяйства и точно определить, когда насекомые впервые начали выращивать грибы.
«Муравьи занимаются сельским хозяйством и выращиванием грибов гораздо дольше, чем существует человек», – говорит энтомолог Тед Шульц, ведущий автор работы. «Возможно, мы могли бы чему-то научиться на примере сельскохозяйственных успехов этих особой за последние 66 миллионов лет».
Почти 250 различных видов муравьев в Северной и Южной Америке и Карибском бассейне выращивают грибы. Исследователи объединяют этих насекомых в четыре сельскохозяйственные системы на основе их стратегий выращивания. Муравьи-листорезы – одни из тех, кто практикует самую передовую технологию, известную как высшее сельское хозяйство. Эти муравьи собирают кусочки свежей растительности, чтобы обеспечить пропитание для своих грибков, которые, в свою очередь, выращивают пищу для муравьев, называемую гонгилидиями. Эта пища служит топливом для сложных колоний муравьев-листорезов, численность которых может исчисляться миллионами.
Шульц 35 лет изучает эволюционные отношения между муравьями и грибами. Он совершил более 30 экспедиций в Центральную и Южную Америку, чтобы наблюдать за этим взаимодействием в дикой природе, и разводил колонии муравьев-листорезов и других муравьев-грибников в своей лаборатории в музее. За годы работы Шульц и его коллеги собрали тысячи генетических образцов муравьев и грибков из разных уголков тропиков.
Команда использовала образцы для получения генетических данных для 475 различных видов грибов (288 из которых культивируются муравьями) и 276 различных видов муравьев (208 из которых культивируют грибы) – самый большой генетический набор данных о муравьях-грибниках, когда-либо собранный.
Полученные данные показали, что муравьи и грибы переплетаются уже 66 миллионов лет. Это примерно то время, когда в конце мелового периода на Землю упал астероид. После этого столкновения атмосфера наполнилась пылью и обломками, которые заслонили солнце и на долгие годы лишили возможности фотосинтеза. В результате массовое вымирание уничтожило примерно половину всех видов растений, существовавших на Земле в то время.
Однако эта катастрофа стала благом для грибов. Эти организмы размножались, поедая в изобилии мертвый растительный материал, засорявший землю. «Вымирание может быть огромной катастрофой для большинства организмов, но для других оно может быть полезным», – говорит Шульц. «В конце мелового периода динозаврам пришлось несладко, а вот грибы пережили расцвет».
Многие из грибков, которые размножались в этот период, питались разлагающимся листовым мусором, что привело к их тесному контакту с муравьями. Эти насекомые использовали грибы в пищу.
Новая работа также показала, что муравьям потребовалось еще почти 40 миллионов лет, чтобы развить высшее сельское хозяйство. Исследователи смогли проследить происхождение этой передовой практики примерно до 27 миллионов лет назад. В это время резкое похолодание изменило окружающую среду по всему миру. В Южной Америке более сухие места обитания, такие как лесистые саванны и луга, разорвали большие участки влажных тропических лесов. Когда муравьи унесли грибы из влажных лесов в более сухие районы, они изолировали их от диких популяций предков. Изолированные грибы стали полностью зависеть от муравьев, чтобы выжить в засушливых условиях, что положило начало системе высшего сельского хозяйства, которую практикуют муравьи-листорезы.
«Муравьи одомашнили эти грибы так же, как люди одомашнили сельскохозяйственные культуры», – говорит Шульц. «Самое удивительное, что теперь мы можем определить, когда именно муравьи начали выращивать эти грибы».
