Historia pewnej manipulacji

Zapuszczając się w głąb wilgotnych lasów Tajlandii, natrafiamy na różne gatunki roślin. Niektóre z widocznymi grzybami, które wyrastają z mrówek przyczepionych do liści. Taki obraz różni się od tego, co przywykliśmy obserwować w przyrodzie – obejmuje on, bądź co bądź, przedstawicieli trzech osobnych królestw, które połączyła jedna pasożytnicza strategia ewolucyjna. To zjawisko przekonuje, że relacje między organizmami mogą być nieoczywiste, a obserwowana harmonia natury kryje w tle różne tajemnice. Mrówka musi umrzeć, żeby grzyb mógł przetrwać. Ta wymyślna strategia trwa od milionów pokoleń. Wyczytaliśmy to ze skamieniałego liścia i bursztynów.

Myśląc o związku, jaki może łączyć grzyba i mrówkę, bardziej jesteśmy skłonni przypuszczać, że te pierwsze są pożywieniem drugich. Być może dlatego, że różne gatunki grzybów od dawna zajmują ważne miejsce w diecie człowieka. Często też słyszy się o mrówkach grzybiarkach (Acromyrmex octospinosus). Hodują one w swoich mrowiskach grzyby, które następnie zjadają. Jednak grzyb Ophiocordyceps unilateralis nie ma kapelusza jak borowik i nie jest hodowany. Rozpoznać można go po stosunkowo długiej łodyżce zakończonej zarodnią – miejscem tworzenia nowych pokoleń grzyba. Łodyżka taka wyrasta z głowy mrówki – Camponotus leonardi. Xanim do tego dojdzie, owad musi wcześniej zostać zmanipulowany i zjedzony.

Historia zaczyna się, gdy na mrówkę trafi zarodnik, strawi jej pancerz i znajdzie się w środku ciała. Tam rozwija się niszcząc tkanki swojego gospodarza. Dzięki biochemicznym sztuczkom powoli przejmuje kontrolę nad infekowanym owadem. Jego manipulacja jest bardzo precyzyjna. Mrówka zmuszana jest do wyjścia z gniazda, które mieści się wysoko w koronach drzew. Ma drgawki, które sprowadzają ją do podszycia lasu. Następnie idzie w przypadkowym kierunku. Wchodzi na rośliny. Nie ma preferencji co do gatunku, na którym się zatrzyma. Wybiera raczej dokładne warunki, na które składają się: odległość od powierzchni ziemi, temperatura oraz wilgotność. Gdyby znalazła się w innym miejscu, wzrost grzyba nie przebiegałby perfekcyjnie. Dlatego jeśli mrówka znajdzie to idealne położenie, wgryza się w liść. Co ciekawe, wybiera prawie zawsze (w 98 proc. przypadków) główne żyłki liścia na powierzchni odosiowej. Już ich nie puszcza, nawet po śmierci. Wtedy na ciele mrówki zaczyna rosnąć łodyżka, na której szczycie formowana jest zarodnia. To właśnie w jej środku tworzone są zarodniki. Ich pole rażenia to powierzchnia ok. metra kwadratowego. Gdy zarodnik trafi na znajdującą się w pobliżu mrówkę, historia się powtarza.

Relacja między mrówką a grzybem jest świetnie dopasowana. Aż 97 proc. zainfekowanych przez grzyba ofiar w południowej Tajlandii należało do wspominanego wcześniej gatunku. Można więc przypuszczać, że ten idealny układ kształtował się przez wiele pokoleń. Gdzie znajdziemy jego początki? Próbę rozwiązania tej zagadki może dać nam liść znaleziony w niemieckiej gminie Messel, oddalonej o 10 km od Darmstadt. W dawnej odkrywkowej kopalni łupków bitumicznych zachowało się wiele skamieniałości, które należą do znacznej ilości taksonów. W odróżnieniu od innych stanowisk, gdzie znajduje się głównie fragmenty szkieletów, okazy z Messel są świetnie zachowane, łącznie z piórami czy sierścią. W niektórych przypadkach możemy stwierdzić nawet, jaka była zawartość żołądka skamieniałego zwierzęcia.

Wśród znalezionych okazów jest m.in. bardzo duży fragment liścia rośliny dwuliściennej, zwanej Byttnertiopsis daphnogenes, która rosła w epoce eocenu. Na całkiem dobrze zachowanej w materiale kopalnym blaszce widać nadgryzione obszary w okolicach żyłek. Ślady początkowo intepretowane zostały jako miejsce posiłku owadów roślinożernych. Odrzucono jednak te przypuszczenia. Otwory w kształcie hantli zbytnio przypominały te pozostawiane na współczesnych roślinach na tajlandzkim półwyspie Khao Chong przez mrówki, które zostały zarażone grzybem. Jednak mimo że zespół skamielin znalezionych w Messel liczy ponad tysiąc gatunków zwierząt, nie znaleziono znaku obecności przodków potencjalnych gospodarzy. Dalsza część historii została odczytana z innego źródła – z bursztynu.

Jantar, bo tak brzmi druga jego nazwa, jest kopalną żywicą, która pochodzi głównie z drzew iglastych. Niektóre jego okazy mogą skrywać w swoim wnętrzu relikty z minionych epok, takie jak owady u rośliny. Potencjalnych przodków dzisiejszych gospodarzy grzybów znaleziono w dwóch odmianach bursztynu, które występują w podobnym obszarze co kopalnia w Messel. Pierwszy, zwany bałtyckim, między innymi na południowych wybrzeżach Morza Bałtyckiego. Drugi – rówieński, w zachodniej części Ukrainy, w obwodzie rówieńskim.

Złożenie tej dwuelementowej układanki jest pierwszym kopalnym dowodem przedstawiającym manipulację behawioralną. Trudno wskazać, kiedy były jej początki, jednak dzięki badaniom wiemy, że nie jest to nowy nabytek ewolucyjny grzyba, a relacja ta trwa przynajmniej od 48 mln lat.

Nauka na żywo II: wielkie debaty – zadanie finansowane w ramach umowy 761/P-DUN/2019 ze środków Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę.

Wykład dr. Mariusza Gogóla: