Sademetsäkatoksen alla hyönteisten matala karju kasvaa jaksottaisiksi crescendoiksi, kun kastanjanruskeat ja mandariininväriset lehdet, jotka ovat suurempia kuin päivällislautaset, ajautuvat alas oksista. Scarlet macaws ja keltaharjaiset tukaanit antavat rapeita puheluita. Kapuusiiniapinat pudottavat puun puutteen neljälle biologille, jotka ovat matkalla Amazonin sademetsää pitkin, vain muutaman tunnin ajomatkan pohjoiseen Manauksesta, Brasiliasta. Tämän valtavan viidakon alueella, joka kulkee satoja mailia Venezuelan rajalle katkeamattomana, he etsivät johtolankoja selittääkseen ylimääräisen evoluutiotapahtuman.
Asiaan liittyvä sisältö
- EO Wilson kehottaa huomisen tutkijoita etsimään Maan tuntemattomia rikkauksia
Jossain lähellä tätä paikkaa 50 miljoonaa vuotta sitten, dinosaurusten katoamisen jälkeen, tietyt muurahaislajit alkoivat viljellä ja syödä sieniä. Kaikista maan päällä olevista eläimistä vain nämä erityiset muurahaiset, monenlaiset kovakuoriaiset ja termiitit - ja tietysti myös ihmiset - kasvattavat omaa ruokaa. Jotenkin tämä uusi muurahaisten heimo, attiinit, meni - antropomorfisessa mielessä - metsästäjiksi-keräilijöiksi maanviljelijöiksi. Miten ja miksi he tekivät niin, on edelleen houkutteleva mysteeri.
Ted Schultz, Smithsonian-instituutin kansallisen luonnonhistorian museon tutkimus entomologi, polvistuu murto-pesän sisäänkäynnin yhteydessä tuhoavan aineen voimakkuudella. Hänellä on moppi terva-mustista hiuksista ja silmät, jotka muistuttavat suuria puuhiilen palloja paksien linssien takana. Hänen mielenkiintonsa kohteena on lehtileikkureiden pesä, makuulaisten muurahaisten näyttävin.
Kaksikymmentä jalkaa ylöspäin lähellä olevaa trumpettipuuta, muurahaiset asettuvat vasta itäneille lehtiille, alakalvot aukenevat ja veistävät tyylikkäitä puolikuukausia. He lataavat nämä pistokkaat, jotka painavat jopa kymmenen kertaa enemmän kuin he tekevät, selkänsä ja pään päähän kotiin virtaamalla takaisin puusta alas aaltoilevalla linjalla, toisin kuin vinkkien pianonmuuttajien ryhmä. Pienestä etäisyydestä muurahaiset, jotka käyttävät tyylikkäitä neonvihreitä hattuja, näyttävät olevan tanssivia.
Muut leikkurivirrat virtaavat varjoista haurasten, kuolevien lehtien poikki likaisen kraatterien ympärillä olevan vermilionhiekkaisen maaperän puhdistukseksi. He houkuttelevat suurempien muurahaisten ohitse ja ylisuurilla alakalvoilla, jotka seisovat valppaana lähellä pesän sisäänkäyntiä, katoaen pitkiksi, kaareviksi maanalaisiksi kanavoiksi, jotka avautuvat tuhansille kammioille, jotka leviävät alas ja ulos kallio-kiinteän lian kautta.
Miljoonat muurahaiset pienen makuuhuoneen alueella täyttävät pesät. Kun kammiot ovat sisällä, lehtileikkurit pudottavat kuormansa. Pienet puutarhamuurahaiset muurahaiset ottavat haltuunsa. Ne puhdistavat, leikkaavat ja puristavat lehtien reunat, levittävät niille omat eritteensä ja karkeuttavat pintoja. Näille lehtipaloille, jotka ne riviinvät siistinä riveinä, muurahaiset sijoittavat sen jälkeen kimppuja kotikasveja.
