Муравьи-фермеры из янтаря помогли реконструировать эволюцию выращивания грибов

Примерно за 50 миллионов лет до людей сельское хозяйство зародилось в муравейнике. Муравьи культивировали грибной «урожай», получая от него питание, но столкнулись с проблемой паразитического гриба, угрожавшего их плантациям.

В ответ муравьи вступили в симбиоз с бактериями порядка Actinobacteria. Эти бактерии производят антибиотики, подавляющие паразита. Чтобы удерживать бактерий, у муравьёв на экзоскелете эволюционировали специализированные карманы — крипты.

Ранее считалось, что эти сложные структуры эволюционировали один раз у общего предка всех 250 современных видов муравьёв-фермеров. Однако исследование, опубликованное 1 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что крипты независимо эволюционировали три раза.

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон под руководством профессора Камерона Карри и постдока Хунцзе Ли провели масштабный анализ 69 видов муравьёв. Они реконструировали эволюционное древо на основе геномных последовательностей.

Доказательства древности симбиоза были найдены в муравьях, застывших в янтаре из Доминиканской Республики возрастом 15–20 миллионов лет. Через смолу были видны бактерии, прикреплённые к телам муравьёв.

Электронная микроскопия показала, что крипты есть у большинства современных видов, но некоторые утратили эти структуры. Сопоставив данные с эволюционным древом, учёные обнаружили три независимых случая возникновения крипт.

Виды, потерявшие крипты, также лишились симбиотических Actinobacteria. Учёные предполагают, что муравьи, переселившиеся в более засушливые регионы, избавились от постоянной угрозы грибного паразита. Поскольку содержание бактерий может расходовать до четверти энергии муравья, отказ от симбиоза стал эволюционно выгодным.

Человечество позже также стало использовать Actinobacteria для производства большинства клинических антибиотиков. Тот факт, что муравьи миллионы лет успешно применяют антибиотики для защиты своих «огородов», может содержать уроки для медицины.

«Я уверен, что здесь существуют механизмы, снижающие возникновение устойчивости к антибиотикам», — говорит Карри. Изучение этих механизмов может помочь продлить срок эффективности наших собственных антибиотиков.