Откуда пошла «зелёная революция» у муравьёв

Руководитель научной группы Тед Шульц и его подопечные — муравьи.
Руководитель научной группы Тед Шульц и его подопечные — муравьи.

За миллионы лет до того, как человек впервые занялся сельским хозяйством, под землёй уже процветали обширные фермерские системы. Там выращивали грибы колонии муравьёв. Насекомые освоили продвинутые агротехнологии и даже научились одомашнивать некоторые культуры. Учёные из Университета Юты (University of Utah), Национального музея естественной истории (National Museum of Natural History) Смитсоновского института в Вашингтоне и Университета штата Луизиана (Louisiana State University) проанализировали эволюционную историю муравьёв-фермеров и выяснили, где и когда произошла эта «зелёная революция». Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

В Америке и на Карибских островах живут около 250 видов муравьёв-грибководов из трибы Attini. Их можно условно разделить на две группы: одним удалось освоить продвинутые технологии сельского хозяйства, а другие способны только на примитивные его формы. Основание новых ферм у всех происходит одинаково: когда дочь королевы покидает гнездо, она берёт с собой часть грибницы. Сообщества с неразвитой агрокультурой выращивают грибы, которые прекрасно выживают в дикой природе сами по себе, свободно скрещиваются с другими популяциями и, в принципе, не зависят от муравьёв.

Подземная муравьиная ферма.
Подземная муравьиная ферма.

Более «продвинутые» насекомые смогли изолировать грибы от диких собратьев и таким образом получили культуры, которые без фермеров выжить не могут — то есть, одомашнили их. «Грибам пришлось остаться с муравьями, — комментирует Тед Шульц (Ted Schultz), один из авторов работы. — У них не было другого выбора». «Эти развитые сообщества занимались устойчивым сельским хозяйством в промышленных масштабах миллионы лет,— говорит исследователь. — Изучая эволюцию их взаимоотношений с грибами, мы можем получить информацию о том, как справиться со сложностями при ведении сельского хозяйства. Муравьи создали форму сельского хозяйства, которая обеспечивает весь необходимый сообществам корм за счёт единственной культуры, устойчивой к болезням, вредителям и засухе. По масштабу и эффективности она может соперничать с человеческой агрокультурой».

По одной из гипотез «зелёная революция» началась во влажных лесах в тропиках Южной Америки — там обитают предки одомашненных грибов, а также их дикие родственники. Но с помощью этой гипотезы сложно объяснить, как доместикация вообще стала возможной. Для того чтобы одомашнить культуру, нужно хотя бы на время добиться её репродуктивной изоляции. Как же муравьям это удалось, если вокруг была масса свободно живущих видов, с которыми грибы обменивались генами?

Чтобы в этом разобраться, учёные сравнили геномы 119 современных видов муравьёв, 78 из которых занимались сельским хозяйством. В ходе анализа они нашли ближайшего родственника грибководов, не имеющего отношения к фермерству, отследили географическое распространение видов и установили когда, где и в каких условиях у насекомых развивались определённые признаки. Анализ показал, что муравьи, которые впервые применили «продвинутые» техники сельского хозяйства, около 30 миллионов лет назад, жили не во влажной, а в засушливой местности.

Эволюция и биогеография муравьёв-фермеров.
Эволюция и биогеография муравьёв-фермеров.

В этот период планета остывала, а климат постепенно менялся. Грибы, привыкшие к жизни во влажных лесах, плохо переносили новые условия. «Но если муравей-фермер, который приспособился к жизни в сухом климате, берёт тебя с собой и удовлетворяет все твои нужды, у тебя всё будет хорошо», — комментирует Шульц. Люди научились выращивать тропические растения в теплицах — примерно так же поступали и насекомые, поддерживая влажность на своих фермах. «Если становится слишком сухо, муравьи приносят воду, если слишком влажно — наоборот», — говорит учёный. Даже если условия на поверхности невыносимы, грибы могут спокойно жить под землёй, в комфортных комнатах с климат-контролем. В такой ситуации они становятся зависимыми от фермеров и не могут сбежать из колонии и снова жить в дикой природе.

По словам Шульца, пример муравьёв показывает, что организм может подвергнуться одомашниванию, даже если фермеры не занимались искусственным отбором. Насекомые, которые брали грибы в свои новые гнёзда, изолировали их от диких родственников, в результате культуры развивались независимо от внешнего мира и приобретали новые признаки.