Муравьи освоили сельское хозяйство на десятки миллионов лет раньше человека

Почти 250 видов муравьев Америки и Карибского бассейна научились выращивать грибы из порядка Agaricales для получения питательных веществ. Они выращивают далеко не единственный вид, и по форме организации агрикультуры среди муравьев-грибководов выделяют четыре системы. Особого внимания заслуживают наиболее продвинутые, как считают исследователи, муравьи-листорезы, которые научились срезать зеленые части растений для подпитки своих плантаций. Питательные вещества на таких грибковых плантациях запасаются в особых структурах грибов — гонгилидиях, — которые встречаются, например, у Leucoagaricus gongylophorus. По сравнению с эволюционной историей муравьев-грибководов эволюция самих культивируемых грибов, как и их связь со свободноживущими родственниками, оставалась куда менее изученной.

Группа под руководством Теда Шульца, энтомолога из Национального музея естественной истории Смитсоновского института в Вашингтоне и первого автора статьи в Science, уже 35 лет изучает эволюционные связи между муравьями и грибами. За это время они собрали тысячи генетических образцов муравьев и грибов из Центральной и Южной Америки. Для выяснения эволюционных событий, приведших к наблюдаемому мутуализму, ученые секвенировали более 20 000 консервативных генетических регионов для 475 грибов, 288 из которых культивируются муравьями, и 276 муравьев, из которых 208 грибководы. Такой большой набор данных позволил сравнить эволюционные деревья грибов и муравьев, чтобы обнаружить закономерности и реконструировать, как ассоциация между представителями этих двух групп развивалась с течением времени.

Выяснилось, что примерно 66 миллионов лет назад в конце Мелового периода возникла предковая популяция муравьев-грибководов. В это же время в трибе Leucocoprineae семейства Agaricaceae сразу в двух группах независимо появились грибы, вступившие в симбиоз с муравьями. Авторы считают, что это могло быть связано с мел-палеогеновым вымиранием, вызванным, по одной из гипотез, падением астероида. Образовавшиеся в результате столкновения пепел, пыль и сажа на несколько лет ингибировали фотосинтез тем, что лишили поверхность Земли солнечного света. В результате преимущество получили небольшие детритофаги и питающиеся ими хищники. В таких условиях преуспевали муравьи, приносившие грибам остатки органических отходов в обмен на переваренные ими питательные вещества. Причем авторы предполагают, что такие грибы были преадаптированы, ранее будучи комменсалами или паразитами на мусорных кучах муравьиных колоний, что перекликается с происхождением многих одомашненных человеком растений. Так появилась самая примитивная из четырех агрикультур муравьев-грибководов. Похожим образом около 21 миллиона лет назад появились культивируемые грибы семейства Pterulaceae.

Но такие отношения не совсем корректно назвать доместикацией, которая подразумевает генетические изменения в культивируемом организме, благоприятные для культиватора, но снижающие приспособленность самого организма в его изначальной экологической нише. К этому определению ближе всего подобрались грибы трибы Leucocoprineae, являющиеся многоядерными или полиплоидными и неспособные жить вне муравейника. У них происходил наиболее сильный положительный отбор в генах, ранее связываемых с мутуализмом между муравьями и грибами, а также в генах базовых клеточных функций, роль которых еще предстоит разгадать. Именно эти грибы выращиваются муравьями, освоившими самую продвинутую (четвертую) сельскохозяйственную систему. Она возникла примерно 27 миллионов лет назад во время периода резкого похолодания, в результате чего в Южной Америке влажные тропические леса оказались разделены более сухими саваннами и лугами. Муравьи, переносившие грибы из влажных лесов в муравейники в более сухих регионах, отрезали таких особей от природных популяций, способствуя их генетической изоляции и делая невозможным существование вне муравейника. Наконец, примерно 32 миллиона лет назад в трибе Leucocoprineae возникли грибы-представители второй сельскохозяйственной системы при переходе муравьев в более сухие места обитания.

«Муравьи занимаются сельским хозяйством и выращиванием грибов гораздо дольше, чем существуют люди, — говорит Тед Шульц. — Мы, вероятно, могли бы чему-то научиться на примере сельскохозяйственного успеха этих муравьев за последние 66 миллионов лет».

Как грибы-патогены муравьев защищаются от социального иммунитета