איך נמלים הפכו לחקלאי פטריות הטובים בעולם

כאשר בני האדם החלו לחוות חקלאות לפני כ 12, 000 שנה, הם שינו את עתיד המין שלנו לנצח. אבות אבותינו היו חלוצים אקולוגיים, גילו ויטפחו את הגידולים החשובים ביותר, דרגו אותם כדי להאכיל קהילות שלמות ולהפוך גידולי בר כל כך מהותיים שהם נעשו תלויים בבני אדם להישרדותם. חקלאות, במילים של הפרויקט הגנוגרפי של נשיונל ג'יאוגרפיק, "זרעו את הזרעים לעידן המודרני."

תוכן קשור

• לימוד נמלים "נמלים" עלול להוביל למוצרי דחק באגים טובים יותר
• איך בני אדם עזרו לנמלים לפלוש לעולם
• האם נמלים היו החקלאים הראשונים בעולם?

אבל בני האדם איחרו למשחק. עד שאבות אבותינו השיקו את המהפכה הניאוליתית המשתנה עולמה, נמלים כבר גידלו פטריות ביערות הגשם של דרום אמריקה במשך 60 מיליון שנה. המכשפים החקלאיים הקטנים האלה השתמשו בטכניקות מתוחכמות המתחרות על שלנו - כולל גידולי דומסטיקה שכיום אינם ידועים באופיים ואינם מסוגלים לשרוד גם ללא המטפחים שלהם.

כעת, החוקרים בסמית'סוניאן הצביעו מתי נמלים פיתחו טכניקות חקלאיות מדהימות אלה - ואולי מדוע -. על ידי יצירת עץ אבולוציוני של נמלים החקלאות פטריות, הם מדווחים כי ייתכן שהמהפכה בחקלאות הנמלים הובילה בעקבות שינוי דרמטי באקלים לפני כשלושים מיליון שנה. יתר על כן, מערכות החקלאות שיצאו מאותה מהפכה עשויות עדיין להכיל כמה שיעורים לבני אדם כיום.

כיום ידועים כ -240 מינים של נמלים בעלות גג - חותכי העלים שביניהם - כפטריות בחוות אמריקה והקריביים. הגידולים התת-קרקעיים שלהם דלקים חברות מורכבות וחקלאיות שאינן קיימות ויעילות בלבד, אלא גם עמידות בפני מחלות ומזיקים. החקלאים המוזלים האלה מאוחדים על ידי אסטרטגיה משותפת: הם אוכלים פיסות צמחייה, אך אינם אוכלים אותה. במקום זאת הם משתמשים בזה כדי להזין את הפטריות היקרות שלהם, אותם הם מגדלים בקנה מידה תעשייתי.

במקרים אלה, פטריות מבודדות לחלוטין בגנים תת קרקעיים, הנמצאות לעיתים קרובות בבתי גידול יבשים ובלתי-מסוכנים שבהם קרובי משפחתם הפרועים אינם יכולים לשרוד. הם גם לא יכולים לברוח, כלומר פטריות בר ובייתיות אינן יכולות להיפגש ולהחליף גנים. כתוצאה מבידוד זה, הפטריות המבוישות התפתחו בתלות קודמת מוחלטת עם חקלאי הנמלים שלהם. הנמלים מצידן מסתמכות כל כך על היבול שלהן, שכשבתה של מלכה מייסדת מושבה חדשה, היא לוקחת איתה חתיכה מהגן הפטרייתי של אמה כדי להתחיל את שלה.

"הפטריות שהם מגדלים לעולם לא נמצאות בטבע, הן תלויות כעת לחלוטין בנמלים", מסביר האנטומולוג טד שולץ, אוצר נמלים במוזיאון הלאומי להיסטוריה של סמיתסוניאן. "זה כמו הרבה מהיבולים שלנו. אנו מטפחים דברים המשתנים כל כך עד שהם קיימים בצורות שכבר לא נמצאו בטבע. "

במחקר שפורסם ב -12 באפריל בכתב העת Proceedings of the Society Royal B השתמש שולץ ועמיתיו בכלים גנומיים חדשים כדי לחשוף את שורשי הסידור הלא שגרתי הזה. שולץ וצוותו יצרו אילן משפחתי אבולוציוני של נמלים החקלאות פטריות, הקישו על מחסנים של נתונים גנטיים ל -78 מיני נמלים העוסקים בפטריות ו -41 מינים של נמלים שאינן חקלאיות. רובם נאספו על ידי שולץ עצמו במהלך עשרות שנים בתחום.

