Происхождение «земледелия» у насекомых
Жук-короед прогрызает ствол дерева, чтобы построить галерею в древесине для защиты своей кладки. Прокладывая туннель, он распространяет споры грибов-амброзий, которые будут кормить личинок. Когда эти личинки прогрызают новое дерево, взрослые жуки становятся переносчиками грибных спор в новую среду обитания. Этот мутуализм между насекомыми и грибами-амброзиями может быть старше 100 миллионов лет — больше, чем считалось до сих пор, — согласно статье в журнале Biological Reviews.
В исследовании впервые с палеонтологической точки зрения, на основе меловых ископаемых остатков, проанализированы симбиотические ассоциации и коэволюция между грибами-амброзиями и жуками. Среди авторов — эксперты Давид Перис и Ксавье Дельклос с факультета наук о Земле и Института исследований биоразнообразия Университета Барселоны (IRBio), а также Бьярте Йордаль из Университета Бергена (Норвегия).
Жуки, выращивавшие грибы за миллионы лет до человеческого земледелия
Некоторые термиты, муравьи и жуки развили способность выращивать грибы для пропитания миллионы лет назад. Этот мутуализм между насекомыми и грибами — один из самых изученных симбиозов в природе — является эволюционной стратегией, аналогичной сельскохозяйственной деятельности человека со времён неолитической революции.
Понимание истоков симбиоза между насекомыми и грибами представляет интерес для многих научных дисциплин. Сегодня мутуализм жуков-симбионтов амброзий и грибов является причиной лесных и сельскохозяйственных эпидемий, наносящих серьёзный экологический и экономический ущерб. «Остаётся неясным, какие экологические факторы способствовали возникновению грибоводства и как оно превратилось в симбиотические отношения с обязательной зависимостью», — отмечает Перис, первый автор исследования.
Когда началась линия «земледельческих» насекомых?
Филогенетические исследования исторически предполагали, что грибоводство у жуков началось более 50 миллионов лет назад — раньше, чем у других насекомых, — а некоторые исследования датируют его возрастом 86 миллионов лет. «Симбиотические отношения между грибом и жуками, вероятно, возникли более 100 миллионов лет назад, в раннем меловом периоде, в группах жуков, которые оставались незамеченными», — сообщает Перис.
В рамках исследования эксперты изучили несколько образцов биологических групп всемирного распространения, заключённых в меловом янтаре. Таким образом, происхождение гриба-амброзии древнее, чем у основных групп жуков из подсемейств Scolytinae и Platypodinae (семейство Curculionidae), которые сейчас выращивают грибы в стволах деревьев.
«Это говорит о том, что миллионы лет назад эти грибы использовали для распространения какую-то другую группу насекомых», — отмечает исследователь. Кроме того, другие группы жуков со сходным с амброзийными жуками поведением — семейства Bostrichidae и, в основном, Lymexylidae — имеют более древнюю и обильную летопись окаменелостей, которая совпадала бы с появлением грибов-амброзий, согласно предыдущим исследованиям.
«Самое интересное, — продолжает он, — что некоторые исследования отмечают способность культивировать грибы у некоторых из этих современных видов».
Эволюционная конвергенция к облигатному мутуализму
Процесс выращивания грибов начинается, когда жуки заселяют новый ствол или ветку дерева. В меловом периоде обилие грибов и жуков-древоточцев способствовало начальной доместикации некоторых групп грибов. Сначала споры грибов случайно переносились от дерева к дереву жуками-древоточцами, «пока эта взаимовыгодная ассоциация не эволюционировала в более тесный симбиоз, при котором грибы инокулировались в дерево, грибной мицелий рос, а личинки жуков питались грибом», — отмечает Йордаль.
Этот набор факторов вместе с высокой способностью симбионтов к адаптации и изменению облегчил морфологические и экологические адаптации биологических групп, которые сошлись в облигатном мутуализме. То есть в симбиотических отношениях между насекомыми и грибами, выгодных для обоих, которые сохраняются до сих пор.
«Однако нам необходимы дополнительные исследования экологии видов из семейств Lymexylidae и Bostrichidae, чтобы получить более конкретные выводы. Таким образом, открытие новых окаменелостей этих групп в меловом янтаре, безусловно, поможет нам лучше понять эволюционную историю этих симбиотических отношений, существующих и по сей день», — заключает профессор Дельклос.