Как муравьи-трапджавы получили свой сверхбыстрый укус

Укус муравья-трапджавы, мощный и смертоносный, известен во всём животном мире. В отличие от обычных хватательных челюстей, которые открываются и закрываются мышцами, челюсти трапджавы фиксируются в открытом состоянии, накапливая энергию, как растянутая пружина. При срабатывании они захлопываются на добыче одним сверхбыстрым ударом.

Челюсти-ловушки — это рекордная эволюционная инновация, но учёные до сих пор не понимали, как этот сложный механизм эволюционировал из более простых предков. Теперь, публикуя результаты в PLOS Biology, международная команда под руководством профессора Эвана Экономо из Окинавского института науки и технологий и доктора Дугласа Бурера из Йельского университета показала, как челюсти-ловушки возникли, а затем независимо развивались много раз по всему миру.

Многие виды муравьёв с такими челюстями относятся к роду Strumigenys — чрезвычайно разнообразной группе, включающей более 900 видов, обитающих в тропиках и субтропиках по всему земному шару.

Исследователи из OIST в сотрудничестве с группой профессора Александра Михеева выделили и секвенировали ДНК 470 видов муравьёв Strumigenys со всего мира, включая виды с предковыми хватательными челюстями и с модифицированными челюстями-ловушками. Они реконструировали эволюционное древо и проанализировали механизм челюстей с помощью микро-КТ-сканирования, создав 3D-модели.

Ключевые выводы:

• Механизм челюстей-ловушек независимо эволюционировал 7–10 раз на разных континентах.
• Для перехода от хватательной функции к функции ловушки требовалось очень небольшое изменение формы. Массивная перестройка мышц головы и диверсификация длины челюстей и ширины их раскрытия происходили уже после этого изменения функции.
• Обнаружено множество промежуточных форм механизма, лишь незначительно отличающихся от предковой.

С помощью высокоскоростной видеосъёмки (лаборатория Эндрю Суареса, Университет Иллинойса) было установлено, что челюсти-ловушки обладают самым быстрым известным ускорением среди частей тела животных, способных возвращаться в исходное положение. Их ускорение в сто тысяч раз больше, чем у стандартных челюстей, а закрываются они в тысячи раз быстрее, чем моргает человеческий глаз.

Муравьи используют эту скорость, чтобы перехитрить прыгательных ногохвосток — свою основную добычу. Виды с короткими челюстями-ловушками обычно пассивно охотятся из засады, а с длинными — активно ищут жертву.

Исследователи отмечают повторяемость эволюции: одни и те же вариации формы челюстей (длинные и короткие) возникали снова и снова на разных континентах и на уровне локальных сообществ.

Следующий шаг — секвенирование геномов репрезентативных видов Strumigenys, чтобы понять, лежат ли в основе сходных морфологических изменений одинаковые генетические изменения или же муравьи достигли этого результата разными путями.