Tác giả: Ge Yingqiang
Bài viết được trích từ tài khoản chính thức của Viện Hàn lâm Khoa học (ID: kexuedayuan)
——
Lời nhắc nhở ấm áp: Bài viết này có chứa hình ảnh về côn trùng thật. Nếu bạn quan sát kỹ, bạn có thể thấy sự dễ thương của chúng. Tuy nhiên, những độc giả thực sự sợ côn trùng nên cẩn thận.
Bây giờ là tháng 3, đầu mùa xuân. Thời kỳ côn trùng thức giấc đã qua. Tiếng sấm mùa xuân đã đánh thức những loài động vật đang ngủ đông, và mùa cày ruộng xuân đã đến. Con người đã tham gia vào hoạt động nông nghiệp trong khoảng 12.000 năm. So với hái lượm và săn bắt, trồng trọt là cách kiếm thức ăn ổn định hơn.
Tuy nhiên, ngay từ 50 đến 60 triệu năm trước, côn trùng đã nắm vững kỹ năng làm nông. Trong số nhiều loại côn trùng có thể "canh tác đất" như kiến, mối và bọ cánh cứng, kiến cắt lá là tốt nhất. Họ đã đạt được khả năng tự cung cấp thực phẩm bằng cách trồng nấm ăn. Hôm nay, tôi sẽ nói với các bạn về “trang trại kiến” của loài kiến cắt lá.
Một trang trại kiến cắt lá hiệu quả (Nguồn ảnh: alexanderwild.com)
Chúng tôi, những chú kiến thợ, có sức mạnh
Đúng như tên gọi, kiến cắt lá được biết đến nhiều nhất vì chúng sử dụng bộ hàm phát triển tốt để cắt lá. Chúng không ăn trực tiếp lá đã cắt mà mang về tổ kiến làm chất dinh dưỡng để nuôi nấm, từ đó tạo nên "trang trại kiến" của riêng mình.
Việc thu thập lá cây thích hợp và trồng nấm không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Kiến cắt lá cần những con kiến thợ có nghề khác nhau hợp tác với nhau để hoàn thành dự án khổng lồ này.
Những chú kiến cắt lá bận rộn (Nguồn ảnh: sciencenews.org)
Cùng một loại kiến cắt lá, có vai trò khác nhau và hình dạng cơ thể khác nhau (Nguồn ảnh: wikimedia.org)
Những chú kiến thợ nhanh nhẹn đầu tiên được cử đi làm nhiệm vụ trinh sát. Nhiệm vụ của họ là đi khắp mọi nơi và tìm kiếm những loại cây có thể dùng để nuôi cấy nấm. Sau khi tìm được điểm tập trung thích hợp, người trinh sát sẽ gọi một nhóm kiến thợ lớn đến hỗ trợ.
Làn sóng tiếp viện đầu tiên là những chú kiến thợ lớn có thể sử dụng miệng như một chiếc kéo. Kiến thợ lớn sử dụng bộ hàm cực khỏe của mình để cắt toàn bộ lá thành nhiều mảnh nhỏ dễ vận chuyển hơn.
Nếu bạn muốn làm tốt công việc của mình, trước tiên bạn phải mài giũa các công cụ của mình (Nguồn ảnh: fineartamerica.com)
Không có gì ngạc nhiên khi những con kiến thợ lớn cắn những miếng rất tròn (Nguồn ảnh: earthlife.net)
Sau khi tìm thấy cây và cắt lá, điều tiếp theo cần cân nhắc là vận chuyển. Mặc dù những con kiến thợ lớn cắt lá nguyên có hàm răng tốt, nhưng sức mạnh của chân chúng chỉ ở mức trung bình, do đó nhiệm vụ vận chuyển các mảnh lá không phải do chúng đảm nhiệm mà là những con kiến thợ nhỏ hơn. Trong các bộ phim tài liệu, chúng ta thường thấy những đội quân kiến cắt lá khổng lồ tiến về phía trước với những mảnh lá cắt trên đầu. Những chú kiến này là những chú kiến thợ có kích thước vừa và nhỏ, đóng vai trò là người vận chuyển.
