Лапы насекомых неоднократно эволюционировали, но к единому варианту не пришли

Фото из открытых источников

Эволюционные пути, которые неоднократно приводили к появлению у насекомых передних конечностей, способных хватать добычу, двигались в схожем направлении, но не пришли к единственному решению. Исследования Университета Кобе являются новаторскими в изучении эволюции органов со схожими функциями, предлагая новый аналитический подход для количественного определения эволюционной динамики.

«Когда мы обнаруживаем, что невероятно функциональные формы и модели поведения живых организмов неоднократно возникали на протяжении времени, мы, естественно, задаемся вопросом, почему», — говорит Таками Ясуоки, эволюционный биолог из Университета Кобе.

Одним из часто приводимых примеров такой «конвергентной эволюции» является то, что животные, охотящиеся под водой, имеют очень схожую форму, несмотря на то, что они произошли из совершенно разных социальных групп, как это видно на примере акул, дельфинов и вымерших ихтиозавров. Другой яркий пример — это хватательные передние конечности у насекомых, которые независимо эволюционировали по меньшей мере семь раз, в том числе у богомола.

Таками говорит: «Однако никто не изучал это в разных линиях насекомых». Поэтому, хотя «хватательные передние конечности», как их называют, могут выглядеть похожими, неясно, является ли это на самом деле конвергентной эволюцией.

Чтобы ответить на этот вопрос, Таками пришлось разработать новый подход. Он объясняет: «Конечно, существуют подробные анатомические исследования повторяющейся эволюции передних конечностей хищных насекомых. Но, возможно, чем лучше люди знакомы с анатомией насекомых, тем меньше они могут игнорировать детали. Не было предпринято попыток количественно оценить этот процесс в разных линиях».

Он и его команда разработали методику, позволяющую исследователям статистически различать различные способы, которыми эволюция может формировать группу организмов: изменения средней формы, уменьшение вариативности формы и сходные эволюционные направления.

Затем они провели анализ, основываясь на длине различных частей конечностей и тела, намеренно игнорируя все остальные детальные структурные особенности, путем нанесения изменений в измерениях между видами без передних конечностей и видами с ними на многомерную карту «морфопространства» — пространства всех возможных конфигураций формы.

В журнале Scientific Reports команда из Университета Кобе сообщает, что не обнаружила доказательств конвергентной эволюции, по крайней мере, если судить по относительной длине частей тела. Таками говорит: «Это кажется парадоксальным, но хотя передние конечности, предназначенные для захвата добычи, эволюционировали неоднократно, на самом деле они не похожи друг на друга».

Передние конечности и передняя часть тела, в частности, эволюционировали в схожих направлениях в разных линиях развития, особенно если исключить водные, но суть в том, что они не закрепились на определенной окончательной форме. Это означает, что разные формы могут выполнять одну и ту же экологическую функцию.

Однако в данных обнаружилась еще одна любопытная деталь. Наряду с эволюцией передних конечностей, способных хватать добычу, головы насекомых стали шире, а их «шеи» — длиннее, что очень близко к общему изменению средней формы, а также к схожему направлению эволюции.

«Считается, что эволюция более широкой головы привела к улучшению стереоскопического зрения, что облегчило оценку расстояния до добычи. Это говорит о сильном естественном отборе и ограниченном пространстве для вариаций формы, когда речь идет о визуальном восприятии», — объясняет Таками.

«Эта работа знаменует собой завершение нашего исследования феномена повторяющейся эволюции хватательных конечностей», — говорит Таками. Тем не менее, эта работа может иметь более широкие последствия. Он поясняет: «Мы считаем, что концептуальная основа и аналитические методы, использованные в этом исследовании для анализа повторяющейся эволюции, будут очень полезны для будущих аналогичных исследований».