Ученые долгое время связывали разнообразие этих насекомых с их тесными связями с другими организмами. Они предположили, что бабочки развивались вместе с растениями, которыми питались, а бабочки выработали сложные защитные механизмы в ответ на летучих мышей, их основных хищников.
Теперь новое исследование исследует эти классические гипотезы, проливая свет на раннюю историю чешуекрылых, отряда, который включает мотыльков и бабочек. Используя самый большой за всю историю набор данных, собранный для группы, международная группа исследователей создала эволюционное генеалогическое древо чешуекрылых и использовала окаменелости, чтобы оценить, когда у бабочек и бабочек появились ключевые черты.
Их результаты показывают, что цветущие растения действительно определяли разнообразие этих насекомых. Однако неожиданным поворотом стало то, что несколько линий моли развили «уши» за миллионы лет до появления летучих мышей, которым ранее приписывали запуск органов слуха у бабочек.
«Семейное древо с датировкой окаменелостей дает нам наиболее подробный взгляд на эволюционную историю бабочек и бабочек», – сказал ведущий автор исследования Акито Кавахара, доцент Университета Флориды и куратор Центра Макгуайра Флоридского музея естественной истории. Чешуекрылые и биоразнообразие. "Мы долгое время думали, что цветущие растения, должно быть, внесли свой вклад в необычайное количество видов моли и бабочек, которые мы видим сегодня, но мы не смогли проверить это.
Это исследование помогает нам увидеть, совпадают ли предыдущие гипотезы, и мы обнаруживаем, что гипотеза растений соответствует, а гипотеза летучих мышей – нет."
Исследование также предполагает, что чешуекрылые намного старше, чем считалось ранее, а общий предок современных бабочек и мотыльков, вероятно, появился около 300 миллионов лет назад – примерно на 100 лет раньше, чем предполагалось ранее.
Основополагающая статья Пола Эрлиха и Питера Рэйвена 1964 года использовала тесно переплетенные отношения между бабочками и цветущими растениями в качестве основы теории коэволюции – идеи о том, что разные группы организмов развиваются в ответ друг на друга.
По их мнению, по мере того, как растения вырабатывают токсины, чтобы отогнать голодных гусениц, бабочки выработали способы их терпеть.
Заводы, в свою очередь, наращивали свое вооружение, и цикл «превосходства на одного человека» продолжался.
Точно так же ученые, в том числе Кавахара, назвали летучих мышей движущей силой эволюции у бабочек особых защитных механизмов, в том числе чувствительных к ультразвуку органов слуха, глушения сонара и длинных скрученных хвостов, которые могут отклонить нападающего в полете.
Перекрестное исследование этих гипотез требует путешествия в глубокие времена – непростая задача для группы насекомых, которые, как известно, редко встречаются в летописи окаменелостей.
Еще больше усложняет ситуацию то, что окаменелости часто сложно идентифицировать точно как моль или бабочку, сказал Кавахара. Один из них, первоначально обозначенный как Lepidoptera, позже оказался листом.
Команда Кавахары использовала два аналитических подхода, чтобы избежать одной и той же ошибки. Они изучили предыдущие исследования окаменелостей чешуекрылых, отбросив любые примеры, которые казались сомнительными.
Они проверили 16 оставшихся окаменелостей с другими лепидоптерологами, пытаясь прийти к единому мнению, что они действительно представляют собой мотыльков и бабочек. Затем они использовали эти окаменелости, чтобы датировать свое эволюционное древо, построенное из более чем 2000 генов 186 существующих видов моли и бабочек.
Чтобы перепроверить эти даты, они провели тот же анализ с использованием всего трех окаменелостей, каждая из которых отображала все отличительные характеристики конкретной группы чешуекрылых.
Путешествие в “ уши ” мотылька
Главным шоком было открытие окаменелого дерева, что ночные бабочки развивались органы слуха девять раз, четыре из которых произошли около 91 миллиона лет назад – примерно за 30 миллионов лет до того, как летучие мыши доминировали в ночном небе.
Что могли слушать мотыльки в мире до летучих мышей??
«Мы не знаем», – сказал Кавахара. Он и соавтор исследования Джесси Барбер, эксперт по летучим мышам и доцент Государственного университета Бойсе, выдвигают гипотезу, что «они, вероятно, использовали эти органы слуха для обнаружения звуков, издаваемых другими хищниками, таких как шаги, полет или шорох, а затем использовали их поднять на эхолот летучей мыши."
Многие мотыльки и некоторые бабочки имеют «уши» на различных частях тела, в зависимости от семьи. Однако большинство органов слуха находятся рядом с крыльями, что является оптимальным местом для быстрого движения насекомого к звуку или от него, говорит соавтор исследования Джейн Як, профессор нейроэтологии Карлтонского университета в Оттаве, Онтарио.
«Имеет смысл держать уши поближе к летной технике, если вы реагируете на звук, спасаясь бегством», – сказала она.
Хотя открытие, что некоторые из этих органов появились раньше летучих мышей, стало неожиданностью, Як предостерег от поспешных выводов об отсутствии связи между летучими мышами и способностью бабочек слышать.
Она отметила, что многие виды с ушами появляются незадолго до предполагаемого времени, когда у летучих мышей развилась эхолокация, «так что что-то в этот период времени, похоже, оказало важное давление отбора."
«Подавляющее большинство ушей современных чешуекрылых чувствительны к ультразвуку, и, по крайней мере, некоторые из них, как было показано, способны уклоняться от летучих мышей», – сказала она. "Некоторые из них также эволюционировали после того, как летучие мыши впервые применили эхолокацию. Но доказательства действительно требуют, чтобы мы пересмотрели существующее в настоящее время предположение, что все уши ночных чешуекрылых эволюционировали в ответ на эхолокацию летучих мышей."
Соломинка для нектара изменила правила игры
Самые ранние бабочки, вероятно, прокладывали туннели и питались внутри несосудистых растений, таких как мохообразные, в качестве личинок и имели жевательный ротовой аппарат во взрослом возрасте. По словам Кавахара, развитие хоботка, ротовой части, похожей на спиральную соломку, которая может всасывать нектар, сок растений и другие жидкости, помогло резко упасть разнообразию моли. Более 99% сегодняшних бабочек и ночных бабочек имеют хоботок.
Древо с окаменелостями указывает на происхождение хоботка около 241 миллиона лет назад, что совпадает со временем, когда цветущие растения быстро расширялись. Хоботок помог ранним бабочкам получить доступ к нектару и, возможно, позволил им летать дальше и колонизировать новые растения-хозяева.
По словам Кавахары, бабочки, группа гораздо моложе и менее разнообразная, чем мотыльки, возникли около 100 миллионов лет назад и являются всего лишь дневными мотыльками.
«Это исследование подчеркивает предыдущие исследования, которые показывают, что бабочки действительно принадлежат к гораздо большей группе бабочек», – сказал он. «Мы склонны ценить бабочек, потому что они часто кричащие и харизматичные, но мы не должны забывать о мотыльках, которые могут быть столь же яркими. Бабочки и растения взаимодействовали примерно за 50 миллионов лет до того, как первый динозавр бродил по Земле, и эти взаимодействия помогли создать разнообразие, которое мы видим на нашей планете сегодня."