Когда в Северном полушарии появляются первые весенние бутоны, появляются новые доказательства эволюционной важности покрытосеменных растений, более известных как цветковые растения. Их появление около 150 миллионов лет назад, как делается вывод в исследовании, способствовало удивительной диверсификации и распространению муравьев, помогая выживать более современным видам муравьев, в то время как изменение условий привело к исчезновению более ранних форм.
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, объединяет обширные данные об окаменелостях муравьев и ДНК, чтобы подтвердить выдвинутую почти 20 лет идею о том, что цветковые растения сыграли центральную роль в успехе насекомых.
Сегодня на каждого человека на планете приходится примерно 2,5 миллиона «современных» муравьев, принадлежащих примерно к 16 000 названным видам и, возможно, такому же количеству видов, которые еще предстоит описать. Они играют важную роль в качестве распространителей семян, разлагателей, хищников и добычи для многих других животных. Насекомые появились по меньшей мере 145 миллионов лет назад, но «первые 30–50 миллионов лет муравьи были далеко не такими повсеместными, как сейчас», — говорит Джозеф Паркер, биолог-эволюционист из Калифорнийского технологического института. Более того, все эти ранние «стволовые» муравьи вымерли, и никто толком не знал, почему.
Между 100 и 50 миллионами лет назад цветковые растения заменили папоротники и хвойные деревья и благодаря их эффективному росту удвоили количество питательных веществ, доступных для жизни на Земле, и изменили мировые экосистемы. В 2006 году, основываясь на недавно построенном генеалогическом древе или филогении ныне живущих муравьев, Корри Моро, ныне биолог-эволюционист из Корнелльского университета, и ее коллеги пришли к выводу, что цветение покрытосеменных растений конкретно способствовало диверсификации муравьев. Ее команда обнаружила, что рост современных муравьев совпал с ростом покрытосеменных.
Но это была всего лишь «правдоподобная» корреляция, говорит Питер Мэйхью, биолог-эволюционист из Йоркского университета. «Я бы не сказал, что было «известно», что появление покрытосеменных растений привело к диверсификации насекомых». Для жуков и бабочек связь была более четкой, поскольку многие из них питаются цветковыми растениями. Муравьи в основном этого не делают. Однако они используют опад из листьев, сухостой и даже живые растения, включая деревья, в качестве убежища и охотничьих угодий.
Кроме того, остается загадкой, почему исчезли виды стеблевых муравьев. «За прошедшие годы было выдвинуто несколько теорий, объясняющих эту закономерность», — говорит Сабина Ноотен, эколог по насекомым из Вюрцбургского университета. «Многие ученые полагали, что современные муравьи просто вытеснили более ранние эволюционировавшие виды», — добавляет она.
Для нового исследования Корантен Жуо, биолог-эволюционист из Национального музея естественной истории Франции, и его коллеги собрали данные о 24 000 окаменелых муравьев, представляющих сотни видов, многие из которых сохранились в янтаре — впечатляющее количество, которое делает исследование новым, говорит Мэтью. Нельсен, биолог-эволюционист из Полевого музея естественной истории. Команда Жуо объединила эти данные с обширной филогенетической информацией о 14 000 известных сегодня видов муравьев и, используя передовые статистические методы и компьютерные модели, рассчитала наиболее вероятный ход эволюции муравьев.
Две модели позволили оценить, когда возникли или вымерли различные виды, а также как их численность менялась с течением времени. Третья модель оценивала, как факторы окружающей среды, такие как температура, концентрация кислорода и углекислого газа в атмосфере, распространение растений и конкуренция с другими видами, влияют на скорость возникновения и исчезновения видов муравьев.
Ранние и современные муравьи сосуществовали около 20 миллионов лет, примерно со 100,5 миллионов до 83 миллионов лет назад. Однако по прошествии тысячелетий стволовые муравьи начали исчезать, хотя их собратья процветали. Конкуренция не была проблемой, как показывает анализ команды Жуо. Вместо этого ранние муравьи, как правило, имели специализированные привычки, не связанные с растительной пищей, а также адаптацию рта и тела к определенной пище. Например, «адские муравьи» ловили тараканоподобных насекомых вертикальными челюстями, которые работали как косы (см. рисунок справа). У предков современных муравьев не было такой специализации, поэтому маловероятно, что они питались одной и той же пищей, а вместо этого были более универсальными в своих пищевых предпочтениях, говорит Жуо.
Поскольку климат изменился, а количество папоротников и хвойных деревьев пришло в упадок, специализированные стеблевые муравьи начали вымирать, но модели предполагают, что универсалы могли бы использовать новые источники пищи, предоставляемые цветковыми растениями. «Рост покрытосеменных формировал разнообразие муравьев двумя способами: способствовал диверсификации и защищал от вымирания», — говорит Рашель Адамс, биолог-эволюционист из Университета штата Огайо.
«Их исследование действительно дополняет картину и добавляет динамику разнообразия в эволюции муравьев», — добавляет Кристиан Рабелинг, биолог-эволюционист из Университета Хоэнхайма. Рассматривая также окаменелости, новая работа «выходит за рамки корреляции». По словам Нельсена, эта работа должна вдохновить других исследователей объединить данные окаменелостей и филогении, чтобы лучше изучить эволюцию любимых организмов. Он добавляет, что вывод о том, что специализация может повысить риск вымирания, может помочь в оценке того, какие современные виды могут быть наиболее уязвимы по мере глобального изменения климата. Паркер соглашается, что стеблевые муравьи вполне могли быть подвержены исчезновению. «Может быть, сегодня у нас не было бы муравьев, если бы не ранние покрытосеменные растения».
