Onder het bladerdak van het regenwoud bouwt een laag gebrul van insecten zich op tot periodieke crescendo's als kastanjebruine en mandarijnkleurige bladeren groter dan eetborden naar beneden drijven van takken erboven. Scarlet ara's en geel-geribbelde toekans geven raspy oproepen. Kapucijnen apen laten afval uit de bomen vallen op vier biologen die zich een weg banen langs een stuk Amazone-regenwoud, slechts een paar uur rijden ten noorden van Manaus, Brazilië. In dit uitgestrekte oerwoud, dat honderden kilometers ononderbroken naar de Venezolaanse grens loopt, zoeken ze naar aanwijzingen om een buitengewone evolutionaire gebeurtenis te verklaren.
gerelateerde inhoud
- EO Wilson dringt er bij de wetenschappers van morgen op aan om de onontdekte rijkdommen van de aarde te zoeken
Ergens in de buurt van deze plek 50 miljoen jaar geleden, nadat de dinosaurussen verdwenen waren, begonnen bepaalde mierensoorten te cultiveren en te eten. Van alle dieren op aarde verbouwen alleen deze specifieke mieren, verschillende soorten kevers en termieten - en natuurlijk mensen - hun eigen voedsel. Op de een of andere manier ging deze nieuwe mierenstam, de attines, - in antropomorfe termen - van jagers-verzamelaars naar boeren. Hoe en waarom ze dat deden, blijft een verleidelijk mysterie.
Ted Schultz, een onderzoeksentomoloog van het National Museum of Natural History van het Smithsonian Institute, knielt met de intensiteit van een smekeling bij de ingang van een mierennest. Hij heeft een dweil teerzwart haar en ogen die lijken op grote houtskoolbollen achter dikke lenzen. Het object van zijn interesse is een nest van bladsnijders, de opzichtigste van de attine mieren.
Twintig voet omhoog een nabijgelegen trompetboom, zetten de mieren op vers gekiemde bladeren, onderkaken open en hakken elegante halve manen uit. Ze laden deze stekken, die tot tien keer meer wegen dan ze doen, over hun rug en gaan naar huis, terug stromend door de boom in een golvende lijn, niet in tegenstelling tot een band van aangeschoten piano-verhuizers. Op een kleine afstand lijken de mieren, gekleed in stijlvolle neon-groene hoeden, te dansen.
Andere stromen bladsnijders stromen vanuit de schaduwen over broze, stervende bladeren naar een open plek van vermiljoen zandgrond rond kraters in het vuil. Ze slenteren langs grotere mieren met extra grote onderkaken die bij de ingang van het nest staan en verdwijnen in lange, gebogen ondergrondse kanalen, die zich openen naar duizenden kamers die zich naar beneden verspreiden door rotsvast vuil.
Miljoenen mieren in een gebied ter grootte van een kleine slaapkamer vullen de nesten. Eenmaal in de kamers laten de bladen hun lasten vallen. Kleine tuiniermieren nemen het over. Ze reinigen, knippen en krimpen de randen van de bladeren, smeren hun eigen afscheidingen erop en maken de oppervlakken ruw. Op deze stukjes blad, die ze in nette rijen op een rij zetten, plaatsen de mieren dan stukjes inlandse schimmel.
Schultz en zijn nauwe medewerker, Ulrich Mueller, een gedragsecoloog van de Universiteit van Texas in Austin, geloven dat het vermogen van de scharen om schimmels te laten groeien en oogsten verwant is aan de menselijke landbouw. Ze suggereren zelfs dat mensen iets te leren hebben van de mieren, verwijzend naar de recente ontdekking dat attines antibiotica gebruiken om ziekten onder controle te houden in hun schimmeltuinen. "Heb je ooit geprobeerd iets in de tropen langer dan een paar seconden vrij te houden van ongedierte?" Zegt Schultz. "Dit is een verbazingwekkende prestatie." Misschien, suggereert hij, zal een zorgvuldige studie van de mieren manieren opleveren voor mensen om ziekten te bestrijden of duurzamer te kweken. "Deze mieren hebben een positief feedbacksysteem - 50 miljoen jaar duurzame landbouw", zegt Schultz.