Schultz ja hänen läheinen yhteistyökumppaninsa, Austinin Teksasin yliopiston käyttäytymisekologi Ulrich Mueller uskovat, että lehtien leikkaaja kyky kasvattaa ja korjata sieniä muistuttaa ihmisen maataloutta. He jopa ehdottavat, että ihmisillä on jotain opittavaa muurahaisilta, ja viittaavat äskettäiseen havaintoon, että attiinit käyttävät antibiootteja pitääkseen sairaudet kurissa sieni-puutarhassaan. ”Oletko koskaan yrittänyt pitää tropiikissa mitään tuholaisista yli muutaman sekunnin ajan?” Schultz sanoo. ”Tämä on uskomaton saavutus.” Ehkä hän ehdottaa, että muurahaisten huolellinen tutkimus antaa ihmisille tapoja torjua tauteja tai viljellä kestävämmin. "Näillä muurahaisilla on positiivinen palautejärjestelmä - 50 miljoonaa vuotta kestävää maataloutta", Schultz sanoo.
Tämä merkittävä levy näyttää erityisen polttavalta täällä sademetsässä. Ajettaessa pohjoiseen uudella, 1000 mailin moottoritiellä, joka kulkee Manauksesta Caracasiin, on Amazonin suuria karhoja syrjäyttävän kalaluun kehityskuvio ilmeinen, kun uudet likahakkuutiet lentävät joka suuntaan. Sitä vastoin ”lehtileikkurit eivät ole vinoja asioita”, Schultz toteaa. ”Voisit kuvitella paljon skenaarioita, joissa muurahaisten pesät näissä metsissä vain kasvavat ja kasvavat, jolloin ne kantaisivat tämän maanviljelyn pisteeseen, jossa ne kaataisivat koko järjestelmän. Mutta he eivät. ”
Schultz ja Mueller ovat palanneet Amazoniin yrittäessään selvittää, kuinka ensimmäinen muurahainen - kaikkien puutarhurien muurahaisten äiti - alkoi kasvattaa siirtokuntansa ruokaa. Miltä hän näytti? Kuinka hän käyttäytyi? Ja kuinka maan päällä hän hallitsi tällaisen merkittävän muutoksen?
Lehtien muurahaiset ovat kiinnostaneet ihmisiä jo vuosisatojen ajan. Muinaisten mayojen kroonikko Popol Vuh juhli älykkyyttä ja viestintätaitojaan. Charles Darwin, vieraillessaan ensimmäistä kertaa Brasilian trooppisessa metsässä, hämmästyi heidän kaikkialla asettavuudestaan ja ahkeruudestaan. "Hyvin lyötyt polut haarautuvat joka suuntaan, joille voi nähdä armeijan, joka ei koskaan hylkää rehuja", hän kirjoitti vuonna 1839.
Muutamaa vuosikymmentä myöhemmin suuri englantilainen luonnontieteilijä Henry Walter Bates, joka pani merkille lehtien leikkuuteollisuuden ja armon hänen vuonna 1863 tehdyssä mestariteoksessaan, The Naturalist on the Amazons River, kirjasi myös paremman kuvan - paikallisten maanviljelijöiden, jotka pitivät muurahaisia ”kauheana” tuholainen. ”Mutta Bates, kuten muutkin tarkkailijat, ajatteli lehtien leikkureita käyttävän pistokkaita suojaamaan sateelta. (Niitä kutsutaan myös päivänvarjo muurahaisiksi.) Koneen insinööri ja itseopiskelija ekologi Thomas Belt tarvitsi selvittääkseen, kuinka lehtiä todella käytettiin. Nicaraguan kaivostoiminnassa Belt louhitsi kaksi leikkurin pesää. Yllätyksekseen hän löysi muutamia merkkejä leikattuista lehdistä. Tutkittuaan kammioita täyttävää sienimäistä ruskeaa materiaalia tarkkaan tutkiessaan Belt kuitenkin huomasi ”pienjakoisesti jakautuneita lehtipalasia, kuihtuneita ruskean väriseksi ja kasvattuiksi ja liitettynä kevyesti yhteen minuutin valkoisella sienellä. . . . ”Lehtileikkurit, Belt kirjoitti vuonna 1874, ovat” tosiasiassa sienenviljelijöitä ja syöjiä. ”
Pian sen jälkeen Harvardin muurahaistutkimuksen dekaani William Morton Wheeler kirjoitti kokonaisen kirjan sienenkasvattajille. Ja Edward O. Wilson, joka myöhemmin onnistuu Wheelerissä Harvardin ensisijaisena muurahaistutkijana, nimitti lehtileikkureita ”kaikkein edistyneimmäksi kaikista sosiaalisista hyönteisistä”.
