Lorsque les humains ont commencé à cultiver il y a environ 12 000 ans, ils ont changé l'avenir de notre espèce pour toujours. Nos ancêtres étaient des pionniers de l'écologie. Ils ont découvert et cultivé les cultures les plus précieuses, les ont agrandis pour nourrir des communautés entières et ont transformé les cultures sauvages si fondamentalement qu'elles sont devenues dépendantes de l'homme pour leur survie. L’agriculture, selon les termes du projet Genographic de National Geographic, «a jeté les bases de l’époque moderne».
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Mais les humains étaient en retard au match. Au moment où nos ancêtres ont lancé leur révolution néolithique qui change le monde, les fourmis cultivaient déjà des champignons dans les forêts tropicales d'Amérique du Sud depuis 60 millions d'années. Ces petits magiciens de l'agriculture ont utilisé des techniques sophistiquées qui rivalisent avec les nôtres, y compris des cultures domestiques qui sont aujourd'hui de nature inconnue et sont également incapables de survivre sans leurs cultivateurs.
Les chercheurs du Smithsonian ont maintenant identifié le moment et peut-être la raison pour laquelle les fourmis ont mis au point ces techniques agricoles remarquables. En créant un arbre évolutif de fourmis cultivant des champignons, ils rapportent que la révolution dans l’agriculture de fourmis a peut-être été stimulée par un changement radical du climat il ya 30 millions d’années. De plus, les systèmes agricoles qui ont émergé de cette révolution peuvent encore retenir quelques leçons pour l'homme aujourd'hui.
Aujourd'hui, environ 240 espèces de fourmis attines - parmi lesquelles des coupeuses de feuilles - sont connues pour cultiver des champignons dans les Amériques et les Caraïbes. Leurs cultures souterraines alimentent des sociétés complexes, basées sur l'agriculture, qui sont non seulement durables et efficaces, mais également résistantes aux maladies et aux ravageurs. Ces petits fermiers sont unis par une stratégie commune: ils cherchent des débris de végétation mais ne les mangent pas. Au lieu de cela, ils l'utilisent pour nourrir leurs précieux champignons, qu'ils cultivent à l'échelle industrielle.
Dans ces cas, les champignons sont complètement isolés dans des jardins souterrains, souvent situés dans des habitats secs et inhospitaliers où leurs parents sauvages ne peuvent pas survivre. Ils ne peuvent pas non plus s'échapper, ce qui signifie que les champignons sauvages et domestiques ne peuvent pas se réunir et échanger leurs gènes. À la suite de cet isolement, les champignons domestiqués ont évolué en parfaite codépendance avec leurs fourmis. De leur côté, les fourmis dépendent tellement de leurs récoltes que lorsque la fille d'une reine fonde une nouvelle colonie, elle emporte avec elle un morceau du jardin fongique de sa mère.
«Les champignons qu’ils développent ne sont jamais retrouvés à l’état sauvage, ils dépendent désormais totalement des fourmis», explique l’entomologiste Ted Schultz, conservateur des fourmis au Smithsonian National Museum of Natural History. «Cela ressemble à beaucoup de nos cultures. Nous cultivons des choses tellement modifiées qu'elles existent sous des formes que l'on ne trouve plus dans la nature. »
Dans une étude publiée le 12 avril dans le journal Proceedings de la Royal Society B, Schultz et ses collègues ont utilisé de nouveaux outils génomiques pour découvrir les racines de cet arrangement inhabituel. Schultz et son équipe ont créé un arbre généalogique évolutif de fourmis cultivant des champignons, exploitant des banques de données génétiques pour 78 espèces de fourmis cultivant des champignons et 41 espèces de fourmis non agricoles. La plupart ont été collectées par Schultz lui-même pendant des décennies sur le terrain.
Les chercheurs ont utilisé ce registre génétique (comprenant les séquences d'ADN de plus de 1 500 sites du génome de chaque espèce) pour raisonner à l'envers d'une espèce vivante et identifier les ancêtres communs des lignées de fourmis actuelles. Ils ont corroboré ces données génétiques avec quelques fossiles de fourmiliers clés, qui ont été utilisés pour aider à calibrer les dates pour les modifications trouvées dans l'analyse de leur ADN.
Grâce à ces données, Schultz a été en mesure de comprendre quand ces espèces de fourmis ont progressé de manière décisive vers une agriculture plus avancée, tout en proposant une théorie expliquant pourquoi.
Ted Schultz, conservateur des fourmis au Muséum national d'histoire naturelle du Smithsonian, tient le nid de laboratoire d'une fourmi à faible champignon tout en se tenant à côté d'un nid de laboratoire à fourmis coupant les feuilles de niveau supérieur. (JamesDiLoreto / Smithsonian) Les données ADN suggèrent que ce saut a coïncidé avec les changements dramatiques du climat ancien. Les fourmis semblent avoir développé leurs systèmes de production avancés un peu après qu'un événement de refroidissement global ait commencé à faire baisser les températures dans le monde il y a environ 35 millions d'années. Les chercheurs ont écrit que le passage résultant des forêts pluviales humides de leurs ancêtres chasseurs-cueilleurs à des environnements plus secs a peut-être déclenché une innovation agricole alors que les fourmis maintenaient des conditions contrôlées pour maintenir leurs jardins fongiques en croissance.
