Успех муравьев-листорезов объясняется не только выбором "культуры"

Сложный генетический анализ заставил биологов пересмотреть некоторые давние представления об эволюции обществ после изобретения сельского хозяйства — шестиногими фермерами.

Как и люди, муравьи-листорезы выращивают "культуры", и, как и у людей, фермерство позволяет им производить достаточно пищи для поддержки миллионов особей, выполняющих специализированные задачи. Но в то время как люди изобрели сельское хозяйство на заре цивилизации около 10 000 лет назад, листорезы начали культивировать массивные подземные грибные сады более 10 миллионов лет назад.

В исследовании, опубликованном на этой неделе в Molecular Ecology, биологи из Университета Райса, Техасского университета в Остине (UT Austin) и Университета штата Сан-Паулу в Бразилии проанализировали генетические данные образцов, собранных в гнездах листорезов по всей Южной, Центральной и Северной Америке. Они пришли к выводу, что муравьи произошли из Южной Америки, а их успех обусловлен чем-то большим, чем просто выбором "культуры".

"Способность выращивать одомашненные культуры была важным поворотным моментом в истории и эволюции человечества, и мы думали, до недавнего времени, что нечто подобное было верно и для листорезов", — сказал соавтор исследования Скотт Соломон. "Наши результаты показывают, что некоторые из вещей, которые мы думали, что 'знаем' о листорезах, не соответствуют действительности".

Исследование, проведенное под руководством соавтора Ульриха Мюллера, показало, что листорезы обитают только в Америках. Более 40 видов встречаются от Аргентины до юга США, и они являются доминирующим экологическим игроком в любом лесу или степи, где обитают.

"Они не единственные муравьи, которые выращивают грибы, но если сравнить листорезов с другими муравьями, выращивающими грибы, есть много различий", — сказал Мюллер. "Для начала, никакие другие муравьи не используют свежесрезанные листья для выращивания своих грибов".

Муравьи, выращивающие грибы на мертвых и разлагающихся листьях, существуют даже дольше, чем листорезы, вероятно, около 50 миллионов лет. Но способность листорезов использовать живые листья стала квантовым скачком в эволюционном плане, поскольку открыла доступ ко всей экосистеме. Например, способность потреблять растительную массу, которую они не могут переварить напрямую, позволяет гнезду листорезов потреблять примерно столько же растительности в год, сколько взрослая корова.

Колонии листорезов огромны по сравнению с другими муравьями-грибоводами. "Они насчитывают миллионы особей. Некоторые колонии листорезов настолько велики, что видны на фотографиях, сделанных спутниками из космоса".

Листорезы также имеют специализированные задачи. Отдельные рабочие муравьи бывают разных размеров и выполняют разные работы: одни специализируются на выращивании молодняка, другие — на удалении "сорняков" и болезней внутри гнезда, третьи — на поиске пищи, а четвертые — на защите колонии. Вся эта специализация уникальна для листорезов. У других муравьев-грибоводов рабочие в основном взаимозаменяемы.

"Одной из давних истин в нашей области было то, что листорезы выращивают особый и уникальный вид гриба, который не может выращивать ни один другой муравей", — сказал Соломон. "Считалось, что что-то в этой уникальной 'культуре' позволяло им делать то, что не могли делать другие муравьи-грибоводы".

Новые исследования, впервые проанализировавшие гены грибов из сотен колоний листорезов по всей Америке, обнаружили случаи, когда другие муравьи выращивали специализированный "только для листорезов" гриб, а также случаи, когда листорезы выращивали более обычные грибные "культуры".

"Дело не в 'культуре', которая делает их особенными", — сказал Мюллер. "Мы обнаружили, что муравьи-листорезы и их грибы совместно эволюционировали, и хотя это не удивительно, данные свидетельствуют о том, что эта коэволюция происходила более сложным образом, чем считалось ранее".

"Вопрос в том, что придает этому грибу способность переваривать свежесрезанные листья? Это не что-то, присущее самому грибу. Кажется, есть что-то в том, как муравьи-листорезы культивируют гриб, что дает ему эту способность".

Обширная выборка позволила исследователям определить происхождение листорезов в Южной Америке, вероятно, в травянистых равнинах того, что сейчас является южной Бразилией и Аргентиной.

"Мы обнаружили, что наибольшее генетическое разнообразие грибов листорезов находится в Южной Америке. Обычно там, где наблюдается наибольшее генетическое разнообразие, и находится место происхождения группы. Это верно для людей и, как правило, для других видов, и это приводит нас к выводу, что листорезы возникли в степях Южной Америки".

"Исследование иллюстрирует важность в науке переоценки укоренившихся предположений, накопления больших наборов данных и международного сотрудничества перед тем, как делать выводы", — сказал Мюллер.