Биологи изучили филогению одомашненных термитами грибов, а также биологические характеристики их близких родственников, и пришли к выводу, что у предка этих грибов было множество предпосылок к мутуализму. Результаты работы опубликованы в журнале .
Термиты () известны своей способностью переваривать древесину — в этом им помогают живущие в кишечнике симбиотические протисты, у которых, в свою очередь, имеются бактерии-симбионты. Однако высшие термиты в процессе эволюции потеряли симбиотических протистов. Высшие термиты из подсемейства около 30 миллионов лет назад одомашнили базидиальные грибы из рода .
Кроме термитов выращиванием грибов также занимаются муравьи из трибы и некоторые специализированные долгоносики из подсемейств короедов () и плоскоходов (). При этом один из видов плоскоходов — — демонстрирует эусоциальную организацию колонии, как у термитов и муравьев.
Термиты выращивают грибы на особых «грядках» (fungus combs), которые состоят из фекалий термитов, содержащих частично переваренные растительные остатки. Термиты питаются материалом «грядок», переработанным грибами, а также выростами самих грибов — нодулами. В них содержатся конидии — споры бесполого размножения, которыми термиты засевают новые «грядки», после того как они проходят через пищеварительный тракт. Термитомицесы размножаются и половым способом: мицелий формирует плодовые тела, которые вырастают из термитников и распространяют базидиоспоры.
У большинства термитов-грибоводов царская пара не забирает с собой грибы при основании новой колонии. Вместо этого появившиеся рабочие особи находят базидиоспоры грибов и приносят их в термитник. Такой способ передачи симбионтов называется горизонтальным. Этим термиты отличаются от муравьев и жуков, грибные симбионты которых передаются вертикально.
Муравьи одомашнили несколько групп грибов, а жуки-грибоводы относятся к разным таксонам, в то время как только одна группа термитов одомашнила одну группу грибов, что делает мутуализм термитов и грибов особенным. Предпосылки, которые вели к одомашниванию термитомицесов, до сих пор не были ясны.
Леннарт ван де Пеппел (Lennart J. J. van de Peppel) из Вагенингенского университета и научно-исследовательского центра и его коллеги из Колумбии, Нидерландов, США и Южной Африки решили изучить предпосылки к симбиотическому образу жизни у термитомицесов. Для этого ученые провели филогенетический анализ 25 видов термитомицесов и 21 родственного вида, а также проанализировали их биологические характеристики. В результате филогенетического анализа выяснилось, что сестринская группа для — род . Для этих двух родов оказались общими пять признаков:
- наличие псевдоризы, которая выталкивает плодовое тело из субстрата на поверхность;
- использование фекалий насекомых в качестве субстрата;
- сниженная способность расщепления олигосахаридов;
- образование конидий;
- потеря пряжки.
Утрата пряжки — структуры, которая участвует в процессе деления дикариона, — приводит к образованию многоядерных клеток. Авторы работы отмечают, что увеличение копий генома в клетке (как за счет повышения плоидности, так и за счет увеличения количества ядер) часто встречается при мутуализме. Примерами могут служить многоядерные клетки грибов, одомашненных муравьями-листорезами, и клетки грибов, образующих арбускулярную микоризу, а также одомашненные человеком растения, среди которых распространена полиплоидия. Можно было бы предположить, что многоядерность у термитомицесов возникла из-за симбиотического образа жизни. Однако потеря пряжки у сестринской группы, а также у некоторых более дальних родственников, говорит о том, что этот признак все же предшествовал одомашниванию.
Ученые пришли к выводу, что этими пятью признаками, скорее всего, обладал предок термитомицесов. По мнению авторов, это означает, что грибы были «готовы» к одомашниванию — им не нужны были радикальные перестройки для перехода к симбиотическому образу жизни.
Высшие термиты, потеряв протистов-симбионтов, стали полагаться на собственные ферменты, а также на ферменты кишечных бактерий. Грибы лучше бактерий разлагают лигнин, к тому же пониженная способность термитомицесов расщеплять олигосахариды увеличивает концентрацию питательных веществ в материале «грядок», поэтому термитомицесы с успехом заменили термитам-грибоводам утерянных симбионтов. Грибы же выиграли от колонизации частично обработанного субстрата с высокой площадью поверхности, а также от расселения при помощи термитов.
Ранее рассказывал о том, что биологи уличили короедов в выборе деревьев с повышенной концентрацией этанола в древесине. Оказалось, что этанол не дает расти грибам-сорнякам, а заодно стимулирует рост грибов-симбионтов.