Mutta tutkijoiden, jotka yrittivät ymmärtää paremmin Beltin läpimurtohavaintoja, oli suuria esteitä, etenkin kun oli tarkoitus tunnistaa, millaisia sieniä muurahaiset kasvavat. Tutkijat tunnistavat sienen tyypillisesti sen sporoforin kautta, joka on itiöitä tuottava kasvin osa. Muurahaisten puutarhoissa sporoforeja on kuitenkin harvoin todistettu syistä, jotka ovat edelleen epäselviä. "Tuntuu kuin muurahaiset olisivat kastroineet sieniä", Schultz selittää. (Pohjimmiltaan muurahaiset levittävät sieniä ottamalla pistokkaita.) Koska menetelmää sienityyppien tunnistamiseksi ei ollut, tutkijat puuttuivat puolet tarinasta.
Tässä vaiheessa asiat seisoivat, kun mueller ja Schultz ylittivät ensimmäisen kerran polkuja CornellUniversityssa 1980-luvun lopulla. Siellä he ryhtyivät sieni-asiantuntijoiden Ignacio Chapelan, nykyään Kalifornian yliopistossa Berkeleyn, ja Stephen Rehnerin kanssa Yhdysvaltain maatalousministeriöstä Beltsvillessä, Marylandissa. Chapela veti yksittäisiä sieni-kantoja muurahaistarhoista ja piti hengissä. Rehner kuvasi sitten eri kantojen välisiä eroja käyttämällä molekyyligenetiikkatekniikoita. Schultz vastasi nämä tulokset hänen DNA-analyysinsä liittyneistä muurahaisista. Vuonna 1994 nelinpeli julkaisi Science-lehdessä tutkimuksen, joka dokumentoi sienten ja muurahaisten vuorovaikutusta. "Nyt on selvää", he kirjoittivat, "sienten kasvavan käytöksen alkuperä oli erittäin harvinainen tapahtuma, joka oli tapahtunut vain kerran muurahaisten evoluutiohistoriassa." Kehittyneimmät attiinit, tutkijoiden arvioiden mukaan, olivat levinneet. yhden sienilinjan vähintään 23 miljoonan vuoden ajan.
Neljä vuotta myöhemmin seurantaa koskevassa raportissa Mueller, Rehner ja Schultz muuttivat hyväksyttyä viisautta väittäen, että attine-sienet edustivat usein erilaisia lajeja - yhtäkään niistä ei kuljettu perustamalla kuningattaret pesästä pesään. "Primitiivisemmät" attiinit, tutkijat kirjoittivat, jakavat joskus sienet toistensa kanssa, jopa etäällä toisiinsa liittyvien muurahaislajien kanssa - biologien ehdottama versio viljelykiertoa. "Voimme osoittaa, että sadon epäonnistuminen on tärkeä kysymys heidän elämässään", Mueller selittää. ”He tekevät samoin kuin ihmiset, ja menevät naapureiden luo etsimään korvausta, joskus varastavat sen, toisinaan myös ylittävät ja tappavat myös naapurit. Olemme osoittaneet tämän laboratoriossa. Seuraava looginen asia on etsiä sitä luonnossa. ”
Tutkijoiden halukkuus muurahaisviljelyn vertaamiseen ihmisen maatalouteen on herättänyt kriitikkoja. Naomi Pierce, Harvardin muurahaisten ja kasvien vuorovaikutusten asiantuntija, kiittää heidän kenttätyötään, mutta ajattelee, että muurahaisten muuttaminen viljelijöiksi saattaa viedä asioita liian pitkälle. "Ongelmana on, että voit jäädä kiinni metaforaan", hän sanoo. Muurahaiset eivät tietenkään kehittäneet tietoisesti maataloutta. Ihmisen aikomuksen projisoiminen muurahaisiin, Ignacio Chapela sanoo, saattaa sokea tutkijoita syihin, miksi muurahaiset tekevät mitä he tekevät.
