Toen mensen zo'n 12.000 jaar geleden begonnen te kweken, veranderden ze de toekomst van onze soort voor altijd. Onze voorouders waren ecologische pioniers, die de meest waardevolle gewassen ontdekten en cultiveren, opschalen om volledige gemeenschappen te voeden en wilde gewassen zo fundamenteel transformeren dat ze voor hun overleven afhankelijk werden van mensen. Landbouw, in de woorden van het geografische project van National Geographic, "zaaide de zaden voor de moderne tijd."
gerelateerde inhoud
- Het bestuderen van mierenneuzen kan leiden tot betere insectenwerende middelen
- Hoe mensen mieren hielpen de wereld binnen te vallen
- Waren mieren 's werelds eerste boeren?
Maar mensen waren te laat in het spel. Tegen de tijd dat onze voorouders hun wereldveranderende Neolithische revolutie hadden gelanceerd, hadden mieren al 60 miljoen jaar schimmels in Zuid-Amerikaanse regenwouden gekweekt. Deze kleine agrarische tovenaars maakten gebruik van geavanceerde technieken die wedijveren met die van ons - inclusief gewassen die tegenwoordig in de natuur onbekend zijn en die ook zonder hun cultivators niet kunnen overleven.
Smithsonian onderzoekers hebben nu vastgesteld wanneer - en misschien waarom - mieren deze opmerkelijke landbouwtechnieken hebben ontwikkeld. Door het creëren van een evolutionaire boom van mieren die schimmels kweken, melden ze dat de revolutie in de mierenlandbouw mogelijk is veroorzaakt door een dramatische klimaatverandering zo'n 30 miljoen jaar geleden. Bovendien kunnen de landbouwsystemen die uit die revolutie zijn voortgekomen vandaag nog een paar lessen voor de mens houden.
Tegenwoordig is het bekend dat ongeveer 240 soorten attine mieren - waaronder de bladscharen - schimmels kweken in Amerika en het Caribisch gebied. Hun ondergrondse gewassen voeden complexe, op landbouw gebaseerde samenlevingen die niet alleen duurzaam en efficiënt zijn, maar ook bestand zijn tegen ziekten en plagen. Deze kleine boeren zijn verenigd door een gemeenschappelijke strategie: ze zoeken naar stukjes vegetatie, maar eten het niet. In plaats daarvan gebruiken ze het om hun kostbare schimmels te voeden, die ze op industriële schaal kweken.
In deze gevallen zijn schimmels volledig geïsoleerd in ondergrondse tuinen, vaak gelegen in droge, onherbergzame habitats waar hun wilde familieleden niet kunnen overleven. Ze kunnen ook niet ontsnappen, wat betekent dat wilde en binnenlandse schimmels niet bij elkaar kunnen komen en genen kunnen uitwisselen. Als gevolg van deze isolatie zijn de gedomesticeerde schimmels geëvolueerd in volledige codependency met hun mierenboeren. Van hun kant vertrouwen de mieren zo sterk op hun oogst dat wanneer een dochter van een koningin een nieuwe kolonie opricht, ze een stukje van de schimmeltuin van haar moeder meeneemt om haar eigen te beginnen.
"De schimmels die ze kweken worden nooit in het wild gevonden, ze zijn nu volledig afhankelijk van de mieren", legt entomoloog Ted Schultz, conservator van mieren in het Smithsonian National Museum of Natural History, uit. “Dat is zoals veel van onze gewassen. We cultiveren dingen die zo sterk zijn gemodificeerd dat ze voorkomen in vormen die niet meer in het wild voorkomen. '
In een studie gepubliceerd op 12 april in het tijdschrift Proceedings van de Royal Society B, gebruikten Schultz en zijn collega's nieuwe genomische hulpmiddelen om de wortels van deze ongewone regeling te achterhalen. Schultz en zijn team creëerden een evolutionaire stamboom van mieren die de schimmel kweken, tikken opslag van genetische gegevens voor 78 soorten mieren die de schimmel kweken en 41 soorten niet-de landbouw mieren. De meeste werden door Schultz zelf verzameld gedurende tientallen jaren in het veld.
De onderzoekers gebruikten dit genetische record - dat de DNA-sequenties van meer dan 1500 genoomlocaties voor elke soort omvatte - om achteruit te redeneren van levende soorten en de gemeenschappelijke voorouders van de hedendaagse mierenstammen te identificeren. Ze onderbouwden deze genetische gegevens met een paar belangrijke mierenfossielen, die werden gebruikt om datums te kalibreren voor de veranderingen die ze in hun DNA-analyse vonden.
Met deze gegevens was Schultz in staat om te ontrafelen wanneer deze mierensoorten de belangrijkste evolutionaire vooruitgang maakten naar meer geavanceerde landbouw - en een theorie bedenken waarom.
Ted Schultz, curator van mieren bij het Smithsonian's National Museum of Natural History, heeft een laboratoriumnest van een lagere schimmel-groeiende mier terwijl hij naast een laboratoriumnest van hogere schimmel-groeiende blad-snijdende mier staat. (JamesDiLoreto / Smithsonian) De DNA-gegevens suggereren dat deze sprong samenviel met dramatische veranderingen in het oude klimaat. Mieren lijken hun geavanceerde landbouwsystemen te hebben ontwikkeld ergens nadat een wereldwijd koelevenement de temperatuur wereldwijd ongeveer 35 miljoen jaar geleden begon te verlagen. De resulterende verschuiving van de natte regenwouden van hun voorouders van jagers-verzamelaars naar drogere omgevingen, zo schrijven de onderzoekers, kan agrarische innovatie hebben aangewakkerd omdat mieren de gecontroleerde omstandigheden hebben gehandhaafd om hun schimmeltuinen te laten groeien.
