Quando gli umani hanno iniziato a coltivare circa 12.000 anni fa, hanno cambiato per sempre il futuro della nostra specie. I nostri antenati erano pionieri ecologici, scoprendo e coltivando le colture più preziose, ingrandendole per nutrire intere comunità e trasformando le colture selvatiche in modo così fondamentale che divennero dipendenti dagli umani per la loro sopravvivenza. L'agricoltura, secondo le parole del Progetto genografico del National Geographic, "seminò i semi per l'era moderna".
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Ma gli umani erano in ritardo al gioco. Quando i nostri antenati avevano lanciato la loro rivoluzione neolitica che stava cambiando il mondo, le formiche avevano già coltivato funghi nelle foreste pluviali sudamericane per 60 milioni di anni. Questi maghi agricoli hanno usato tecniche sofisticate che competono con le nostre, comprese le colture domestiche che oggi sono sconosciute in natura e non sono in grado di sopravvivere senza i loro coltivatori.
Ora i ricercatori Smithsonian hanno individuato quando - e forse perché - le formiche hanno sviluppato queste straordinarie tecniche agricole. Creando un albero evolutivo di formiche che coltivano funghi, riportano che la rivoluzione nell'agricoltura delle formiche potrebbe essere stata stimolata da un drammatico cambiamento climatico circa 30 milioni di anni fa. Inoltre, i sistemi agricoli emersi da quella rivoluzione potrebbero ancora tenere alcune lezioni per gli umani oggi.
Oggi, circa 240 specie di formiche attine, tra cui i tagliatori di foglie, sono note per l'allevamento di funghi nelle Americhe e nei Caraibi. Le loro colture sotterranee alimentano società complesse a base agricola non solo sostenibili ed efficienti, ma anche resistenti a malattie e parassiti. Questi piccoli agricoltori sono uniti da una strategia comune: foraggiano per pezzi di vegetazione, ma non la mangiano. Invece, lo usano per nutrire i loro preziosi funghi, che crescono su scala industriale.
In questi casi, i funghi sono completamente isolati nei giardini sotterranei, spesso situati in habitat asciutti e inospitali dove i loro parenti selvaggi non possono sopravvivere. Né possono fuggire, il che significa che i funghi selvatici e domestici non possono riunirsi e scambiare geni. Come risultato di questo isolamento, i funghi domestici si sono evoluti in completa codipendenza con i loro allevatori di formiche. Da parte loro, le formiche si affidano così tanto al loro raccolto che quando la figlia di una regina fonda una nuova colonia, prende con sé un pezzo del giardino fungino di sua madre per iniziare il suo.
"I funghi che crescono non si trovano mai in natura, ora sono totalmente dipendenti dalle formiche", spiega l'entomologo Ted Schultz, curatore di formiche presso il Museo Nazionale di Storia Naturale Smithsonian. "È come molti dei nostri raccolti. Coltiviamo cose così fortemente modificate da esistere in forme che non si trovano più in natura. "
In uno studio pubblicato il 12 aprile sulla rivista Proceedings of the Royal Society B, Schultz e i suoi colleghi hanno usato nuovi strumenti genomici per scoprire le radici di questo insolito arrangiamento. Schultz e il suo team hanno creato un albero genealogico evolutivo di formiche che coltivano funghi, sfruttando i negozi di dati genetici per 78 specie di formiche che coltivano funghi e 41 specie di formiche non agricole. La maggior parte sono stati raccolti dallo stesso Schultz durante decenni nel settore.
I ricercatori hanno utilizzato questo record genetico, che includeva le sequenze di DNA di oltre 1.500 siti del genoma per ogni specie, per ragionare all'indietro rispetto alle specie viventi e identificare i comuni antenati dei lignaggi di formiche di oggi. Hanno convalidato questi dati genetici con alcuni fossili di formiche chiave, che sono stati usati per aiutare a calibrare le date per i cambiamenti che hanno trovato nella loro analisi del DNA.
Con questi dati, Schultz è stato in grado di svelare quando queste specie di formiche hanno fatto il progresso evolutivo chiave verso un'agricoltura più avanzata, oltre a elaborare una teoria del perché.
Ted Schultz, curatore di formiche con il Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian, detiene un nido di laboratorio di una formica inferiore che coltiva funghi mentre si trova accanto a un nido di laboratorio di più alta formica tagliatrice di foglie che cresce funghi. (JamesDiLoreto / Smithsonian) I dati del DNA suggeriscono che questo balzo ha coinciso con drammatici cambiamenti nel clima antico. Sembra che le formiche abbiano sviluppato i loro avanzati sistemi di allevamento qualche tempo dopo che un evento di raffreddamento globale ha iniziato a ridurre le temperature in tutto il mondo circa 35 milioni di anni fa. Il conseguente spostamento dalle foreste pluviali umide dei loro antenati cacciatori-raccoglitori ad ambienti più asciutti, scrivono i ricercatori, potrebbe aver innescato l'innovazione agricola poiché le formiche hanno mantenuto le condizioni controllate per far crescere i loro giardini fungini.
