У переважній більшості випадків органи слуху метеликів сформувалися задовго до того, як кажани почали застосовувати ехолокацію. Фото - Mike Keeling.
50 років дослідники вважали, що органи слуху («вуха») метеликів знайшли здатність вловлювати ультразвукові сигнали, щоб ці комахи могли чути атакуючих кажанів. Однак, згідно з результатами нового дослідження, миші тут ні при чому.
Як виглядає стандартна версія історії еволюції метеликів і кажанів, що гуляє підручниками та науковими статтями? Мільйони років тому кажани створили своєрідний локатор, який дозволив їм сприймати світ, видаючи звуки високої частоти і аналізуючи виникле відлуння. Завдяки цій здатності, відомій як ехолокація, вони змогли знаходити і ловити літаючих комах навіть у повній темряві. У відповідь метелики винайшли налаштовані на ультразвук «вуха» і взялися знову і знову покращувати їх, щоб засікати ехолокатор кажана і, своєчасно маневруючи, ухилятися від її атак. Так виникла еволюційна гонка озброєнь.
Протягом 50 років вчені займалися вивченням цього стародавнього протиборства, не помічаючи, що перебувають у полоні омани. Зараз командою дослідників на чолі з Акіто Кавахарою (Akito Kawahara) з Університету Флориди (University of Florida) встановлено, що «вуха» метеликів переважно еволюціонували до того, як з'явилися локатори кажанів. «Вуха» випередили локатори щонайменше на 28 мільйонів років. Чому так вийшло - неясно, але кажани тут явно ні при чому. «Я думаю, що для даної галузі наукових досліджень це відкриття - майже що грім серед ясного неба», - говорить Кавахара.
«Все, що я писав на цю тему раніше, - здебільшого помилково», - додає учасник дослідження Кавахари Джесс Барбер (Jesse Barber) з Університету штату Айдахо в Бойсі (Boise State University), який витратив кілька років на вивчення кажанів і метеликів.
Хоча метелики і метелики добре відомі, популярні і в ході еволюції досягли вражаючих успіхів (їх налічується понад 160 000 видів), такі деталі їх історії, як формування різних органів, оповиті туманом. Дослідники намагалися з'ясувати ці деталі, порівнюючи фізичні особливості живих і скам'янілих метеликів. Однак, як стверджує Адріана Бріско (Adriana Briscoe) з Каліфорнійського університету в Ірвайні (University of California, Irvine), «надзвичайно важко оцінити», з якою швидкістю еволюціонували ці особливості. Крім того, при даному підході спостерігається тенденція недооцінювати час важливих еволюційних подій - таких, як виникнення «вух».
Щоб картина стала більш ясною, Кавахара і його команда роками бродили нічними лісами в різних куточках світу і виманювали метеликів на світ ультрафіолетових ліхтарів. Порівнявши гени 186 видів, вони створили генеалогічне древо, яке показує, як пов'язані різні групи і, що особливо важливо, коли в їхній еволюційній історії відбувалися суттєві зміни.
Найближчі нині живуть родичі метеликів і метеликів - веснянки. Це комахи, личинки яких живуть у воді, а при ліньці на імаго виходять на сушу. Близько 300 мільйонів років тому комахи зі схожим способом життя покинули воду, щоб харчуватися ранніми наземними рослинами - такими, як мхи, печіночники і папороті. Личинки жили в рослинах, пожираючи їх зсередини, а потім ставали дорослими крилатими особинами, що перелітають з листка на листок. Це були перші метелики.
Можливо, ці істоти не змогли б створити династію з 160 000 видів, не з'явись у них два важливих нововведення. По-перше, близько 241 мільйона років тому нижні щелепи дорослих особин перетворилися на хоботок. Ця свірнута трубка дозволила смоктати нектар квіткових рослин, які з'явилися незадовго до цього і тільки почали свій довгий еволюційний розвиток. По-друге, деякі гусениці перестали харчуватися всередині рослин і взялися піювати на поверхні, поїдаючи рослини зовні.
Ці личинки, отримавши більше місця для життя, стали такими великими, що їх зручніше вимірювати не в міліметрах, а в дюймах. Великі гусениці можуть нишпорити туди-сюди в пошуках більш поживного листя, інших рослин-господарів або місць для безпечного окукливання. З великих гусениць виходять і великі дорослі особини, здатні в пошуках їжі пролітати великі відстані. Це, ймовірно, зміцнило їх зв'язок з квітковими рослинами. «Вони запилювали квітки, рослини ставали різноманітними, і одночасно ставали різноманітними метелики», - говорить Кавахара. Поглянувши на створене ним генеалогічне древо, легко побачити, що дві зазначені групи диверсифікували синхронно - ще одна класична еволюційна історія, і, на щастя, вона, як зазначає флоридський біолог, «мабуть, правильна».
