Da mennesker begyndte at drive landbrug for omkring 12.000 år siden, ændrede de fremtiden for vores arter for evigt. Vores forfædre var økologiske pionerer, opdagede og dyrkede de mest værdifulde afgrøder, opskalerede dem for at fodre hele samfund og omdanne vilde afgrøder så grundlæggende, at de blev afhængige af mennesker for deres overlevelse. Landbrug, i ordene fra National Geographic 's genografiske projekt, "såede frøene til den moderne tid."
Relateret indhold
- At studere ant "næser" kan føre til bedre afvisende midler mod bug
- Hvordan mennesker hjalp myrer med at invadere verden
- Var myrer verdens første landmænd?
Men mennesker var sent til spillet. Da vores forfædre lancerede deres verdensskiftende neolitiske revolution, havde myrer allerede dyrket svampe i sydamerikanske regnskove i 60 millioner år. Disse små landbrugs-troldmænd brugte sofistikerede teknikker, der konkurrerer med vores egne - inklusive domesticeringsafgrøder, der i dag er ukendte i naturen og heller ikke er i stand til at overleve uden deres kultivatorer.
Nu har Smithsonian-forskere peget på, hvornår - og måske hvorfor - myrer udviklede disse bemærkelsesværdige landbrugsteknikker. Ved at skabe et evolutionært træ med svampeopdræt myrer, rapporterer de, at revolutionen inden for maurlandbrug kan være ansporet af et dramatisk klimaændring for ca. 30 millioner år siden. Derudover kan landbrugssystemerne, der opstod fra denne revolution, muligvis endnu holde et par lektioner for mennesker i dag.
I dag er det kendt, at ca. 240 arter af attinmyrer - bladskærerne blandt dem - er landbrugssvampe i Amerika og Caribien. Deres underjordiske afgrøder brænder komplekse, landbrugsbaserede samfund, der ikke kun er bæredygtige og effektive, men også resistente over for sygdomme og skadedyr. Disse mindskende landmænd er forenet med en fælles strategi: De foder efter bit af vegetation, men spiser ikke den. I stedet bruger de den til at ernære deres dyrebare svampe, som de dyrker i industriel skala.
I disse tilfælde er svampe isoleret fuldstændigt i underjordiske haver, ofte placeret i tørre, ugjestmilde levesteder, hvor deres vilde slægtninge ikke kan overleve. De kan heller ikke undslippe, hvilket betyder, at vilde og hjemlige svampe ikke kan mødes og bytte gener. Som et resultat af denne isolering har de husholdte svampe udviklet sig i fuldstændig kodeafhængighed med deres myrbønder. På deres side stoler myrerne så stærkt på deres afgrøde, at når en dronnings datter grundlægger en ny koloni, tager hun med sig et stykke af sin mors svampehave for at starte sin egen.
”Svampe, som de dyrker, findes aldrig i naturen, de er nu helt afhængige af myrer, ” forklarer entomolog Ted Schultz, murerens kurator ved Smithsonian National Museum of Natural History. ”Det er som en masse af vores afgrøder. Vi dyrker ting, der er så stærkt ændret, at de findes i former, der ikke længere findes i naturen. ”
I en undersøgelse, der blev offentliggjort 12. april i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society B, brugte Schultz og hans kolleger nye genomiske værktøjer til at afdække rødderne i dette usædvanlige arrangement. Schultz og hans team skabte et evolutionært slægtstræ med svampeopdrættsmyrer, og bankede genetiske data på 78 svampeopdrættsmyrer og 41 arter af ikke-landbrugsmyrer. De fleste blev indsamlet af Schultz selv i årtier i marken.
Forskerne brugte denne genetiske registrering - der inkluderede DNA-sekvenserne på over 1.500 genomsteder for hver art - til at resonere bagud fra levende arter og identificere de fælles forfædre til nutidens ant-linjer. De underbyggede disse genetiske data med et par centrale myrefossiler, som blev brugt til at hjælpe med at kalibrere datoer for de ændringer, de fandt i deres DNA-analyse.
Med disse data var Schultz i stand til at løsne sig, når disse myrearter gjorde det vigtigste evolutionære fremskridt til mere avanceret landbrug - såvel som en ide om, hvorfor.
Ted Schultz, murcurator med Smithsonian's National Museum of Natural History, holder et lab-rede af en lavere svampe-voksende maur, mens han står ved siden af et lab-rede med højere svampe-voksende bladskærende maur. (JamesDiLoreto / Smithsonian) DNA-dataene antyder, at dette spring faldt sammen med dramatiske ændringer i det gamle klima. Maur ser ud til at have udviklet deres avancerede landbrugssystemer engang efter, at en global afkølingsbegivenhed begyndte at sænke temperaturerne over hele verden for omkring 35 millioner år siden. Det resulterende skift fra de våde regnskove fra deres jæger-samlerfædre til tørre miljøer, skriver forskerne, kan have udløst landbrugsinnovation, da myrer opretholdt de kontrollerede forhold for at holde deres svampehave voksende.