Dit opmerkelijke record lijkt vooral aangrijpend hier in het regenwoud. Tijdens de rit naar het noorden op de nieuwe, 1000-mijl snelweg die loopt van Manaus naar Caracas, is het visgraatpatroon van ontwikkeling dat grote delen van de Amazone vernietigt duidelijk, met nieuwe vuilhouten wegen die in alle richtingen waaien. "De bladenknippertjes zijn daarentegen geen dingen", merkt Schultz op. “Je zou je veel scenario's kunnen voorstellen waarbij de mierennesten in deze bossen alleen maar groter en groter worden, waar ze deze landbouw zo ver zouden voeren dat ze het hele systeem zouden laten kantelen. Maar dat doen ze niet. '
Schultz en Mueller zijn teruggekeerd naar de Amazone om erachter te komen hoe de eerste mier - de moeder van alle tuinmanmieren - het voedsel van haar kolonie begon te kweken. Hoe zag ze er uit? Hoe gedroeg ze zich? En hoe is ze in vredesnaam omgegaan met zo'n ingrijpende transformatie?
Mensen zijn al eeuwen geïntrigeerd door bladmieren. De Popol Vuh, de oude Maya-kroniek, vierde hun intelligentie en communicatieve vaardigheden. Charles Darwin, bij zijn eerste bezoek aan het tropische woud van Brazilië, werd getroffen door hun alomtegenwoordigheid en ijver. "Goed gebaande paden vertakken zich in elke richting, waarop een leger van onfeilbare foragers kan worden gezien, " schreef hij in 1839.
Een paar decennia later, de grote Engelse natuuronderzoeker Henry Walter Bates, noteerde de industrie en de gratie van de bladscharen in zijn meesterwerk uit 1863, The Naturalist on the River Amazons, registreerde ook een meer angstaanjagend beeld - dat van lokale boeren die de mieren als een "verschrikkelijke plaag. 'Maar Bates dacht, net als andere waarnemers, dat de scharen hun stekken gebruikten als bescherming tegen regen. (Ze worden ook parasolmieren genoemd.) Er was een ingenieur en autodidact ecoloog, Thomas Belt, nodig om er eindelijk achter te komen hoe de bladeren daadwerkelijk werden gebruikt. Tijdens een mijnoperatie in Nicaragua heeft Belt twee nesten van bladsnijders opgegraven. Tot zijn verbazing kon hij weinig tekenen van afgesneden bladeren vinden. Na nauwkeurig onderzoek van het sponsachtige bruine materiaal dat de kamers vulde, merkte Belt echter op “minutieus onderverdeelde stukjes bladeren, verdord tot een bruine kleur en begroeid en licht met elkaar verbonden door een minuut witte schimmel. . . . "De bladsnijders, schreef Belt in 1874, " zijn in werkelijkheid paddenstoelenkwekers en eters. "
Niet lang daarna schreef William Morton Wheeler, de deken van mierenonderzoek bij Harvard, een heel boek over de schimmelkwekers. En Edward O. Wilson, die later Wheeler zou opvolgen als de vooraanstaande mierengeleerde in Harvard, noemde leafcutters 'een van de meest geavanceerde van alle sociale insecten'.
Maar onderzoekers die de doorbraakobservaties van Belt probeerden beter te begrijpen, stuitten op grote obstakels, vooral bij het identificeren van het soort schimmels dat de mieren groeiden. Wetenschappers identificeren meestal een schimmel door zijn sporofoor, het deel van de plant dat sporen produceert. In mierentuinen zijn de sporoforen echter zelden aanwezig om onduidelijke redenen. "Het is alsof de mieren de schimmel hebben gecastreerd", legt Schultz uit. (In wezen verspreiden de mieren de schimmels door stekken te nemen.) Bij gebrek aan een methode voor het identificeren van schimmeltypen, misten wetenschappers het halve verhaal.
Hier stonden de zaken toen Mueller en Schultz eind jaren tachtig voor het eerst elkaar kruisten bij Cornell University. Daar werkten ze samen met schimmelspecialisten Ignacio Chapela, nu aan de Universiteit van Californië in Berkeley, en Stephen Rehner van het Amerikaanse ministerie van Landbouw in Beltsville, Maryland. Chapela trok individuele schimmelsoorten uit de mierentuinen en hield ze in leven. Met behulp van moleculaire genetica technieken beschreef Rehner vervolgens de verschillen tussen de verschillende stammen. Schultz matcht die resultaten met zijn DNA-analyse van de bijbehorende mieren. In 1994 publiceerde het viertal een studie in Science magazine waarin de interactie tussen schimmels en de mieren werd gedocumenteerd. "Het is nu duidelijk, " schreven ze, "dat de oorsprong van het schimmelgroeiende gedrag een uiterst zeldzame gebeurtenis was, die slechts één keer in de evolutionaire geschiedenis van de mieren plaatsvond." De meest verfijnde attines, vermoedden de onderzoekers, hadden gepropageerd één schimmellijn voor minstens 23 miljoen jaar.
