Размер важнее формы даже у муравьёв

Рабочие муравьи бывают самых разных форм и размеров. Однако, согласно новому исследованию, они чаще эволюционируют, становясь больше или меньше, чем приобретая совершенно новые формы.

В то время как большинство животных совмещают выживание с размножением, рабочий муравей не ограничен необходимостью быть функциональной матерью. Он может спокойно оставить эту работу матке, поскольку она производит его братьев и сестёр, которые все несут его гены и, таким образом, передают его ДНК.

Хотя рабочие муравьи специально приспособлены для жизни в труде, они всё же имеют множество различных форм. Можно было бы предположить, что отсутствие необходимости производить потомство и множество выполняемых задач могут привести к эволюции крайне странных насекомых.

На первый взгляд, это кажется правдой. Например, муравей-черепаха Cephalotes, гнездящийся в дуплах деревьев, имеет специальную касту солдат, предназначенных для блокировки входов, что они и делают с помощью голов, эволюционировавших до формы крышек люков.

Или муравьи-медовые бочки Myrmecocystus, у которых брюшко превратилось в гигантский растяжимый живой резервуар для мёда.

Есть также рабочие Camponotus, которые «взрываются» при контакте с врагами, обливая их клеем из сильно увеличенной железы в голове.

Однако эти замечательные примеры могут быть исключениями. У большинства рабочих муравьёв есть более обыденные отличительные черты, в основном — вариации в размере. Редко у каких муравьёв бывает более одного специализированного типа рабочих. Даже у самых сложных обществ, как у муравьёв-листорезов, есть не более трёх по-настоящему различных типов рабочих, и они, как правило, различаются только размером.

Это несоответствие заинтересовало Марсио Пи и Марселя Ча из Федерального университета Параны в Бразилии, которые опубликовали исследование в PeerJ, чтобы выяснить, действительно ли размер варьирует больше, чем форма. Для этого они сделали тысячи измерений по техническим фотографиям рабочих муравьёв из репозитория AntBase.

И действительно, по крайней мере среди рабочих примерно 100 видов муравьёв, которых они измерили, размер оказался гораздо более изменчивым, чем форма («форма» — это измерения, которые не просто изменяются согласованно друг с другом у разных видов).

Этот факт делает эволюцию рабочих муравьёв менее особенной, чем можно было бы ожидать, потому что вариации в размере — это также то, как сильнее всего различаются многие другие группы животных в своей эволюционной истории. Несмотря на множество странных и удивительных форм муравьёв, кажется, рабочие муравьи ничем не отличаются от остальных в том, как эволюционирует морфология.

Так почему же размер так сильно варьирует? Одна из теорий гласит, что размер представляет собой «генетическую линию наименьшего сопротивления» — то есть размер, по-видимому, легко эволюционировать.

В многослойных сетях взаимодействующих генов, составляющих что-то столь сложное, как муравей, существуют не все генетические комбинации. Некоторые встречаются чаще других. В диких популяциях закономерности генетической изменчивости не случайны, а распределяются вдоль чётко определённых осей, которые действуют как каналы, направляющие эволюцию физической формы. Как правило, самая важная — это ось «больше-меньше». Кроме того, гормоны контролируют рост и могут воздействовать сразу на многие части тела. Генетические мутации, изменяющие уровень гормонов, могут привести к большим изменениям в размере.

В более сложном варианте некоторые черты растут непропорционально по мере увеличения размера животного. Как и в «Алисе в Стране чудес», когда муравьи становятся очень маленькими, крошечные объекты вроде песчинок становятся огромными. В таких условиях длинные ноги для бега становятся менее важными, а короткие — преимуществом. Таким образом, ноги пропорционально короче у более мелких муравьёв.

А почему формы муравьёв так мало различаются? Одна теория утверждает, что то, чего рабочим не хватает в специализированных формах, они компенсируют гибким поведением, которое позволяет им реагировать на непредсказуемую среду. Муравьи способны в любой момент перераспределять целые секторы рабочей силы при возникновении необходимости. Например, африканские муравьи-кочевники (Dorylus) образуют живые мосты во время движения, рыжие муравьи (Myrmica) становятся могильщиками, а огненные муравьи (Solenopsis) образуют живые водонепроницаемые плоты, чтобы пережить наводнение всей колонии.

Другая возможность связана с тем, что рабочие муравьи технически всё ещё способны иметь потомство и иногда пытаются это делать (хотя их потомство — исключительно самцы, и их часто поедают другие рабочие). Это может означать, что их формы всё ещё ограничены необходимостью размножения, каким бы скудным ни был их выводок.

Тем не менее, в некоторых случаях специализированная экология отбирала специализированных рабочих. И, в соответствии с этим, Пи и Ча действительно обнаружили несколько случаев быстрой эволюции формы в изолированных линиях, например, у муравьёв-грибоводов (как муравьи-листорезы).

Эволюция формы также ускорилась в другой группе, содержащей странных муравьёв, таких как Calyptomyrmex, у некоторых представителей которого есть загадочные волоски в форме шпателя, покрывающие тело — никто не знает, для чего.

Следующий очевидный вопрос: идёт ли медленная эволюция формы рука об руку с гибкими рабочими-универсалами, как огненные муравьи? И наоборот, наблюдаем ли мы самую быструю эволюцию формы в линиях, где разные виды рабочих имеют специализированные, негибкие задачи, как у муравьёв-черепах? Возможно, изучение ещё нескольких фотографий муравьёв поможет ответить на эти вопросы.