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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。![]()