In een follow-up rapport vier jaar later, hebben Mueller, Rehner en Schultz de geaccepteerde wijsheid aangepast, met het argument dat attine-schimmels vaak een verscheidenheid aan soorten vertegenwoordigden - niet slechts één die werd overgedragen door koninginnen van nest tot nest te stichten. De wetenschappers schreven meer "primitieve" attines, soms delen ze hun schimmel met elkaar, zelfs met verre verwante mierensoorten - een versie, volgens de biologen, van vruchtwisseling. "We kunnen aantonen dat het falen van gewassen een groot probleem in hun leven is", legt Mueller uit. “Ze doen hetzelfde als mensen hebben gedaan, naar de buren gaan om een vervanger te vinden, soms te stelen, soms overmatig rennen en ook de buren doden. We hebben dit in het lab getoond. Het volgende logische is om er in het wild naar te zoeken. '
De voorliefde van wetenschappers voor het vergelijken van mierenteelt met menselijke landbouw heeft critici getrokken. Naomi Pierce, een Harvard-specialist in mier / plant-interacties, prijst hun veldwerk, maar denkt dat het veranderen van mieren in boeren misschien te ver gaat. "Het probleem is dat je in de val kunt lopen door de metafoor, " zegt ze. Mieren hebben de landbouw natuurlijk niet bewust ontwikkeld. Het projecteren van menselijke intentie op mieren, zegt Ignacio Chapela, kan onderzoekers blind maken voor de redenen waarom mieren doen wat ze doen.
Terwijl Mueller en Schultz werkten aan de relatie van de mieren met schimmels, merkte een team van biologen aan de Universiteit van Toronto op - en vroegen zich af - over de aanwezigheid van een hardnekkige en verwoestende schimmel, Escovopsis genaamd, in attine-tuinen. Hoe was het, vroegen ze, dat deze krachtige parasiet niet regelmatig de attine nesten overviel? Ze namen nota van een wit poeder aan de onderkant van de attine mieren en identificeerden het uiteindelijk als een soort bacterie, Streptomyces, die antibiotica uitscheidt. De antibiotica hielden de Escovopsis op afstand. Wat nog belangrijker is, was dat ze dit gedurende lange tijd deden, zonder dat de Escovopsis volledig resistent werden.
Er kan een soort 'geënsceneerde wapenwedloop' zijn, zegt Cameron Currie, een van de onderzoekers van Toronto (nu aan de Universiteit van Kansas), waarin de attine-antibiotica zich voortdurend aanpassen aan elke weerstand die is opgebouwd in de Escovopsis . De parasiet wordt niet volledig weggevaagd, maar hij spoelt het nest ook niet. Currie probeert nu te bepalen hoe lang dit chemische kruisvuur al heeft plaatsgevonden.
Een schoolvoorbeeld van symbiose tussen de mieren en schimmels bleek plotseling vier grote spelers te hebben - of vijf, als je de antibiotica telt die door de bacteriën worden geproduceerd. Wanneer deze antibiotica niet werken, hakken de mieren besmette stukjes schimmel weg en slepen ze ver van het nest.
In het regenwoud moet de dageraad nog breken; nachtelijke Blepharidatta- mieren, naaste familieleden van de attines, zijn nog steeds aan het werk en slepen minuscule graankorrels, die Mueller de avond ervoor verspreidde. Het aas heeft Mueller de Blepharidatta naar hun nest laten volgen. Omdat Blepharidatta, die geen schimmel groeien, is waargenomen met stukjes vrij levende schimmel, vermoedt Mueller dat ze op het punt staan zelf te kweken. Mueller is vooral geïntrigeerd door experimenten waarbij Blepharidatta klompjes schimmel dichter bij hun nesten brengt. "We zijn op zoek naar iets heel diep in het evolutionaire verleden", zegt Mueller. “Sommige mieren in deze bossen begonnen zich te associëren met de schimmel. En die overgang is dezelfde overgang die mensen hebben gemaakt. '
Mueller schakelt een koplamp in. "We proberen dingen terug te vinden, maar we zullen de 'voorouder' hier natuurlijk niet vinden, " legt hij uit. "Wat we zoeken is een soort die enkele eigenschappen heeft behouden die de voorouder kenmerkten." Het is niet anders dan hoe taalkundigen geïsoleerde mensen bezoeken om te bestuderen hoe spraakpatronen zijn veranderd, zegt hij. "Dat is zoiets als wat we hier doen, kijken naar hoe het meest primitieve gedrag wellicht uitgebreider gedrag heeft opgeleverd." Evolutie, met andere woorden, verloopt minder netjes dan de duidelijke lijnen die je je misschien herinnert van de middelbare school en meer zoals een film waarin reeksen kunnen worden herhaald, ongewijzigd blijven of zelfs achteruit lopen in een soort tegenstrijdig verhaal.