Samalla kun Mueller ja Schultz työskentelivät muurahaisten suhteessa sieniin, Toronton yliopiston biologien ryhmä totesi - ja ihmetteli - pysyvän ja tuhoavan homeen, nimeltään Escovopsis, esiintymisen attine puutarhoissa. Kuinka oli, he kysyivät, että tämä voimakas loinen ei ylittänyt säännöllisesti rakopesän pesiä? Huomauttuaan valkoisen jauheen mansiini muurahaisten alapinnoilla, he lopulta identifioivat sen bakteerityypiksi Streptomyces, joka erittää antibiootteja. Antibiootit pitivät Escovopsisia loitolla. Vielä tärkeämpää on, että he tekivät niin pitkään, ilman, että Escovopsis olisi täysin vastustuskykyinen.
Siellä voi olla eräänlainen "vaiheittainen asekilpailu", sanoo Cameron Currie, yksi Toronton tutkijoista (nyt Kansasin yliopistossa), jossa vaipumaiset antibiootit mukautuvat jatkuvasti mihin tahansa escovopsis-bakteeriin rakennettuun vastustuskykyyn. Loista ei pyyhitetä kokonaan, mutta se ei myöskään pesu pesää. Currie yrittää nyt selvittää, kuinka kauan tämä kemiallinen ristitulehti on tapahtunut.
Oppikirjatapauksessa symbioosista muurahaisten ja sienten välillä osoitettiin yhtäkkiä olevan neljä suurta pelaajaa - tai viisi, jos lasketaan bakteerien tuottamat antibiootit. Kun nämä antibiootit eivät tee temppua, muurahaiset pilkkovat sieni-tartunnan paloiksi ja vedä ne kaukana pesästä.
Sademetsässä aamunkoitto ei ole vielä murtunut; öiset Blepharidatta- muurahaiset, attiinien lähisukulaiset, ovat edelleen töissä, kuljettaen pieniä viljajyviä, joita Mueller levitti eilen illalla. Syötti on antanut Muellerin seurata Blepharidattaa pesään. Koska Blepharidattaa, joka ei kasva sieniä, on havaittu kuljettavan vapaasti elävän sienen bittiä, Mueller epäilee, että ne ovat itse viljelyalueella. Muelleri on erityisen kiehtova kokeiluista, joissa Blepharidatta siirtää sieniriput lähemmäksi pesäänsä. "Etsimme jotain hyvin syvälle evoluutiohistoriasta", Mueller sanoo. Jotkut muurahaiset näissä metsissä alkoivat liittyä sieniin. Ja tämä siirtymä on sama siirtymä, jonka ihmiset suorittivat. "
Mueller kytkee ajovalaisimen päälle. "Yritämme seurata asioita taaksepäin, mutta emme tietenkään löydä" esi-isää "täältä", hän selittää. "Se mitä etsimme, on laji, jolla on säilynyt joitain esi-isälle ominaisia piirteitä." Hän ei sano toisin kuin miten kielitieteilijät vierailevat eristyneissä kansoissa tutkimaan kuinka puheäänet ovat muuttuneet, hän sanoo. "Se on jotain sellaista, mitä teemme täällä, kun tarkastelemme kuinka primitiivisin käyttäytyminen olisi saattanut tuottaa yksityiskohtaisempaa käyttäytymistä." Evoluutio, toisin sanoen, pelaa vähemmän siististi kuin selkeät linjat, jotka saatat muistaa lukiosta ja muusta kuten elokuva, jossa sekvenssit voivat toistua, pysyä muuttumattomina tai jopa juoksea taaksepäin eräänlaisessa vastakkaissuunnassa.
Muellerin housut ovat hikeä ja mutaa, palavat kärjet pistettävät hänen kaulaansa ja käsiään ja hyttyset sumisevat hänen korviensa lähellä. "Olemme hieman epänormaalit pakkomiellemme", hän myöntää. ”Olemme todella äärimmäisillä. Kuka muu hikoilee metsässä löytääkseen nämä tyhmät muurahaiset! ”
Mueller sanoo, että hän ”ei ollut lapsestaan paljon kiinnostunut viruksista”. Ehkä tämä johtui siitä, että hänen isänsä, Bayerin kemianteollisuuden kasvitieteilijä, kärsi salaperäisestä trooppisesta taudista, jonka urakka tehtiin retkikunnan yhteydessä El Salvadoriin, kun Ulrich oli vain 4-vuotias. Mueller oli 9, kun hänen isänsä kuoli tautiin. Kun hän oli lopettanut lääketieteellisen koulun, hän lukee Edward O. Wilsonin kiistanalaista kirjaa Sosiobiologia (pyrkimys yhdistää kaikkien eläinten käyttäytyminen muurahaisista ihmisiin yhtenä suurena synteesinä). Heti hän tiesi, mitä haluaa tehdä elämässään, omaksuakseen "evoluutio-lähestymistavan eläinten käyttäytymisen, sosiaalisen käyttäytymisen ja sitten ihmisen käyttäytymisen ymmärtämiseen".
