ДНК-тестирование позволило идентифицировать новый вид насекомых

Фото из открытых источников

Крошечный клоп-кружевница, обнаруженный на отдаленных японских островах, оказался представителем двух видов, а его ближайший родственник питается совершенно другим растением. Результаты исследования были опубликованы в журнале ZooKeys. 

Два насекомых, внешне похожих друг на друга и питающихся одинаково, казалось бы, должны быть близкими родственниками. Но на архипелаге отдаленных японских островов это не всегда так. Крошечный клоп, долгое время считавшийся одним видом, оказался двумя разными.

Новый вид наиболее близок к кружевному клопу, который питается другим растением. Для островных насекомых внешний вид и рацион питания могут быть плохим показателем родословной.

Острова Огасавара расположены примерно в 900–1000 км к югу от Токио. Этот объект Всемирного наследия ЮНЕСКО славится уникальными наземными улитками и растениями, которые не встречаются больше нигде.

Около 440 видов насекомых, обитающих на островах, также не встречаются больше нигде, однако они привлекают гораздо меньше внимания исследователей. Многие из них сталкиваются с инвазивными животными, такими как зелёная анолиса — ящерица, которая на них охотится.

Дзюн Соума из Исследовательского центра наук об окружающей среде Сираками при Университете Хиросаки изучал насекомых на островах вместе с Наоюки Накахамой из Столичного университета Осаки.

Кружевницы — это мелкие насекомые из подотряда клопов, которые высасывают сок с нижней стороны листьев, оставляя на верхней стороне желтые пятна.

Большинство таких клопов очень привередливы в выборе кормового растения. На острове Титидзима один вид питался как местным растением из семейства розовых, так и деревом, завезенным человеком.

«Причина, по которой меня особенно заинтересовала рыба Omoplax desecta, заключается в том, что она питается как местным растением Rhaphiolepis indica var. tashiroi, так и интродуцированным растением Calophyllum inophyllum на островах Титидзима», — сказал Соума. «Это довольно необычно для кружевных клопов, которые обычно демонстрируют высокую специфичность к хозяину. Меня также заинтриговал тот факт, что он распространен на нескольких группах островов, что отличает его от других видов Omoplax».

Исследовательская группа сравнила ДНК 52 клопов восьми видов, изучая мельчайшие различия в одной букве, разбросанные по всему геному. Сорок один из них был идентифицирован как Omoplax desecta. Их ДНК четко различалась по группам островов: клопы с острова Читидзима оказались в одной группе, а клопы с острова Хахадзима — в другой. То, каким растением питался клоп, имело лишь незначительное значение.

На генеалогическом древе, построенном на основе 4452 генетических различий, две островные популяции даже не имели общей ветви. Авторы предполагают, что это два отдельных вида.

Тела кружевниц были схожи. Самцы из двух групп отличались серповидной формой гениталий. У клопов Хахадзима эта часть имеет закругленный край, а у клопов Читидзима — угловатый.

Клопы Хахадзимы озадачили Соуму, отчасти из-за их переднеспинки — пластинки позади головы клопа.

«Я задавался вопросом, почему он питался исключительно Rhaphiolepis indica var. tashiroi и почему не было особей с темно-коричневым или черным переднеспинкой, которые иногда встречаются на островах Титидзима», — сказал он. «После проведения популяционно-генетического и филогенетического анализа у меня возникло подозрение, что эта популяция может представлять собой отдельный вид. Внимательно изучив их морфологические характеристики, я в этом убедился».

Популяция на острове Хахадзима теперь известна как Omoplax sandoru. Ее название происходит от местных названий этого растения — Arekisandoru и Sandorunoki. Это единственное растение, которым, как подтверждено, питается этот кружевной клоп.

Длина каждого насекомого составляет около 3 мм, что примерно соответствует длине кунжутного семени. Экземпляры, собранные еще в 1976 году, были ошибочно идентифицированы и зарегистрированы под старым названием. Даже рисунок 2021 года, обозначенный как Omoplax desecta, в статье, написанной в соавторстве с Сумой, оказался изображением нового вида.

Биологи предположили, что эти кружевницы подверглись адаптивной радиации, когда один предок дает начало множеству видов, приспособленных к различным образам жизни.

На разных островах три пары видов питаются одним и тем же растением или его близкими родственниками. Каждая пара выглядела как совокупность ближайших родственников.

В генеалогическом древе была обнаружена только одна из этих пар. Omoplax desecta, жук с острова Читидзима, является ближайшим родственником Omoplax karubei, который питается тем же местным растением на другом архипелаге.

Новый вид с острова Хахадзима наиболее тесно связан с видом Omoplax hisasuei, который обитает на том же острове, но питается растением из семейства лавровых.

«Самым удивительным открытием моего исследования стало то, что виды, питающиеся одним и тем же растением и внешне очень похожие друг на друга, не обязательно являются родственными группами», — сказал Соума. «Адаптивная радиация среди насекомых на океанических островах может быть гораздо сложнее, чем можно предположить, сравнивая морфологические характеристики и жизненные циклы на первый взгляд».

Авторы предположили два пути к появлению нового вида. Насекомые, питающиеся одним и тем же растением на разных островах, могут разделиться, потому что живут раздельно. Насекомые на одном острове могут разделиться после того, как одна группа сменит растение.

Считается, что дерево Calophyllum inophyllum, завезённое человеком, происходит из тропической Азии, Полинезии или Мадагаскара. Оно произрастает на всех трёх основных группах островов, и благодаря посадкам в прошлом деревья генетически схожи от острова к острову.

Известно, что этим растением питаются только кружевные клопы из группы деревьев Титидзима. На генеалогическом древе все клопы с этого дерева принадлежали к одной-единственной ветви. Поэтому, вероятно, клопы переключились с местного растения лишь однажды и совсем недавно.

Авторы сравнили это с яблочной мухой, которая за последние несколько сотен лет переключилась с боярышника на яблони.

«Мне также кажется интересным, что появление Calophyllum inophyllum в природе благодаря человеку могло привести к зарождению будущих видов в роде Omoplax desecta», — добавил Соума.

Команда не смогла определить, когда именно произошло разделение этих видов, или воссоздать внешний вид их предков. Поэтому до сих пор неизвестно, сколько раз каждый из этих путей приводил к появлению новых видов.

Два вида кружевных клопов, обитающих на этих островах, отсутствуют в генеалогическом древе, поскольку ни один экземпляр ни одного из них не имеет пригодной для анализа ДНК. Один из них, Omoplax mukojimensis, известен лишь по одному экземпляру, а его кормовое растение неизвестно.

Авторы также не изучили подробно вопрос о том, продолжают ли две группы клопов с острова Читидзима, обитающие на каждом растении, обмениваться генами. Для ответа на этот вопрос потребуется больше кружевных клопов из разных мест.

Для завершения построения дерева исследователям также необходимы новые образцы двух отсутствующих видов.