Mueller's broek is gestreept van zweet en modder, vlammende striemen lopen over zijn nek en armen en muggen zoemen in de buurt van zijn oren. "We zijn een beetje abnormaal in onze obsessies, " geeft hij toe. “We zijn echt extreem. Wie anders zou in het bos zweten om deze domme mieren te vinden! '
Als kind, zegt Mueller, was hij “niet erg geïnteresseerd in insecten.” Misschien was dit omdat zijn vader, een botanicus voor het chemische bedrijf Bayer, getroffen werd door een mysterieuze tropische ziekte die opgelopen was tijdens een expeditie in El Salvador toen Ulrich was slechts 4 jaar oud. Mueller was 9 toen zijn vader stierf aan de ziekte. Nadat hij de medische school had verlaten, las hij het controversiële boek Sociobiology van Edward O. Wilson (een poging om het gedrag van alle dieren, van mieren tot mensen, in één grote synthese te verbinden). Onmiddellijk wist hij wat hij met zijn leven wilde doen, om "een evolutionaire benadering te volgen voor het begrijpen van dierlijk gedrag, sociaal gedrag en vervolgens menselijk gedrag."
Schultz kwam ook bij mieren via een omweg die werd beïnvloed door Wilson. Opgegroeid in een klein stadje in de stad ten zuiden van Chicago, de zoon van ouders die niet naar school gingen, ging Schultz naar een strenge Lutherse school. Daar probeerde een van zijn leraren hem ervan te overtuigen dat "dinosaurusbotten net in de grond door God waren begraven om ons geloof te testen."
Nadat hij de Universiteit van Chicago had verlaten en in het begin van de jaren zeventig naar het westen naar San Francisco was afgedreven, bekleedde Schultz een aantal functies - tandtechnicus, waterbedstoffeerder en drukker - voordat hij zijn hand probeerde te schrijven als schrijver van kritische essays over paranormale verschijnselen ( 'Blobs From Space' en 'Stranger than Science'). Op weg naar zijn werk op een ochtend begon Schultz, toen in zijn dertiger jaren, Wilson's The Insect Society te lezen . Mieren trokken hem aan omdat ze 'esthetische aantrekkingskracht' combineerden met tastbaarheid. "Ik achtervolgde veel dingen die me verwonderden", herinnert Schultz zich. "Maar ik had een criterium nodig om niet alleen die dingen uit te zoeken die vol verwondering lijken te zijn, maar die dingen die vol verwondering lijken te zijn en echt zijn ."
Hoewel duizenden mieren van tientallen soorten onderweg zijn door dik bladafval, is Schultz gefixeerd op een bepaalde, solitaire mier, die een stuk wilde paddestoel heeft geknipt en de buit over een boomstam sleept, wankelend onder zijn lading. "Hé, dit moet je zien!" Roept Schultz naar Mueller. Het is een Trachymyrmex, een van de meer afgeleide, of 'hogere' attines.
Schultz is enthousiast. En verrast. Hoewel hij heeft gelezen over attines die wilde schimmels in hun nest dragen, heeft hij nog nooit iemand het zien doen. En waarom zouden ze? De introductie van een incompatibele schimmel kan de hele mierentuin verstoren of zelfs vernietigen. Wat is hier aan de hand?
"Dit is een puzzel", zegt Schultz. "Ik zou verwachten dat de mieren erg kieskeurig zijn over wat ze in het nest brengen, een soort sensorische vooringenomenheid hebben die de 'goede' schimmels accepteert en alle 'slechte' schimmels afwijst." Mueller merkt op dat veel planten mieren gebruiken om verspreiden zaden, maar het blijft onduidelijk of de mieren keuze maken over wat ze oppakken, of alleen reageren op de verleiding van plantenscheidingen.