החוקרים השתמשו בתיעוד הגנטי הזה - שכלל את רצפי ה- DNA של למעלה מ -1, 500 אתרי גנום לכל מין - בכדי להסביר לאחור מינים חיים ולזהות את אבותיהם השכיחים של שושלת הנמלים של ימינו. הם אישרו נתונים גנטיים אלה עם כמה מאובני מפתח נמלים, אשר שימשו לסייע בכיול תאריכים עבור השינויים שמצאו בניתוח ה- DNA שלהם.

עם נתונים אלה, שולץ הצליח להיחשף כאשר מינים נמלים אלה עברו את התקדמות האבולוציונית העיקרית לחקלאות מתקדמת יותר - וכן גילה תיאוריה מדוע.

טד שולץ, אוצר נמלים במוזיאון הטבע הלאומי להיסטוריה של סמית'סוניאן, מחזיק קן מעבדה של נמלה שגדלה פטרייה תחתונה בזמן שהוא עומד ליד קן מעבדה של נמלת עלית גידול פטריות גבוהה יותר. (JamesDiLoreto / Smithsonian)

מנתוני ה- DNA עולה כי קפיצת מדרגה זו הייתה במקביל לשינויים דרמטיים באקלים העתיק. נראה כי נמלים פיתחו את מערכות החקלאות המתקדמות שלהן זמן מה לאחר שאירוע קירור עולמי החל להוריד טמפרטורות ברחבי העולם לפני כ- 35 מיליון שנה. המעבר שהתקבל מיערות הגשם הרטובים של אבותיהם הציידים-לקטים לסביבות יבשות, כך טוענים החוקרים, אולי עורר חדשנות חקלאית כאשר נמלים שמרו על התנאים המבוקרים כדי לשמור על גינות הפטרייה שלהם.

"זה נראה כמו האב הקדמון של הנמלים הגבוהות וגדלות הפטריות אם היה חי בסביבת יבשה או יבשה עונתית", אומר שולץ. "אז אם נמלים מגדלות פטריות חובבות גידול רטובות ומוציאות אותן לבית גידול יבש, זה דומה לבני אדם מוציאים את אחד מבייתם מחוץ לטווח הטבעי שלה."

"באופן כללי כאשר אנו מבייתים דברים אנו מבודדים אותם בחלקות וקוצרים את הזרעים מאלה שאנחנו הכי אוהבים, וממשיכים לשתול את הזרעים האלה, " הוא ממשיך. "אם יש לך פטריה שקרובי משפחתם כולם גרים ביער רטוב ואתה לוקח אותה לבית גידול יבש, הוא לא יכול לברוח יותר ... לאורך זמן, מבודד במשך מאות אלפי או מיליוני שנים, זה די טוב הזדמנות לביות. "

אבל פטריות לא היו היחידות שעברו טרנספורמציה. במקביל, שושלת הנמלים החלה להתגוון באופן משמעותי. הגנומים שלהם עברו במהלך המעבר מאיסוף ציד לחקלאות, ושוב כאשר אומצו צורות גבוהות יותר של חקלאות פטריות. שולץ ועמיתיו ציינו במחקרים קודמים כי נמלים איבדו ככל הנראה את היכולת לייצר חומצת אמינו מפתח, ארגינין, מכיוון שהיה להן מקור מוכן בפטריות - וכעת הם תלויים במקור זה.

המיקולוגים החוקרים אותה מערכת עשויים לראות בה כזו שבה הפטריות השתמשו בנמלים, ולא להפך. "זה אולי נשמע רע עבור הפטריות אבל זה גם לטובתם. כל הצרכים שלהם נוהגים ", אומרת דיאנה סיקס, אנטומולוג של אוניברסיטת מונטנה. "אני חושב שהפטריות באמת מתפעלות גם את המצב."

