Jak wynika z badania, w którym przeanalizowano dane genetyczne w celu zbadania starożytnego rolnictwa, mrówki zajmują się hodowlą grzybów wkrótce po tym, jak asteroida wywołała masowe wymieranie 66 milionów lat temu, co może dostarczyć lekcji na temat zrównoważonych praktyk.
Ludzie zaczęli uprawiać ziemię tysiące lat temu, ale nowe badanie, którego współautorem jest dwóch profesorów z LSU, pokazuje, że mrówki wyprzedziły nas o miliony lat.
Mikolog z LSU AgCenter Vinson P. Doyle i profesor Wydziału Nauk Biologicznych LSU Brant C. Faircloth podzielili się swoją połączoną wiedzą specjalistyczną w badaniu prowadzonym przez entomologa Smithsonian Institution Teda Schultza, które pokazuje, że mrówki zaczęły hodować grzyby po uderzeniu asteroidy w Ziemię 66 milionów lat temu. powodując globalne masowe wymieranie.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Naukanaukowcy z Narodowego Muzeum Historii Naturalnej Smithsonian, LSU i innych instytucji przeanalizowali dane genetyczne z 475 gatunek grzybów i 276 gatunków mrówek, aby stworzyć szczegółowe drzewa ewolucyjne. Pozwoliło to naukowcom określić, kiedy mrówki zaczęły hodować grzyby miliony lat temu, a zachowanie to utrzymuje się do dziś w niektórych gatunkach mrówek.
Mrówki jako pierwsi rolnicy
Moment publikacji jest szczególnie godny uwagi, gdyż przypada na 150. rocznicę wspólnego odkrycia przez Thomasa Belta i Fritza Muellera hodowli grzybów przez mrówki.
„Mrówki zajmują się rolnictwem i hodowlą grzybów znacznie dłużej niż istnieje człowiek” – powiedział Schultz. „Prawdopodobnie moglibyśmy się czegoś nauczyć z sukcesów rolniczych tych mrówek w ciągu ostatnich 66 milionów lat”.
Naukowcy uważają, że rozkładające się liście prawdopodobnie stały się pożywieniem wielu grzybów, które rosły w tym okresie, co doprowadziło do ich bliskiego kontaktu z mrówkami. Mrówki z kolei zaczęły wykorzystywać grzyby jako pożywienie i od czasu wyginięcia nadal polegają na tym źródle pożywienia i je udomowiły.
„Aby naprawdę wykryć wzorce i zrekonstruować ewolucję tego powiązania w czasie, potrzeba wielu próbek mrówek i ich odmian grzybów” – powiedział Schultz.
Według Fairclotha znaczne ilości DNA dane sekwencyjne są potrzebne do zrekonstruowania historii ewolucji obu grup organizmów.
Doyle i Faircloth, którzy rozpoczęli współpracę w 2015 r., wkroczyli do zbierania tego typu danych na temat odmian grzybów i mrówek. Opracowali metody molekularne stosowane do przechwytywania danych genetycznych zarówno grzybów, jak i mrówek analizowanych w rękopisie.
Doyle powiedział, że historyczne koncepcje dotyczące hodowli grzybów przez mrówki ogólnie zakładały, że istnieje jedno pochodzenie uprawy grzybów, ale tym, co utrudniało głębszy wgląd w pytania dotyczące tego, jak mrówki rozpoczęły hodowlę, były próby przechwycenia wystarczających danych dotyczących sekwencji DNA grzybów, które mrówki zjadały. W ciągu ostatnich 15 lat koszty sekwencjonowania genomu gwałtownie spadły, a techniki gromadzenia wielu rodzajów danych genomowych znacznie się poprawiły, co umożliwiło prowadzenie tego i wielu innych badań.
Sekwencjonowanie DNA i jego wyzwania
„Jeśli masz grzyba, zsekwencjonowanie jego genomu jest stosunkowo proste” – powiedział Doyle. „Ale kiedy masz maleńkie fragmenty grzyba, które mrówka nosi w sobie, trudno jest uzyskać wystarczającą ilość materiału grzybowego, aby wygenerować wystarczającą ilość danych o sekwencji genomu do analizy. Właśnie w tym miejscu z pomocą przychodzą stworzone przez nas zestawy przynęt grzybowych. Pozwoliły nam wyciągnąć DNA z maleńkich kawałków grzybów, amplifikować je, sekwencjonować i analizować.
Według Doyle’a te „oparte na wychwytywaniu” podejścia do gromadzenia danych o sekwencji grzybów pozwalają badaczom badać symbiotyczne relacje między organizmami i grzybami w sposób, w jaki nie było to wcześniej możliwe.
Podał przykład doktoranta Spensera Babba-Biernackiego, któremu współdoradza wraz z Jake’em Esselstynem, mammologiem w Muzeum Nauk Przyrodniczych LSU. Babb-Biernacki bada rodzaj grzyba występującego w płucach wszystkich ssaków, Pneumocystispowszechnie znane jako grzybicze zapalenie płuc.
„Trudno jest uzyskać DNA z płuc ssaków, gdy ma się 100 milionów komórek gospodarzy i tylko kilka komórek grzybów” – powiedział. „Korzystamy z tego samego podejścia, które zastosowano w tym badaniu, aby wyciągnąć dane dotyczące całego genomu, co pozwala nam zacząć rozumieć historię ewolucji różnorodnych grup organizmów i zająć się interakcjami między symbiontami a ich żywicielami.
Doyle’a interesuje przede wszystkim wpływ rolnictwa na grzyby, twierdząc, że patogen zazwyczaj nie pochodzi z populacji rolniczych.
„Występuje na wolności, a następnie z powodu rolnictwa pojawia się i zaczyna zmieniać środowisko rolnicze” – powiedział. „To jest podobne, ale obejmuje badanie koewolucji mrówek i grzybów oraz wpływ hodowli mrówek na ewolucję grzybów i odwrotnie”.
Doyle powiedział, że istnieją podobieństwa między tym, co naukowcy obserwują u grzybów uprawianych przez mrówki, a roślinami uprawianymi przez ludzi.
„Im więcej masz przykładów udomowienia odlegle spokrewnionych grup organizmów, tym lepiej możesz zacząć opracowywać model ewolucji udomowienia i tego, co dzieje się z genomami udomowionych organizmów” – powiedział. „To badanie dostarcza przykładu pochodzącego z milionów lat, zanim ludzie zaczęli udomowić rośliny, ale wydaje się, że proces ten jest w rzeczywistości dość podobny”.
Odniesienia: „The coevolution of fungus-ant Agriculture” autorstwa Teda R. Schultza, Jeffreya Sosa-Calvo, Matthew P. Kweskina, Michaela W. Lloyda, Bryn Dentingera, Pepijna W. Kooija, Else C. Vellingi, Stephena A. Rehnera, Andre Rodrigues, Quimi V. Montoya, Hermógenes Fernández-Marín, Ana Ješovnik, Tuula Niskanen, Kare Liimatainen, Caio A. Leal-Dutra, Scott E. Solomon, Nicole M. Gerardo, Cameron R. Currie, Mauricio BacciJr., Heraldo L Vasconcelos, Christian Rabeling, Brant C. Faircloth i Vinson P. Doyle, 3 października 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adn7179
