มนุษย์เริ่มมีการเพาะปลูกพืชเมื่อประมาณ 12,000 ปีมาแล้ว ตลอดระยะเวลาหมื่นปีที่ผ่านมา มนุษย์ได้เพาะปลุก เพาะเลี้ยง หรือปรับเปลี่ยนพืชกว่า 260 ชนิด สัตว์กว่า 470 ชนิด และเห็ดอีกกว่า 100 ชนิด [1] อย่างไรก็ตามนอกจากมนุษย์แล้ว สัตว์ชนิดอื่นๆ ก็มีความสามารถในการทำเกษตรกรรมได้เช่นกัน

สัณนิษฐานว่ามดได้ทำการเพาะเลี้ยงเชื้อราครั้งแรกเมื่อประมาณ 60 ล้านปีมาแล้ว ซึ่งจากข้อมูลการเปรียบเทียบจีโนมของมดกว่า 78 ชนิด นั้นคาดว่ามดเพาะเลี้ยงเชื้อราน่าจะมีบรรพบุรษร่วมกันโดยอยู่บริเวณเขตป่าฝนในอเมริกาใต้ แต่ได้แตกออกมาเป็นสองสายวิวัฒนาการเมื่อประมาณ 30 ล้านปีที่แล้ว [2] ตัวอย่างของมดเพาะเลี้ยงเชื้อราที่รู้จักกันดีคือ leafcutter ant หรือมดตัดใบไม้ ซึ่งจะทำการตัดใบไม้ไปเป็นอาหารเลี้ยงเชื้อราภายในรังและกินเชื้อราเป็นอาหาร

นอกจากนี้มดนักเพาะเลี้ยงเชื้อราเหล่านี้ยังรู้จักใช้วิธีการ biological control (biocontrol) หรือการ “การควบคุมโดยชีววิธี” มานานแล้วด้วย เพราะมันได้ใช้แบคทีเรียในสกุล Streptomyces ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าผลิตสารปฏิชีวนะได้หลายชนิดในการกำจัดเชื้อราสกุล Escovopsis ซึ่งเป็นเชื้อราปรสิตของเชื้อราที่พวกมันเลี้ยงไว้ [3] โดยแบคทีเรีย Streptomyces จะเกาะอยู่ตามผิวนอกนอกของมด (ภาพ 1)

ภาพ 1 ผิวด้านนอกของมด Acromyrmex octospinosus ที่มีแบคทีเรีย Streptomyces เกาะอยู่ [3]

อย่างไรก็ตาม มีมดกลุ่มหนึ่งที่ไม่ได้เพาะเลี้ยงเชื้อราแต่มันมีความสามารถในการเพาะปลูกพืช ซึ่งจากการวิเคราะห์ข้อมูลความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการโดย ศาสตราจารย์ Susanne Renner และนักศึกษาปริญญาเอก (ขณะนั้น) Guillaume Chomicki ทำให้ได้คำตอบว่ามดนักปลูกพืชดังกล่าวได้เริ่มการเพาะปลูกพืชมานานเกิน 3 ล้านปีแล้วบนเกาะฟิจิ [4] ซึ่งพืชดังกล่าวเป็นพืชดอกที่เป็นกลุ่ม epiphyte เจริญเติบโตบนต้นไม้อื่น พบแพร่กระจายโซนเอเชียตะวันออกเฉียงใต้และออสตราเลเชียหรือโอเชียเนีย (ออสเตรเลีย นิวซีแลนด์ และหมู่เกาะใกล้เคียง) แต่จะพบมากที่เกาะฟิจิ ซึ่งนอกจากมดจะอาศัยทำรังภายในโครงสร้างพืชที่เรียกว่า domatium แล้ว มดยังได้อาหารจากพืชด้วย

