De evolutie van mierenlandbouw

De eerste schimmeltuinen, aanpassingen en innovaties

Ted Schultz en collega’s koppelen het ontstaan van mierenlandbouw aan de inslag van een planetoïde en de domesticatie van het schimmelgewas aan een periode van sterke klimaatverandering.

Je kunt je voedsel zoeken, maar je kunt het ook verbouwen zodat je zeker weet dat het er is. Ongeveer 250 soorten mieren uit Zuid- Midden- en Noord-Amerika doen dat laatste en kweken in hun nest een schimmel voor voedsel. De evolutionaire geschiedenis van deze mier-schimmel-relatie was in grote lijnen bekend. Nu leggen Ted Schultz en collega’s de evolutionaire stamboom van de schimmel-kwekende mieren naast die van de gekweekte schimmelvariëteiten en verfijnen het beeld.

Het boeiende is dat ze de geschiedenis van de mierenlandbouw koppelen aan twee grote gebeurtenissen op aarde.

Pioniers

De schimmel-kwekende mieren hebben een gemeenschappelijke voorouder die met landbouw begon. Dat gebeurde 66 miljoen jaar geleden in natte tropische bossen van Zuid-Amerika. Kort daarvoor was bij Chicxulub in Mexico een planetoïde ingeslagen met enorme gevolgen. Stof in de atmosfeer blokkeerde maandenlang het zonlicht, planten gingen dood en veel soorten planten en dieren, waaronder de dinosauriërs, stierven uit. Een kaalslag.

Maar schimmels die leven van dood materiaal, zoals afgevallen blad, floreerden, en sommige mieren maakten daar gebruik van. Ze konden zelf geen organisch materiaal verteren, maar lieten een champignon-achtige schimmel die dat wel kon in hun nest groeien door hem van organisch afval te voorzien. De schimmel brak het materiaal af, de mieren aten afbraakproducten en schimmel. Alle huidige 250 soorten mieren met een schimmeltuin in hun nest stammen van deze landbouwpioniers af.

Al snel pikten mieren een tweede champignon-achtige schimmel op . Vrijwel alle nu gekweekte schimmelvariëteiten – en dat zijn er een paar honderd – stammen van deze twee vroege gewassen af.

Domesticatie

De boerende mieren konden van begin af aan niet zonder hun gewas; ze zouden verhongeren. Maar omgekeerd hadden de schimmels de mieren niet nodig. Ze leefden ook buiten mierennesten en schimmelgewassen wisselden erfelijk materiaal uit met hun wilde verwanten. Buiten vormden ze paddenstoelen, in mierennesten hielden mieren dat tegen en lieten ze alleen schimmeldraden groeien. Dit staat bekend als lagere mierenlandbouw. Tegenwoordig zijn er ruwweg honderd soorten mieren die lagere landbouw bedrijven, met vele half-wilde schimmelvariëteiten.

Maar daar is het niet bij gebleven. Op een gegeven moment waren er mieren die hun gewas domesticeerden. Dat wil zeggen dat de gekweekte schimmel afhankelijk werd van de kweker en niet meer in het wild kan leven. En hij produceert speciaal voor de mieren voedselrijke bolletjes, de zogenoemde gongylidia. Deze mieren en hun schimmels zijn onafscheidelijk, en een jonge koningin die een eigen kolonie wil stichten verlaat het ouderlijk nest niet zonder een stukje schimmeltuin tussen haar kaken. Dit wordt hogere mierenlandbouw genoemd.

Deze landbouwtransitie vond pas plaats toen de lagere landbouw al 36 miljoen jaar bestond, nu zo’n 27 miljoen jaar geleden. Waarom gebeurde het niet eerder, en waarom toen opeens wel?

Afkoeling van de aarde

De onderzoekers wijzen op de zogenoemde Eoceen-Oligoceen-massa-extinctie van 33,5 miljoen jaar geleden die aan de transitie voorafging. De aarde koelde in hoog tempo af en veel soorten stierven uit, al was het uitsterven niet zo massaal als 66 miljoen jaar geleden. In Zuid-Amerika maakte een deel van de natte tropische bossen plaats voor landschappen die een deel van het jaar droog waren, zoals savannen.

