Pod baldachimem lasu deszczowego dochodzi niski ryk owadów i okresowe półksiężyca, gdy liście o barwie kasztanowca i mandarynki większe niż talerze obiadowe opadają z gałęzi powyżej. Szkarłatne ary i żółtawe tukany wydają chrapliwe wezwania. Małpy kapucynów zrzucają detrytus z drzew na czterech biologów, którzy wędrują wzdłuż pasma lasów deszczowych Amazonii, zaledwie kilka godzin jazdy samochodem na północ od Manaus w Brazylii. W tym rozległym obszarze dżungli, która biegnie nieprzerwanie przez setki mil do granicy z Wenezuelą, szukają wskazówek, aby wyjaśnić niezwykłe wydarzenie ewolucyjne.
powiązana zawartość
- EO Wilson zachęca przyszłych naukowców do poszukiwania nieodkrytych bogactw Ziemi
Gdzieś w pobliżu tego miejsca 50 milionów lat temu, po zniknięciu dinozaurów, niektóre gatunki mrówek zaczęły hodować i jeść grzyby. Ze wszystkich zwierząt na ziemi tylko te konkretne mrówki, kilka rodzajów chrząszczy i termitów - i oczywiście ludzie - hodują własne pożywienie. W jakiś sposób to nowe plemię mrówek, attines, przeszło - w kategoriach antropomorficznych - z bycia łowcami-zbieraczami na farmerów. Jak i dlaczego to zrobili, pozostaje kuszącą tajemnicą.
Ted Schultz, entomolog badawczy z Narodowego Muzeum Historii Naturalnej Smithsonian Institution, klęka z intensywnością suplikanta przy wejściu do gniazda mrówki. Ma mop smolistych włosów i oczy, które przypominają duże kule węgla drzewnego za grubymi soczewkami. Przedmiotem jego zainteresowania jest gniazdo wycinaczy liści, najbardziej błyskotliwych mrówek attykowych.
Dwadzieścia stóp nad pobliskim drzewem trąbki mrówki osadzone na świeżo wykiełkowanych liściach, otwarte żuchwy, rzeźbią eleganckie półksiężyce. Ładują te sadzonki, które ważą do dziesięciu razy więcej niż oni, nad plecami i udają się do domu, spływając z powrotem po drzewie pofalowaną linią, podobnie jak zespół przechylnych pianistów. Z małej odległości mrówki, noszące stylowe neonowozielone czapki, wyglądają, jakby tańczyły.
Inne strumienie wycinaczy liści spływają z cienia przez kruche, umierające liście do polany cynobrowej piaszczystej gleby wokół kraterów w ziemi. Mijają większe mrówki z dużymi żuchwami stojącymi w pobliżu wejścia do gniazda, znikając w długich, zakrzywionych podziemnych kanałach, które otwierają się do tysięcy komór rozchodzących się i wydostających się przez skałę.
Miliony mrówek na powierzchni wielkości małej sypialni wypełniają gniazda. Gdy znajdą się w komnacie, kosiarki liści zrzucają ciężary. Małe mrówki ogrodowe przejmują kontrolę. Oczyszczają, przycinają i zaciskają krawędzie liści, rozmazują na nich własne wydzieliny i chropowate powierzchnie. Na tych kawałkach liści, które układają w równe rzędy, mrówki umieszczają następnie kawałki rodzimych grzybów.
Schultz i jego bliski współpracownik, Ulrich Mueller, ekolog behawioralny z University of Texas w Austin, uważają, że zdolność kosiarek do uprawy i zbioru grzybów jest podobna do rolnictwa ludzkiego. Sugerują nawet, że ludzie mają coś do nauczenia się od mrówek, wskazując na niedawne odkrycie, że attyni używają antybiotyków do kontrolowania chorób w ogrodach grzybowych. „Czy kiedykolwiek próbowałeś utrzymać coś w tropikach wolnych od szkodników przez ponad kilka sekund?” - mówi Schultz. „To niesamowite osiągnięcie”. Być może, jak sugeruje, dokładne badanie mrówek da ludziom sposoby walki z chorobami lub bardziej zrównoważoną hodowlę. „Te mrówki mają system pozytywnego sprzężenia zwrotnego - 50 milionów lat zrównoważonego rolnictwa”, mówi Schultz.
