Badanie niezwykłej hodowli grzybów przez mrówki
Mrówki tnące liście wykazują fascynujące podobieństwo do ludzkich rolników. Podczas gdy ludzie zajmują się udomawianiem upraw od tysięcy lat, mrówki te zbierają roślinność niezbędną do uprawy grzybów od milionów lat. Ludzkie rolnictwo jest coraz bardziej zagrożone przez szybko zmieniający się globalny klimat. Z kolei mrówki tnące liście z powodzeniem uprawiają rośliny służące wzrostowi grzybów, od Teksasu po Argentynę, w skrajnie zmiennych warunkach opadów deszczu i temperatury. „Fascynujące jest to, że ich systemy rolnicze przetrwały miliony lat w różnych siedliskach, co sugeruje, że osiągnęły one odporność na zmiany klimatu. Moje badania mają na celu odkrycie mechanizmów umożliwiających uzyskanie takiej odporności”, opowiada Jonathan Shik, profesor nadzwyczajny na Wydziale Biologii Uniwersytetu Kopenhaskiego i koordynator projektu ELEVATE. W ramach projektu ELEVATE, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Shik i jego zespół badali mrówki tnące liście, aby rzucić światło na ich procesy rolnicze i ogólne zasady ewolucyjne rządzące udomowieniem upraw. „Badania te miały na celu zrozumienie dynamiki koewolucji, która umożliwiła mrówkom ewolucję wyrafinowanych systemów rolniczych z grzybowym symbiontem”, wyjaśnia Shik.
Badanie hodowli mrówek w lesie deszczowym i laboratorium
Podobnie jak każdy odnoszący sukcesy rolnik, mrówki muszą nawozić swoje uprawy określonymi mieszankami składników odżywczych, których potrzebują do rozwoju. Ludzcy rolnicy używają nawozów nieorganicznych, podczas gdy mrówki tnące liście zbierają świeże fragmenty roślinności, które przekształcają w odżywczą ściółkę i sadzą w swoim ogrodzie grzybowym. „Skąd te mrówki «wiedzą», jakich konkretnych składników odżywczych potrzebują ich grzybowe uprawy? Jakie są specyficzne potrzeby żywieniowe takich upraw?”, pyta Shik. Aby się tego dowiedzieć, zespół projektu ELEVATE badał wolno żyjące mrówki tego gatunku w tropikalnym panamskim lesie deszczowym. Naukowcy pobrali fragmenty liści ze szczęk mrówek, a następnie przeanalizowali je pod kątem zawartości składników odżywczych w celu ustalenia, które składniki odżywcze mrówki wykorzystują do „nawożenia” swoich upraw grzybów. Inna część projektu obejmowała wyizolowanie grzyba z kolonii tych mrówek i wyhodowanie go w szalkach Petriego. Pozwoliło to badaczom ustalić warunki, w których grzyb rośnie najlepiej. Naukowcy połączyli następnie dane z lasu deszczowego i eksperymentów w szalkach Petriego, aby sprawdzić, czy składniki odżywcze zbierane przez mrówki odpowiadają „optymalnym” wymaganiom wzrostu odmiany grzyba.
Rzucenie światła na podobieństwa w rolnictwie
Jednym z głównych ustaleń projektu ELEVATE było odkrycie ewolucyjnych kompromisów związanych z udomowieniem upraw u mrówek hodujących grzyby, które są podobne do kompromisów obserwowanych w ludzkich systemach rolniczych. Zespół odkrył, że w miarę jak uprawy grzybów stawały się z czasem coraz bardziej wyspecjalizowane, zaczęły dostarczać wyższej jakości składników odżywczych, ale stały się również mniej odporne na spadek składników odżywczych. To uczyniło je bardziej zależnymi od hodowców. Naukowcy odkryli również molekularne i komórkowe mechanizmy stojące za uprawą grzybów oraz sposób, w jaki zapewniają one mrówkom korzyści odżywcze. „Wykazaliśmy, że odmiana grzyba altruistycznie przetwarza własne składniki komórkowe – w procesie zwanym autofagią – w metabolity odżywcze wykorzystywane do zaopatrywania hodowców-mrówek”.
Kluczowe zasady udomowienia upraw
Shik dodaje, że badania te mogą nie przełożyć się bezpośrednio na pomoc dla ludzkiego systemu rolniczego, ale ujawniły niektóre z podstawowych zasad ewolucyjnych rządzących udomowieniem upraw. „Nie potrzeba do tego ludzkich zdolności poznawczych, kultury ani innowacji technologicznych”, mówi.
Słowa kluczowe
ELEVATE, mrówka, rolnictwo, klimat, zmiana, udomowione, uprawy, rolniczy, podobieństwa