Myös Schultz tuli muurahaisiin kiertoreitin kautta, johon Wilson vaikutti. Kasvatettu pienessä, sinikauluskaupungissa Chicagon eteläpuolella, vanhempien poika, jotka eivät käyneet yliopistossa, Schultz kävi tiukassa luterilaisessa koulussa. Siellä yksi hänen opettajistaan yritti vakuuttaa hänelle, että "Jumala hautasi dinosaurusluut vain maahan testataksemme uskoamme".
Kun hän oli pudonnut Chicagon yliopistosta ja ajautunut länteen San Franciscoon 1970-luvun alkupuolella, Schultz piti sarjan työpaikkoja - hammasteknikko, vesisängyn verhoilija ja tulostin - ennen kuin yritti käsiään paranormaalisten ilmiöiden kriittisten esseiden kirjoittajana ( "Blobs From Space" ja "Stranger kuin Science"). Yhtenä aamuna töissä töissä Schultz aloitti 30-vuotiaana 30-vuotiaana lukemassa Wilsonin The Hyönteiskokoelmia . Muurahaiset houkuttelivat häntä, koska he yhdistivät ”esteettisen vetovoiman” ja konkreettisuuden. "Jahdan monia asioita, jotka täyttivät minut ihmeellä", Schultz muistelee. "Mutta tarvitsin kriteerin selville niiden asioiden selvittämiseksi, jotka näyttävät olevan täynnä ihmettä, mutta myös niiden asioiden, jotka näyttävät olevan täynnä ihmeitä ja jotka ovat todellisia ."
Vaikka tuhannet muurahaiset kymmenistä lajeista ovat liikkeellä paksujen lehtien kautta, Schultz kiinnittyy tietylle yksinäiselle muurahaiselle, joka on leikannut palan villisieniä ja vetää saalista tukin yli ja heiluttaa kuormansa alla. ”Hei, sinun täytyy nähdä tämä!” Schultz huutaa Muellerille. Se on Trachymyrmex, johdettujen tai ”korkeampien” attiinien joukossa.
Schultz on innoissaan. Ja yllättynyt. Vaikka hän on lukenut atteeneista, jotka kuljettavat villisiä sieniä pesiin, hän ei ole koskaan nähnyt ketään tosiasiallisesti tekevän sitä. Ja miksi he tekisivät? Yhteensopimattoman sienen leviäminen voi hyvin häiritä tai jopa tuhota koko muurahaisen puutarhan. Mitä täällä tapahtuu?
"Tämä on palapeli", Schultz sanoo. "Odottaisin, että muurahaiset ovat erittäin valivia siitä, mitä he tuovat pesään, että heillä on jonkinlainen aistinpohjainen puolue, joka hyväksyy" hyvät "sienet ja hylkää kaikki" pahat "." Mueller huomauttaa, että monet kasvit käyttävät muurahaisia levittää siemeniä, vaikka onko muurahaisten valinta siitä, mitä ne keräävät vai reagoivatko ne vain kasvien eritteiden viettelyyn, on edelleen epäselvää.
Schultz näyttää olevan positiivisesti giddy, vaikka muurahainen ja sen sieni voisi kääntyä ylösalaisin moniin asioihin, jotka hän ja hänen kollegansa ovat kirjoittaneet, puhumattakaan haastaa suurimman osan oletuksistaan. "Ehkä ei ole niin, että muurahainen löysi sienen", Mueller ehdottaa hymyillen. "Ehkä se on, että sieni löysi muurahaisen."
