殺死恐龍的小行星如何讓螞蟻學會務農
一項科學研究說明了恐龍的滅絕是如何導致真菌的繁榮和6600萬年前以真菌為生的螞蟻的進化。 這種早期的農業形式早於人類的農業實踐，後來進化成複雜的互惠關係，目前正在研究它們在生物技術中的潛力。
研究突顯了終結恐龍的流星撞擊如何幫助催生了螞蟻與真菌之間的互利關係，這標誌著早在人類耕作之前的早期農業形式。
6600萬年前導致恐龍滅絕的隕石撞擊可能促成了真菌與螞蟻之間非凡的互利關係。 隕石撞擊造成的弱光環境為以有機物為食的真菌的傳播創造了有利條件。
根據科學期刊上發表的一項新研究，這是一群螞蟻的祖先開始培育這些微生物的絕佳機會。
在巴西聖保羅州博圖卡圖的一個農場裡發現的蟻穴是一個菌類園，除了栽培的菌類外，還有草葉。 圖片來源：André Rodrigues/IB-UNESP
“養殖真菌的螞蟻的起源相對較好理解，但缺乏關於這些微生物的更精確的時間表。這項工作為這些真菌菌株的出現提供了迄今為止最小的誤差範圍，而這些菌株以前被認為是最近才出現的，”位於巴西里約克拉羅的聖保羅州立大學生物科學研究所（IB-UNESP）教授安德烈-羅德里格斯（André Rodrigues）解釋說，他也是這篇論文的作者之一。
該研究員負責協調”合作研究”計畫： 該計畫由巴西社會科學院（FAPESP）透過其生物多樣性特徵、保護、恢復和永續利用研究計畫（BIOTA）與美國國家科學基金會（NSF）合作支持。
檸檬切葉蟲Atta colombica 工蟻將樹葉運往巴拿馬甘博亞的蟻群。 圖片來源：Pepijn W. Kooij/IB-UNESP
透過分析從美洲不同地區收集到的由螞蟻培育的475個真菌物種基因組中所謂的超保守元素（UCEs），計算出它們的年代了。 UCEs是在一個群體的演化過程中一直保留在基因組中的區域，源自於其最古老的祖先。
“在這種情況下，我們對靠近這些元素的區域很感興趣。 它們顯示了物種之間的最新差異，讓我們能夠相當準確地追溯進化路線，”得到FAPESP 支持的IB-UNESP 研究員Pepijn Wilhelmus Kooij補充說，他也是這項工作的合著者。
利用這種方法，我們可以確定，6,600 萬年前，從今天的食葉蟻（Attini 類）的同一祖先幾乎同時出現了兩個不同的真菌系。
長期以來，研究真菌與螞蟻之間互生關係的專家一直認為，這種關係的開始決定了農業的出現，比人類開始馴化植物早了數千萬年，距今不過1.2 萬年。
放大了一千倍的圖片顯示了檸檬切葉蟻（Atta sexdens）培育的真菌Leucoagaricus gongylophorus 產生的營養囊泡（gongylids）。 圖片來源：André Rodrigues/IB-UNESP
這項研究也揭示了珊瑚真菌祖先的出現，這是螞蟻在2100萬年前開始培育的第二類真菌。 這種真菌因其形成的結構類似於微型海珊瑚群而得名。
研究結果支持這樣的假設，即真菌在被螞蟻培養之前已經進行了預適應。 作者指出，切葉蟻群的祖先很可能生活在真菌附近，或在蟻群內，甚至不時採集真菌，以真菌或其產品為食。
「但真菌並不是螞蟻食物的重要組成部分。流星撞擊造成的壓力可能使這種關係變成了一種強制性的互惠關係，在這種關係中，這些真菌依賴螞蟻提供食物和進行繁殖，而螞蟻則完全依賴真菌作為食物來源，」羅德里格斯說。
如今，四種不同的螞蟻群培育著四種類型的真菌。 在某些情況下，昆蟲甚至會改變栽培產品的生長，使其提供某些養分。
在巴拿馬甘博亞出土的Atta colombica 樹群。 照片中央比工蟻大得多的是蟻後。 圖片來源：Pepijn W. Kooij/IB-UNESP
“當我們在實驗室中培養牠們時，真菌採取的是預期的菌絲形式。然而，在菌落內部，其中一種菌絲會膨脹，形成類似葡萄簇的結構，富含糖分。我們仍然不知道螞蟻是如何做到這一點的。
對於論文合著者、巴西國家科學院教授小毛里西奧-巴奇（Mauricio Bacci Junior）來說，栽培真菌的起源可能是螞蟻在當時面臨營養短缺時的一種適應。
隨著大量真菌遍布現在的美洲，食物來源的選擇越來越少，那些已經與螞蟻有某種可能關係的真菌最終被證明在栽培時更有用。
” 為了養活自己，真菌會分解螞蟻攜帶的有機物。反過來，螞蟻會消耗真菌產生的物質，而這些物質是螞蟻無法從其他來源獲得的。” 這位研究員是生物多樣性動態和氣候變遷研究中心（ CBioClima）的副主任，該中心是FAPESP 支持的研究、創新和傳播中心（RIDCs）之一。
在這一創始事件之後，以前生活在潮濕森林中的食菌蟻經歷了第二次選擇性壓力，即2700 萬年前塞拉多熱帶稀樹草原生物群落的擴張。 隨著更開闊和乾旱地區的出現，這些農業昆蟲出現了多樣化，從而形成了今天的切葉蟻。
這事件無疑也有利於真菌的多樣化，真菌在為螞蟻生產食物和分解有機物方面變得更加有效。
因此，現在人們正在研究螞蟻培養的真菌產生的酶，看看它們是否具有生物技術潛力，不僅能降解有機物，還能降解包括塑膠在內的其他材料。
編譯自/ SciTechDaily