שישה, שלא היו מעורבים במחקר, מוסיפים כי שולץ ועמיתיהם הצליחו להקניט בין סיפור אבולוציוני מורכב שלא תומך בהנחות קודמות רבות - כלומר, שההתפתחות של פטריות אוהבות לחות הייתה מונעת על ידי לחצים. ביערות גשם לחים בהם התגוררו. "הרעיון שעם הסימביוסים האלה צריך להיות משהו שמאכיל את הספציפיות הזו, והבידוד הביא לתלות קיצונית זו ... זה באמת הגיוני מאוד", אומר שישה. "אבל דרוש לאנשים לחשוב קצת מחוץ לקופסה כדי למצוא תשובות מסוג זה."

חקלאות נמלים מתקדמת, כפי שניתן היה לצפות, שונה מהמאמצים האנושיים בכמה אופנים ברורים (פחות טרקטורים, אחד). עם זאת, שולץ מאמין שאנחנו יכולים ללמוד דבר או שניים מהתבוננות כיצד אחד המינים החקלאיים האחרים בטבע - כולל טרמיטים, חיפושיות ודבורים - אוצר את גידולם.

למשל: כמו חלק מחקלאי התעשייה, נמלים החקלאות פטריות מגדלות סוג אחד של יבול. עם זאת, הם מצליחים לעשות זאת מבלי להיכנע לאויבים כמו מחלות או מזיקים המאיימים על גידולים אנושיים כאשר הם מאבדים את הגיוון הגנטי. נמלים משיגות הישג מדהים זה על ידי שמירה על כתמי הגינה התת קרקעיות שלהן ללא רבב כדי להגביל את האפשרות למחלות, ועל ידי ייצור סוג של אנטיביוטיקה טבעית המשמשת כחומר הדברה, נאבקת בפטרת טפילית המאיימת על מקור המזון שלהם.

אסטרטגיות אלה שומרות ביעילות את פתוגנים בבדיקה, אך אינן מבטלות אותן כפי שבני האדם נוטים לעשות, לעיתים מבלי להתכוון לכך. במקום זאת, נמלים השיגו איזון בר-קיימא שבני-אדם יעשו טוב לקיים, אומר שולץ.

"הם מגדלים monokulture, אבל יש כל מיני חיידקים ומיקרובים אחרים שעשויים להיות שפירים או אפילו מועילים, " אומר שולץ. "זה כמו מערכת אקולוגית קטנה שהם מטפחים." באופן דומה, בחקלאות אנושית, "כשאנחנו מגדלים יבול אנחנו לא רק מגדלים משהו כמו תירס, " הוא מוסיף. "אנחנו גם מגדלים את כל החיידקים האלה באדמה, וכנראה שיש תערובת אקולוגית מיטבית של חיידקים שהיא הטובה ביותר עבור אדמה בריאה ותירס בריא."

מקום מושבת הנמלים במערכת האקולוגית המקומית הגדולה יותר עשוי להכיל כמה שיעורים לחקלאים אנושיים, מציין שולץ. חשוב על מושבת חוטב עלים כעל חוליות מרעה גדולה אחת: המשקל המשולב של המושבה דומה לזה של פרה, למשל, והוא יכול לצרוך כמויות דומות של צמחיה מקומית בפרק זמן דומה.

"מדוע הם לא רק מוחקים את כל הצמחייה באזור וצריכים לזוז?", הוא שואל. אחת הסיבות לכך היא שהצמחייה המקומית התפתחה גם היא בסינכרון עם המושבות. עץ שנרעד למוות על ידי נמלים עשוי להתחיל לבטא רעל שהופך את העלים שלו ללא תועלת לפטריות הנמלים, וגורם להם להמשיך הלאה כך שהעץ יוכל להתחדש.

"הם לא עושים את זה בכוונה; זה לא כאילו הם בוחרים במודע לא להרכיב עץ ", הוא מוסיף, " אבל מערכת אקולוגית מקומית שלמה וכל האורגניזמים בה התפתחו יחד למעין מצב יציב, שמייצר סוג כזה של חקלאות בת קיימא. " הקטנים שבינינו, כך נראה, יכולים להפיק שיעורים גדולים יותר.