Ten niezwykły zapis wydaje się szczególnie wzruszający tutaj w lesie deszczowym. Podczas jazdy na północ nową, 1000-kilometrową autostradą biegnącą z Manaus do Caracas widoczny jest rybi rozwój, który niszczy duże połacie Amazonki, a nowe drogi zrębowe rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Natomiast „wycinarki liści nie wypaczają rzeczy”, zauważa Schultz. „Można sobie wyobrazić wiele scenariuszy, w których gniazda mrówek w tych lasach stają się coraz większe i większe, gdzie przenoszą to rolnictwo do punktu, w którym przechylają cały system. Ale oni nie.
Schultz i Mueller wrócili do Amazonki, aby dowiedzieć się, w jaki sposób pierwsza mrówka - matka wszystkich mrówek ogrodniczych - zaczęła hodować pożywienie swojej kolonii. Jak ona wygląda? Jak się zachowywała? I jak, u licha, udało jej się dokonać tak doniosłej transformacji?
Od stuleci ludzie intrygują mrówki. Popol Vuh, starożytna kronika Majów, świętowała ich inteligencję i umiejętności komunikacyjne. Charles Darwin, po raz pierwszy odwiedzając tropikalny las Brazylii, był zaskoczony ich wszechobecnością i pracowitością. „Dobrze pokonane ścieżki rozgałęziają się we wszystkich kierunkach, na których widać armię niesłabnących zbieraczy” - napisał w 1839 r.
Kilka dziesięcioleci później wielki angielski przyrodnik Henry Walter Bates, zwracając uwagę na przemysł i wdzięk liści w swoim arcydziele z 1863 r., Naturalista nad rzeką Amazonką, również zanotował bardziej złowrogie spojrzenie - miejscowych rolników, którzy uważali mrówki za „okropne” szkodniki. ”Ale Bates, podobnie jak inni obserwatorzy, sądził, że drwali używali swoich sadzonek jako ochrony przed deszczem. (Nazywa się je również mrówkami parasolowymi.) Inżynier i samouk ekolog, Thomas Belt, w końcu zorientował się, jak faktycznie wykorzystano liście. Podczas operacji wydobywczej w Nikaragui Belt wykopał dwa gniazda wycinaczy liści. Ku jego zaskoczeniu, znalazł kilka śladów ciętych liści. Jednak po dokładnym zbadaniu gąbczastego brązowego materiału wypełniającego komory, Belt zauważył „drobno podzielone kawałki liści, uschnięte na brązowy kolor, zarośnięte i lekko połączone ze sobą drobnym białym grzybem. . . ”. Rozdrabniacze liści, Belt napisał w 1874 r., „ W rzeczywistości są hodowcami i zjadaczami grzybów ”.
Niedługo potem William Morton Wheeler, dziekan badań nad mrówkami na Harvardzie, napisał całą książkę o hodowcach grzybów. A Edward O. Wilson, który później zastąpi Wheelera jako wybitnego uczonego mrówki na Harvardzie, nazwał wycinarki liści „jednym z najbardziej zaawansowanych spośród wszystkich owadów społecznych”.
Ale badacze próbujący lepiej zrozumieć przełomowe obserwacje Pasa napotkali poważne przeszkody, szczególnie jeśli chodzi o identyfikację grzybów, które hodowały mrówki. Naukowcy zazwyczaj identyfikują grzyba poprzez sporofor, część rośliny, która wytwarza zarodniki. Jednak w ogrodach mrówek sporofory rzadko występują z przyczyn, które pozostają niejasne. „To tak, jakby mrówki wykastrowały grzyba” - wyjaśnia Schultz. (W gruncie rzeczy mrówki rozmnażają grzyby, pobierając sadzonki). Brakuje metody identyfikacji typów grzybów, naukowcom brakowało połowy historii.
Tak było, kiedy Mueller i Schultz po raz pierwszy skrzyżowali ścieżki na Cornell University pod koniec lat osiemdziesiątych. Tam połączyli siły ze specjalistami od grzybów Ignacio Chapela, obecnie na University of California w Berkeley, i Stephenem Rehnerem z Departamentu Rolnictwa USA w Beltsville w stanie Maryland. Chapela wyciągała poszczególne szczepy grzybów z ogrodów mrówek i utrzymywała je przy życiu. Stosując techniki genetyki molekularnej, Rehner następnie opisał różnice między różnymi szczepami. Schultz dopasował te wyniki do swojej analizy DNA powiązanych mrówek. W 1994 roku czwórka opublikowała badanie w czasopiśmie Science dokumentujące interakcje między grzybami a mrówkami. „Teraz jest jasne - pisali - że pochodzenie zachowań grzybów było niezwykle rzadkim wydarzeniem, które miało miejsce tylko raz w ewolucyjnej historii mrówek.” Najbardziej wyrafinowani attysi, jak przypuszczali badacze, propagowali jedna linia grzybów przez co najmniej 23 miliony lat.