"Het lijkt op wat de voorouder van de hogere, schimmel-groeiende mieren was het leefde in een droge of een seizoensgebonden droge habitat, " zegt Schultz. "Dus als mieren natte habitatminnende schimmels kweken en ze naar een droge habitat verplaatsen, zijn dat soort mensen die een van hun gedomesticeerden uit hun inheemse verspreidingsgebied halen."
"Over het algemeen isoleren we dingen in percelen en oogsten we de zaden die we het leukst vinden, en blijven we die zaden planten", vervolgt hij. “Als je een schimmel hebt waarvan de familieleden allemaal in een nat bos leven, en je neemt ze mee naar een droge habitat, dan kan deze niet meer ontsnappen ... Na verloop van tijd geïsoleerd voor honderdduizenden of miljoenen jaren, is dat een behoorlijk goede gelegenheid voor domesticatie. "
Maar niet alleen schimmels maakten een transformatie door. Tegelijkertijd begon de mierenlijn aanzienlijk te diversifiëren. Hun genomen verschoven tijdens de overgang van jacht-verzamelen naar landbouw, en opnieuw toen hogere vormen van schimmelkweek werden overgenomen. Schultz en collega's merkten in eerder onderzoek op dat mieren waarschijnlijk het vermogen verloren om een belangrijk aminozuur, arginine, te maken, omdat ze een gemakkelijke bron in de schimmels hadden - en nu afhankelijk zijn geworden van die bron.
Mycologen die hetzelfde systeem bestuderen, zien het misschien als een systeem waarin de schimmels de mieren gebruikten, in plaats van andersom. “Het klinkt misschien een beetje slecht voor de schimmels, maar het is ook in hun voordeel. Al hun behoeften worden verzorgd, ”zegt Diana Six, een entomoloog van de Universiteit van Montana. "Ik denk dat de schimmels de situatie echt ook manipuleren."
Zes, die niet bij het onderzoek betrokken waren, voegt eraan toe dat Schultz en collega's in staat waren een complex evolutionair verhaal uit elkaar te halen dat niet veel eerdere veronderstellingen ondersteunde - namelijk dat de evolutie van vochtminnende schimmels zou zijn aangedreven door druk in vochtige regenwouden waar ze woonden. "Het idee dat er met deze symbio's iets moet zijn dat die specificiteit afdwingt, en dat isolement heeft geleid tot deze extreme afhankelijkheid ... Het is echt heel logisch, " zegt Six. "Maar er zijn mensen nodig om een beetje buiten de kaders te denken om dat soort antwoorden te vinden."
Geavanceerde mierenlandbouw, zoals je zou verwachten, verschilt op een aantal voor de hand liggende manieren van menselijke inspanningen (bijvoorbeeld minder tractoren). Toch gelooft Schultz dat we iets kunnen leren door te observeren hoe een van de weinige andere landbouwsoorten - inclusief termieten, kevers en bijen - hun gewassen beheert.
Bijvoorbeeld: net als sommige industriële boeren verbouwen mieren die schimmels kweken een enkel soort gewas. Ze slagen er echter in dit te doen zonder te bezwijken aan vijanden zoals ziekten of plagen die menselijke gewassen bedreigen wanneer ze genetische diversiteit verliezen. Mieren bereiken deze opmerkelijke prestatie door hun ondergrondse tuinkamers vlekkeloos te houden om de mogelijkheid van ziekte te beperken, en door een soort natuurlijk antibioticum te produceren dat als een pesticide fungeert, vechten tegen een parasitaire schimmel die hun voedselbron bedreigt.
Deze strategieën houden ziekteverwekkers effectief onder controle, maar vernietigen ze niet zoals mensen dat vaak doen, soms zonder betekenis. In plaats daarvan hebben mieren een duurzaam evenwicht bereikt dat mensen er goed aan zouden kunnen doen, zegt Schultz.
"Ze groeien een monocultuur, maar er zijn allerlei bacteriën en andere microben die goedaardig of zelfs nuttig kunnen zijn, " zegt Schultz. "Het is als een klein ecosysteem dat ze cultiveren." Evenzo, in de menselijke landbouw, "als we een gewas verbouwen, kweken we niet zomaar iets als maïs, " voegt hij eraan toe. "We kweken ook al deze microben in de grond, en er is waarschijnlijk een optimale ecologische mix van microben die het beste is voor gezonde grond en gezonde maïs."
De plaats van de mierenkolonie in het grotere lokale ecosysteem kan ook een paar lessen voor menselijke boeren bevatten, merkt Schultz op. Zie een bladkolonie als een enkele grote grazende gewervelde: het gecombineerde gewicht van een kolonie is vergelijkbaar met dat van bijvoorbeeld een koe, en het kan vergelijkbare hoeveelheden lokale vegetatie consumeren gedurende een vergelijkbare periode.
"Waarom vernietigen ze niet gewoon alle vegetatie in een gebied en moeten ze zich verplaatsen?" Vraagt hij. Een reden is dat de lokale vegetatie zich ook heeft ontwikkeld in synchroon met de koloniën. Een boom die door mieren tot de dood wordt beweid, kan een toxine uitdrukken dat zijn bladeren onverteerbaar maakt voor de schimmels van de mieren, waardoor ze verder gaan zodat de boom kan regenereren.
“Ze doen het niet opzettelijk; het is niet alsof ze er bewust voor kiezen om een boom niet te decimeren, "voegt hij eraan toe." Maar een heel lokaal ecosysteem en alle organismen erin zijn samen geëvolueerd naar een soort stabiele staat, die dit soort duurzame landbouw produceert. " de kleinsten onder ons, zo lijkt het, er kunnen grotere lessen uit voortkomen.