Người lính vận chuyển: "Khoảng cách bạn di chuyển cho thấy sức mạnh của loài kiến!" (Nguồn hình ảnh: wikimedia.org)
Sau khi những chú kiến vận chuyển trở về tổ kiến, chúng sẽ trao những mảnh lá cho những chú kiến thợ nhỏ có vai trò khác. Những con kiến thợ nhỏ chịu trách nhiệm cho các bước xử lý tiếp theo phức tạp và quan trọng nhất trong quá trình này: chúng cần xử lý thêm các mảnh lá, nhai liên tục và trộn chúng với nước bọt để biến chúng thành một chất dinh dưỡng dạng sệt, dùng để tạo môi trường nuôi cấy.
Trong quá trình tạo môi trường nuôi cấy, những chú kiến thợ nhỏ cũng sẽ có trách nhiệm "thêm các thành phần" - bôi phân của chúng lên hỗn hợp. Nguyên nhân là do phân có hàm lượng nitơ cao hơn và môi trường nuôi cấy sau khi thêm nitơ vào có thể tạo điều kiện cho nhiều loại nấm phát triển hơn. Khi môi trường nuôi cấy đã sẵn sàng, những chú kiến thợ nhỏ bé sẽ cấy nấm và chăm sóc cẩn thận cho đến khi nấm trưởng thành phát triển và có thể sử dụng. (Tôi chỉ không biết liệu nấm trồng theo cách này có mùi gì không…)
"Những gì anh làm trước đây là công việc chân tay, nhưng những gì tôi làm là công việc kỹ thuật!" (Nguồn hình ảnh: cdn.thinglink.me)
Nhờ vào sự hợp tác giữa các loại kiến thợ khác nhau, họ kiến cắt lá đã có thể tự nuôi sống mình bằng cách trồng nấm qua nhiều thế hệ. Trong quá trình này, cấu trúc bên trong phức tạp và tinh vi của tổ kiến cắt lá cũng đóng vai trò quan trọng. Bên trong tổ kiến có nhiều phòng, giống như một cung điện dưới lòng đất, các phòng được kết nối với nhau bằng những lối đi đan xen nhau. Với số lượng phòng và cửa lớn, tổ kiến có thể sử dụng nguyên lý đối lưu nhiệt để tiến hành trao đổi khí, liên tục thải cacbon dioxit và lấy oxy tươi vào, đảm bảo phòng nuôi nấm có đủ nguồn cung cấp oxy. Hơn nữa, những chú kiến cắt lá thông minh sẽ đóng cửa vào tổ trong những trường hợp đặc biệt như ngày mưa và mùa đông để ngăn nước mưa chảy ngược hoặc không khí lạnh xâm nhập.
Một tổ kiến cắt lá khổng lồ (Nguồn ảnh: bluebird-electric.net)
Nuôi cấy vi khuẩn cũng có thể làm ẩm các khu vực xung quanh
Công việc nông nghiệp của loài kiến cắt lá mang lại nhiều lợi ích. Ngoài việc cung cấp thức ăn cho các thành viên trong gia đình và đảm bảo sự thịnh vượng của chính quần thể, nó còn có thể giúp cải thiện môi trường xung quanh tổ kiến.
Bằng cách so sánh môi trường gần và xa tổ kiến cắt lá, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng đất gần tổ kiến màu mỡ hơn và các quần thể thực vật gần đó có các thông số tăng trưởng tốt hơn (tức là bán kính cây, chiều cao cây và sinh khối thân rễ lớn hơn). Lý do tại sao kiến cắt lá có thể cải thiện đất và cây trồng xung quanh là vì lượng lớn chất thải và chất thải từ quá trình trồng nấm của chúng sẽ đi vào chuỗi thức ăn, thúc đẩy quá trình lưu thông chất dinh dưỡng.
Vậy, kiến cắt lá xử lý chất thải như thế nào? Nhìn chung, có hai phương pháp: một là để kiến thợ vận chuyển các mảnh chất thải ra ngoài tổ (phương pháp này được gọi là đổ chất thải ra ngoài), có lợi cho sự phát triển của các loại cây có rễ nông như cây thân thảo và cây nhỏ; Phương pháp còn lại là tích tụ chất thải trong một phòng chứa sâu bên trong tổ kiến (phương pháp này được gọi là đổ chất thải bên trong), có lợi cho những cây lớn có rễ ăn sâu.
