Вимирання динозаврів призвело до появи «мурашиного землеробства»

Катастрофічна подія, яка знищила динозаврів приблизно 66 мільйонів років тому, була не просто приреченістю й похмурістю – вона також заклала основу для дивовижних взаємозв’язків між певними мурахами та грибами. Удар метеора, який призвів до масового вимирання, створив середовище, сприятливе для грибів, які процвітають на органічній речовині, якої було в надлишку, оскільки рослини та тварини гинули. 

Відповідно до нового дослідження, опублікованого в журналі Science, це відкрило двері для предка сучасних мурах-листорізів почати культивувати гриби.

Виникнення мурашиного землеробства

«Походження мурах, які вирощують гриби, було відносно добре вивчено, але точнішої шкали для цих мікроорганізмів не було», — пояснив Андре Родрігес, професор Інституту біологічних наук Університету штату Сан-Паулу (IB-UNESP). 

«Робота забезпечує найменшу на сьогодні похибку для появи цих грибкових штамів, які раніше вважалися нещодавнішими».

Родрігес координує проект «Спільне дослідження: розміри США-Сан-Паулу: інтеграція філогенії, генетики та хімічної екології, щоб розплутати заплутаний берег багатостороннього симбіозу мурашок, які вирощують гриби», за підтримки Дослідницького фонду Сан-Паулу (FAPESP) у співпраці з Національний науковий фонд США (NSF). 

Еволюційна лінія грибів

Дослідницька група зробила прорив, проаналізувавши ультраконсервовані елементи (UCE) у геномах 475 видів грибів, які культивують мурахи. UCE — це генетичні регіони, які залишаються стабільними між видами, що дозволяє вченим відстежувати еволюційні шляхи.

«В цьому випадку нас цікавили регіони, близькі до цих елементів. Вони показують найновіші відмінності між видами і дозволяють нам простежити досить точну еволюційну лінію», – пояснив співавтор Пепійн Вільгельмус Коой, дослідник IB-UNESP.

Гриби, вирощені мурахами

Цей метод дозволив дослідникам встановити, що дві різні лінії грибів, які зараз вирощують сучасні мурахи-листорізи (відомі як Аттіні), виникли майже одночасно 66 мільйонів років тому.  Це відкриття дає більш чітку часову шкалу для розвитку цього дивовижного мутуалізму, коли мурахи та гриби залежать одне від одного для виживання, що відбувалося за десятки мільйонів років до того, як люди почали займатися сільським господарством.

Дослідження також виявило другу групу грибів, відомих як коралові гриби, які почали культивувати мурахи приблизно 21 мільйон років тому. Ці гриби утворюють структури, що нагадують крихітні коралові колонії, і представляють захоплюючу диверсифікацію цього давнього зв’язку.

Мурашине землеробство розширилося під тиском

Дослідження підтверджує ідею про те, що гриби вже були певною мірою пристосовані до мутуалізму ще до початку мурашиного сільського господарства. 

«Цілком ймовірно, що предок групи мурах-листорізів жив у безпосередній близькості від грибів, можливо, харчуючись ними або їхніми побічними продуктами», — сказав Родрігес. 

Однак інтенсивний тиск навколишнього середовища від удару метеорита міг перетворити цей випадковий зв’язок у повномасштабну взаємну залежність, де гриби покладалися на мурах для виживання та розмноження, тоді як мурахи залежали від грибів як основного джерела їжі.

Мурахи впливають на ріст грибів

Сьогодні чотири різні групи мурах вирощують чотири види грибів. Деякі мурахи навіть впливають на ріст грибів, щоб вони отримували певні поживні речовини. 

«Коли ми культивуємо їх у лабораторії, гриби приймають очікувану форму гіф. Однак усередині колонії один із цих типів гіф стає набряклим і утворює структури, схожі на виноградні грона, багаті цукрами. Ми досі не знаємо, як це роблять мурахи», — сказав Коой.

Криза харчування після падіння метеорита 

Маурісіо Баччі Джуніор, професор IB-UNESP і співавтор статті, зазначив, що походження цієї практики вирощування грибів, ймовірно, було адаптацією до харчової кризи, з якою зіткнулися мурахи після падіння метеора. 

«З великою кількістю грибів і меншою кількістю їжі мурахи, які вже мали певні стосунки з грибами, виявили їх корисними при культивуванні», — пояснив він. 

Гриби розкладають органічні речовини, принесені мурахами, які, своєю чергою, споживають вироблені грибами речовини, які вони не можуть отримати з інших джерел. «Це ніби грибок був зовнішнім шлунком комахи», — сказав Баччі.

Динамічне еволюційне партнерство 

Після того, як мурахи почали вирощувати гриби, близько 27 мільйонів років тому відбувся інший еволюційний зсув із розширенням Серрадо, біома, схожого на савану. Розширення відкрило більше посушливих територій, що забезпечило другий вибірковий тиск і призвело до диверсифікації мурах-листорізів. Ця адаптація також, ймовірно, спонукала гриби до еволюції та підвищення ефективності як у виробництві їжі для мурах, так і в розкладанні органічних речовин.

Сьогодні досліджується біотехнологічний потенціал ферментів, які виробляють гриби, які культивують мурахи. Ці ферменти не тільки розщеплюють органічний матеріал, але також досліджується їхня здатність розщеплювати інші речовини, зокрема пластик.

Дослідження проливає нове світло на складні та давні стосунки між мурахами та грибами, розкриваючи динамічне еволюційне партнерство, яке існувало мільйони років.