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Como as formigas se tornaram os melhores produtores de fungos do mundo

Quando os humanos começaram a cultivar há 12 mil anos, eles alteraram o futuro de nossa espécie para sempre. Nossos ancestrais eram pioneiros ecológicos, descobrindo e cultivando as culturas mais valiosas, escalando-as para alimentar comunidades inteiras e transformando culturas selvagens tão fundamentalmente que elas se tornaram dependentes dos humanos para sua sobrevivência. A agricultura, nas palavras do Projeto Genográfico da National Geographic, “semeou as sementes para a era moderna”.

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Mas os humanos estavam atrasados ​​para o jogo. Quando nossos ancestrais lançaram sua Revolução Neolítica, que mudava o mundo, as formigas já cultivavam fungos nas florestas tropicais da América do Sul há 60 milhões de anos. Esses pequeninos magos da agricultura usavam técnicas sofisticadas que rivalizam com as nossas - incluindo a domesticação de cultivos que hoje são desconhecidos por natureza e que também são incapazes de sobreviver sem seus cultivadores.

Agora, os pesquisadores do Smithsonian identificaram quando - e talvez por quê - as formigas desenvolveram essas técnicas agrícolas extraordinárias. Ao criar uma árvore evolutiva de formigas agrícolas, eles relatam que a revolução na agricultura de formigas pode ter sido estimulada por uma mudança dramática no clima, cerca de 30 milhões de anos atrás. Além disso, os sistemas agrícolas que emergiram dessa revolução ainda podem conter algumas lições para os humanos hoje.

Hoje, cerca de 240 espécies de formigas attine - os cortadores de folhas entre elas - são conhecidas por cultivar fungos nas Américas e no Caribe. Seus cultivos subterrâneos alimentam sociedades complexas, baseadas na agricultura, que não são apenas sustentáveis ​​e eficientes, mas também resistentes a doenças e pragas. Esses diminutos agricultores estão unidos por uma estratégia comum: eles procuram por pedaços de vegetação, mas não a comem. Em vez disso, eles o usam para nutrir seus preciosos fungos, que eles cultivam em escala industrial.

Nestes casos, os fungos são completamente isolados em jardins subterrâneos, muitas vezes localizados em habitats secos e inóspitos, onde seus parentes silvestres não podem sobreviver. Nem podem escapar, o que significa que fungos selvagens e domésticos não podem se unir e trocar genes. Como resultado desse isolamento, os fungos domesticados evoluíram em total co-dependência com seus criadores de formigas. De sua parte, as formigas dependem tanto de sua colheita que, quando a filha de uma rainha funda uma nova colônia, ela leva com ela um pedaço do jardim fúngico de sua mãe para começar a sua própria.

"Os fungos que crescem nunca são encontrados na natureza, eles são agora totalmente dependentes das formigas", explica o entomologista Ted Schultz, curador de formigas no Museu Nacional Smithsonian de História Natural. “É como muitas das nossas colheitas. Cultivamos coisas tão altamente modificadas que existem em formas que não são mais encontradas na natureza ”.

Em um estudo publicado em 12 de abril na revista Proceedings, da Royal Society B, Schultz e seus colegas usaram novas ferramentas genômicas para descobrir as raízes desse arranjo incomum. Schultz e sua equipe criaram uma árvore genealógica evolucionária de formigas-criadoras de fungos, explorando os dados genéticos de 78 espécies de formigas agrícolas e 41 espécies de formigas não-agrícolas. A maioria foi coletada pelo próprio Schultz durante décadas no campo.

Os pesquisadores usaram esse registro genético - que incluiu as seqüências de DNA de mais de 1.500 locais de genoma para cada espécie - para raciocinar de trás para frente a partir de espécies vivas e identificar os ancestrais comuns das linhagens de formiga de hoje. Eles substanciaram esses dados genéticos com alguns fósseis de formigas-chave, que foram usados ​​para ajudar a calibrar as datas das mudanças encontradas em suas análises de DNA.

Com esses dados, Schultz conseguiu desvendar quando essas espécies formigas fizeram o principal avanço evolucionário para a agricultura mais avançada - assim como surgiu uma teoria do porquê.

Ted Schultz, curador de formigas com o Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, segura um ninho de laboratório de uma formiga que cresce menos em fungos, ao lado de um formigueiro de formigas cortadeiras que crescem mais em fungos. Ted Schultz, curador de formigas com o Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, segura um ninho de laboratório de uma formiga que cresce menos em fungos, ao lado de um formigueiro de formigas cortadeiras que crescem mais em fungos. (JamesDiLoreto / Smithsonian)

Os dados do DNA sugerem que esse salto coincidiu com mudanças dramáticas no clima antigo. As formigas parecem ter desenvolvido seus sistemas agrícolas avançados algum tempo depois de um evento de resfriamento global ter começado a baixar as temperaturas em todo o mundo há cerca de 35 milhões de anos. A mudança resultante das florestas úmidas úmidas de seus ancestrais caçadores-coletores para ambientes mais secos, escrevem os pesquisadores, pode ter provocado inovações agrícolas à medida que as formigas mantiveram as condições controladas para manter seus jardins de fungos em crescimento.