Những chú kiến cắt lá đang bận rộn mang vác đồ đạc ở lối vào tổ (Nguồn ảnh: alexanderwild.com)
Chất thải nấm cũng là một kho báu (Nguồn ảnh: dirtyclassroom.com)
Nấm cộng sinh: Bạn không thể ăn tôi miễn phí
Trong "Trại kiến", mối quan hệ giữa kiến cắt lá và nấm không phải là mối quan hệ ăn được đơn thuần mà là mối quan hệ cộng sinh cùng có lợi. Trong sinh thái học, mối quan hệ cộng sinh kinh điển nhất liên quan đến kiến là "kiến chăn rệp": trong quá trình chăn rệp, kiến lấy mật ngọt của rệp làm thức ăn; trong khi rệp có được vệ sĩ là kiến có thể xua đuổi kẻ thù tự nhiên.
Mối quan hệ cộng sinh giữa nấm và kiến cắt lá cũng tương tự - kiến cắt lá có được nguồn thức ăn ổn định từ nấm cộng sinh đồng thời đóng vai trò như vệ sĩ.
Tuy nhiên, kẻ thù tự nhiên mà kiến cắt lá phải xua đuổi là một số loại nấm cạnh tranh với nấm cộng sinh. Những con kiến thợ nhỏ có thể tạo ra môi trường nuôi cấy được đề cập ở trên có thêm một nhiệm vụ khi chăm sóc nấm cộng sinh, đó là nhặt và di chuyển các bào tử của các loại nấm hoang dã khác. Hơn nữa, bản thân loài kiến cắt lá tiết ra một số chất kháng thể để ức chế sự phát triển của nấm có hại (đây chẳng phải là công việc làm cỏ mà động vật hai chân làm khi làm nông sao!).
Làm nông dân và vệ sĩ cùng một lúc thật là mệt mỏi! (Nguồn ảnh: kqed.org)
Sau một thời gian dài đồng tiến hóa với kiến cắt lá, vòng đời của nấm cũng đã thay đổi. Nấm thường sinh sản và lây lan thông qua các thể quả (tức là nấm) và bào tử, nhưng nấm cộng sinh được kiến cắt lá nuôi cấy là một ngoại lệ. Những loại nấm cộng sinh này không còn cần phải tạo ra quả thể và bào tử nữa vì kiến cắt lá đã trở thành môi trường duy nhất để chúng sinh sản và phát tán.
Kiến cắt lá và nấm cộng sinh "chạm trán" với nhau và phụ thuộc vào nhau. Ngay cả những con kiến chúa non cũng mang theo loài nấm từ gia đình ban đầu của chúng khi chúng tách tổ và xây dựng gia đình mới bằng cách xây dựng một trang trại kiến mới.
Vậy, trong hàng chục triệu năm lịch sử của "trang trại kiến", liệu kiến cắt lá có thuần hóa được nấm cộng sinh hay chính nấm cộng sinh đã thuần hóa được kiến cắt lá?
Tài liệu tham khảo:
[1] Farji-Brener, AG, Werenkraut. Phân tích tổng hợp về tác động của tổ kiến cắt lá đến độ phì nhiêu của đất và năng suất cây trồng[J]. Côn trùng học sinh thái, 2015,40(2):150-158.
[2] Bollazzi M, Roces F. Xây dựng hay không xây dựng: không khí khô lưu thông tổ chức xây dựng tập thể để kiểm soát khí hậu ở loài kiến cắt lá Acromyrmex ambiguus[J]. Hành vi động vật, 2007, 74(Phần 5):1349-1355.
[3] Poulsen M, Hughes WOH, Boomsma JJ. Khả năng kháng thuốc khác nhau và tầm quan trọng của việc sản xuất kháng sinh trong các loài kiến cắt lá Acromyrmex echinatior đối với nấm gây bệnh cho côn trùng Aspergillus nomius[J]. Côn trùng Sociaux, 2006, 53(3):349-355.
[4] Mueller UG, Gerardo N. Côn trùng nuôi nấm: Nhiều nguồn gốc và lịch sử tiến hóa đa dạng[J]. Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 2002, 99(24):p.15247-15249.
[5] www.smithsonianmag.com/science-nature/how-ants-became-worlds-best-fungus-farmers-180962871/
[6] www.sciencenews.org/article/insects-ants-extreme-farming-methods-offer-good-bad-lessons
