Кутикулярные углеводороды (CHC) одного насекомого могут состоять из более чем 100 различных веществ и сильно различаться между видами насекомых. Они находятся на кутикуле практически каждого насекомого и предотвращают потерю воды, что позволяет им выжить в засушливых условиях. CHC также являются основным каналом коммуникации для социальных насекомых, поскольку они предоставляют информацию о колонии происхождения их носителя, о его касте и задачах в колонии, а также, в случае маток, об их репродуктивном статусе.
Таким образом, они незаменимы для обеспечения функционирования колонии насекомых. Многие одиночные насекомые также используют их в качестве половых феромонов.
«Мы все еще находим эволюцию таких сложных свойств с множеством функций очень загадочной», – объяснил биолог-эволюционист д-р. Флориан Мензель.
Его особенно интересует, остаются ли профили CHC относительно стабильными в ходе эволюции – аналогично морфологическим признакам, таким как размер или форма тела – или могут ли они изменяться быстрее и гибче, чем другие признаки, в процессе эволюции.
Родственные виды муравьев с разными профилями ХГК
Мензель и его партнеры из Смитсоновского института в Вашингтоне, штат Дании.C., и Университет Вюрцбурга, Германия, провели исследования муравьев рода Crematogaster, одного из самых богатых видами родов муравьев, насчитывающих около 1000 видов во всем мире. Эти муравьи-акробаты могут поднимать живот над головой, чтобы выпустить яд или отталкивать вещества в окружающую среду и окружающий воздух.
Исследователи выбрали 43 вида муравьев из рода Crematogaster с пяти континентов и изучили их на предмет родства и химического профиля. «Мы хотели знать, имеют ли виды, которые соседствуют друг с другом на филогенетическом дереве, похожие углеводородные профили», – сказал Мензель.
На самом деле биолог-эволюционист не обнаружил такого соответствия. Таким образом, родственные виды могут иметь существенно разные профили ХГК.
Эти профили могут меняться быстрее, чем морфологические характеристики или модели поведения в ходе эволюции. «Муравьи, очевидно, имеют в своем распоряжении большой генетический арсенал, который они могут быстро адаптировать, чтобы изменить свой профиль CHC», – пояснил Мензель. Он подозревает, что это позволяет муравьям при необходимости адаптировать свои химические сигналы в течение коротких эволюционных периодов, например, из-за изменений в условиях окружающей среды.
Осадки влияют на химический отпечаток пальца
В другом совместном исследовании, включающем 38 видов Camponotus и 42 вида Crematogaster из разных климатических зон, от умеренного до тропического, немецкие и американо-американские биологи продемонстрировали, что климат также оказывает давление отбора на химические отпечатки пальцев. Их исследование показало четкую корреляцию между составом CHC и осадками: виды муравьев из влажных регионов, таких как горные тропические леса Малайзии или Уганды, имеют больше алкенов и меньше диметилалканов в своем профиле CHC, чем муравьи из засушливых регионов, таких как Средиземноморье. «Мы думаем, что это связано с разными способностями каждого соединения защищать от высыхания», – пояснил Мензель. Удивительно, но температура среды обитания не влияет на состав CHC.
Однако другой результат показывает, что так называемые парабиотические муравьи, которые симбиотически живут в одном гнезде вместе с другими видами муравьев, имеют еще разные профили ХГС. Они значительно отличаются от муравьев, которые не живут в таком симбиозе, что позволяет предположить, что их конкретные профили CHC представляют собой адаптацию для снижения агрессии между двумя видами, живущими вместе.
Эволюционные биологи из Майнца будут и дальше сотрудничать с коллегами из Senckenberg Gesellschaft во Франкфурте, Германия, и Университета Вюрцбурга, чтобы выяснить, как муравьи могут так быстро адаптировать свои профили CHC.
Их исследования будут сосредоточены на парабиотических видах Crematogaster levior и Camponotus femoratus, которые живут вместе в так называемых муравейниках в тропических лесах Южной Америки и демонстрируют огромное химическое разнообразие. Два вида, живущие бок о бок в этих необычных совместных гнездах, вместе кормятся, а иногда даже кормят друг друга.
Их симбиотические отношения, симбиоз с видами растений в муравейниках и причины разнообразия их профилей ХГС еще предстоит изучить.