W kolejnym raporcie z czterech lat później Mueller, Rehner i Schultz zmodyfikowali przyjętą mądrość, argumentując, że grzyby atlantyczne często reprezentują różnorodne gatunki - nie tylko jeden przekazywany przez zakładanie królowych od gniazda do gniazda. Naukowcy napisali, że bardziej „prymitywne” attyny dzielą się czasem swoim grzybem, nawet z odległymi pokrewnymi gatunkami mrówek - wersją, jak sugerują biolodzy, płodozmian. „Możemy pokazać, że brak plonów jest poważnym problemem w ich życiu”, wyjaśnia Mueller. „Robią to samo, co ludzie, idąc do sąsiadów, aby znaleźć zastępcę, czasami kradnąc go, a czasem przekraczając i zabijając także sąsiadów. Pokazaliśmy to w laboratorium. Następną logiczną rzeczą jest poszukiwanie go na wolności ”.
Zamiłowanie naukowców do porównywania grzybów mrówkowych z rolnictwem ludzkim wzbudziło krytykę. Naomi Pierce, specjalista z Harvardu w zakresie interakcji mrówek i roślin, chwali ich pracę w terenie, ale uważa, że zamiana mrówek w farmerów może nieść zbyt daleko. „Problem polega na tym, że można wpaść w pułapkę metafory” - mówi. Mrówki oczywiście nie rozwijały świadomie rolnictwa. Ignacio Chapela, rzutując ludzkie zamiary na mrówki, może oślepić badaczy, dlaczego mrówki robią to, co robią.
Podczas gdy Mueller i Schultz pracowali nad związkiem mrówek z grzybami, zespół biologów z Uniwersytetu w Toronto zauważył - i zastanawiał się - obecność uporczywej i niszczejącej pleśni zwanej Escovopsis w ogrodach przydomowych. Jak to było, pytali, że ten silny pasożyt nie regularnie atakuje gniazda attyki? Biorąc pod uwagę biały proszek na spodniej stronie mrówek attyki, ostatecznie zidentyfikowali go jako rodzaj bakterii Streptomyces, która wydziela antybiotyki. Antybiotyki trzymały Escovopsis na dystans. Co ważniejsze, robili to przez długi czas, a Escovopsis nie stawał się całkowicie odporny.
Cameron Currie, jeden z badaczy z Toronto (obecnie na University of Kansas), w którym antybiotyki z attyki nieustannie dostosowują się do każdego oporu narastającego w Escovopsis . Pasożyt nie został całkowicie zlikwidowany, ale nie zatapia gniazda. Currie próbuje teraz ustalić, jak długo trwa ten chemiczny ogień krzyżowy.
W podręczniku przypadku symbiozy między mrówkami i grzybami nagle wykazano, że ma czterech głównych graczy - lub pięciu, jeśli policzysz antybiotyki wytwarzane przez bakterie. Kiedy te antybiotyki nie działają, mrówki rozdrabniają zainfekowane kawałki grzyba i odciągają je daleko od gniazda.
W lasach tropikalnych świt jeszcze nie nadszedł; nocne mrówki Blepharidatta, bliscy krewniacy z Atty, nadal pracują, ciągnąc maleńkie ziarna zbóż, które Mueller rozprowadził poprzedniej nocy. Przynęta pozwoliła Muellerowi śledzić Blepharidatta do gniazda. Ponieważ zaobserwowano, że Blepharidatta, które nie rosną na grzybach, niosą ze sobą fragmenty wolno żyjących grzybów, Mueller podejrzewa, że sami są na skraju uprawy. Mueller jest szczególnie zaintrygowany eksperymentami, w których Blepharidatta przybliżają kępy grzybów bliżej swoich gniazd. „Szukamy czegoś bardzo głęboko w ewolucyjnej przeszłości” - mówi Mueller. „Niektóre mrówki w tych lasach zaczęły kojarzyć się z grzybem. I to przejście jest tym samym przejściem, które dokonali ludzie ”.
