Дневные бабочки-пяденицы имеют более крупные слуховые органы, что бросает вызов эволюционным представлениям

Международная группа исследователей решила проверить, будут ли у дневных бабочек-пядениц, менее подверженных угрозе со стороны летучих мышей, редуцированы тимпанальные органы. Эти специализированные органы слуха позволяют молям обнаруживать высокочастотные сигналы, которые летучие мыши используют для поиска добычи ночью. Учёные сравнили дневных бабочек с их близкородственными ночными собратьями, ожидая уменьшения или утраты этих органов у дневных видов. К удивлению, всё оказалось наоборот.

Исследование опубликовано в PeerJ.

«Результаты были неожиданными и противоречащими интуиции, поскольку дневных бабочек не охотятся летучие мыши. Мы предсказывали, что тимпанальные органы теперь будут функционально избыточны или редуцированы, но это оказалось не так», — говорит приглашённый исследователь Финского музея естественной истории и ведущий автор исследования Прита Дей из Национального центра биологических наук в Бангалоре, Индия.

Летучие мыши используют эхолокацию, испуская ультразвуковые сигналы для поиска добычи в темноте. В ответ на это давление многие моли развили сложные уши, называемые тимпанальными органами, для обнаружения ультразвука летучих мышей. Услышав такие сигналы, моль часто спасается, совершая спиральный полёт или падая вниз.

Интересно, что чтобы избежать летучих мышей, некоторые ночные моли сместили свою активность на дневное время и эволюционировали в дневные виды. Этот поведенческий сдвиг даёт исследователям уникальную возможность изучить сенсорную эволюцию тимпанальных органов: что происходит с этими структурами, когда давление отбора со стороны летучих мышей исчезает?

Современная микро-КТ-визуализация и 3D геометрическая морфометрия

У исследуемых видов — бабочек-пядениц (Geometridae) — тимпанальные органы (т.е. уши) расположены у основания брюшка. Эти органы крошечные и хрупкие, что делает их печально известными сложными для изучения традиционными морфологическими методами. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи использовали неинвазивную 3D-визуализацию для изучения внутренней анатомии этих деликатных структур у 19 видов пядениц с беспрецедентной точностью. Образцы, использованные в исследовании, были взяты из музейных коллекций с разных континентов.

Команда провела филогенетически обоснованный сравнительный анализ, используя парные виды ночных и дневных бабочек. Они применили геометрическую морфометрию к 3D-реконструкциям слуховых органов, чтобы сравнить объём тимпанального органа и форму ансы — уникальной удлинённой структуры, обнаруженной у пядениц. Вопреки ожиданиям, дневные виды имели значительно более крупные тимпанальные органы, чем их ночные предки, и эти различия явно не коррелировали с размером тела.

«В этом исследовании мы демонстрируем новый способ использования старых музейных образцов в современных исследованиях», — говорит Макс Сёдерхольм из Финского музея естественной истории, Университет Хельсинки, который проводил сканирование и 3D-моделирование тимпанальных органов.

По мнению исследователей, эти находки позволяют предположить, что дневные бабочки могут использовать свои увеличенные уши для обнаружения более низкочастотных звуков, производимых птицами или рептилиями. Это указывает на возможную новую функцию тимпанальных органов и предполагает более широкую роль слуха в обнаружении хищников в разных средах.

«Микро-КТ-визуализация и 3D-морфометрия открывают новые возможности для изучения функциональной морфологии в эволюционном контексте. В сочетании с опытом визуализации в Финском музее естественной истории эти инструменты позволяют нам исследовать ранее нерешенные эволюционные вопросы», — объясняет старший автор Паси Сивонен из Финского музея естественной истории.