مورچه‌ها قبل از ظهور انسان شروع به کشاورزی کردند

ما فکر می‌کنیم کشاورزی یک نوآوری انسانی است؛ اما حشرات میلیون‌ها سال زودتر از ما شروع به کشت گیاهان کردند. گونه‌های مختلف مورچه‌ها با قارچ‌ها همکاری می‌کنند، خانه‌ای برای آن‌ها می‌سازند، مواد مغذی مورد نیازشان را تامین و آن‌ها را به عنوان غذا برداشت می‌کنند. اوج پیچیدگی کشاورزی در مورچه‌ها به مورچه‌های برگ‌بُر (Leafcutter ants) می‌رسد که شاخ و برگ گیاهان را می‌برند تا برای تغذیه‌ی قارچ‌های خود از آن استفاده کنند. این کار به نوبه‌ی خود نوعی رشد محصولات تخصصی است که برای غذا استفاده می‌شود.

گونه‌های دیگر مورچه‌ها با قارچ‌ها و در برخی موارد گونه‌هایی از قارچ که در محیط‌شان رشد کرده‌اند همکاری می‌کنند. مطالعات ژنتیکی نشان داده است که این روابط همزیستی بسیار خاص هستند و یک گونه مورچه‌ی معین اغلب تنها با یک سویه قارچ همکاری می‌کند. تعدادی از ژن‌ها که به نظر می‌رسد به سرعت در پاسخ به سویه‌های قارچ تکامل یافته‌اند در این رابطه مشارکتی شرکت می کنند. اما کمتر مشخص شده است که این همکاری در ابتدا چگونه به وجود آمد، تا حدی به این دلیل که ما تصویر خوبی از ظاهر بستگان غیر‌اهلی قارچ‌ها‌ی کشت‌شده نداریم.

یکی از ویژگی های کلیدی مطالعه‌ی جدید، جامع‌بودن آن است. محققان دی‌ان‌ای را از ۴۷۵ گونه قارچ که اغلبشان توسط مورچه‌ها کشت می‌شوند، استخراج کرد. این تیم همچنین یک فیلوژنی مکمل از ۲۷۶ گونه مورچه ایجاد کرد که شامل اطلاعات بیش از ۳۰ سال کار محققان است. علاوه‌بر‌این، محققان بیش از ۲۰۰۰ ژن از هر یک از این گونه‌ها را مورد مطالعه قرار دادند تا تخمین بزنند که کدام گونه‌ها به یکدیگر نزدیک‌تر هستند و چه زمانی این گونه‌ها از یک اجداد مشترک جدا شدند.

استفاده از تعداد بسیاری از ژن‌ها حیاتی است؛ زیرا برخی از ژن‌ها احتمالاً در پاسخ به شرایط تغییر‌یافته‌‌ای که کشاورزیِ به‌سرعت‌تکامل‌یافته باعثش شده، ایجاد شده‌اند. این ژن‌ها احتمالاً جهش‌های بیشتری نسبت به زمان حال و زمانی که گونه‌ها جدا می‌شوند دارند که باعث می‌شود شکاف زمان شروع کشاورزی مورچه‌ها قدیمی‌تر از آنچه است به نظر آید. با بررسی تعداد زیادی از ژن‌ها، احتمال تحریف نتایج به‌وسیله‌ی داده‌های پرت، مانند قدیمی‌‌تر فرض‌شدن شروع کشاورزی مورچه‌ها، بسیار کمتر می‌شود.

محققان تحلیل را بر اساس نوع کشاورزی انجام‌شده توسط هر گونه مورچه تقسیم می‌کنند. برخی از مورچه‌ها مخمر پرورش می‌دهند. برخی دیگر گروهی از گونه‌ها به نام قارچ‌های مرجان‌گون (coral fungi) را پرورش می‌دهند و برخی دیگر با شکل پیچیده‌تری از کشاورزی، شامل قارچ‌هایی که بیشتر با سبک زندگی کشاورزی سازگار هستند، سروکار دارند. به جز یک گروه استثنا از برگ‌برها، مورچه‌های کشاورز بسیاری از صفات یا ویژگی‌های مشترک دارند، که باعث می‌شود در تجزیه‌و‌تحلیل با هم گروه‌بندی یا مرتبط شوند. همچنین، گروه بزرگتری از مورچه‌ها وجود دارند که به‌ شکل فرصت‌طلبانه با قارچ‌ها همکاری می‌کنند، اما روی پرورش تنها یک گونه خاص از قارچ‌ها تمرکز نمی‌کنند.

