Een kleine landbouwgeschiedenis

Bladsnijdermieren en schimmels werden onafscheidelijke partners

Een kolonie van bladsnijdermieren neemt planten flink te grazen. Ze kunnen leven van het verse blad dat ze in grote hoeveelheden verzamelen dankzij schimmels die het voor hen verteren. Ze kweken die met de grootste zorg. De bladsnijders kunnen niet zonder hun schimmels, en die schimmels kunnen ook niet zonder de mieren. Henrik de Fine Licht en andere onderzoekers ontrafelen hoe die hechte band tot stand gekomen is.

De geschiedenis van de mierenlandbouw  begon zo’n 50 miljoen jaar geleden, in Zuid-Amerika. Er was toen een mierensoort die schimmels liet groeien in zijn nest, schimmels die verwant waren aan de champignon. De schimmels leefden van organisch afval, zoals plantenresten. Ze braken die af en de mieren voedden zich met de afbraakproducten en aten van de schimmels.
Zo gebruikten deze mieren indirect organisch afval als voedselbron. Tot dan toe konden ze daar niets mee omdat het spul onverteerbaar voor ze was. Maar de schimmels maakten het bruikbaar. De mieren sleepten organisch afval aan, de schimmels groeiden lekker door en de mieren tastten toe.
Van deze innoverende mier stamt een grote groep mierensoorten af die er schimmeltuintjes op na houden. Als regel houdt elke soort zijn eigen schimmel bij zich. Een jonge koningin die een nieuw nest sticht, neemt een stukje van de schimmeltuin uit het ouderlijk nest mee om haar eigen kweek te starten. Heel soms wisselt een mier van schimmelsoort of stapt er een over op een andere variëteit van een soort.

Al snel waren de eerste schimmelkwekers op de schimmels aangewezen om voldoende te eten te hebben. Ze konden er niet meer buiten.
Die afhankelijkheid was aanvankelijk niet wederzijds. De schimmels leefden in de mierennesten van hetzelfde materiaal als daarbuiten, en hoewel ze het goed hadden in de nesten, konden ze ook buiten de mierennesten leven. Daar maakten ze ook vruchtlichamen (paddenstoelen); in de nesten hielden de mieren dat tegen.
De oudste groepen schimmelkwekende mierensoorten leven nog steeds op deze manier, met halfwilde schimmels.

Maar zo’n 30 miljoen jaar na het begin van de mierenlandbouw (dus nu zo’n 20 miljoen jaar geleden) ontwikkelde zich een schimmelvariëteit die de band met zijn kweker versterkte. Onder de toplaag van de schimmeltuin – de laag met nieuw materiaal dat de mieren voortdurend aanvullen – vormde die schimmel speciale voedselbolletjes voor de mieren. Aan het einde van de schimmeldraden zwollen de laatste cellen op en de opgezwollen uiteinden van meerdere draden bundelden zich tot bolletjes die vol zaten met vetten, koolhydraten en eiwitten.
Hieruit ontstond een nieuwe tak aan de stamboom van schimmelkwekende mieren, de tak van ‘hogere schimmelkwekers’ met een echt gewas. Ze oogsten de bolletjes als voedsel voor hun larven en henzelf. Ze gebruiken allemaal dezelfde variëteit van de champignonachtige schimmelsoort Leucoagaricus gongylophorus.
In dit landbouwsysteem levert de schimmel niet alleen een hoogwaardig product, maar hij krijgt ook iets terug. De mieren helpen hem om sneller te groeien. In de bolletjes met voedsel zitten namelijk ook enzymen die het nieuwe materiaal voor de schimmel kunnen afbreken. Die enzymen passeren de mierendarmen ongeschonden en de werksters deponeren ze in hun druppelvormige uitwerpselen bovenop de tuin. Het nieuwe materiaal dat daar ligt wordt zo alvast een beetje voorbewerkt en nieuwe schimmeldraden kunnen makkelijker van onderaf doorgroeien.
Het gewas is afhankelijk geworden van de mieren. De schimmels met voedselbolletjes kunnen niet meer buiten mierennesten leven. Ze zijn volledig gedomesticeerd.