"Sembra che qualunque sia l'antenato delle formiche più alte, che crescevano i funghi, viveva in un habitat secco o stagionalmente secco", dice Schultz. "Quindi, se le formiche stanno coltivando funghi amanti dell'habitat bagnato e li rimuovono in un habitat secco, è un po 'come se gli umani portassero uno dei loro domestici fuori dalla sua portata nativa."
"Generalmente quando addomestichiamo le cose le isoliamo in trame e raccogliamo i semi da quelli che ci piacciono di più, e continuiamo a piantare quei semi", continua. "Se hai un fungo i cui parenti vivono tutti in una foresta umida e lo porti in un habitat secco, non può più scappare ... Nel tempo, isolato per centinaia di migliaia o milioni di anni, è abbastanza buono opportunità di addomesticamento. "
Ma i funghi non erano i soli a subire una trasformazione. Allo stesso tempo, il lignaggio delle formiche iniziò a diversificarsi in modo significativo. I loro genomi si spostarono durante il passaggio dalla raccolta della caccia all'agricoltura e di nuovo quando furono adottate forme più alte di allevamento di funghi. Schultz e colleghi hanno notato in ricerche precedenti che le formiche probabilmente hanno perso la capacità di produrre un amminoacido chiave, l'arginina, perché avevano una fonte pronta nei funghi e ora sono diventati dipendenti da quella fonte.
I micologi che studiano lo stesso sistema potrebbero vederlo come uno in cui i funghi usavano le formiche, piuttosto che viceversa. "Può sembrare un po 'male per i funghi, ma è anche a loro vantaggio. Tutti i loro bisogni vengono curati ”, afferma Diana Six, entomologa dell'Università del Montana. "Penso che anche i funghi manipolino davvero la situazione."
Sei, che non era coinvolto nello studio, aggiunge che Schultz e i suoi colleghi sono stati in grado di prendere in giro una complessa storia evolutiva che non supportava molti presupposti precedenti, vale a dire che l'evoluzione dei funghi amanti dell'umidità sarebbe stata guidata dalle pressioni nelle umide foreste pluviali in cui vivevano. "L'idea che con queste simbiosi ci debba essere qualcosa che rafforzi quella specificità e che l'isolamento abbia portato a questa estrema dipendenza ... Ha davvero molto senso", afferma Six. "Ma ci vuole gente a pensare un po 'fuori dagli schemi per trovare quel tipo di risposte."
L'agricoltura avanzata delle formiche, come ci si potrebbe aspettare, differisce dagli sforzi umani in alcuni modi ovvi (meno trattori, per esempio). Tuttavia Schultz crede che possiamo imparare qualcosa o due osservando come una delle poche altre specie agricole della natura - tra cui termiti, scarafaggi e api - cura le loro colture.
Ad esempio: come alcuni agricoltori industriali, le formiche che coltivano funghi coltivano un solo tipo di coltura. Tuttavia, riescono a farlo senza soccombere a nemici come malattie o parassiti che minacciano le colture umane quando perdono la diversità genetica. Le formiche raggiungono questa straordinaria impresa mantenendo immutate le loro stanze nel giardino sotterraneo per limitare la possibilità di malattie e producendo una sorta di antibiotico naturale che funge da pesticida, combattendo un fungo parassitario che minaccia la loro fonte di cibo.
Queste strategie tengono efficacemente sotto controllo i patogeni ma non li cancellano come gli umani tendono a fare, a volte senza volerlo. Invece, le formiche hanno raggiunto un equilibrio sostenibile che gli umani farebbero bene a osservare, afferma Schultz.
"Crescono una monocoltura, ma ci sono tutti i tipi di batteri e altri microbi che potrebbero essere benigni o addirittura benefici", afferma Schultz. "È come un piccolo ecosistema che stanno coltivando". Allo stesso modo, nell'agricoltura umana, "quando coltiviamo un raccolto non stiamo solo coltivando qualcosa di simile al mais", aggiunge. "Stiamo anche coltivando tutti questi microbi nel terreno e probabilmente esiste una miscela ecologica ottimale di microbi che è la migliore per terreni sani e mais sano".
Il posto della colonia di formiche nel più grande ecosistema locale può anche tenere alcune lezioni per gli agricoltori umani, osserva Schultz. Pensa a una colonia di tagliatori di foglie come a un singolo grande vertebrato al pascolo: il peso combinato di una colonia è simile a quello di una mucca e può consumare quantità simili di vegetazione locale in un periodo di tempo simile.
"Perché non spazzano via tutta la vegetazione in un'area e devono spostarsi?" Chiede. Uno dei motivi è che anche la vegetazione locale si è evoluta in sincronia con le colonie. Un albero che viene pascolato a morte dalle formiche può iniziare ad esprimere una tossina che rende le sue foglie sgradevoli ai funghi delle formiche, facendole avanzare in modo che l'albero possa rigenerarsi.
“Non lo fanno deliberatamente; non è come se stessero scegliendo consapevolmente di non decimare un albero ", aggiunge." Ma un intero ecosistema locale e tutti gli organismi in esso si sono evoluti in una sorta di stato stabile, che produce questo tipo di agricoltura sostenibile ". il più piccolo tra noi, a quanto pare, può emergere lezioni più grandi.