هم کشاورزان مخمر و هم قارچ مرجان‌گون با یکدیگر مرتبط هستند و هر کدام از یک گونه‌ی اجدادی منشا می‌گیرند. پیچیده‌ترین گونه‌های کشاورز نیز در یک دسته‌بندی قرار می‌گیرند. گونه‌های برگ‌بر (به غیر از آن یک استثنا) با سایر کشاورزها در‌هم‌آمیخته‌اند.

درمورد قارچ، ارتباطات مشابهی وجود داشت. گونه‌های مخمری که پرورش داده می‌شوند همه با هم دسته‌بندی می‌شوند. در مورد قارچ‌های مرجان‌گون نیز همین‌طور است، اگرچه دو گونه‌ی وحشی در آن دسته وجود دارد. سویه‌هایی که بیشتر برای کشاورزی سازگار هستند خوشه‌ی خاص خود را تشکیل می‌دهند، اگرچه همه‌ی آن‌ها به گونه‌های مخمر مرتبط هستند و تنها یک سویه‌ی وحشی جدا وجود دارد. در نهایت، تمام گونه‌های رشد‌یافته توسط مورچه‌های برگ‌بر در یک دسته در گروه مرجان‌گون هستند.

ردیابی دودمان مورچه‌های کشاورز تا آخرین جد مشترکشان نشان داد که این اجداد احتمالاً در دوران انقراض جمعی پایان کرتاسه زندگی می‌کردند؛ یعنی همان انقراضی که دایناسورها را کشت. محققان استدلال می‌کنند که انقراض کرتاسه و مورچه‌های کشاورز به‌طور‌ قطع مرتبط بودند. مدل‌های کنونی نشان می‌دهند که پس از ضربه‌ای که باعث انقراض گسترده شد، گرد‌و‌غبار زیادی در جو وجود داشت که فتوسنتز را برای نزدیک به دو سال متوقف کرد که به معنی به‌حداقل‌رسیدن زندگی گیاهی است. در مقابل، مقدار زیاد مواد مرده به قارچ‌ها اجازه‌ی رشد داد. بنابراین، تعجب‌آور نیست که مورچه‌ها شروع به تطبیق با استفاده از آنچه در دسترس بود، کردند.

تغییرات محیطی به پیدایش گونه‌های مخمری قارچ منجر شد که مورچه‌های کشاورز شروع به کشت آن‌ها کردند. همراه با سویه‌های مخمر، برخی از قارچ‌های بسیار تخصصی (قارچ‌های کشاورزی) نیز تکامل یافتند و به بخشی ضروری از سیستم‌های کشاورزی مورچه تبدیل شدند. این قارچ‌ها منحصراً با روش‌های پرورش مورچه‌ها سازگار هستند. با‌این‌حال، اوضاع برای مورچه‌ها یا گونه‌هایی که قارچ‌های مرجان‌گون را پرورش می‌دهند، فرق می‌کند. گونه‌های مورچه حدود ۱۰ میلیون سال بعد شروع به پرورش قارچ‌های مرجان‌گون کردند، بنابراین منشأ آن‌ها در جدول زمانی متفاوتی است که مستقیماً با تغییرات محیطی قبلی توضیح داده نمی‌شود.

مطالعه، تصویر بسیار واضح‌تری از منشاء کشاورزی در مورچه‌ها و برخی فرضیه‌های معقول در مورد فشارهای انتخابی که ممکن است به تکامل آن منجر شده باشد، به ما می‌دهد. با‌این‌حال، در دراز‌مدت، بزرگترین پیشرفت در اینجا ممکن‌ است منابع تولید‌شده از تجزیه و تحلیل در طول این مطالعه باشد. در نهایت، ما می‌خواهیم مبنای ژنتیکی تغییرات در رفتار مورچه‌ها و همچنین چگونگی سازگاری قارچ‌ها برای تأمین بهتر کشاورزان خود را درک کنیم. برای درک بهتر، ما باید ژنوم گونه‌های کشاورز را با خویشاوندان غیرکشاورزشان مقایسه کنیم. دی‌ان‌ای جمع‌آوری‌شده برای این مطالعه در نهایت برای پیگیری این سوالات مورد نیاز خواهد بود.