”Det ser ud til, uanset hvad stamfaren til de højere svampedyrgende myrer var, hvor den levede i et tørt eller et sæsonbestemt tørt habitat, ” siger Schultz. "Så hvis myrer vokser våd habitat-elskende svampe og fjerner dem til et tørt habitat, er det slags som mennesker, der tager et af deres husholdninger ud af sit oprindelige område."
”Generelt når vi tæmmer ting, isolerer vi dem i grunde og høster frøene fra dem, vi bedst kan lide, og fortsætter med at plante disse frø, ” fortsætter han. ”Hvis du har en svamp, hvis slægtninge alle bor i en våd skov, og du tager den til et tørt habitat, kan den ikke undslippe mere ... Med tiden isoleret i hundreder af tusinder eller millioner af år, er det en temmelig god mulighed for domestisering. ”
Men svampe var ikke de eneste, der gennemgik en transformation. På samme tid begyndte myrelinjen at diversificere sig markant. Deres genom blev skiftet under overgangen fra jagtopsamling til landbrug, og igen, når der blev vedtaget højere former for svampeopdræt. Schultz og kolleger bemærkede i tidligere undersøgelser, at myrer sandsynligvis mistede evnen til at fremstille en nøgle aminosyre, arginin, fordi de havde en klar kilde i svampen - og nu er blevet afhængige af denne kilde.
Mykologer, der studerer det samme system, kan godt se det som en svampe, der brugte myrer, snarere end omvendt. ”Det lyder måske dårligt for svampene, men det er også til deres fordel. Alle deres behov bliver tendens til, ”siger Diana Six, en entomolog fra University of Montana. ”Jeg tror, at svampene virkelig manipulerer situationen også.”
Seks, som ikke var involveret i undersøgelsen, tilføjer, at Schultz og kolleger var i stand til at drille fra hinanden en kompleks evolutionær historie, der ikke understøttede mange tidligere antagelser - nemlig at udviklingen af fugtelskende svampe ville have været drevet af pres i fugtige regnskove, hvor de boede. ”Ideen om, at der med disse symboler skal være noget, der håndhæver denne specificitet, og at isolering har ført til denne ekstreme afhængighed ... Det giver virkelig meget mening, ” siger Six. ”Men det tager folk at tænke lidt uden for boksen for at finde den slags svar.”
Avanceret maurlandbrug adskiller sig som du måske fra menneskelig indsats på et par indlysende måder (færre traktorer for én). Alligevel mener Schultz, at vi kan lære en ting eller to ved at observere, hvordan en af naturens få andre landbrugsarter - inklusive termitter, biller og bier - sammenlægger deres afgrøder.
For eksempel: Som nogle industrielle landmænd dyrker myrer med svampeopdræt en enkelt afgrøde. Det lykkes dem imidlertid uden at bukke under for fjender som sygdom eller skadedyr, der truer menneskelige afgrøder, når de mister genetisk mangfoldighed. Myrer opnår dette bemærkelsesværdige resultat ved at holde deres underjordiske haveværelser uplettede for at begrænse muligheden for sygdom og ved at producere en slags naturlig antibiotikum, der fungerer som et pesticid, og kæmper mod en parasitisk svamp, der truer deres fødekilde.
Disse strategier holder patogener effektivt i skak, men udslett dem ikke, som mennesker har tendens til at gøre, nogle gange uden mening. I stedet har myrer opnået en bæredygtig balance, som mennesker ville gøre det godt at observere, siger Schultz.
"De dyrker en monokultur, men der er alle slags bakterier og andre mikrober, der kan være godartede eller endda gavnlige, " siger Schultz. ”Det er som et lille økosystem, som de dyrker.” Tilsvarende inden for menneskelig landbrug, “når vi dyrker en afgrøde, dyrker vi ikke bare noget som majs, ” tilføjer han. "Vi dyrker også alle disse mikrober i jorden, og der er sandsynligvis en optimal økologisk blanding af mikrober, der er den bedste til sund jord og sund majs."
Myrkoloniens plads i det større lokale økosystem kan muligvis også holde et par lektioner for menneskelige landmænd, bemærker Schultz. Tænk på en bladkutterkoloni som en enkelt stor græsende hvirveldyr: En kolonis samlede vægt ligner den, siger en ko, og den kan forbruge lignende mængder lokal vegetation i en lignende periode.
”Hvorfor udsletter de ikke bare al vegetation i et område og er nødt til at flytte?” Spørger han. En af årsagerne er, at lokal vegetation også har udviklet sig i synkronisering med kolonierne. Et træ, der bliver græsset ihjel af myrer, kan begynde at udtrykke et toksin, der gør dets blade ubehagelige med myrenes svampe, hvilket får dem til at gå videre, så træet kan regenereres.
”De gør det ikke med vilje; det er ikke som om de bevidst vælger ikke at decimere et træ, "tilføjer han." Men et helt lokalt økosystem og alle organismer deri har udviklet sig til en slags stabil tilstand, der producerer denne slags bæredygtigt landbrug. "Fra det ser ud til, at de mindste blandt os kan komme større lektioner.
