【国科科技港】Science ：重磅研究揭示小行星撞击开启真菌农业革命

财富 2024-10-06 20:12 河南

纵览农业发展，请关注国科农研院

当人类几千年前开始耕种作物时，农业已经存在了数百万年。实际上，在人类作为一个物种进化之前，多个动物谱系就已经开始种植它们自己的食物了。根据一项新的研究，当一颗小行星在6600万年前撞击地球时，蚂蚁群落就开始了对真菌的栽培。这次撞击导致了全球性的大规模灭绝，但也为真菌的壮大创造了理想的条件。具有创新精神的蚂蚁开始培育这些真菌，形成了一种进化上的伙伴关系。这种伙伴关系在2700万年前变得更加紧密，并一直持续至今。

2024年10月3日，国际顶级权威期刊《科学》（Science）发表的一篇题为The coevolution of fungus-ant agriculture的研究论文中，美国史密森尼国家自然历史博物馆的Ted Schultz领导的研究人员分析了数百种真菌和蚂蚁的遗传数据，构建了详细的进化树。通过比较这些树，研究人员能够创建一个蚂蚁农业的进化时间线，并确定蚂蚁首次开始培育真菌的时间。

在人类存在之前，蚂蚁就已实践了农业和真菌养殖长达数百万年。大约有250种不同的蚂蚁在美洲和加勒比地区种植真菌。研究人员根据它们的种植策略将这些蚂蚁分为四个农业系统。切叶蚁是那些采用最先进策略之一的蚂蚁，称为高级农业。这些蚂蚁收割新鲜植物的小块来为它们的真菌提供养料，而这些真菌反过来又生长出供蚂蚁食用的食物：真菌结（gongylidia）。这种食物帮助维持着复杂的切叶蚁群落，其数量可达数百万。

Schultz已经花了35年的时间研究蚂蚁与真菌之间的进化关系。他进行了30多次探险，前往中美洲和南美洲的地点观察这种互动，并在他的实验室里饲养了切叶蚁和其他种植真菌的蚂蚁的群落。多年来，Schultz和他的同事们从热带地区收集了成千上万的蚂蚁和真菌的遗传样本。这个样本库对于新论文至关重要：为了真正检测模式并重建这种关联如何随时间演变，你需要大量蚂蚁及其真菌培养物的样本。研究团队利用这些样本对475种不同真菌（其中288种由蚂蚁培育）和276种不同蚂蚁（其中208种培育真菌）的遗传数据进行了测序——这是迄今为止组装的最大规模的真菌养殖蚂蚁遗传数据集。这使得研究人员能够创建两个群体的进化树。将野生真菌物种与其培育的亲缘进行比较，帮助研究人员确定蚂蚁何时开始利用某些真菌。

基于288种蚂蚁培育的和187种非蚂蚁培育的真菌的系统基因组数据进行贝叶斯分歧时间分析所得的时序图

数据显示，蚂蚁和真菌的关系已经持续了6600万年。这大约是在白垩纪末期一颗小行星撞击地球的时候。这场灾难性的碰撞使大气中充满了尘埃和碎片，遮挡了太阳，阻止了光合作用长达数年之久。随之而来的大规模灭绝消灭了当时地球上大约一半的植物种类。然而，这场灾难对真菌来说却是一个福音。这些生物随着大量死亡植物材料的消耗而繁衍。许多在这一时期繁衍的真菌可能以腐烂的落叶为食，这使它们与蚂蚁密切接触。这些昆虫利用丰富的真菌作为食物来源，并在生命从灭绝事件中恢复后继续依赖这些坚韧的真菌。

新的研究还揭示，蚂蚁随后发展出更高级的农业又花费了近4000万年。研究人员能够追溯到大约2700万年前这种高级实践的起源。那时，迅速变冷的气候改变了全球的环境。在南美洲，干燥的栖息地如木本草原和草地分割了大片湿润的热带森林。当蚂蚁把真菌带出湿润的森林进入更干燥的区域时，它们将真菌与其野生祖先种群隔离开来。被隔离的真菌完全依赖于蚂蚁在干旱条件下生存，从而为今天的切叶蚁所实践的高级农业系统奠定了基础。蚂蚁驯化这些真菌的方式与人类驯化作物相同。特别之处在于研究人员现在可以确定高级蚂蚁最初栽培高级真菌的时间。

基于系统基因组数据进行贝叶斯分歧时间分析所得的真菌和蚂蚁时序图

除了Schultz外，这项新论文还包括来自国家自然历史博物馆的几位合著者的贡献，包括Jeffrey Sosa-Calvo、Matthew Kweskin、Michael Lloyd、安Ana Ješovnik和Scott E. Solomon。该研究还包括来自犹他大学；皇家植物园邱园；加州大学伯克利分校；美国农业部；圣保罗州立大学；科学技术高级研究所；史密森尼热带研究所；哥本哈根大学；埃默里大学；麦克马斯特大学；乌贝兰迪亚联邦大学；亚利桑那州立大学；霍恩海姆大学；路易斯安那州立大学等机构的研究人员。

