Исследование муравьев-солдат показывает, что эволюция может идти вспять
Солдаты муравьев-черепах выглядят как существа из японского аниме. Эти обитающие на деревьях насекомые носятся туда-сюда, демонстрируя блестящие, непропорционально большие головы, которые они используют для блокировки входов в свои гнезда, выступая в роли живых дверей.
Формы голов различаются: у одних солдат они похожи на крышки люков и идеально закрывают входы в туннели. У других — квадратные головы, которые они собирают в многорядные баррикады, напоминающие щиты спартанской армии. Это разнообразие проливает свет на то, как виды эволюционируют, чтобы занять экологические ниши. И эта эволюция, как показало новое исследование в Proceedings of the National Academy of Sciences, не всегда движется в одну сторону — к большей специализации. Иногда она может вернуть вид к более обобщенной стадии.
«Обычно считается, что, однажды специализировавшись, вид застревает в узкой нише, — говорит Дэниел Кронауэр. — Но муравьи-черепахи — интересный пример очень динамичной эволюционной траектории, с большим количеством движений вперед и назад».
Соответствие, созданное эволюцией
Как и другие социальные насекомые, муравьи-черепахи специализируются на разных функциях, часто развивая преувеличенные черты для своей работы. У солдат этот процесс привел к появлению крупных голов разнообразной формы.
«Разница между самой маленькой и самой большой головой солдата муравья-черепахи составляет ошеломляющие четыре раза, — говорит Скотт Пауэлл, ведущий автор исследования. — Самый мелкий вид может удобно уместиться на голове самого крупного».
Форма и размер головы солдата определяются типом туннеля, который занимает данный вид. Муравьи не роют туннели сами, а заселяют ходы, проделанные жуками-древоточцами. И поскольку готовый туннель может быть слишком велик или мал, муравьи быстро диверсифицируются, чтобы занять его.
Таким образом, связь между головой муравья-солдата и туннелем дает уникально четкое представление о естественном отборе. Исследователи могут легко сравнить признак — окружность головы — с экологической особенностью, к которой он приспособился: размер входа в гнездо. Как говорит Кронауэр: «Это соответствие 1:1 в точном масштабе».
Динамичный процесс
Чтобы изучить эволюционный путь различных форм голов, исследователи разделили 89 видов муравьев-черепах на группы в зависимости от того, имеют ли солдаты квадратную, куполообразную, дискообразную или блюдцеобразную голову. Они также включили группу видов без солдат. Затем они изучили эволюционные связи между группами, используя генетическую информацию видов.
Если бы эволюция была односторонним путем, первые муравьи-черепахи, появившиеся около 45 миллионов лет назад, не должны были иметь солдат, а затем постепенно эволюционировали бы к специализации — начиная с солдат-генералистов с квадратными головами и заканчивая высокоспециализированными с головами-блюдцами.
Однако новый анализ показывает, что это не так. Вероятно, самый древний общий предок, которого удалось проследить, имел квадратную голову. Этот предок дал начало ряду видов — от тех, у которых вообще нет солдат, до других с разной степенью специализации. В некоторых случаях более специализированные виды со временем меняли направление, возвращаясь к более обобщенным формам головы.
Это открытие наглядно показывает, насколько удивительно гибкой может быть природа, подгоняя форму организма к контексту окружающей среды, говорит Пауэлл.
«Пространство, с которым может играть эволюция, на самом деле несколько больше, чем считалось ранее», — добавляет Кронауэр.