Sommige schimmel-kwekende mieren verhuisden naar de drogere gebieden. De schimmels in hun nesten behielden dezelfde groeiomstandigheden, maar ze verloren het contact met wilde soortgenoten. Die leefden namelijk alleen in natte bossen. Doordat de gekweekte schimmels geen erfelijk materiaal meer uitwisselden met hun wilde verwanten, konden mieren onbelemmerd selecteren op eigenschappen die gunstig waren voor henzelf, en niet per se voor de schimmel. En zo ontwikkelde zich een gedomesticeerd gewas.

Innovatie

Tenslotte kwam 18 miljoen jaar geleden een nieuwe vorm van hogere mierenlandbouw op: er waren schimmelkwekers die hun tuintjes gingen voorzien van stukjes blad vers van de plant, in plaats van afgevallen blad. Deze bladsnijdermieren vormen complexe kolonies van miljoenen individuen; ze houden hun tuin piekfijn in orde. Ze kweken allemaal dezelfde schimmelsoort, Leucoagaricus gongylophorus, een afstammeling van de allereerste schimmel waarmee mierenlandbouw ooit was begonnen.

Of er een speciale aanleiding voor deze mieren was om over te stappen op vers blad als substraat voor hun schimmel vermeldt Schultz niet. Er zijn nu ruim vijftig soorten bladsnijders.

Alternatieve landbouw

Van de lagere mierenlandbouw splitsten zich nog twee andere landbouwsystemen af. Ongeveer 30 miljoen jaar geleden stapte een groep mieren over op de kweek van schimmels in eencellige vorm – dat wil zeggen: gist – in plaats van in meercellige draadvorm (er zijn eencellige en meercellige schimmels). Dat is opmerkelijk, want de champignon-achtige schimmels waarvan de gekweekte gewassen afstammen groeien uitsluitend in meercellige vorm. Ook de als gist gekweekte schimmels komen in het wild nooit in gistvorm voor.

En 21 miljoen jaar geleden wisselde een andere groep schimmelkwekers de gebruikelijke champignon-achtige schimmels (uit de familie Agaricaceae) in voor koraalzwam-achtige soorten (uit de familie Pterulaceae), die geen bladafval afbreken, maar hout.

Zou er ook voor deze twee verschuivingen een aanleiding zijn? Het zou mooi zijn als die wordt gevonden.

Willy van Strien

Foto: Een Cyphomyrmex-soort die een schimmel in gistvorm kweekt. ©Alex Wild

Oudere verhalen van dit blog gaan over de geschiedenis van bladsnijdermieren en beschrijven hoe ze uiterst bekwaam hun tuintjes onderhouden en het gewas verzorgen.

De gekweekte schimmels leveren vaak niet alleen voedsel, maar ook bescherming voor het broed.

Er zijn ook mieren die aan veeteelt doen.

Bronnen:
Schultz, T.R., J. Sosa-Calvo, M.P. Kweskin, M.W. Lloyd, B. Dentinger, P.W. Kooij, E.C. Vellinga, S.A. Rehner, A. Rodrigues, Q.V. Montoya, H. Fernández-Marín, A. Ješovnik, T. Niskanen, K. Liimatainen, C.A. Leal-Dutra, S.E. Solomon, N.M. Gerardo, C. R. Currie, M. Bacci, Jr., H.L. Vasconcelos, C. Rabeling, B.C. Faircloth & V.P. Doyle, 2024. The coevolution of fungus-ant agriculture. Science 386: 105-110. Doi: 10.1126/science.adn7179
Branstetter, M.G., A. Ješovnik, J. Sosa-Calvo, M.W. Lloyd, B.C. Faircloth, S.G. Brady & T.R. Schultz, 2017. Dry habitats were crucibles of domestication in the evolution of agriculture in ants. Proceedings of the Royal Society B 284: 20170095. Doi: 10.1098/rspb.2017.0095
Schultz, T.R. & S.G. Brady, 2008. Major evolutionary transitions in ant agriculture. PNAS 105: 5435-5440. Doi: 10.1073_pnas.0711024105
Villesen, P., U.G. Mueller, T.R. Schultz, R.M.M. Adams & A.C. Bouck, 2004. Evolution of ant-cultivar specialization and cultivar switching in Apterostigma fungus-growing ants. Evolution 58: 2252–2265. Doi: 10.1111/j.0014-3820.2004.tb01601.x