Тела муравьев и других насекомых покрыты тонким воскоподобным слоем, который защищает их от высыхания и позволяет им обмениваться информацией, например, у общественных насекомых, чтобы различать врагов и товарищей по гнезду. Его двойная функция делает этот слой не только необходимым для выживания, но и уникальным в той мере, в какой он может служить однозначной характеристикой для идентификации вида насекомых, подобно отпечатку пальца. Слой позволяет различать даже близкородственные виды. Это связано с его составом кутикулярных углеводородов, образующих специфический химический профиль. Биологи из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU) в Германии недавно установили, что муравьи могут быстро адаптировать свой профиль углеводородов в ходе эволюции и быстро приспосабливаться к давлению внешнего отбора..
Кутикулярные углеводороды (CHC) одного насекомого могут состоять из более чем 100 различных веществ и сильно различаться у разных видов насекомых. Они находятся на кутикуле практически каждого насекомого и предотвращают потерю воды, что позволяет им выживать в засушливой среде. CHC также являются основным каналом связи для социальных насекомых, поскольку они предоставляют информацию о происхождении колонии его носителя, о его касте и задачах в колонии, а в случае маток - об их репродуктивном статусе. Таким образом, они незаменимы для обеспечения функционирования колонии насекомых. Многие одиночные насекомые также используют их в качестве половых феромонов.
«Мы все еще находим эволюцию таких сложных признаков с множеством функций очень загадочной», - объяснил биолог-эволюционист доктор Флориан Менцель. Его особенно интересует, остаются ли профили CHC относительно стабильными в ходе эволюции - аналогично морфологическим признакам, таким как размер или форма тела, - или они могут меняться быстрее и гибче, чем другие признаки в процессе эволюции.
Родственные виды муравьев с разными профилями CHC
Менцель и его партнеры по сотрудничеству из Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия, и Университета Вюрцбурга, Германия, провели исследование муравьев рода Crematogaster, одного из самых богатых видами родов муравьев, насчитывающего около 1000 особей. видов по всему миру. Эти муравьи-акробаты могут поднимать брюшко над головой, чтобы выпустить яд или отталкивающие вещества в окружающую среду и окружающий воздух. Исследователи выбрали 43 вида муравьев из рода Crematogaster с пяти континентов и изучили их на предмет родства и химического профиля.«Мы хотели узнать, имеют ли виды, соседствующие друг с другом на филогенетическом дереве, сходные углеводородные профили», - сказал Менцель.
На самом деле биолог-эволюционист не нашел такого соответствия. Таким образом, родственные виды могут иметь существенно разные профили CHC. Эти профили могут изменяться быстрее, чем морфологические характеристики или модели поведения в ходе эволюции. «Очевидно, что муравьи имеют в своем распоряжении большой генетический арсенал, который они могут с большой скоростью адаптировать для изменения своего профиля CHC», - объяснил Мензель. Он подозревает, что это позволяет муравьям адаптировать свои химические сигналы в течение коротких эволюционных периодов, если это необходимо, например, из-за изменений условий окружающей среды.
Осадки влияют на химический отпечаток пальца
В другом совместном исследовании, включающем 38 видов Camponotus и 42 вида Crematogaster из различных климатических зон от умеренного до тропического, немецкие и американские биологи продемонстрировали, что климат также оказывает давление отбора на химический отпечаток пальца. Их исследование выявило четкую корреляцию между составом CHC и осадками: виды муравьев из влажных регионов, таких как горные тропические леса Малайзии или Уганды, имеют больше алкенов и меньше диметилалканов в своем профиле CHC, чем муравьи из засушливых регионов, таких как Средиземноморье. «Мы думаем, что это связано с различными способностями каждого соединения защищать от высыхания», - объяснил Мензель. Удивительно, но температура среды обитания не влияет на состав ХУВ. Однако другой результат показывает, что так называемые парабиотические муравьи, которые симбиотически живут в одном гнезде вместе с другим видом муравьев, имеют разные профили ХГС. Они значительно отличаются от муравьев, которые не живут в таком симбиозе, что позволяет предположить, что их особые профили CHC представляют собой адаптацию для снижения агрессии между двумя сосуществующими видами.
Биологи-эволюционисты из Майнца будут продолжать сотрудничать с коллегами из Senckenberg Gesellschaft во Франкфурте, Германия, и Вюрцбургского университета, чтобы выяснить, как муравьи могут так быстро адаптировать свои профили CHC. Их исследования будут сосредоточены на парабиотических видах Crematogaster levior и Camponotus femoratus, которые живут вместе в так называемых муравьиных садах в тропических лесах Южной Америки и демонстрируют огромное химическое разнообразие. Два вида, живущие бок о бок в этих необычных совместных гнездах, кормятся вместе, а иногда даже кормят друг друга. Их симбиотические отношения, симбиоз с видами растений муравьиных садов и причины разнообразия их профилей ХГС еще предстоит изучить..