Mravenčí zemědělství předstihlo to lidské o 60 milionů let. Přesto jsou si netušeně podobné

- Příroda autor: Jan Toman

Lidé jsou oproti ostatním živočichům v lecčems výjimeční. Mimo jiné vládnou komplexním jazykem, používají pokročilé nástroje a jejich kultura je daleko rozvinutější, než u jakéhokoli jiného živočišného druhu. Přesto se jim ale některé organismy v určitých aspektech své činnosti blíží. 

Mravenci nejsou žádní žabaři a jejich zemědělství se v mnoha ohledech podobá tomu našemu

Mravenci nejsou žádní žabaři a jejich zemědělství se v mnoha ohledech podobá tomu našemu,zdroj: ThinkStock

Řada savců včetně kytovců a lidoopů například ovládá ne úplně jednoduché komunikační systémy. Savci, ale i ptáci a další živočichové také využívají jednoduché nástroje, o předávání zkušeností z generace na generaci nemluvě.

Těžko ovšem vymyslet "lidštější" činnost než zemědělství. Dokonce ani příslušníci našeho vlastního druhu jej nevyužívají z evolučního hlediska příliš dlouho – nějakých 10 až 12 tisíc let, pokud nepočítáme předchozí období experimentování a smíšeného způsobu obživy.

I za tak "krátkou" dobu se ale zemědělství podepsalo na naší biologické stránce a zásadním způsobem určilo další kurz kulturní evoluce lidstva. Přesto lidé nejsou s využíváním zemědělských technik na Zemi jediní. Dokonce s jejich vynálezem ani nepřišli první – o pěkných pár desítek let je předstihli drobní příslušníci blanokřídlého hmyzu – mravenci.

Malí pěstitelé hub

Někteří zástupci tohoto společenského hmyzu se na zemědělský způsob obživy naprosto specializovali. Na rozdíl od lidí ovšem nepěstují zelené rostliny, ale úzce specializované kultivary hub. Ty cíleně vysazují do svých podzemních zahrádek a poskytují jim organický materiál, na kterém se mohou rozrůstat – v případě méně specializovaných druhů mravenců rozkládající se zbytky rostlin a živočichů, v případě "vyšších" linií čerstvě natrhané listy.

Po úspěšném vypěstování toho kterého houbového kultivaru se na jeho vláknech pasou a získávají tak nezbytné bílkoviny, cukry a tuky. Ty kultivary, které s mravenci spolupracují nejdéle a prošly tak nejdelší vzájemnou koevolucí, dokonce produkují specializované orgány zvané gongylidia, jakési zásobárny určené přímo ke sklízení.

Abychom nekřivdili "třetímu do party", zemědělství vynalezli nezávisle na lidech a mravencích ještě termiti. V menším objemu potom pěstují kvůli obživě jiné organismy (často právě houby) také další živočichové, například kůrovcovití brouci. V rozsahu zemědělské činnosti, specializaci na tento druh obživy a specificitě soužití s konkrétními kultivary se ale mravencům ani nepřibližují.

Další střípek do mozaiky mravenčího zemědělství nedávno přinesl mezinárodní tým evropských, amerických a čínských biologů, kteří přezkoumali vzájemná genetická přizpůsobení mravenčích farmářů a jejich houbových kultivarů.

Podobnosti mravenčího a lidského zemědělství

Podobně jako v případě lidského zemědělství, ani mravenci nepřešli k tomuto způsobu života skokově. První zástupci využívající jako zdroj obživy mezi jinými i houbové farmaření zřejmě žili v křídovém období v oblasti Jižní Ameriky. Jejich houbové kultivary se ovšem křížily s volně žijícími příbuznými a nemohlo tak docházet k jejich výrazné specializaci. Stejně tak i lidé, v dlouhém období, kdy teprve experimentovali s pěstováním rostlin, své rostlinné kultivary příliš nešlechtili.