来源：Ad植物微生物

长按左边二维码

感谢您关注国科农研院

微信公众号

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU2NzI1NjkzNw==&mid=2247623072&idx=2&sn=9e529ba459389e24c82968ea4f241c59

国科农研院

汇聚全球科技资源，搭建产研协同平台，推进种业自主创新，壮大农业领军企业

最新文章

【国科快资讯】最全议程！第三十一届中国北京种业大会即将开幕

【国科快资讯】小麦远缘杂交新品种“普冰03”实现成果转化

【国科报告厅】“十五五”规划农业领域研究重点及方向

【国科新政声】农业农村部发布《2024年农业转基因生物安全证书批准清单》（二）

【国科亮视点】对话张福锁院士：把科技小院建到非洲

【国科快资讯】有望引领“第四次产业革命”！农业生物制造发展研讨会在京召开

【国科报告厅】2024年农业农村经济形势第三季度分析报告

【国科新政声】农业农村部、海南省：共同努力建设好崖州湾国家实验室和南繁硅谷

【国科亮视点】孙其信院士谈农业科技创新：人工智能帮助育种发生翻天覆地变化

【国科快资讯】一批涉转基因造谣传谣网络账号主体被依法依规查处

【国科快资讯】2024国际智能育种峰会成功举办

【国科新政声】《全国智慧农业行动计划（2024—2028年）》酝酿出台

【国科快资讯】“1+1+2+6+N”：第二十一届全国种子双交会即将于福州举办

【国科报告厅】新中国75年水稻发展大事记

【国科科技港】新育种技术如何保障一个粮食安全的世界？

【国科新政声】农业农村部：常态化推进品种审定绿色通道、联合体试验整治和“仿种子”清理

【国科亮视点】李金祥：为全球动物福利事业贡献中国智慧和中国方案

【国科报告厅】新公司法对农资企业的影响及应对措施

【国科报告厅】过度扩张和需求疲软阻碍中国肉鸡行业的发展

【国科新政声】农业农村部：30个转基因品种通过国审

【国科快资讯】国家发改委：全年粮食有望再获丰收

【国科报告厅】我国罗氏沼虾产业发展现状与对策研究

【国科科技港】中国热科院：在揭示橡胶树叶片衰老过程中叶际微生物群落的组装机制及其在养分回流中的作用方面取得新进展

【国科新政声】全国农技中心召开2024年转基因种子全程质量监管技术研讨会

【国科亮视点】万建民院士专访：“清澈的爱只为中国｜让中国人既吃饱又吃好”

【国科快资讯】10个农业植物新品种权运用典型范例发布

【国科科技港】张保龙团队揭示OsODC作为增强子提高水稻香味的新机制

【国科新政声】三部门：扩大大豆完全成本保险和种植收入保险政策实施范围

【国科科技港】Science ：重磅研究揭示小行星撞击开启真菌农业革命

【国科快资讯】上市与拟上市种企最新盘点！

【国科快资讯】饲用需求回暖工业用粮增长预计新季玉米消费稳中有增

【国科新政声】全国秋收进度加快各地多措并举保丰收

【国科报告厅】《中国合成生物学产业白皮书2024》发布

【国科快资讯】我国玉米进口大幅下降，国际市场传导影响趋弱

【国科快资讯】广东发现新物种

【国科新政声】农业农村部党组会议：奋力实现“三农”工作全年目标任务

【国科快资讯】种业“芯片” 谋新求变

【国科亮视点】前孟山都首席技术官：在种业科技创新中如何保持领先地位

【国科快资讯】美国、巴西培育出第一头产人类胰岛素牛奶的转基因奶牛

【国科新政声】全国R&D经费超3.3万亿，北京最高！

【国科新政声】农业农村部渔业渔政管理局：三大措举措！促近海渔业资源养护！

【国科快资讯】2023年全国农业绿色发展指数提高2.71个百分点

【国科快资讯】泰国发布从农产品到食品的农业发展路线图

【国科快资讯】植物新品种保护十大典型案例发布！

【国科亮视点】“十五五”农业农村领域要干什么？

【国科科技港】万建民院士团队揭示水稻谷蛋白转运调控新机制

【国科科技港】朱玉贤院士团队揭示GhCASPL1调控棉纤维次生壁增厚和参与次生壁纤维素积累的新机制

【国科新政声】农业农村部公开征集2025年度农业主导品种主推技术！

【国科新政声】农业农村部召开全国严格品种管理工作推进会

【国科快资讯】新季玉米上市，后期市场走势如何？

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