Древесные муравьи показали пример обратной эволюции
У некоторых из них сплюснутые головы похожи на крышки канализационных люков, у других — головы почти квадратной формы, с помощью которых они могут формировать на выходе из гнезда построения, напоминающие перекрывающиеся щиты спартанской армии.
Turtle ant soldier morphotypes in all their defensive glory. These functional interactions underpin remarkably dynamic and decoupled evolution of morphotype and head size, allowing expansive niche filling in the canopy. Open access, free download: https://t.co/aD4YTqwEeI @NSF_BIO pic.twitter.com/61iAAmDyZK
— Scott Powell (@Scott_Powell_) March 10, 2020
Это разнообразие в форме головы раскрывает не только причуды природы: оно также может пролить свет на то, как эволюционируют виды, чтобы заполнить экологические ниши. И эта эволюция, как показывают опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences новые исследования, не всегда является невариативной.
«Обычно принято считать, что как только вид специализируется, он застревает в очень узкой нише. Но черепаховые муравьи — интересный случай динамичной эволюционной траектории с большим количеством направлений туда и обратно», — Даниэль Кронауэр, глава Рокфеллеровской лаборатории социальной эволюции и поведения.
Как и многие другие социальные насекомые, живущие в колониях, муравьи-черепахи специализируются на различных функциях, часто развивая преувеличенные черты, подходящие для их работы. Для солдат этот процесс привел к появлению больших голов разных форм.
«Существует четырехкратная разница в размере голов между наибольшими и наименьшими насекомыми. Чтобы это было проще представить, я часто говорю, что самая маленькая разновидность способна удобно сидеть на самой большой голове», — ведущий автор исследования Скотт Пауэлл из Университета Джорджа Вашингтона.
Форма и размер головы солдата продиктованы типом туннеля, который занимает рассматриваемый вид. При этом муравьи сами не роют туннели, а занимают сделанные ксилофагами — например, жуками-дровосеками. По словам Кронауэра, так как туннель может быть слишком большим или слишком маленьким для конкретного вида, муравьи быстро диверсифицируются, чтобы занять его.
Соотношение между головами цефалот и туннелями может дать уникально четкое представление о естественном отборе. Чтобы понять эволюционный путь различных форм головы, исследователи сгруппировали 89 разновидностей древесных муравьев, изучив эволюционные взаимоотношения между ними с помощью ранее собранных генетических данных.
A bad photo of a rare and cool sight: the turtle ant Cephalotes varians recruiting heavily to bait after dark. These strange ants are hyper-abundant in the FL Keys, but are rarely seen because they are strictly nocturnal in their foraging activity. pic.twitter.com/eVOYNpDCTp
— Scott Powell (@Scott_Powell_) March 2, 2020
Если эволюция была односторонним путем, то первым цефалотам, появившимся около 45 миллионов лет назад, вообще не хватало бы солдат. Затем они должны были эволюционировать от неспециализированных вариантов к специализированным, с различными формами головы.
Но новый анализ показал, что это не так. Вместо этого, самый старый общий предок, которого исследователи могли проследить, вероятно, имел квадратную голову. Этот предок продолжал формировать диапазон видов, от тех, у которых вообще не было солдат, до других с различными уровнями специализации. В некоторых случаях более специализированные виды меняли направление со временем, превращаясь в более широкопрофильные.
По словам Пауэлла, эти открытия прекрасно показывают, насколько гибкой может быть природа, приспосабливающая форму организма к контексту окружающей среды.
«Подвластное эволюции поле, на самом деле, немного шире, чем считалось ранее», — добавляет Кронауэр.