Не все головы имеют одинаковую форму: у некоторых солдат есть головы, которые напоминают крышки люков и отлично закрывают входы в туннели. У других есть квадратные головы, которые они собирают в многослойные блокады, напоминающие перекрывающиеся щиты спартанской армии.
Такое разнообразие форм головы раскрывает больше, чем просто еще одну причудливую причуду природы: оно также может пролить свет на то, как виды эволюционируют, чтобы заполнить экологические ниши. И эта эволюция, как показывает новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, не всегда является улицей с односторонним движением к повышению специализации. Иногда это может вернуть вид на более универсальную стадию.
«Обычно можно подумать, что когда вид специализируется, он застревает в этой очень узкой нише», – говорит Дэниел Кронауэр, глава Лаборатории социальной эволюции и поведения Рокфеллера. "Но муравьи-черепахи представляют собой интересный пример очень динамичной эволюционной траектории с большим количеством движений вперед и назад."
Матч в эволюции
Как и многие другие социальные насекомые, живущие в колониях, муравьи-черепахи специализируются на различных функциях, часто развивая преувеличенные черты, соответствующие их работе. Для солдат этот процесс привел к появлению больших голов самых разных форм.
«Существует колоссальная четырехкратная разница между самой маленькой и самой большой головами черепахи-муравья-солдата», – говорит Скотт Пауэлл, биолог из Университета Джорджа Вашингтона и ведущий автор нового исследования. "Чтобы помочь людям представить себе это, я часто говорю, что самый маленький вид может удобно сидеть на голове самого большого вида."
Форма и размер головы солдата-черепахи-муравья продиктованы типом туннеля, в котором находится рассматриваемый вид.
Муравьи сами не роют туннели, а проникают в те, что вырыты жуками-древоточцами. По словам Кронауэра, поскольку туннель, ведущий вниз, может быть слишком большим или слишком маленьким, муравьи быстро меняются, чтобы занять его.
Таким образом, взаимосвязь между головами черепах и туннелями может дать уникальное понимание естественного отбора.
Исследователи могут легко сравнить черту – окружность головы – с экологической характеристикой, к которой он приспособился: размером у входа в гнездо. Как говорит Кронауэр: «Это матч 1: 1 в том же масштабе."
Динамичный процесс
Чтобы изучить эволюционный путь различных форм головы, исследователи сгруппировали 89 видов муравьев-черепах в зависимости от того, носили ли солдаты квадратную, куполообразную, дисковую или чашевидную голову.
Они также включали группу видов муравьев-черепах, у которых нет солдат. Затем они изучили эволюционные отношения между этими группами, используя генетическую информацию о видах, которую они ранее собрали.
Если бы эволюция была односторонней, первые муравьи-черепахи, появившиеся около 45 миллионов лет назад, должны были вообще не иметь солдат, а затем постепенно эволюционировали в сторону специализации – начиная с обычных, квадратноголовых солдат, заканчивая теми, у кого высокий уровень развития. -по индивидуальному заказу насадки для посуды.
Но новый анализ показывает, что это не так. Вместо этого самый старый общий предок, который исследователи смогли проследить, вероятно, имел квадратную голову.
Этот предок сформировал целый ряд видов, от тех, у кого вообще не было солдат, до других с разным уровнем специализации. В некоторых случаях более специализированные виды со временем меняли направление, превращаясь обратно в более общие формы головы.
По словам Пауэлла, это открытие прекрасно показывает, насколько удивительно гибкой может быть природа, приспосабливая форму организма к контексту окружающей среды, в которой он находится.
«Пространство, с которым приходится играть эволюции, на самом деле намного больше, чем считалось ранее», – добавляет Кронауэр.