Термиты создают устойчивое монокультурное грибное земледелие

Продовольственное производство современных человеческих обществ в основном основано на крупномасштабных монокультурных посевах. Оказывается, передовые сообщества насекомых используют ту же практику. Нашим обществам потребовалось всего десять тысяч лет (в основном культурной) эволюции, чтобы принять эту привычку, и мы далеко не уверены в её устойчивости.

Муравьи и термиты, занимающиеся сельским хозяйством, имели десятки миллионов лет на эволюцию своих систем грибоводства, и здесь монокультуры, по-видимому, эволюционно стабильны. В публикации в журнале Science исследователи из Лаборатории генетики Вагенингенского университета и Центра социальной эволюции Копенгагенского университета делают значительные шаги к разрешению этой загадки.

Термиты-грибоводы тропиков Старого Света строят впечатляющие курганы, состоящие из тысяч рабочих и солдат. Эти общества одомашнили африканские грибы Termitomyces более 30 миллионов лет назад и стали полностью зависимыми от выращивания собственной грибной пищи в своих часто гигантских гнёздах. Симбиоз термитов и грибов имел единственное африканское происхождение в тропических лесах и теперь включает около 330 видов. Он имеет большое экологическое значение для разложения и круговорота минералов.

Основатели колонии, царица и царь термитов, обычно не приобретают свой первый "огород", пока не вырастят первых рабочих. Эти помощники собирают споры Termitomyces во время фуражировки вместе с растительным материалом, который они испражняют в гнезде, чтобы создать субстрат для сада. Эти споры широко доступны, потому что грибные "огороды" производят большие грибы раз в год на вершине термитников.

Однако эта практика создаёт парадокс: эволюционная теория предсказывает, что симбиозы с несколькими линиями на колонию должны быть нестабильны, поскольку можно ожидать, что эти генотипы будут конкурировать за производство грибов, а не сотрудничать для обслуживания термитов-фермеров.

Новое исследование показывает, что существует особый механизм, предотвращающий это. Во всех колониях, из которых были генетически проанализированы множественные грибные образцы, содержался только один грибной генотип, несмотря на то, что "огороды" были инициированы как минимум двумя и, вероятно, многими другими генетически разными спорами.

Дюр Аанен, Кус Бумсма и их коллеги из Вагенингена и Копенгагена показывают, что генотипы, которые оказываются распространёнными в "огороде", становятся ещё более распространёнными за счёт более редких генотипов. Это происходит не потому, что распространённые генотипы являются лучшими прямыми конкурентами, а потому, что у них выше шанс иметь идентичного соседа по генотипу. Каждый раз, когда это происходит, генетически идентичные мицелии сливаются, что повышает эффективность производства бесполых спор, которые термиты едят и откладывают в новый садовый материал колонии. Этот процесс положительного подкрепления приводит к тому, что каждая колония на всю жизнь остаётся приверженной единственному грибному симбионту, несмотря на то, что популяция в целом имеет множество грибных генотипов.