新研究揭示农业已经存在了数百万年 恐龙灭绝后蚂蚁一直在种植食物

2014 年在巴西圣卡塔琳娜采集到的珍稀菌类蚂蚁 Mycetophylax asper 的下层菌类养殖工蚁，正在它的菌类花园里工作。 美洲和加勒比海地区有近 250 种不同的蚂蚁在养殖真菌。 研究人员根据这些蚂蚁的栽培策略，将它们分为四个农业系统。 资料来源：Don Parsons

一项新的研究显示，6600 万年前一颗小行星撞击地球时，蚂蚁群开始种植真菌。 虽然这次撞击造成了全球大灭绝，但也为真菌的繁衍创造了理想的条件。 富有创新精神的蚂蚁开始培育真菌，从而建立了一种进化伙伴关系，这种伙伴关系在 2700 万年前变得更加紧密地交织在一起，并一直延续到今天。

2011 年在厄瓜多尔明多采集到的养殖真菌的蚂蚁物种 Cyphomyrmex cf. rimosus 的酵母养殖工蚁，正在其真菌花园中。 美洲和加勒比海地区有近 250 种不同的蚂蚁在养殖真菌。 研究人员根据这些蚂蚁的栽培策略，将它们分为四个农业系统。 资料来源：Alex Wild

在最近发表在《科学》杂志上的这项研究中，史密森尼国家自然历史博物馆的科学家们分析了来自数百种真菌和蚂蚁的基因数据，并制作了详细的进化树。

通过比较这些进化树，研究人员绘制出了蚂蚁农业的进化时间表，并确定了蚂蚁最早开始栽培真菌的时间。

在巴拿马采集到的切叶真菌蚁种 Atta cephalotes 的蚁后和工蚁在它们的高产真菌园中。 图片来源：Karolyn Darrow

昆虫学家泰德-舒尔茨（Ted Schultz）说："蚂蚁从事农业和菌类种植的时间比人类存在的时间要长得多，我们或许可以从这些蚂蚁过去6600万年的农业成功经验中学到一些东西"。他是博物馆的蚂蚁馆馆长，也是这篇新论文的第一作者。

美洲和加勒比海地区有近 250 种不同的蚂蚁在养殖真菌。 研究人员根据这些蚂蚁的种植策略，将它们分为四种农业系统。 其中，切叶蚁的策略最为先进，被称为"高等农业"。

这些蚂蚁采摘新鲜植被的碎屑，为真菌提供养料，而真菌又为蚂蚁生长出被称为蚁胶的食物。 这些食物为数量可达数百万的复杂蚁群提供了燃料。

昆虫学家泰德-舒尔茨（Ted Schultz），史密森尼国家自然历史博物馆蚂蚁馆馆长，也是这篇新论文的主要作者，2006 年 10 月在圭亚那南部的阿卡莱山进行蚂蚁采集考察。 舒尔茨花了 35 年时间研究蚂蚁与真菌之间的进化关系。 他在中美洲和南美洲进行了 30 多次考察，在野外观察这种互动关系，并在博物馆的实验室里饲养了剪叶蚁和其他种植真菌的蚂蚁。 多年来，舒尔茨及其同事从整个热带地区收集了数千份蚂蚁和真菌的基因样本。 资料来源：杰弗里-索萨-卡尔沃

舒尔茨花了 35 年时间研究蚂蚁与真菌之间的进化关系。 他在中美洲和南美洲进行了 30 多次考察，在野外观察这种互动关系，并在博物馆的实验室里饲养了剪叶蚁和其他种植真菌的蚂蚁。 多年来，舒尔茨和同事们从整个热带地区收集了数千份蚂蚁和真菌的基因样本。这批样本对新论文的发表至关重要。

2014 年，史密森尼国家自然历史博物馆蚂蚁馆馆长、新论文的第一作者、昆虫学家泰德-舒尔茨（中）与杰弗里-索萨-卡尔沃（左）和安娜-杰索夫尼克（右）在巴西圣卡塔琳娜州的查佩科国家森林，挖掘罕见的低等真菌蚂蚁物种 Mycetophylax asper 的巢穴。 图片来源：杰弗里-索萨-卡尔沃

舒尔茨说："要真正检测出模式并重建这种关联是如何随着时间的推移而演变的，需要大量的蚂蚁样本和它们的真菌栽培品种。"

研究小组利用这些样本对 475 种不同的真菌（其中 288 种由蚂蚁栽培）和 276 种不同的蚂蚁（其中 208 种栽培真菌）进行了基因数据测序--这是迄今为止收集到的最大的真菌栽培蚂蚁基因数据集。 研究人员由此创建了这两个群体的进化树。 将野生真菌物种与其栽培亲缘物种进行比较，有助于研究人员确定蚂蚁何时开始利用某些真菌。

数据显示，蚂蚁和真菌交织在一起已有6600万年的历史。 这大约是白垩纪末一颗小行星撞击地球的时间。 这次灾难性的撞击使大气层充满了尘埃和碎片，遮住了太阳，阻碍了光合作用多年。 由此造成的大灭绝消灭了当时地球上大约一半的植物物种。

然而，这场灾难却给真菌带来了福音。 这些生物大量消耗地面上大量的植物尸体，从而大量繁殖。

2015 年在哥斯达黎加拉塞尔瓦生物站采集到的养殖真菌的蚂蚁物种 Apterostigma collare 的珊瑚真菌工蚁，在它的真菌花园里。 图片来源：Alex Wild

舒尔茨说："灭绝事件对大多数生物来说可能是巨大的灾难，但实际上对其他生物来说也可能是积极的。在白垩纪末期，恐龙的表现并不好，但真菌却经历了全盛时期。"

这一时期大量繁殖的许多真菌可能以腐烂的落叶为食，这使它们与蚂蚁有了密切的接触。 这些昆虫利用丰富的真菌作为食物，并在生命从灭绝事件中复苏后继续依赖这些坚韧的真菌。

这项新研究还发现，蚂蚁又花了近 4000 万年才发展出高级农业。 研究人员能够将这种先进做法的起源追溯到大约 2700 万年前。 当时，急剧变冷的气候改变了全球的环境。 在南美洲，热带稀树草原和草原等较干燥的栖息地使大片潮湿的热带森林变得支离破碎。 当蚂蚁把真菌从潮湿的森林带到更干燥的地区时，它们把真菌与野生的祖先种群隔离开来。 这些被隔离的真菌完全依赖蚂蚁在干旱的环境中生存，为今天剪叶蚁实行的高等农业系统奠定了基础。

"蚂蚁驯化这些真菌的方式与人类驯化农作物的方式相同，"舒尔茨说。"不同寻常的是，我们现在可以确定高等蚂蚁最初培育高等真菌的时间。"

编译自/SciTechDaily