«Il semble que quel que soit l'ancêtre des fourmis à croissance fongique supérieure, il vivait dans un habitat sec ou sec de façon saisonnière», explique Schultz. «Donc, si les fourmis cultivent des champignons qui aiment l’habitat humide et les emmènent dans un habitat sec, c’est un peu comme si les humains prenaient l’un de leurs domestiques hors de son aire de répartition naturelle."
«Généralement, lorsque nous domestiquons des objets, nous les isolons dans des parcelles et récoltons les semences de celles que nous aimons le mieux, et continuons à planter ces semences», poursuit-il. «Si vous avez un champignon dont tous les membres de votre famille vivent dans une forêt humide et que vous l'amenez dans un habitat sec, il ne peut plus s'échapper ... Au fil du temps, isolé depuis des centaines de milliers ou des millions d'années, c'est un très bon possibilité de domestication. "
Mais les champignons n'étaient pas les seuls à traverser une transformation. Dans le même temps, la lignée de fourmis a commencé à se diversifier considérablement. Leurs génomes ont changé pendant le passage de la chasse-cueillette à l’agriculture, puis à nouveau lorsque des formes plus élevées d’élevage de champignons ont été adoptées. Schultz et ses collègues ont noté dans des recherches antérieures que les fourmis avaient probablement perdu la capacité de fabriquer un acide aminé clé, l'arginine, parce qu'elles avaient une source immédiate dans les champignons - et qu'elles sont devenues dépendantes de cette source.
Les mycologues qui étudient le même système peuvent bien le considérer comme un système dans lequel les champignons ont utilisé les fourmis, plutôt que l'inverse. «Cela peut sembler mauvais pour les champignons, mais c'est également bénéfique pour eux. Tous leurs besoins sont pris en compte », explique Diana Six, entomologiste à l'Université du Montana. "Je pense que les champignons manipulent vraiment la situation aussi."
Six, qui n’ont pas participé à l’étude, ajoutent que Schultz et ses collègues ont été capables de démêler une histoire évolutive complexe qui n’appuyait pas beaucoup d’hypothèses antérieures, à savoir que l’évolution des champignons affectant l’humidité aurait été dictée par les pressions Dans les forêts humides humides où ils vivaient. «L’idée que ces symbioses imposent quelque chose qui renforce cette spécificité et que cet isolement a conduit à cette extrême dépendance… C’est tout à fait sensé», déclare Six. "Mais il faut que les gens réfléchissent un peu en dehors de la boîte pour trouver ce genre de réponses."
L’agriculture de fourmis avancée, comme on pouvait s’y attendre, diffère des efforts de l’homme de plusieurs manières évidentes (moins de tracteurs, par exemple). Pourtant, Schultz pense que nous pouvons apprendre une chose ou deux en observant comment l’une des rares espèces d’agriculteurs de la nature, y compris les termites, les coléoptères et les abeilles, gère leurs cultures.
Par exemple: Comme certains agriculteurs industriels, les fourmis cultivant des champignons cultivent un seul type de culture. Cependant, ils parviennent à le faire sans succomber à des ennemis tels que des maladies ou des parasites qui menacent les cultures humaines quand ils perdent leur diversité génétique. Les fourmis réalisent cet exploit remarquable en maintenant leurs salons de jardin souterrains impeccables afin de limiter les risques de maladie et en produisant une sorte d'antibiotique naturel faisant office de pesticide, luttant contre un champignon parasite menaçant leur source de nourriture.
Ces stratégies permettent de maîtriser efficacement les agents pathogènes mais ne les effacent pas comme le font généralement les humains, parfois sans le vouloir. Au lieu de cela, les fourmis ont atteint un équilibre durable que les humains feraient bien d'observer, dit Schultz.
"Ils cultivent une monoculture, mais il y a toutes sortes de bactéries et autres microbes qui pourraient être bénins ou même bénéfiques", dit Schultz. "C'est comme un petit écosystème qu'ils cultivent." De même, dans l'agriculture humaine, "lorsque nous cultivons une culture, nous ne cultivons pas seulement du maïs, " ajoute-t-il. «Nous cultivons également tous ces microbes dans le sol, et il existe probablement un mélange écologique optimal de microbes qui est le meilleur pour un sol en santé et un maïs en santé.»
La place de la colonie de fourmis dans l’écosystème local plus vaste pourrait également servir à tirer quelques leçons pour les fermiers, note Schultz. Imaginez une colonie coupeuse de feuilles comme un grand vertébré au pâturage: le poids combiné d’une colonie est similaire à celui d’une vache, par exemple, et elle peut consommer une quantité similaire de végétation locale sur une période de temps similaire.
«Pourquoi ne suppriment-ils pas simplement toute la végétation d'une zone et doivent-ils se déplacer?» Demande-t-il. Une des raisons est que la végétation locale a également évolué au même rythme que les colonies. Un arbre pâturé à mort par les fourmis peut commencer à exprimer une toxine qui rend ses feuilles désagréables pour les champignons des fourmis, ce qui les fait avancer pour que l'arbre se régénère.
«Ils ne le font pas délibérément; ce n'est pas comme s'ils choisissaient consciemment de ne pas décimer un arbre ", ajoute-t-il." Mais tout un écosystème local et tous les organismes qui le composent ont évolué en une sorte d'état stable qui produit ce type d'agriculture durable. " le plus petit d'entre nous, semble-t-il, de plus grandes leçons peuvent émerger.