Вознесені силою квітів високо в небо, метелики процвітали, але в основному ночами. Однак близько 98 мільйонів років тому деякі з них перейшли до денної активності. Так з'явилися метелики, яких Барбер іронічно описує як «нецікаву групу денних метеликів». Чому це сталося? І в даному випадку для пояснення залучили кажанів. У 1999 році Джейн Як (Jayne Yack) з Карлтонського університету (Carleton University) припустила, що летючі миші, які використовують ехолокацію, становлять для метеликів таку небезпеку, що, прагнучи позбутися її, деякі з цих комах перейшли від нічного способу життя до денного. «По суті, метеликів» винайшли «кажани», - написала Як.
Може, так воно і було? В історії еволюції кажанів повно внутрішніх протиріч, але в результаті ряду досліджень, в ході яких вивчалися як скам'янілості, так і генетичні дані, отримано приблизно один і той же висновок: кажани з'явилися 55 - 65 мільйонів років тому і почали застосовувати ехолокацію близько 50 мільйонів років тому. А нове дослідження Кавахари, здійснене за участю Йек, встановило, що метелики з'явилися набагато раніше.
На думку Кавахари, виникнення метеликів пов'язане з еволюцією не кажанів, а рослин і бджіл. Бджоли з'явилися незадовго до метеликів: від 100 до 125 мільйонів років тому. Їхня поява могла покласти початок еволюції квіток не тільки в бік більшої яскравості, але і в бік більшого використання денного світла, ніж не забули скористатися метелики. Отже, метеликів винайшли бджоли? "На мій погляд, це так, - каже Кавахара. - Я думаю, що бджоли - дуже важливий компонент цієї історії. Вони дуже тісно взаємодіяли з квітковими рослинами, і метелики, скориставшись цим, сіли їм на хвіст. Кажани тут ні при чому ".
Це стосується і еволюції «вух» лусуекрилих. Згідно з новим генеалогічним деревом, створеним Кавахарою, на еволюцію органів слуху метеликів вплинули дев'ять не пов'язаних один з одним подій, більшість з яких мала місце від 78 до 92 мільйонів років тому - задовго до того, як кажани стали використовувати ехолокацію (50 мільйонів років тому). Як завжди, є винятки: у декількох груп лусуекрилих, у тому числі у бражників і нічних метеликів молі, «вуха», які вловлюють ультразвук, з'явилися пізніше, ніж у кажанів локатори (відповідно на ротах і крилах), що, можливо, було відповіддю на використання цими хижаками ехолокації. Однак переважна більшість лусуекрилих - за оцінкою Кавахари, близько 96 відсотків - обзавелося такими «вухами» раніше, ніж кажани локаторами.
"Це спантеличує, - говорить Як. - Всі ці" вуха ", наскільки нам відомо, налаштовані на ультразвук, і тому, ймовірно, реагують на кажанів. Виникає питання: що ж слухали ці "вуха", поки не було кажанів? " Ключ до відповіді дають місця, в яких не водяться кажани - такі, як Арктика і різні острови. Там вуха метеликів, як правило, налаштовані на нижчі частоти, що відповідають природним звукам, що виникають при русі хижаків серед трави, при помахах крил тощо. «Схоже на те, що причина еволюції» вух «- дослідження світу», - констатує Барбер.
Коли летючі миші, які застосовують ехолокатори, з'явилися в цьому світі, метелики перетворили свої тодішні «вуха» на спеціалізовані детектори ехолокації, змістивши діапазон уловлюваних звуків у бік більш високих частот. Деякі метелики стали рости в розмірах, перетворюючись на занадто великих для маленьких кажанів. Інші, як, наприклад, тигрові метелики, навчилися видавати свої власні ультразвукові клацання, щоб глушити ехолокатори кажанів. Треті - такі як чудові сатурнія місяць - обзавелися крилами, що переходять у химерні хвости, здатні змінювати напрямок звукових хвиль: у польоті хвости крутяться і, створюючи тим самим оманливе відлуння, збивають з пантелику атакуючих кажанів. За словами Дональда Гріффіна (Donald Griffin), першовідкривача ехолокації у кажанів, дуель між ними і метеликами залишається «чарівним колодязем», з якого все ще можна черпати «дивовижні і значні відкриття». Але, мабуть, найдивовижніше - це те, що стандартна історія «вух» і ехолокаторів виявилася хибною.
Якщо метелики з просунутими «вухами» існували ще до появи кажанів, чи можливо, що останні винайшли ехолокацію, щоб зробити більш успішним полювання на таких комах, які здатні чути їх наближення? Якщо розвиток мишачої ехолокації не визначав розвиток «вух» метеликів, то чи не мало місце зворотне? "Ми не впевнені в цьому, - говорить Кавахара, - бо кажани харчуються великою кількістю різноманітних комах. Але, оскільки серед останніх дуже багато метеликів, дуже ймовірно, що це - правда ".