Mueller włącza reflektor. „Próbujemy wyśledzić wszystko wstecz, ale oczywiście nie znajdziemy tutaj„ przodka ”- wyjaśnia. „Szukamy gatunku, który zachował niektóre cechy charakterystyczne dla przodka”. Nie inaczej jest, jak lingwiści odwiedzają izolowane ludy, aby badać zmiany wzorców mowy, mówi. „To coś, co robimy tutaj, patrząc na to, jak najbardziej prymitywne zachowanie mogło przynieść bardziej wyszukane zachowanie.” Innymi słowy, ewolucja jest mniej uporządkowana niż wyraźne linie, które pamiętasz z gimnazjum i nie tylko jak w filmie, w którym sekwencje mogą się powtarzać, pozostać niezmienione, a nawet biegać wstecz w rodzaju kontrowersji.
Na spodniach Muellera widać smugi potu i błota, na szyi i ramionach płoną prążki, a przy uszach brzęczą komary. „Jesteśmy trochę nienormalni w naszych obsesjach” - przyznaje. „Jesteśmy naprawdę na skraju. Kto jeszcze spociłby się w lesie, aby znaleźć te głupie mrówki!
Jako dziecko, jak mówi Mueller, „nie był zbytnio zainteresowany robakami”. Być może dlatego, że jego ojciec, botanik z firmy chemicznej Bayer, został dotknięty tajemniczą chorobą tropikalną, umową na wyprawę do Salwadoru, kiedy Ulrich był zaledwie 4 lata. Mueller miał 9 lat, gdy jego ojciec zmarł na tę chorobę. Po ukończeniu szkoły medycznej przeczytał kontrowersyjną książkę Edwarda O. Wilsona Sociobiology (próba połączenia zachowania wszystkich zwierząt, od mrówek do ludzi, w jednej wielkiej syntezie). Natychmiast wiedział, co chce zrobić ze swoim życiem, aby przyjąć „podejście ewolucyjne do zrozumienia zachowania zwierząt, zachowań społecznych, a następnie ludzkich”.
Schultz również przybył do mrówek okrężną drogą, na którą wpłynął Wilson. Wychowany w małym miasteczku na południe od Chicago, syn rodziców, którzy nie chodzili do college'u, Schultz poszedł do ścisłej szkoły luterańskiej. Tam jeden z jego nauczycieli próbował go przekonać, że „kości dinozaurów zostały po prostu zakopane przez Boga w ziemi, aby sprawdzić naszą wiarę”.
Po odejściu z University of Chicago i dryfowaniu na zachód do San Francisco na początku lat 70. Schultz zajmował się szeregiem prac - technikiem dentystycznym, tapicerem łóżka wodnego i drukarką - zanim spróbował swoich sił jako autor krytycznych esejów na temat zjawisk paranormalnych ( „Blobs From Space” i „Stranger than Science”). Pewnego ranka w drodze do pracy Schultz, po trzydziestce, zaczął czytać The Insect Society . Mrówki go pociągały, ponieważ łączyły „atrakcyjność estetyczną” z namacalnością. „Ścigałem wiele rzeczy, które mnie zachwyciły” - wspomina Schultz. „Ale potrzebowałem kryterium, aby dowiedzieć się nie tylko o tych rzeczach, które wydają się być pełne cudów, ale o tych, które wydają się być pełne cudów i są prawdziwe ”.
Chociaż tysiące mrówek z kilkudziesięciu gatunków przemieszczają się przez gęste ściółki, Schultz jest osadzony na konkretnej, samotnej mrówce, która ścięła kawałek dzikiego grzyba i ciągnie łup za kłodę, kołysząc się pod swoim ciężarem. „Hej, musisz to zobaczyć!” Krzyczy Schultz do Muellera. Jest to Trachymyrmex, spośród bardziej pochodnych, lub „wyższych”, atutów.
Schultz jest podekscytowany. I zaskoczony Chociaż czytał o attinesach przenoszących dzikie grzyby do ich gniazd, nigdy nie widział, żeby ktoś to robił. A dlaczego mieliby? Wprowadzenie niezgodnego grzyba może zakłócić, a nawet zniszczyć cały ogród mrówek. Co tu się dzieje?
„To łamigłówka” - mówi Schultz. „Spodziewałbym się, że mrówki będą bardzo wybredne w kwestii tego, co wprowadzą do gniazda, będą miały pewien rodzaj uprzedzeń sensorycznych, które przyjmą„ dobre ”grzyby i odrzucą wszystkie„ złe ”. Mueller zauważa, że wiele roślin używa mrówek do rozproszenie nasion, choć to, czy mrówki dokonują wyboru tego, co zbierają, czy tylko reagują na uwodzenie wydzielin roślinnych, pozostaje niejasne.
