Hogyan lettek a hangyák a világ legjobb gombatermesztői

Az emberek azonban későn léptek be a játékba. Mire őseink elindították a világot megváltoztató neolitikus forradalmat, a hangyák már 60 millió éve termesztettek gombákat a dél-amerikai esőerdőkben. Ezek az apró mezőgazdasági varázslók olyan kifinomult technikákat alkalmaztak, amelyek vetekednek a miénkkel - beleértve olyan növények háziasítását is, amelyek ma a természetben ismeretlenek, és művelőik nélkül nem is tudnának életben maradni.

Most a Smithsonian kutatói pontosan meghatározták, hogy mikor - és talán miért - fejlesztették ki a hangyák ezeket a figyelemre méltó mezőgazdasági technikákat. A gombatermesztő hangyák evolúciós fájának felállításával arról számoltak be, hogy a hangyák mezőgazdaságának forradalmát a klíma drámai változása serkenthette mintegy 30 millió évvel ezelőtt. Sőt, az ebből a forradalomból kialakult gazdálkodási rendszerek a mai ember számára is tartogatnak néhány tanulságot.

Ma már mintegy 240 hangyafaj - köztük a levélvágó hangyák - ismeretes, amelyek Amerikában és a Karib-térségben gombatermesztéssel foglalkoznak. Föld alatti terméseik olyan komplex, mezőgazdasági alapú társadalmakat táplálnak, amelyek nemcsak fenntarthatóak és hatékonyak, hanem a betegségekkel és kártevőkkel szemben is ellenállóak. Ezeket az apró termesztőket egy közös stratégia köti össze: A növényzet darabkáit keresik, de nem eszik meg. Ehelyett arra használják, hogy táplálják értékes gombáikat, amelyeket ipari méretekben termesztenek.

Ezekben az esetekben a gombák teljesen elszigetelten, földalatti kertekben élnek, amelyek gyakran száraz, barátságtalan élőhelyeken találhatók, ahol vadon élő rokonaik nem tudnak életben maradni. Nem is tudnak elmenekülni, ami azt jelenti, hogy a vadon élő és a házi gombák nem találkozhatnak és nem cserélhetnek géneket. Ennek az elszigeteltségnek az eredményeként a háziasított gombák teljes társfüggőségben fejlődtek hangyatermesztő gazdáikkal. A hangyák a maguk részéről olyannyira támaszkodnak termésükre, hogy amikor egy királynő lánya új kolóniát alapít, magával viszi anyja gombakertjének egy darabját, hogy saját kertjét is megalapítsa.

"A gombák, amelyeket termesztenek, soha nem találhatók meg a vadonban, most már teljesen a hangyáktól függnek" - magyarázza Ted Schultz entomológus, a Smithsonian Nemzeti Természettudományi Múzeum hangyák kurátora. "Ez olyan, mint sok terményünk. Olyan dolgokat termesztünk, amelyek annyira megváltoztak, hogy olyan formákban léteznek, amelyek a vadonban már nem fordulnak elő"."

A Proceedings of the Royal Society B című folyóiratban április 12-én megjelent tanulmányukban Schultz és kollégái új genomikai eszközöket használtak, hogy feltárják e szokatlan elrendezés gyökereit. Schultz és csapata létrehozta a gombatermesztő hangyák evolúciós családfáját, 78 gombatermesztő hangyafaj és 41 nem gombatermesztő hangyafaj genetikai adatainak felhasználásával. A legtöbbet Schultz maga gyűjtötte össze a terepen töltött évtizedek során.

A kutatók ezt a genetikai nyilvántartást - amely minden faj esetében több mint 1500 genomhely DNS-szekvenciáját tartalmazta - arra használták, hogy az élő fajokból visszafelé következtessenek, és azonosítsák a mai hangyacsaládok közös őseiket. Ezt a genetikai adatot néhány kulcsfontosságú hangyafossziliával támasztották alá, amelyek segítségével kalibrálták a DNS-elemzésükben talált változások dátumát.

Ezekkel az adatokkal Schultz meg tudta fejteni, hogy ezek a hangyafajok mikor tettek kulcsfontosságú evolúciós előrelépést a fejlettebb mezőgazdaság felé - és egy elmélettel is előállt, hogy miért.

A DNS-adatok arra utalnak, hogy ez az ugrás egybeesett az ősi éghajlat drámai változásaival. Úgy tűnik, hogy a hangyák valamikor azután fejlesztették ki fejlett gazdálkodási rendszerüket, hogy egy globális lehűlés következtében 35 millió évvel ezelőtt világszerte csökkenni kezdett a hőmérséklet. A kutatók szerint a vadászó-gyűjtögető őseik nedves esőerdeiből a szárazabb környezetbe való átmenet okozhatta a mezőgazdasági innovációt, mivel a hangyák fenntartották a gombakertjeik növekedéséhez szükséges ellenőrzött körülményeket.

"Úgy tűnik, hogy bármi is volt a magasabb, gombatermesztő hangyák őse, az száraz vagy szezonálisan száraz élőhelyen élt" - mondja Schultz. "Tehát ha a hangyák nedves élőhelyet kedvelő gombákat termesztenek, és száraz élőhelyre költöztetik őket, az olyasmi, mintha az ember az egyik háziállatát kivinné az őshonos élőhelyéről."

"Általában amikor háziasítunk dolgokat, akkor parcellákban izoláljuk őket, és azokból, amelyek a legjobban tetszenek nekünk, magokat szedünk, és ezeket a magokat tovább ültetjük" - folytatja. "Ha van egy gombánk, amelynek minden rokona nedves erdőben él, és elvisszük egy száraz élőhelyre, akkor már nem tud elmenekülni ... Idővel, több százezer vagy millió évig elszigetelve, ez egy elég jó lehetőség a háziasításra"."