เดิมทีนั้นเราคิดว่าเป็นความสัมพันธ์ของมดกับพืชโดยทั่วๆ คือมดทำรังอยู่อาศัยภายในโพรงของพืชและขับถ่ายให้สารอาการแก่พืช แต่จากการศึกษาของ Chomicki แล้วพบว่ามดตั้งใจปลูกพืชขึ้นมา โดยมดได้นำเอาเมล็ดของพืชไปเพาะตามรอยแตกของเปลือกไม้ (ภาพ 2) เมื่อเมล็ดพืชงอกมดก็จะทำการให้ปุ๋ยโดยใช้ของเสียหรือมูลของตัวเอง มดต้องอาศัยทำรังอยู่ภายต้นพืชเท่านั้น เนื่องจากสูญเสียความสามารถในการทำรังไปแล้ว [4] ล่าสุด Chomicki ซึ่งปัจจุบันทำงานที่ Department of Plant Sciences, University of Oxford ได้ตีพิมพ์งานวิจัยในวารสาร New Phytologist ฉบับเดือนมิถุนายน [5] ที่ผ่านมาว่ามดปลูกพืชนั้นได้ทำการปรับเปลี่ยนสรีรวิทยาของพืชด้วย 

ภาพ 2 มดกำลังนำเมล็ดพืชใส่ในรอยแตกเปลือกไม้ [4]

โดยในงานวิจัยฉบับนี้ Chomicki ได้ทำการติดฉลากธาตุไนโตรเจน (¹⁵N) ใน NH₄Cl และ glycine เพื่อติดตามธาตุไนโตรเจนจากมดไปสู่พืช ซึ่งปกติแล้วการนำเอาธาตุไนโตรเจนไปใช้ในการเจริญเติบโตของพืชนั้นเป็นปัจจัยสำคัญต่อการเจริญเติบโต และพืชโดยทั่วไปจะได้รับธาตุไนโตรเจนจากดินผ่านทางราก แต่พืชกลุ่มนี้เป็นพืช epiphyte ที่อยู่ในชั้นเรือนยอดหรือ canopy (30-50 เมตรจากพื้นดิน) ซึ่งจากผลการทดลองก็พบว่า การที่มดขับถ่ายใส่โพรงภายในพืชโดยตรงมานับล้านปีทำให้พืชวิวัฒนาการในด้านโครงสร้างเพื่อให้สามารถรับสารที่มีความเข้มข้นสูงได้ นั่นคือ hyper-absorptive site เพื่อให้สามารถดูดซึมไนโตรเจนที่ความเข้มข้นสูงได้โดยตรง ปกติแล้วถ้าเป็นพืชโดยทั่วไปหรือพืชที่เราเพาะปลูกไม่สามารถทนต่อมูลสัตว์ที่มีไนโตรเจนสูงได้โดยตรงขนาดนี้ 

การเพาะปลูกพืชของมดทำให้พืชเกิดการนำเอาธาตุไนโตรเจนจากมดไปใช้ได้เพิ่มสูงขึ้น 2 เท่า และนี่คือคำตอบว่าเหตุใดพืชกลุ่ม epiphyte ซึ่งอาศัยอยู่บนชั้นเรือนยอดของป่าโดยไม่ได้สัมผัสดิน สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ จากการค้นพบนี้ทำเราอาจนำมาทดลองสร้าง hyper-absorptive plant เพื่อทำให้พืชอาหารของเราเจริญเติบโตได้เร็วขึ้นก็เป็นได้

เอกสารอ้างอิง

[1] Duarte CM, Marba N, Holmer M. 2007. Rapid domestication of marine species. Science 316, 382–383.
[2] Mueller UG, Gerardo NM, Aanen DK, Six DL, Schultz TR. 2005. The evolution of agriculture in insects. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 36, 563–595.
[3] Currie, CR, Scott, JA, Summerbell, RC, & Malloch, D .1999. Fungus-growing ants use antibiotic-producing bacteria to control garden parasites. Nature, 398: 6729.
[4] Chomicki G, Renner SS. 2016. Obligate plant farming by a specialized ant. Nature Plants, 2: 16181.
[5] Chomicki G, Renner SS. 2019. Farming by ants remodels nutrient uptake in epiphytes. New Phytologist. 15855.