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新研究揭示農業已經存在了數百萬年 恐龍滅絕後螞蟻一直在種植食物

在人類數千年前開始種植農作物之前,農業已經存在了數百萬年。 早在人類進化成物種之前,一些動物種群就已經開始種植食物了。據史密森尼學會的研究人員詳細介紹,螞蟻在隕石撞擊後的6600萬年前就開始種植真菌,剪葉蟻甚至還進化出了先進的農業技術。

新研究揭示農業已經存在了數百萬年 恐龍滅絕後螞蟻一直在種植食物

2014 年在巴西聖卡塔琳娜采集到的珍稀菌類螞蟻 Mycetophylax asper 的下層菌類養殖工蟻,正在它的菌類花園裡工作。 美洲和加勒比海地區有近 250 種不同的螞蟻在養殖真菌。 研究人員根據這些螞蟻的栽培政策,将它們分為四個農業系統。 資料來源:Don Parsons

一項新的研究顯示,6600 萬年前一顆小行星撞擊地球時,螞蟻群開始種植真菌。 雖然這次撞擊造成了全球大滅絕,但也為真菌的繁衍創造了理想的條件。 富有創新精神的螞蟻開始培育真菌,進而建立了一種進化夥伴關系,這種夥伴關系在 2700 萬年前變得更加緊密地交織在一起,并一直延續到今天。

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2011 年在厄瓜多明多采集到的養殖真菌的螞蟻物種 Cyphomyrmex cf. rimosus 的酵母養殖工蟻,正在其真菌花園中。 美洲和加勒比海地區有近 250 種不同的螞蟻在養殖真菌。 研究人員根據這些螞蟻的栽培政策,将它們分為四個農業系統。 資料來源:Alex Wild

在最近發表在《科學》雜志上的這項研究中,史密森尼國家自然曆史博物館的科學家們分析了來自數百種真菌和螞蟻的基因資料,并制作了詳細的進化樹。

通過比較這些進化樹,研究人員繪制出了螞蟻農業的進化時間表,并确定了螞蟻最早開始栽培真菌的時間。

新研究揭示農業已經存在了數百萬年 恐龍滅絕後螞蟻一直在種植食物

在巴拿馬采集到的切葉真菌蟻種 Atta cephalotes 的蟻後和工蟻在它們的高産真菌園中。 圖檔來源:Karolyn Darrow

昆蟲學家泰德-舒爾茨(Ted Schultz)說:"螞蟻從事農業和菌類種植的時間比人類存在的時間要長得多,我們或許可以從這些螞蟻過去6600萬年的農業成功經驗中學到一些東西"。他是博物館的螞蟻館館長,也是這篇新論文的第一作者。

美洲和加勒比海地區有近 250 種不同的螞蟻在養殖真菌。 研究人員根據這些螞蟻的種植政策,将它們分為四種農業系統。 其中,切葉蟻的政策最為先進,被稱為"高等農業"。

這些螞蟻采摘新鮮植被的碎屑,為真菌提供養料,而真菌又為螞蟻生長出被稱為蟻膠的食物。 這些食物為數量可達數百萬的複雜蟻群提供了燃料。

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昆蟲學家泰德-舒爾茨(Ted Schultz),史密森尼國家自然曆史博物館螞蟻館館長,也是這篇新論文的主要作者,2006 年 10 月在蓋亞那南部的阿卡萊山進行螞蟻采集考察。 舒爾茨花了 35 年時間研究螞蟻與真菌之間的進化關系。 他在中美洲和南美洲進行了 30 多次考察,在野外觀察這種互動關系,并在博物館的實驗室裡飼養了剪葉蟻和其他種植真菌的螞蟻。 多年來,舒爾茨及其同僚從整個熱帶地區收集了數千份螞蟻和真菌的基因樣本。 資料來源:傑弗裡-索薩-卡爾沃

舒爾茨花了 35 年時間研究螞蟻與真菌之間的進化關系。 他在中美洲和南美洲進行了 30 多次考察,在野外觀察這種互動關系,并在博物館的實驗室裡飼養了剪葉蟻和其他種植真菌的螞蟻。 多年來,舒爾茨和同僚們從整個熱帶地區收集了數千份螞蟻和真菌的基因樣本。這批樣本對新論文的發表至關重要。

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2014 年,史密森尼國家自然曆史博物館螞蟻館館長、新論文的第一作者、昆蟲學家泰德-舒爾茨(中)與傑弗裡-索薩-卡爾沃(左)和安娜-傑索夫尼克(右)在巴西聖卡塔琳娜州的查佩科國家森林,挖掘罕見的低等真菌螞蟻物種 Mycetophylax asper 的巢穴。 圖檔來源:傑弗裡-索薩-卡爾沃

舒爾茨說:"要真正檢測出模式并重建這種關聯是如何随着時間的推移而演變的,需要大量的螞蟻樣本和它們的真菌栽培品種。"

研究小組利用這些樣本對 475 種不同的真菌(其中 288 種由螞蟻栽培)和 276 種不同的螞蟻(其中 208 種栽培真菌)進行了基因資料測序--這是迄今為止收集到的最大的真菌栽培螞蟻基因資料集。 研究人員由此建立了這兩個群體的進化樹。 将野生真菌物種與其栽培親緣物種進行比較,有助于研究人員确定螞蟻何時開始利用某些真菌。

資料顯示,螞蟻和真菌交織在一起已有6600萬年的曆史。 這大約是白垩紀末一顆小行星撞擊地球的時間。 這次災難性的撞擊使大氣層充滿了塵埃和碎片,遮住了太陽,阻礙了光合作用多年。 由此造成的大滅絕消滅了當時地球上大約一半的植物物種。

然而,這場災難卻給真菌帶來了福音。 這些生物大量消耗地面上大量的植物屍體,進而大量繁殖。

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2015 年在哥斯達黎加拉塞爾瓦生物站采集到的養殖真菌的螞蟻物種 Apterostigma collare 的珊瑚真菌工蟻,在它的真菌花園裡。 圖檔來源:Alex Wild

舒爾茨說:"滅絕事件對大多數生物來說可能是巨大的災難,但實際上對其他生物來說也可能是積極的。在白垩紀末期,恐龍的表現并不好,但真菌卻經曆了全盛時期。"

這一時期大量繁殖的許多真菌可能以腐爛的落葉為食,這使它們與螞蟻有了密切的接觸。 這些昆蟲利用豐富的真菌作為食物,并在生命從滅絕事件中複蘇後繼續依賴這些堅韌的真菌。

這項新研究還發現,螞蟻又花了近 4000 萬年才發展出進階農業。 研究人員能夠将這種先進做法的起源追溯到大約 2700 萬年前。 當時,急劇變冷的氣候改變了全球的環境。 在南美洲,熱帶稀樹草原和草原等較幹燥的栖息地使大片潮濕的熱帶森林變得支離破碎。 當螞蟻把真菌從潮濕的森林帶到更幹燥的地區時,它們把真菌與野生的祖先種群隔離開來。 這些被隔離的真菌完全依賴螞蟻在幹旱的環境中生存,為今天剪葉蟻實行的高等農業系統奠定了基礎。

"螞蟻馴化這些真菌的方式與人類馴化農作物的方式相同,"舒爾茨說。"不同尋常的是,我們現在可以确定高等螞蟻最初培育高等真菌的時間。"

編譯自/SciTechDaily

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