De nem csak a gombák mentek át átalakuláson. Ugyanebben az időben a hangyák sora is jelentősen diverzifikálódni kezdett. Genomjuk a vadászatról-gyűjtögetésről a mezőgazdaságra való áttérés során változott, majd ismét, amikor a gombás gazdálkodás magasabb formáit vették át. Schultz és munkatársai korábbi kutatásaikban megjegyezték, hogy a hangyák valószínűleg elvesztették egy kulcsfontosságú aminosav, az arginin előállításának képességét, mert a gombákban készen állt a forrásuk - és most már függővé váltak ettől a forrástól.

Az ugyanezt a rendszert vizsgáló mikológusok úgy tekinthetik, hogy a gombák használták a hangyákat, és nem fordítva. "Ez elég rosszul hangozhat a gombák számára, de ez az ő hasznukra is van. Minden igényüket kielégítik" - mondja Diana Six, a Montanai Egyetem entomológusa. "Úgy gondolom, hogy a gombák valóban manipulálják a helyzetet."

Six, aki nem vett részt a tanulmányban, hozzáteszi, hogy Schultz és kollégái képesek voltak egy olyan összetett evolúciós történetet kibogozni, amely sok korábbi feltételezést nem támasztott alá - nevezetesen, hogy a nedvességet kedvelő gombák evolúcióját a nedves esőerdők nyomása hajtotta volna, ahol éltek. "Az elképzelés, hogy ezekben a szimbiózisokban kell lennie valaminek, ami kikényszeríti ezt a specifitást, és az elszigeteltség vezetett ehhez a szélsőséges függőséghez... Ennek tényleg sok értelme van" - mondja Six. "De ahhoz, hogy ilyen válaszokat találjunk, az embereknek egy kicsit a dobozon kívül kell gondolkodniuk."

A fejlett hangya mezőgazdaság, ahogyan az várható volt, néhány nyilvánvaló dologban különbözik az emberi erőfeszítésektől (például kevesebb traktor). Schultz mégis úgy véli, hogy tanulhatunk egy-két dolgot abból, ha megfigyeljük, hogy a természet kevés más gazdálkodó fajának egyike - köztük a termeszek, bogarak és méhek - hogyan gondozza a termést.

Például: Néhány ipari gazdálkodóhoz hasonlóan a gombatermesztő hangyák is egyetlen fajta terményt termesztenek. Ezt azonban úgy teszik, hogy nem hódolnak be olyan ellenségeknek, mint a betegségek vagy a kártevők, amelyek az emberi terményeket fenyegetik, amikor azok elveszítik a genetikai sokféleséget. A hangyák ezt a figyelemre méltó teljesítményt úgy érik el, hogy földalatti kerti szobáikat makulátlanul tisztán tartják, hogy korlátozzák a betegségek kialakulásának lehetőségét, és egyfajta természetes antibiotikumot termelnek, amely rovarirtóként működik, és a táplálékforrásukat fenyegető parazita gombával küzd.

Ezek a stratégiák hatékonyan tartják kordában a kórokozókat, de nem irtják ki őket, ahogyan azt az ember hajlamos tenni, néha szándéktalanul. Ehelyett a hangyák olyan fenntartható egyensúlyt értek el, amelyet az embereknek érdemes lenne megfigyelniük - mondja Schultz.

"Monokultúrát termesztenek, de mindenféle baktérium és más mikroba van, amelyek jótékonyak vagy akár hasznosak is lehetnek" - mondja Schultz. "Olyan ez, mint egy kis ökoszisztéma, amit művelnek." Hasonlóképpen, az emberi gazdálkodásban is, "amikor termesztünk egy növényt, nem csak valami olyasmit termesztünk, mint a kukorica" - teszi hozzá. "Az összes mikrobát is termesztjük a talajban, és valószínűleg létezik a mikrobáknak egy optimális ökológiai keveréke, amely a legjobb az egészséges talaj és az egészséges kukorica számára."

Schultz megjegyzi, hogy a hangyakolóniának a nagyobb helyi ökoszisztémában elfoglalt helye az emberi gazdálkodók számára is tartogathat néhány tanulságot. Gondoljunk a levélvágó hangyakolóniára úgy, mint egyetlen nagy, legelésző gerincesre: A kolónia együttes tömege hasonló egy tehénéhez, és hasonló mennyiségű helyi növényzetet képes elfogyasztani hasonló idő alatt.

"Miért nem irtják ki az összes növényzetet egy területen, és miért nem kell elköltözniük?" - teszi fel a kérdést. Ennek egyik oka, hogy a helyi növényzet is a telepekkel szinkronban fejlődött. Egy fa, amelyet a hangyák halálra legelnek, elkezdhet kifejezni egy olyan toxint, amely a leveleit élvezhetetlenné teszi a hangyák gombái számára, ami miatt a hangyák továbbállnak, hogy a fa regenerálódhasson.

"Nem szándékosan teszik ezt; nem olyan, mintha tudatosan döntenének úgy, hogy nem tizedelik meg a fát" - teszi hozzá. "De egy egész helyi ökoszisztéma és a benne lévő összes élőlény együttfejlődött egyfajta stabil állapotba, ami ilyen fenntartható mezőgazdaságot eredményez"." Úgy tűnik, hogy a legkisebbekből is nagyobb tanulságok vonhatók le.