Lidé ani mravenci navíc na zemědělství v jeho prvních fázích pravděpodobně moc nevydělali a dost možná na tom byli hůř, než jejich nepěstující příbuzní. Z dlouhodobého hlediska se ale po vzájemném přizpůsobení farmářů a jejich plodin zemědělský způsob života ukázal být neobyčejně výhodným. V případě mravenců nastal tento zlom o několik milionů později – postupně se totiž na houbovou stravu více specializovali, jejich kultivary se přestaly křížit s divokými plísněmi a plně se oddaly symbióze a koevoluci s mravenčími hostiteli.

Výzkumníci analyzovali dva už přečtené genomy farmařících mravenců a nově k nim přidali dalších pět, které osekvenovali sami. Nahrubo tak zmapovali všechny hlavní skupiny mravenčích zemědělců. Co se týče stabilních houbových kultivarů, u těch badatelé vzali v potaz jak složení genomu, tak míru přepisování jednotlivých genů.

Evoluční změny

Není žádným tajemstvím, že u hub i mravenců došlo k výrazným evolučním změnám pozorovatelným na první pohled – například vzniku nových kast nebo vypučení zmiňovaných gongylidií. Velmi intenzivní ale byly i jejich genetické změny. Jen málo jiných linií organismů prodělalo tak rychlou genomovou evoluci jako farmařící mravenci. Mnoho jejich genů ztratilo po přechodu k zemědělství svůj původní účel a přizpůsobilo se na nový, nebo zaniklo.

Další geny se v genomu mnohokrát nakopírovaly a specializovaly. Zvlášť zajímavá je ztráta schopnosti vytvářet aminokyselinu arginin, kterou farmařící mravenci nově získávají od svých hub. Houbové kultivary se zase v průběhu koevoluce s mravenci specializovaly na zpracování čerstvě natrhaných listů a snížily svou schopnost rozkládat složité uhlovodíky dřeva a kůry, zejména lignin. Houby také začaly produkovat větší množství chitinu, strukturní složky jejich buněčných stěn.

Hlavním důvodem je zřejmě intenzivní zemědělství, při kterém musí houbová vlákna, podobně jako třeba moderní kultivary rajčat, snést tlak několika vrstev stejného materiálu nad sebou. Ani tohle přizpůsobení ale mravenci nenechali bez povšimnutí. V reakci na něj vyvinuli schopnost chitin lépe trávit pomocí enzymů chitináz, které ve velkém množství vylučují žlázami u svých kusadel.

Studie navíc ukázala, že všechny důležité události koevoluce mravenčích zemědělců a jejich houbových kultivarů nastaly dříve, než se myslelo. Počátek soužití lze datovat zhruba do období před 55-60 miliony let.

Konec křížení s volně žijícími houbami a intenzivní koevoluce potom nastaly zhruba před 30 miliony let – v této době mají počátek "vyšší" linie mravenčích zemědělců, využití čerstvých listů i první velké zahrádky. Výměny "svého" kultivaru za jiný mohou nastávat, ale jen vzácně. Naopak ztráty zemědělského způsobu života zřejmě vůbec nenastávaly – na to jsou mravenci výhradní houbožravosti moc přizpůsobení.

Mravenčí zemědělství se tedy tomu lidskému v mnoha ohledech blízce podobá. Ne ale ve všech, neboť lidé se na rozdíl od mravenců ubírali cestou intenzivní kulturní evoluce. Nevydali se například cestou absolutního soužití s jednou plodinou, ale zaměřili se na pěstování mnoha různých cíleně vyšlechtěných kultivarů.

Sami se svému novému zdroji potravy do jisté míry přizpůsobili i po biologické stránce, rozhodně ale ne do takové míry jako mravenci. I tak ale mohou být hmyzí zemědělské techniky neobyčejně inspirující (nejen) při studiu lidského zemědělství.

Zdroj: Nygaard S, Hu H, Li C, ... & Rabeling C (2016): Reciprocal genomic evolution in the ant-fungus agricultural symbiosis. Nature Communications, 7.

Tagy: zemědělství zvířata a příroda mravenci

Zdroje: Vlastní