Книга: Эволюция: Триумф идеи

Муравьи: первые земледельцы

Мы, люди, гордимся своими изобретениями и считаем, что первыми придумали сельское хозяйство, но на самом деле это не так. В результате одного из самых необычайных эпизодов коэволюции некоторые виды муравьев еще 50 млн лет назад начали разводить грибы. Их плантации и сегодня весьма успешны, к тому же муравьям удалось избежать многих проблем с вредителями, от которых так страдают земледельцы-люди. Нам было бы очень полезно поучиться у муравьев.

Муравьи-листорезы обитают в тропических лесах по всему миру. У многих видов этих муравьев существует каста крупных муравьев-фуражиров, которые каждый день отправляются на поиски деревьев и кустов. Они взбираются на растения и откусывают части листьев, которые затем дружной колонной несут в гнездо. Там крупные муравьи передают листья более мелким, и те делят принесенные кусочки на более мелкие. Затем в дело вступают еще более мелкие муравьи, получаются еще более мелкие кусочки и т. д., пока листья не превратятся в однородную зеленую массу. Затем муравьи распределяют полученную массу как удобрение по плантациям грибов, расположенным на нижних уровнях гнезда. Грибы пробиваются сквозь плотную лиственную массу и вырастают, а муравьи затем собирают части грибов, богатые питательными веществами. (Не все муравьи, занимающиеся разведением грибов, удобряют свои плантации листьями; многие виды собирают для этого в лесной подстилке другие органические вещества, такие как опавшие цветы и семена.)

Грибы, растущие на плантациях муравьев-листорезов, полностью зависят от своих хозяев. Обычные грибы для размножения выращивают плодовое тело, наполненное спорами, которые затем разносит ветер. Садовые грибы потеряли способность выращивать плодовое тело. Они растут в муравьиных гнездах и покидают их только тогда, когда юная царица, отправляясь основывать новую колонию, берет кусочек грибницы в рот.

Муравьи-листорезы получают за свои труды неплохое вознаграждение. Дело в том, что они не способны переваривать растительные ткани и поэтому в большинстве не могут воспользоваться громадными запасами пищи, которые их окружают. Муравьи-листорезы поручают тяжелую работу по переработке листьев своим одомашненным грибам. Именно сотрудничество с грибами позволило этим муравьям стать сильнейшими игроками тропического леса. В некоторых регионах муравьи съедают до пятой части всех вырастающих за год листьев.

Пытаясь понять, как возникло такое замечательное сотрудничество, ученые исследуют эволюционные взаимоотношения между муравьями и грибами. Поскольку все 200 видов муравьев, занимающиеся разведением грибов, состоят в близком родстве (и в рядах этой тесной группы нет видов, которые бы не занимались земледелием), ученые давно пришли к выводу, что началось все с единственной изначальной линии муравьев, которые изобрели земледелие. После этого секрет передавался потомкам во рту каждой новой царицы. По мере появления новых видов муравьев их грибы тоже эволюционировали и образовывали новые виды. Ясно, что в таком случае эволюционное древо муравьиных грибов должно было точно отображать эволюционное древо самих муравьев.

Но оказалось, что на самом деле все было не так. Еще в начале 1990-х гг. Ульрих Мюллер из Техасского университета и Тед Шульц из Смитсонианского института начали объезжать джунгли по всему миру и собирать муравьев-листорезов и образцы их грибов. В лабораториях ученые и их коллеги упорядочили ДНК муравьев и грибов и восстановили по ним эволюционные связи. Получилось, что муравьи независимо одомашнивали разные грибы по крайней мере шесть раз. Далее эти шесть различных поколении одомашненных грибов эволюционировали параллельно с муравьями и дробились на виды тогда же, когда это делали их хозяева-муравьи. Но во многих случаях колонии муравьев обменивались между собой видами грибов.

В настоящее время Мюллер выясняет, как могли проходить такие обмены. «Один из возможных сценариев, — говорит он, — состоит в том, что время от времени патогенные микроорганизмы губят целые плантации. Муравьям ничего не остается, кроме как пойти к соседнему гнезду и украсть кусочек грибницы на замену или временно объединиться с муравьями соседнего гнезда в единую общину. Но иногда мы видим, что муравьи вторгаются в соседнее гнездо силой, уничтожают его обитателей и захватывают их плантации».

Благодаря работам Мюллера муравьи теперь представляются более похожими на людей-земледельцев, чем когда-либо прежде. Наши предки в Китае, Африке, Мексике и на Ближнем Востоке одомашнили несколько растений и животных — крохотную долю всех живущих на Земле диких видов, точно так же, как муравьи одомашнили несколько из сотен тысяч видов грибов. Человеческие культуры контактировали между собой и обменивались одомашненными растениями, как муравьиные роды спорами грибов. Единственная серьезная разница между человеком и муравьем состоит в том, что муравьи занялись сельским хозяйством на 50 млн лет раньше нас.

Муравьям-листорезам тоже приходится бороться с вредителями, как и земледельцам-людям. В случае муравьев это, к примеру, грибы-паразиты — определенные виды грибов, паразитирующие на садовых грибах муравьиных плантаций. Одна-единственная спора гриба-паразита, попавшая на плантацию, может уничтожить ее за несколько дней.

Но Кэмерон Карри, коллега Мюллера по Техасскому университету, обнаружил, что муравьи охраняют свои плантации от грибов-паразитов и активно пользуются при этом фунгицидами. Тела муравьев покрыты тонким пылевидным слоем бактерий Streptomyces. Эти бактерии производят химическое вещество, которое убивает грибы-паразиты и одновременно стимулирует рост садовых грибов. Каждый из 22 видов муравьев-листорезов, которые исследовал Карри, является носителем собственного штамма Streptomyces.

Судя по тому, что все виды муравьев-листорезов, изученные Карри, носят с собой Streptomyces, вполне возможно, что самые первые муравьи-земледельцы миллионы лет назад тоже пользовались этими бактериями. Тем не менее за все это время грибы-паразиты не выработали сколько-нибудь существенной сопротивляемости фунгициду. Как такое может быть? Ведь мы, люди, получили (сами того не желая) резистентные виды вредителей всего за несколько десятков лет. Карри с коллегами только начинают разбираться в этом вопросе, но у них уже есть рабочая гипотеза: когда мы пользуемся пестицидом, мы берем отдельную молекулу, изолируем ее, воспроизводим в громадных количествах и обрушиваем на насекомых. Но Streptomyces — живой организм, способный изобретать новые формы фунгицидов в ответ на любое приспособление, которое появляется у грибов-паразитов. Иными словами, муравьи используют законы эволюции в своих интересах, тогда как мы обращаем их против себя.