Муравьи и деревья: «эволюционное дежавю» в тропическом лесу
Муравьи известны сложным социальным поведением. В тропиках они также известны формированием мутуализма с растениями. Некоторые виды деревьев имеют заметные полые вздутия, в которых живут муравьи, часто снабжая их специальной пищей. Взамен муравьи выступают агрессивными телохранителями, защищая растение от врагов. Учёные веками наблюдали эти мутуализмы, но оставался вопрос: как эти взаимодействия эволюционировали?
Новое исследование под руководством полевого биолога Родольфо Проста из Университета Юты предлагает новые данные. Работа опубликована в Proceedings of the Royal Society B.
Дважды независимая эволюция
Исследование сосредоточено на роде муравьёв Myrmelachista. Большинство его видов живут в стеблях растений без специализированного мутуализма. Однако одна группа видов в Центральной Америке гнездится только в живых стеблях определённых небольших деревьев подлеска, формируя специализированный симбиоз. Эти крошечные жёлтые муравьи выгрызают сердцевину стеблей, не вредя растению.
Такой симбиоз требует сложных новых моделей поведения и морфологии и считается редким. Центральноамериканские специалисты представляли собой кластер из девяти очень похожих видов. Предполагалось, что у них был один общий предок, который давно развил симбиоз, а эти виды — молодые потомки.
Однако анализ данных ДНК показал, что эти девять видов образуют два отдельных кластера в разных частях эволюционного дерева. Это означает, что сложный мутуализм со всеми его отличительными чертами эволюционировал дважды от неспециализированных предков. Более того, это произошло в сходных условиях и примерно в одно и то же время — около 3 миллионов лет назад.
Эволюционное дежавю
«Я бы хотел иметь машину времени и увидеть это, — сказал Прост. — Возможно, экология или доступность растений помогли этим "дружбам" возникнуть».
Это случай конвергентной эволюции, когда неродственные виды становятся похожими, занимая сходные экологические ниши. Каким-то образом эти муравьи развили одинаковое поведение в том, что Прост назвал «эволюционным дежавю».
«Они выглядят настолько похожими, что логичным предположением было, что этот мутуализм эволюционировал однажды, — отметил Прост. — Самое интересное в нашей работе — мы показываем, что такие "дружбы" муравьёв и растений эволюционируют независимо много раз. Если это произошло, это может повториться при соответствующих экологических условиях».
Соавторы работы — энтомолог Джек Лонгино (профессор биологии с более чем 40-летним опытом изучения муравьёв) и бывший постдок Школы биологических наук Майкл Бранстеттер.
«Главная история этой статьи — неожиданный результат. Работа Родольфо выявила две независимые эволюции сложных отношений с растениями. Это говорит о том, что "строительные блоки" для очень сложных признаков легко доступны и могут быстро эволюционировать у разных групп видов при возникновении подходящих условий», — сказал Лонгино.
Сейчас, при поддержке студентов, Прост планирует провести полное геномное секвенирование, чтобы выявить гены, вовлечённые в ассоциации муравьёв и растений, и заглянуть «под капот» явления, веками интриговавшего натуралистов.