Dankzij de enzymen die de mieren over de tuin verspreiden kan het gewas van hogere schimmelkwekers ook moeilijker afbreekbaar materiaal omzetten: pas afgevallen blad, afgevallen bloemen en vruchten. De mieren gingen meer en meer van zulk spul halen.
De nieuwe landbouwpraktijk was succesvol. Mierenkolonies werden groter en complexer, met verschillende typen werksters.

Tien miljoen jaar geleden ontstond bij een van de hogere schimmelkwekers opnieuw een innovatie: levend blad als nieuwe grondstof voor de schimmelcultuur. Dat was de oorsprong van de groep van de bladsnijdermieren. Ze behoren tot twee geslachten: Acromyrmex en Atta en er zijn ongeveer 45 soorten. Zij praktiseren landbouw op het hoogste niveau.
Werksters van bladsnijders knippen stukjes blad van planten af en dragen die naar het nest. In Zuid-Amerika kun je een optocht van zulke ‘parasolmieren’ zien: een vrolijk gezicht. Voor de uitgekozen planten is het minder mooi, want de mieren plegen een grote aanslag op hen. In het nest maken ze de stukjes blad fijn, zodat de schimmel het makkelijker kan koloniseren.
Een probleem van vers blad is dat het vaak giftig is; het gif moet de plant tegen planteneters beschermen. Daar kwam een oplossing voor. De bolletjes van het schimmelgewas bevatten, naast voedingsstoffen en verteringsenzymen, minstens één enzym dat giftige stoffen in verse bladeren onschadelijk maakt. Net als de verteringsenzymen komt ook dat ontgiftende enzym via de mieren op het verse blad terecht.

De bladsnijders gebruiken allemaal dezelfde schimmelvariëteit. De huidige variëteit vestigde zich zo’n twee tot vier miljoen jaar geleden bij alle bladsnijders en verdrong het voorgaande ras.
De kolonies van bladsnijders zijn gigantisch groot, zeer complex en blijven tientallen jaren in stand. De mieren kweken de schimmels in hoogproductieve monoculturen (elk nest heeft zijn eigen type van de gemeenschappelijke variëteit) en houden hun gewas vrij van ziekten en plagen. De tuin is een dynamisch geheel. Bovenop leggen de bladsnijders steeds nieuw fijngemaakt blad. Aan de onderkant van de tuin is het materiaal uitgeput. Dat halen de mieren weg.
Het is een ongelooflijk geavanceerd systeem waar zowel de kwekers als het gewas bij floreren.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: Atta colombica. Henrik Hjarvard de Fine Licht
Klein: Atta cephalotes. Hans Hillewaert (Wikimedia Commons)

Meer over mierenlandbouw:
Bij de mier exploiteert het gewas ook de boer (De Volkskrant)
Schone schimmeltuintjes (Bionieuws)

Bronnen:
De Fine Licht, H.H., J.J. Boomsma & A. Tunlid, 2014. Symbiotic adaptations in the fungal cultivar of leaf-cutting ants. Nature Communications, 1 december online. Doi: 10.1038/ncomms6675
De Fine Licht, H.H. & J.J. Boomsma, 2010. Forage collection, substrate preparation, and diet composition in fungus-growing ants. Ecological Entomology 35: 259-269. Doi: 10.1111/j.1365-2311.2010.01193.x
De Fine Licht, H.H., M. Schiøtt, U.G. Mueller & J.J. Boomsma, 2010. Evolutionary transitions in enzyme activity of ant fungus gardens. Evolution 64: 2055-2069. Doi:10.1111/j.1558-5646.2010.00948.x
Mikheyev, A.S., U.G. Mueller & P. Abbot, 2010. Comparative dating of attine ant and lepiotaceous cultivar phylogenies reveals coevolutionary synchrony and discord. The American Naturalist 175: E126-E133. Doi: 10.1086/652472
Schultz, T.R. & S.G. Brady, 2008. Major evolutionary transitions in ant agriculture. PNAS 105: 5435-5440. Doi: 10.1073/pnas.0711024105

Tweet about this on TwitterShare on FacebookShare on LinkedIn
Dit bericht is geplaatst in landbouw, samenwerking. Bookmark de permalink.