Биологи исследуют эволюционную «гонку вооружений» между насекомыми, хищниками и растениями

Многие учёные полагают, что динамика, определявшая конфликты между государствами с начала XX века, может также управлять эволюцией видов на Земле.

Биологи используют термин «гонка вооружений» для описания эскалации защитных механизмов, контртактик и постоянного «перетягивания каната» между соперниками в природе.

• Эти эволюционные взаимодействия могут быть быстрыми (как в случае лекарственно-устойчивых патогенов) или происходить между паразитами и хозяевами, семенами и поедающими их насекомыми, хищниками и жертвами.
• Такая гонка влияет на механизмы эволюции: защитные признаки, развивающиеся со временем, могут приводить к возникновению совершенно новых видов.
• Более приспособленные особи (с лучшими защитными реакциями, более эффективным нападением) выживают и передают свои гены последующим поколениям.

Хотя модель «гонки вооружений» популярна в эволюционных исследованиях, ей требуется больше подтверждений из полевых исследований.

Исследование жуков-листоедов

Каролина Чабу (Университет Канзаса) с коллегами получила двухлетний грант NSF EAGER на $150,000 для изучения этой модели на примере защитных механизмов жуков-листоедов. Полевые работы пройдут в Смитсоновском институте тропических исследований в Панаме.

Особое внимание будет уделено эволюции защитных тактик жуков-щитоносок (tortoise beetles):

• Личинки имеют боковые выросты, которые скрывают контуры тела и вооружены заострёнными волосками.
• Грегарное поведение (жизнь в группах) помогает распределять токсины растений между особями и создавать более устрашающий вид для врага.
• Самая необычная защита — использование собственных экскрементов и сброшенных шкурок для создания «зонта»-щита над телом. Этот щит маскирует личинку под повреждённый лист или создаёт физический барьер для хищника.

Одна из изучаемых стратегий — «побег и радиация»: новые признаки, лучше отпугивающие врага, позволяют виду процветать и делиться на новые виды, увеличивая биоразнообразие.

Значение и сложности исследования

Понимание принципов «гонки вооружений» на примере жуков может помочь лучше понять фундаментальные движущие силы эволюции и разнообразия, включая эволюцию человека.

Работа сопряжена с вызовами:

• Выращивание больших популяций жуков в теплице за один полевой сезон.
• Задачи биоинформатики при построении филогенетических деревьев.
• Интеграция данных по филогении, поведению и химическому составу.

В рамках проекта будет создан онлайн-образовательный ресурс на английском и испанском языках о субсоциальных насекомых, а также продолжено mentorship студентов США и Панамы в международных полевых исследованиях.