Биологи из Университета Джорджа Вашингтона и Рокфеллеровского университета выяснили, что в течение эволюции у черепашьих муравьев неоднократно менялась форма головы, по которой можно судить о «специализации» насекомого. Статья об открытии опубликована в журнале PNAS. Черепашьи муравьи интересны тем, что имеют непропорционально большие головы, которые используют, чтобы блокировать входы в свои гнезда, действуя как живые двери. Но не у всех насекомых головы имеют одинаковую форму: у некоторых они напоминают крышки люков и идеально закрывают входы в туннели; у других головы квадратные, что позволяет нескольким особям складывать их как щиты, закрывая проход в туннель.
Это разнообразие в формах головы — не просто интересное эволюционное приспособление. Оно может много рассказать о развитии видов в ходе эволюции и о связанном с этим заполнении экологических ниш. Новая работа биологов показывает, что такая эволюция может двигаться не только в одном направлении, в сторону увеличения специализации, но и в обратном. Авторы показали, что представители этого вида муравьев с течением времени превратились в «специалистов широкого профиля».
Как и многие другие социальные насекомые, живущие в колониях, черепашьи муравьи специализируются на различных функциях — у них эволюционно развиваются черты, подходящие для их работы. Для солдат этот процесс привел к большим головам различной формы. «Существует колоссальная четырехкратная разница между самыми маленькими и самыми большими головами черепах-муравьев, — говорит ведущий автор нового исследования, биолог из Университета Джорджа Вашингтона Скотт Пауэлл. — Чтобы помочь людям представить себе это, я часто говорю, что самый маленький представитель способен удобно сидеть на голове самой большой особи».
Форма и размер головы солдата Cephalotes goniodontes определяются типом туннеля, который занимает данный вид. Муравьи сами не роют туннели, а перемещаются по тем, что вырыты жучками-бурильщиками. А так как туннель, по которому они двигаются, может быть слишком большим или слишком маленьким, муравьи быстро диверсифицируются, чтобы быть в состоянии занять его. Таким образом, связь между головами насекомых этого вида и туннелями может дать уникальное представление о естественном отборе в популяции этих насекомых. Исследователи могут легко сравнить черту — окружность головы — с экологическим признаком, в результате действия которого она эволюционировала.
Чтобы изучить эволюционное развитие различных форм голов, исследователи сгруппировали 89 типов особей черепашьих муравьев по этому признаку. Они выделили у насекомых квадратную, купольную, дисковую или чашеобразную голову. Затем авторы исследовали эволюционные отношения между этими группами, используя ранее собранную генетическую информацию. Если бы эволюция была односторонним путем, то первые черепашьи муравьи, появившиеся около 45 миллионов лет назад, должны были бы полностью лишиться солдат, а затем постепенно эволюционировать в сторону специализации — начиная с квадратноголовых солдат вплоть до особей с головами, идеально закрывающими входы в туннели.
Но новый анализ показывает, что все было по-другому. Самый старый общий предок, которого исследователи смогли обнаружить, вероятно, имел квадратную голову. Из него развился целый ряд муравьев с различными уровнями специализации. В некоторых случаях более специализированные виды со временем меняли направление движения, эволюционируя обратно в более универсальные формы головы. Работа прекрасно показывает, насколько удивительно гибкой может быть природа в приспособлении к условиям экологической ниши, которую они занимают.