“Parece que qualquer que seja o ancestral das formigas de crescimento mais alto, foi viver em um habitat seco ou sazonalmente seco”, diz Schultz. “Então, se as formigas estão cultivando fungos que amam os habitats e as removem para um habitat seco, é como se os seres humanos levassem um dos seus produtos domésticos para fora de sua área nativa”.

"Geralmente, quando domesticamos as coisas, nós as isolamos em parcelas e colhemos as sementes daquelas que mais gostamos, e continuamos plantando essas sementes", continua ele. “Se você tem um fungo cujos parentes todos vivem em uma floresta úmida, e você leva para um habitat seco, ele não pode mais escapar ... Com o tempo, isolado por centenas de milhares ou milhões de anos, isso é muito bom. oportunidade de domesticação ”.

Mas os fungos não foram os únicos a passar por uma transformação. Ao mesmo tempo, a linhagem de formigas começou a diversificar significativamente. Seus genomas mudaram durante a mudança da caça-coleta para a agricultura, e novamente quando formas mais elevadas de cultivo de fungos foram adotadas. Schultz e colegas observaram em pesquisas anteriores que as formigas provavelmente perderam a capacidade de produzir um aminoácido chave, a arginina, porque tinham uma fonte pronta nos fungos - e agora se tornaram dependentes dessa fonte.

Os micologistas que estudam o mesmo sistema podem vê-lo como aquele em que os fungos usavam as formigas, e não o contrário. “Pode parecer ruim para os fungos, mas também é benéfico para eles. Todas as suas necessidades estão sendo atendidas ”, diz Diana Six, uma entomologista da Universidade de Montana. "Eu acho que os fungos realmente manipulam a situação também."

Seis, que não participaram do estudo, acrescenta que Schultz e seus colegas conseguiram separar uma história evolucionária complexa que não sustentava muitas suposições anteriores - a saber, que a evolução dos fungos amantes da umidade teria sido impulsionada por pressões. em florestas tropicais úmidas onde eles viviam. "A idéia de que com essas simbioses tem que haver algo que reforce essa especificidade, e que o isolamento tenha levado a essa extrema dependência ... Realmente faz muito sentido", diz Six. "Mas é preciso que as pessoas pensem um pouco fora da caixa para encontrar esses tipos de respostas."

A agricultura avançada de formigas, como seria de esperar, difere dos esforços humanos de algumas maneiras óbvias (menos tratores, por exemplo). No entanto, Schultz acredita que podemos aprender uma ou duas coisas observando como uma das poucas outras espécies da natureza - incluindo cupins, besouros e abelhas - faz a curadoria de suas colheitas.

Por exemplo: Como alguns fazendeiros industriais, as formigas agrícolas cultivam um único tipo de cultivo. No entanto, eles conseguem fazê-lo sem sucumbir a inimigos como doenças ou pragas que ameaçam as culturas humanas quando perdem a diversidade genética. As formigas conseguem esse feito notável ao manter suas salas de jardim subterrâneas sem manchas para limitar a possibilidade de doenças, e ao produzir uma espécie de antibiótico natural que atua como pesticida, combatendo um fungo parasita que ameaça sua fonte de alimento.

Essas estratégias efetivamente mantêm os patógenos sob controle, mas não os obliteram como os humanos tendem a fazer, às vezes sem sentido. Em vez disso, as formigas alcançaram um equilíbrio sustentável que os humanos fariam bem em observar, diz Schultz.

"Eles cultivam uma monocultura, mas existem todos os tipos de bactérias e outros micróbios que podem ser benignos ou mesmo benéficos", diz Schultz. "É como um pequeno ecossistema que eles estão cultivando." Da mesma forma, na agricultura humana, "quando cultivamos uma lavoura, não estamos cultivando apenas algo como o milho", acrescenta ele. "Também estamos cultivando todos esses micróbios no solo, e provavelmente há uma mistura ecológica ideal de micróbios que é a melhor para o solo saudável e o milho saudável".

O lugar da colônia de formigas no ecossistema local maior também pode conter algumas lições para os agricultores humanos, observa Schultz. Pense em uma colônia de cortadores de folhas como um único vertebrado de pastejo grande: O peso combinado de uma colônia é semelhante ao de uma vaca, e pode consumir quantidades similares de vegetação local em um período similar de tempo.

"Por que eles simplesmente não apagam toda a vegetação de uma área e precisam se mover?", Pergunta ele. Uma razão é que a vegetação local também evoluiu em sincronia com as colônias. Uma árvore que está sendo picada até a morte por formigas pode começar a expressar uma toxina que torna suas folhas intragáveis ​​para os fungos das formigas, fazendo com que elas se movam para que a árvore possa se regenerar.

“Eles não estão fazendo isso deliberadamente; não é como se eles estivessem conscientemente escolhendo não dizimar uma árvore ", acrescenta." Mas todo um ecossistema local e todos os organismos nele co-evoluíram para uma espécie de estado estável, que produz esse tipo de agricultura sustentável. o menor entre nós, parece que lições maiores podem surgir.

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