Как бабочка получила куколку: Моделирование раскрывает истоки полного превращения

Ученые из Свободного университета Берлина и Принстонского университета выяснили, почему у насекомых развилось полное превращение (метаморфоз).

Более 60% всех видов животных — это насекомые. Большинство из них проходят стадию полного превращения: личинка превращается в куколку, а затем во взрослую особь. Классический пример — превращение гусеницы в бабочку.

На стадии куколки тело насекомого полностью перестраивается, включая внутренние органы. Эволюционные преимущества такого радикального изменения для такого огромного процента видов долгое время оставались неясными.

Одна из гипотез гласит, что этот процесс позволяет личинке расти быстрее, так как взрослые структуры формируются позже, на стадии куколки. Быстрый рост часто выгоден при дефиците ресурсов или коротком сезоне.

Новое исследование "Быстрый рост и эволюция полного превращения у насекомых", опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, подтверждает этот сценарий с помощью сравнения разных видов насекомых и математической модели.

Ученые исследовали, растут ли насекомые с куколкой (голометаморфоз — жуки, бабочки, перепончатокрылые, мухи) быстрее, чем без неё (гемиметаморфоз — тли, сверчки, кузнечики). Оказалось, что личинки насекомых с полным превращением действительно растут значительно быстрее.

Чтобы доказать, что быстрый рост через стадию куколки эволюционно выгоден, в сотрудничестве с профессором Джессикой Меткалф из Принстона была создана математическая модель.

"Результаты, полученные путем объединения данных по разным видам насекомых и математического моделирования, убедительно указывают на то, что полное превращение у насекомых возникло как единственный способ обеспечить быстрый рост, который также экологически выгоден", — говорит ведущий автор доктор Кристин Мантей, эволюционный биолог.

"Существуют и другие гипотезы, пытающиеся объяснить, почему насекомые проходят метаморфоз, но они еще предстоит изучить", — отмечает руководитель исследования профессор Йенс Рольфф.

Понимание этого фундаментального аспекта биологии насекомых жизненно важно, учитывая их ключевую роль в экосистемах и производстве пищи как опылители и фитофаги.