Некоторые из величайших садоводов мира имеют длину всего в несколько миллиметров. Например, муравьи-листорезы Америки отрезают куски листьев, тянут их обратно в свои гнезда и скармливают свежую зелень грибам, за которыми муравьи тщательно ухаживают в специальных климатически контролируемых камерах в своих колониях. Так же, как люди не могут есть сено, которым мы кормим скот, муравьи не могут есть листья — только грибы, которые на них процветают.
Сегодня сотни видов муравьев выращивают грибы, а исследования эволюции муравьев показывают, что адаптация началась десятки миллионов лет назад. Теперь ученые прояснили картину, включив в нее генеалогическое древо грибов. В Science они определяют дату возникновения партнерства и предлагают неожиданный катализатор: астероид, уничтоживший динозавров 66 миллионов лет назад.
Этот «действительно впечатляющий» проект основан на десятилетиях полевых исследований и геномных данных, говорит Петер Бидерманн, энтомолог и эволюционный биолог из Фрайбургского университета, который не принимал участия в исследовании.
С тех пор как 150 лет назад были впервые описаны грибковые сады муравьев, энтомологи обнаружили 247 видов муравьев, которые ухаживают за ними и полагаются на эту грибную культуру, чтобы выжить. Исследователи предполагают, что муравьи произошли от общего предка, который позже эволюционировал в отдельные виды, выращивающие разные типы грибов. Но генеалогические древа грибов, или филогении, менее точны и полны, чем у муравьев, которых Тед Шульц, исследователь-энтомолог из Смитсоновского института, называет «одной из самых вопиющих проблем в мире муравьино-грибкового сельского хозяйства». Результатом стала неполная картина того, как и когда муравьи и грибы стали соседями.
Одна из проблем заключается в том, что у исследователей не было специфических для грибов ДНК-зондов для изучения геномов грибов и расшифровки их взаимосвязей. Исследования также продвигались медленно, поскольку у ученых не было достаточного количества образцов свободноживущих родственников культивируемых муравьями грибов, говорит Шульц.
Теперь он и его коллеги обратились к последним достижениям в генетическом анализе грибов, чтобы извлечь геномы 475 видов грибов — большинство, но не все, выращиваются муравьями — и проследить корни их запутанного генеалогического древа. Команда также создала дополнительную филогению 276 видов муравьев. В общей сложности эти виды представляют более 30 лет полевых коллекций, говорит Шульц. Команда откалибровала филогении с помощью ископаемых записей муравьев и грибов, чтобы установить возраст каждой ветви.
Имея на руках оба датированных дерева, команда провела связи между известными парами муравей-гриб и составила временную шкалу ключевых событий в их эволюции. К удивлению Шульца, в обоих генеалогических древах обнаружились совпадающие даты.
Таксоны муравьев и грибов, участвующие в сельском хозяйстве, возникли около 66 миллионов лет назад, что совпадает с мощным ударом астероида, который привел к вымиранию нептичьих динозавров и многих других видов. Этот катастрофический удар привел к образованию затяжных облаков мусора, которые остановили фотосинтез по всей планете на несколько месяцев, возможно, даже лет. Это была катастрофа для большинства организмов, включая растения и животных, которые их едят, но не для всех. «Грибы, которые разлагают растительный материал, пережили расцвет», — говорит Шульц.
Исследователи предполагают, что муравьи, которые уже развили свободные отношения с грибами, были готовы воспользоваться этим новым обильным источником пищи. «Вполне логично», что земледелие развилось, когда растений было мало, а грибов было много, говорит Бидерманн. «Полноценное сельское хозяйство возникло, по-видимому, довольно быстро», говорит Шульц.
Действительно, филогения грибов предполагает, что инновация возникла не один, а дважды после катастрофы. Имея два источника в грибах, мутуалистические отношения «более сложны, чем мы думали», говорит Габриэла Камачо, таксономист и систематик из Музея зоологии Университета Сан-Паулу, которая не принимала участия в исследовании.
В течение первых нескольких миллионов лет муравьи ухаживали за видами грибов, также встречающимися в дикой природе. Затем, около 27 миллионов лет назад, подгруппа муравьев полностью одомашнила свои грибковые культивары, так же как люди сделали с большинством наших основных продуктов, которые теперь удалены от своих диких корней. Полностью одомашненные грибы включают Leucoagaricus gongylophorus , вид, который большинство муравьев-листорезов предпочитают за его специализированные, очень питательные плодовые тела.
Начало одомашнивания совпадает с периодом глобального похолодания, когда засухи в Южной Америке создали большие полосы засушливых лугов на ранее влажном лесном ландшафте. Когда муравьи-грибоводы адаптировались к более сухим условиям, они, вероятно, перенесли свои грибы с собой в новые места обитания. «Это привело к тому, что грибы потеряли связь со своими генофондами и спровоцировало одомашнивание, по сути, полную зависимость от своих муравьев-фермеров», — говорит Шульц.
Команда не может доказать, что изначально именно столкновение с астероидом послужило причиной этих мутуалистических отношений. Но тот факт, что один и тот же «красивый узор» возникает из двух разных наборов данных, добавляет уверенности в этот сценарий происхождения, говорит Камачо. Повествование связывает эволюцию обеих групп с одними и теми же периодами экологических потрясений, влияние которых мы можем наблюдать и сегодня, говорит она. «Это замечательная история».
