Jordens første ”landmænd”: De svampedyrkende myrer

Den cremefarvede svamp ligner en smuk, undersøisk koral med sine blondeagtige grene og riller. Man kan næsten høre Sydhavets brusen. Altså lige indtil man får øje på de hundredvis af myrer, som kribler ind og ud af den næve-store svamp med stor hast.

Vi er i kælderen på Københavns Universitet i et klimakontrolleret rum på Biologisk Institut. Myrearten Mycocepurus smithii i kasserne her menes at være intet mindre end efterkommere af jordens første ”landmænd”. De dyrkede nemlig med succes og præcision svampe som deres afgrøde i mange millioner år, længe før mennesket fandt ud af at forfine vilde græsser til afgrøder som hvede, byg og majs, som vi kender i dag. En udvikling der kaldes domesticering, som er vurderet til at starte cirka 12.000 år før vores tidsregning.

Men hvordan fandt arterne af bladskærermyrer (Atta) i tropisk Sydamerika overhovedet ud af at dyrke en svamp i deres underjordiske boliger? Dét fantastiske mysterium med næsten science fiction-agtige elementer optager forsker og lektor på Københavns Universitet Jonathan Z. Shik.

“Vi ved, at de fodrer svampen med en nøje sammensat diæt af udvalgte blade og frugt. Det gør, at den både vokser og sætter mikroskopiske frugter, som bliver myrernes næringsrige mad. Selve svampen har for millioner af år tilbage bare været en almindelig svampespore på skovbunden, som myrerne uden hverken teknologi eller kultur til hjælp har taget til sig og forvandlet,” fortæller Jonathan Z. Shik.

Inspiration og evolution i Panama

Rigtig mange naturprogrammer har gennem årene vist billeder af bladskærermyrerne, som på den brune, tropiske skovbund iler målrettet afsted med hvert sit irgrønne blad på ryggen i lange kolonner. Traditionelt har insektforskere været optagede af blandt andet deres stier og veje gennem skoven, deres formering og deres arbejdsdeling.  

Lige den tilgang fængede ikke rigtig hos Jonathan Z. Shik, da han for 15 år siden ankom til Smithsonian Institute i Panama fra sit universitet i USA. Det tværfaglige institut ligger midt i Panama-kanalen og understøtter al forskning fra myrer til flagermus, havbund og klima.

Ude i felten vandt myrernes svampemysterie til gengæld hans interesse, og snart lå han på maven og kiggede ned i myrernes bo. På et billede fra den tropiske skov er han omgivet af små røde flag sat fast i skovbunden. Hvert flag markerer et underjordisk myrebo, og det, at de står tæt, er ikke i sig selv bemærkelsesværdigt. Det forunderlige og opsigtsvækkende er, at myreboerne på trods af deres tæthed repræsenterer vidt forskellige stadier af deres svampedyrkning.

Her findes de allerførste svampedyrkende myrer, der for 60 millioner år siden begyndte at dyrke enkle organismer og fortsat trives med dette. Fra disse myrer forgrenede en gruppe sig for 25 millioner år siden, som igen for 15 millioner år siden forgrenede sig videre til bladskærermyrerne, der inddeles i slægterne Atta og Acromyrmex. Denne udvikling betød, at bladskærermyrerne fik deres egen “gren” på livets træ.

Bladskærermyrerne dyrker en mere kompleks organisme end de første svampedyrkende myrer. Udviklingen er gået fra en teske-stor svamp til svampe på størrelse med et lille brød.

En parallel til menneskets kultivering af æblet

Så mens de myrekolonier, der opstod tidligst, har nogle få hundrede beboere og dyrker en meget enkel svamp, kan de største kolonier udgøre op til flere millioner myrer, der som en kæmpe superorganisme dyrker svampe med store frugtlegemer fulde af næring.

Jonathan Z. Shik illustrerer svampeudviklingen hos myrerne med menneskets kultivering af æblet. Forgængeren til nutidens saftige og store æbler voksede oprindeligt i bjergene i Kasakhstan. Frugten var lille, bitter og sur, men er hen over 5.000 års forædling blevet til hundredvis af sorter med både sødme, saft, næring og mange størrelser. Der har været mange mellemtrin på vejen i den udvikling.

Den nutidige tilstedeværelse af svampens mellemtrin er genstand for misundelse fra de forskere, der er interesserede i menneskets domesticering af planter. For på grund af planters forgængelighed er meget få arkæologiske rester bevaret af for eksempel majs og hvede. Indimellem dukker der i udgravninger spor op i form af pollen på bunden af krukker, men det er ikke materiale nok til at identificere forskellige udviklingstrin af majs og hvede fra de oprindeligt vilde græsser.

Hvis man imidlertid kan forstå den evolutionære dimension af myrernes svampedyrkning, kan man måske også åbne døren til større indsigt i menneskets domesticering af afgrøder. Lige siden Darwin har denne udvikling været et af de helt centrale spørgsmål i en række fag fra biologi til arkæologi.