Sekä Schultz että Mueller arvostavat sieni-pakkomielle yhteistyökumppaneitaan johtamalla heitä ajatukseen, että sienet hyötyvät niin paljon suhteista muurahaisiin kuin muurahaiset sienistä. Muurahaisten kuljettamat, suojaamat ja jättimäisissä puutarhoissa hoidetuilla sieniklooneilla on lisääntymiskyky huomattavasti enemmän kuin mitä he voisivat saavuttaa luvattomasti. Loppujen lopuksi vapaa-eläviä sieniä esiintyy usein vain pienellä joukolla lehtihiekkaa, jotka lisääntyvät vain kerran tai kahdesti ennen kuolemaansa. Pesien sisällä sienestä tulee Stephen Rehnerin mielestä ”kuolematon verrattuna mihin tahansa heidän villiin sukulaisiinsa”.
Mahdollisesti sienet kehittivät temppuja muurahaisten huijaamiseksi niiden siirtämiseksi ja korjaamiseksi. Sienten pinnalla olevat eritteet voivat toimia mielenmuutoslääkkeinä, taivuttamalla muurahaisia sienten palvelukseen. ”Uskon, että muut sienet yrittävät jatkuvasti rikkoa kemiallisia koodeja, jotka auttavat muurahaisia tunnistamaan puutarha sieniinsä sanoen:” Hei, maistan ja haistan oikein! Et voi vastustaa minua. Ota minut ja vie minut kotiin '', Schultz spekuloi. "Älä aliarvioi sienen voimaa", Mueller painottaa.
Tosiaankin, seuraavana iltapäivänä Schultz palaa retkeltä vaikuttavilla todisteilla tuosta voimasta. Hän oli tullut jättimäisen mustan muurahaisen, joka tunnetaan paikallisesti nimellä bala - kova, voimakkaan pistoksen kanssa - takertuva pensaan oksan yläosaan. Se oli jäykkä ja kuollut. Muurahaisen pään takana ruskea sporofori työntyi röyhkeästi ikään kuin Alien- elokuvan hyönteisversiossa. Sieni oli saastuttanut muurahaisen ruumiin, kasvaa sisälle ja kuluttaa sitä. Sitten sieni oli jonkinlaisen vielä löydettävän katalysaattorin kautta ilmeisesti kehottanut muurahaista kiivetä oksan yläosaan, missä sen itiöt voitiin levittää suurimpaan hyötyyn. Siellä sporofori itäsi muurahaisen pään läpi ja vapautti itiöt.
Varmista polulla ja metsässä, Schultz palaa, hänen paidansa ja housunsa taskut ovat täynnä alkoholipitoisia pulloja. Hän pysähtyy tukin vieressä ja potkaisee sen kuoren. Tyhjennä puoli tusinaa Acromyrmex- lehtileikkuria, jotka usein rakentavat pesänsä tukkeihin. Hälyttyneiden hyönteisten alla ruskea ja ruskeanruskeinen sieni kukkii. "Sinut hämmästyttää kuinka monta sienipuutarhaa on metsässä", Schultz sanoo. "He ovat kaikkialla."
Kellon poikki polvistuen likaan hän vakoilee pientä pölynväristä olentoa heiluttamalla ylisuuria päätä. Se on Cyphomyrmex, yksi vähiten tutkituista atteeneistä. Schultz nojaa tämän olennon päälle, joka ei ole suurempi kuin pilkku, ja tarkkailee sitä tarkkaan.
Kenttätyöt Amazonissa ovat paljon sotkuisempia kuin muurahaiskorjien geneettinen analyysi Schultzin ilmastoidun laboratorion mukavuudessa takaisin Washington DC: ssä. Mutta tämä on ainoa tapa “kokea oikeaa, suodattamatonta biologiaa”, hän sanoo. ”Se, että monimutkaisuus on melkein taattu, palkitsee sinut jollain, mitä et odottanut.” Ehkä Cyphomyrmex luopuu yhdestä pienestä palapelissä, jonka Schultz ja Mueller ovat omistaneet uransa kokoonpanoon. Kun Schultz toteaa tutkiessaan muurahaisen mutkittelevaa kävelyä, on parasta ”ajatella pientä” käsitellessään joitain kosmoksen suurimmista kysymyksistä. Se on hienoa olla täällä. Pieni ajattelu avaa kaikenlaisia mahdollisuuksia. ”