Schultz ziet er positief duizelig uit, hoewel de mier en zijn schimmel veel van de dingen die hij en zijn collega's hebben geschreven op zijn kop kunnen zetten, om nog maar te zwijgen over de meeste van hun veronderstellingen. "Misschien is het niet dat de mier de schimmel heeft gevonden, " suggereert Mueller met een wrange glimlach. "Misschien is het dat de schimmel de mier heeft gevonden."
Zowel Schultz als Mueller noemen hun door schimmels geobsedeerde medewerkers omdat ze hen hebben geleid tot het idee dat de schimmels evenveel profiteren van de relatie met de mieren als de mieren van de schimmels. Gedragen door de mieren, beschermd door hen en onderhouden in gigantische tuinen, hebben de schimmelklonen reproductieve capaciteiten die veel verder gaan dan wat ze onverdiend konden bereiken. Vrij levende schimmels bestaan immers vaak op slechts een klein stukje bladstrooisel en reproduceren slechts een of twee keer voordat ze uitsterven. In de nesten wordt de schimmel, volgens Stephen Rehner, "onsterfelijk in vergelijking met een van hun wilde familieleden."
Mogelijk hebben de schimmels trucs ontwikkeld om de mieren voor de gek te houden om ze te verplaatsen en te oogsten. Afscheidingen op het oppervlak van de schimmels zouden kunnen werken als geestverruimende medicijnen, die de mieren naar de dienst van de schimmels buigen. “Ik denk dat de andere schimmels voortdurend proberen de chemische codes te breken die mieren helpen hun tuinschimmels te herkennen en zeggen: 'Hé, ik proef en ruik goed! Je kunt me niet weerstaan. Haal me op en breng me naar huis '', speculeert Schultz. "Onderschat de kracht van de schimmel niet, " zegt Mueller.
Inderdaad, de volgende middag keert Schultz terug van een uitje met indrukwekkend bewijs van die kracht. Hij was een gigantische zwarte mier tegengekomen die plaatselijk bekend stond als een bala - woest, met een krachtige angel - geklemd rond de top van de tak van een struik. Het was stijf en dood. Vanaf de achterkant van het hoofd van de mier stak een bruine sporofoor gruwelijk uit, alsof in een insectenversie van de film Alien . De schimmel had het lichaam van de mier besmet, groeide van binnen en consumeerde het. Vervolgens, door een soort van nog te ontdekken katalysator, had de schimmel blijkbaar de mier aangespoord om naar de top van een tak te klimmen, waar zijn sporen tot maximaal voordeel konden worden verspreid. Daar ontsproot een sporofoor door het hoofd van de mier en liet zijn sporen los.
Terug het pad op en in het bos, ambieert Schultz, zijn shirt en broekzakken vol met flesjes gevuld met alcohol. Hij stopt naast een boomstam en schopt zijn schors af. Tuimelen een half dozijn Acromyrmex, bladsnijders die hun nesten vaak in boomstammen bouwen. Onder de gealarmeerde insecten bloeit een rel van bruine en bruine schimmel. "Je zou versteld staan hoeveel schimmeltuinen er in het bos liggen", zegt Schultz. "Ze zijn overal."
Over de heuvel, knielend in het vuil, bespioneert hij een klein stofkleurig wezen met een wiebelende, extra grote kop. Het is een Cyphomyrmex, een van de minst bestudeerde van de attines. Schultz leunt over dit wezen, niet groter dan een komma, en observeert het zorgvuldig.
Veldwerk in de Amazone is veel slordiger dan genetische analyse van mierenlichamen in het comfort van Schultz's laboratorium met airconditioning in Washington, DC. Maar dit is de enige manier om "echte, ongefilterde biologie te ervaren", zegt hij. "Het is die complexiteit die je bijna zeker zal belonen met iets dat je niet had verwacht." Misschien zal de Cyphomyrmex een klein stukje van de puzzel opgeven dat Schultz en Mueller hebben opgedragen aan hun carrière. Bij het behandelen van enkele van de grootste vragen in de kosmos, zegt Schultz terwijl hij de meanderende gang van de mier bestudeert, het het beste is om 'klein te denken. Dat is het fijne aan hier zijn. Klein denken biedt allerlei mogelijkheden. ”