Fra gen til frugtbelønning: Avanceret teknologi hjælper

Jonathan Z. Shik undersøger konkret myrernes svampe for det, der hedder polyploidi. Det er betegnelsen for et fænomen, hvor en plante har to eller flere sæt kromosomer per celle i stedet for ét. Med disse ekstra sæt af kromosomer kan planten udvikle nye funktioner som for eksempel at sætte frugter. Et genetisk træk, der kan observeres hos de fleste domesticerede planter.

Det store spørgsmål og mysterium er her: Var det en allerede eksisterende polyploidi, som muliggjorde domesticering af planter? Eller udviklede dette fænomen sig som et resultat af menneskets kultivering? 

Jonathan Z. Shik er ikke den første, der har undersøgt myrernes svampe i forhold til den genetiske udvikling af flercelletheden.

“Men i dag er vi heldige at have en meget avanceret teknologi til hjælp,” fortæller han.

Takket være en bevilling fra Carlsbergfondet kan han benytte sig af enkeltcelle-sekventering og avanceret billedteknologi, på engelsk kendt som advanced imaging technology.

“Denne teknologi kan give os mulighed for at kigge ind i svampenes celler for at forstå, hvordan de ekstra kromosomer interagerer for at producere ernæringsmæssige belønninger,” forklarer Jonathan Z. Shik.

På sin computerskærm viser han et billede med fantastiske detaljer og farver, som kunne være fra en ydre rumgalakse. Men det er et nærbillede skabt med advanced imaging af en af myrekoloniernes svampe. Her ser man tydeligt de små frugtlegemer på aflange ”grene” - den ernæringsmæssige belønning, som myrerne får ved at dyrke svampen. Set med det blotte øje ligner miniprøverne af de forskellige myrekoloniers cremefarvede svampeafgrøde mere små klatter havregrød i stabler af petriskåle. 

Det er muligt at dissekere enkeltceller via laser og derpå sekventere dem individuelt.

“Med denne tilgang kan vi overvinde tidligere udfordringer med at sekventere svampeafgrødens arvemasse og forhåbentlig forstå fordelene ved domesticeringen af afgrøder gen for gen”, fortæller Jonathan Z. Shik.

Liv og død i myreboet

I det klimakontrollerede rum i universitetets kælder har de ph.d.-studerende på projektet gjort myrernes mad klar: æblestykker, ris og brombærblade. Kasserne indeholder hver én myreart, og derfor har deres svampe forskellige størrelser. De gror under en rummelig glaskolbe, som myrerne har adgang til.

Med øvede fingre samler Jonathan Z. Shik en myre op fra en kasse og vender den om på ryggen:

“Kan du se den hvide plet på maven? Det er antibiotika, som den kan bruge til at beskytte svampen,” forklarer han.

Hurtigt sætter han myren forsigtigt tilbage til kassen og den summende store flok af ”landmænd”. Den danske betegnelse er dog lige her misvisende, for alle myrerne er hunner. I de store boer har de en nøje arbejdsdeling, hvor nogle gør rent, andre henter mad, og andre igen er soldater.

Selve dronningemyren bor dybt inde i svampen, hvor hun kan blive op til 30 år gammel. Her lægger hun gennem hele sit liv æg, der bliver til myrelarver. Jonathan Z. Shik tager et reagensglas frem med en nyligt afdød dronningemyre. Hun er ganske enkelt enorm set i forhold til de andre myrer i kolonien, næsten på størrelse med en bi. Hendes liv er i den grad også usædvanligt.

“Hun har begyndt sit liv som jomfrudronning. En gang om året begynder udklækkede larver med vinger af både han- og hunkøn at sværme op fra deres underjordiske bo. Jomfrudronningemyrer befrugtes i luften af de flyvende hanner – man kan kalde dem flyvende sperm-missiler - som herefter taber deres vinger, falder til jorden og dør. Deres mission er fuldført,” fortæller Jonathan Z. Shik.

Surdejsstarteren

Kun én procent af disse befrugtede dronningemyrer overlever. De går straks i gang med at etablere nye, underjordiske myrekolonier cirka en halv meter nede under jordoverfladen. Men det, der er helt specielt ved dronningemyrens kolonistiftelse, er, at hun ikke ankommer tomhændet.

“Inden hun forlod sin gamle koloni, tog hun en bid af svampeafgrøden og holder den i sine kæber. Denne bid spytter hun nu ud i sin nye koloni og begynder at dyrke en ny svampeafgrøde,” fortæller han.

Enhver surdejsbager vil genkende metoden fra sin bagning, hvor man påbegynder en ny surdej med en klat af den gamle dej. Ganske som med menneskets surdej, som er afhængig af specifikke temperaturer for at vokse og trives, sørger myrerne nemlig også for et nøje klimakontrolleret miljø for deres svamp. Jonathan Z. Shik fortæller, at hvis et lille stykke af glaskolben rundt om svampen ved et uheld knækker af, styrter myrerne til for at reparere den.

Hen over 15 millioner år har de også formået at dyrke deres svampe tilsyneladende uanfægtet af dramatiske klimaændringer på Jorden. Menneskets domesticerede afgrøder har ikke altid samme held. På deres vej fra vildt græsstrå til for eksempel majs eller hvede har de mistet evnen til at tilpasse sig eksempelvis tørke.

Videnskabshistorier er produceret af Videnskab.dk for Carlsbergfondet.