Schultz wygląda pozytywnie na zawroty głowy, mimo że mrówka i jej grzyb mogą wywrócić do góry nogami wiele rzeczy, które napisali wraz z kolegami, nie wspominając już o zakwestionowaniu większości ich założeń. „Może nie chodzi o to, że mrówka znalazła grzyba” - sugeruje Mueller z krzywym uśmiechem. „Może to dlatego, że grzyb znalazł mrówkę.”
Zarówno Schultz, jak i Mueller przypisują swoim obsesyjnym grzybom współpracownikom za doprowadzenie ich do idei, że grzyby czerpią tyle samo korzyści z relacji z mrówkami, co mrówki z grzybów. Niosące mrówki, chronione przez nich i opiekujące się gigantycznymi ogrodami, klony grzybów mają zdolności reprodukcyjne znacznie wykraczające poza to, co mogłyby osiągnąć bez opieki. W końcu wolno żyjące grzyby często występują na niewielkiej próbce ściółki liściowej, rozmnażając się tylko raz lub dwa przed śmiercią. W gnieździe grzyb staje się, zdaniem Stephena Rehnera, „nieśmiertelny w porównaniu z którymkolwiek z ich dzikich krewnych”.
Być może grzyby opracowały sztuczki mające na celu oszukać mrówki, aby je przenosiły i zbierały. Wydzieliny na powierzchni grzybów mogą działać jak leki zmieniające umysł, zginając mrówki do służby grzybom. „Myślę, że inne grzyby nieustannie próbują złamać kody chemiczne, które pomagają mrówkom rozpoznać ich grzyby ogrodowe, mówiąc:„ Hej, dobrze smakuję i wącham! Nie możesz mi się oprzeć. Podnieś mnie i zabierz do domu ”- spekuluje Schultz. „Nie lekceważ potęgi grzyba” - intonuje Mueller.
Rzeczywiście, już następnego popołudnia Schultz wraca z wycieczki z imponującymi dowodami tej mocy. Natknął się na gigantyczną czarną mrówkę znaną lokalnie jako bala - ostra, z silnym żądłem - zaciśnięta na szczycie gałęzi krzewu. Był sztywny i martwy. Z tyłu głowy mrówki wynurzył się ponuro brązowy sporofor, jakby w owalnej wersji filmu „ Obcy” . Grzyb zainfekował ciało mrówki, wyrastając w środku i pochłaniając je. Następnie, za pomocą pewnego rodzaju katalizatora, który ma dopiero zostać odkryty, grzyb najwyraźniej namawiał mrówkę do wspięcia się na szczyt gałęzi, gdzie jej zarodniki można było maksymalnie rozwinąć. Tam sporofor wytrysnął przez głowę mrówki i uwolnił zarodniki.
Wracając na szlak i do lasu, Schultz kuli się, kieszenie koszuli i spodni zapchane są fiolkami wypełnionymi alkoholem. Zatrzymuje się przy kłodzie, odkopując jej szczekę. Wywróć z pół tuzina Acromyrmex, wycinarki do liści, które często budują gniazda w kłodach. Pod zaniepokojonymi owadami kwitnie brązowa opalenizna. „Zdziwiłbyś się, ile ogrodów grzybowych znajduje się w lesie” - mówi Schultz. „Są wszędzie”.
Po drugiej stronie pagórka, klęcząc w ziemi, dostrzega maleńkie stworzenie w kolorze pyłu z chwiejącą się, ogromną głową. To Cyphomyrmex, jeden z najmniej zbadanych atenuów. Schultz pochyla się nad tym stworzeniem, nie większym niż przecinek, i obserwuje go uważnie.
Badania terenowe w Amazonii są znacznie bardziej skomplikowane niż analiza genetyczna zwłok mrówek w komfortowym klimatyzowanym laboratorium Schultza w Waszyngtonie. Ale to jedyny sposób, by „doświadczyć prawdziwej, niefiltrowanej biologii”, mówi. „Ta złożoność prawie gwarantuje nagrodzenie za coś, czego się nie spodziewałeś”. Być może Cyphomyrmex zrezygnuje z jednego kawałka układanki, którą Schultz i Mueller poświęcili karierom . Odpowiadając na niektóre z największych pytań w kosmosie, Schultz mówi, badając meandrujący chód mrówki, najlepiej „myśleć na małą skalę. To jest wspaniałe w byciu tutaj. Małe myślenie otwiera wiele możliwości. ”
