Люди начали выращивать сельскохозяйственные культуры около 12 000 лет назад. Муравьи занимались этим гораздо дольше. Муравьи-листорезы, самые известные фермеры-насекомые, принадлежат к роду насекомых, которые уже более 50 миллионов лет управляют грибными фермами, основанными на измельченном растительном веществе. Однако выращивание цветковых растений муравьями началось совсем недавно, около 3 миллионов лет назад на островах Фиджи.
Исследование, проведенное доктором Гийомом Хомицки из Департамента наук о растениях Оксфордского университета, показало, что миллионы лет муравьиного земледелия изменили физиологию растений. Сельскохозяйственные муравьи откладывают богатые азотом фекалии непосредственно внутрь растений, что привело к эволюции этих сверхпоглощающих растительных структур. Это означает, что питательные вещества, полученные муравьями, активно направляются на места гиперабсорбции, а не откладываются в результате побочных продуктов. Это новое понимание может дать важные подсказки в нашей борьбе за продовольственную безопасность.
Доктор Хомицки, ведущий автор исследования, говорит: «Скорость, с которой растения могут поглощать азот, является ключевым ограничением скорости роста растений. Большинство растений, включая наши культуры, поглощают азот из почвы и, таким образом, естественным образом не подвергаются воздействию очень высоких концентраций азота. Здесь на протяжении миллионов лет муравьи откладывали богатые азотом фекалии прямо внутрь растений». Текущая работа направлена на расшифровку генетической основы сверхпоглощающих структур растений, обнаруженных в этом исследовании, которые в конечном итоге могут быть перенесены на наши культуры и, таким образом, увеличить скорость поглощения ими азота.
Это уникальный вид хозяйства, где муравьи выращивают не только пищу, но и свой дом: растения обеспечивают готовые полости, в которых муравьи гнездятся. Эти отношения важны для обеих сторон: муравьи утратили способность строить гнезда, которой обладает большинство других тропических древесных муравьев, а растения, которые являются эпифитами (растениями, растущими на поверхности деревьев), полагаются на муравьев в плане питательных веществ и защита.
Чтобы проверить, изменилось ли само питание выращиваемых муравьями растений, Хомицки отследил отложение питательных веществ муравьями внутри этих растений на острове Фиджи. У выращиваемых видов растений специализированные муравьи испражняются исключительно на гиперабсорбирующие бородавки на стенках внутри растения. У близкородственных некультивируемых видов растений, обитающих в одних и тех же тропических лесах Фиджи, муравьи не проявляют такого сельскохозяйственного поведения. Это исследование показывает, что подобные гиперабсорбирующие бородавки неоднократно появлялись на растениях, колонизированных сельскохозяйственными муравьями.
Исследование, опубликованное сегодня в журнале New Phytologist, показывает, что, поскольку фермеры, занимающиеся насекомыми, снабжают свои культуры питательными веществами, они могут изменять питание растений, и в случае с муравьями это привело к эволюционным изменениям у обоих партнеров; муравьи и растения.
Профессор Реннер из Мюнхенского университета и старший автор исследования сказал: «Одомашнивание растений муравьями привело к >2-кратному увеличению поглощения азота, полученного муравьями, и эта плотная переработка питательных веществ является ключевым преимуществом для эпифитов, чтобы жить в беспочвенных пологах.'
Это подтверждает мнение о том, что миллионы лет муравьиного земледелия изменили физиологию растений, перейдя от питательных веществ, полученных муравьями, в качестве побочных продуктов к активному и целенаправленному удобрению на гиперпоглощающих участках. Подобно нашему зарождающемуся «точному земледелию», когда устройства и дроны с компьютерным управлением используются для доставки питательных веществ в те участки поля, где они больше всего нужны, эти муравьи развили особый вид точного земледелия. Они направляют питательные вещества в определенные ткани растений, которые обладают гиперабсорбцией.