Экологические взаимодействия как драйвер эволюции

Международная команда исследователей, включая ботаника ТУ Дрездена профессора Стефана Ванке, изучила происхождение мегаразнообразия растительноядных насекомых, на долю которых приходится четверть наземного биоразнообразия. Результаты, опубликованные в Nature Communications, показывают, что эволюционный успех насекомых может быть связан с повторяющимися сменами растений-хозяев.

Развитие новых технологий позволило детальнее изучить взаимодействие растений и насекомых и его влияние на эволюцию. В новом исследовании учёные установили связь между экологическими изменениями, адаптациями на уровне генома и макроэволюционными последствиями, подтвердив важность экологических взаимодействий как драйверов эволюции в долгосрочной перспективе.

Модельной группой стали бабочки семейства Papilionidae. Около 30% их видов питаются исключительно растениями из семейства Aristolochiaceae, которые содержат яды. Поглощая эти растения, гусеницы становятся ядовитыми, сами при этом не страдая от токсинов.

Ранее было известно, что в адаптации к растениям, особенно в детоксикации, участвуют некоторые гены семейства цитохромов P450. Однако, как отмечает профессор Ванке, для полной адаптации (распознавания растения самкой, нормального развития гусениц) требуется множество различных генов.

Команда реконструировала филогенетические связи между видами Papilionidae и их предпочтения в растениях-хозяевах с течением времени. Анализ показал, что бабочки питались растениями семейства Aristolochiaceae, в частности, рода кирказон (Aristolochia). Оценка исторической биогеографии выявила, что обе группы возникли в Северном полушарии около 55 миллионов лет назад, а затем распространились по всему миру.

Миграция Papilionidae сопровождалась значительными сменами растений-хозяев. Исследование подтвердило, что такие смены в целом были связаны с ускоренным видообразованием бабочек: в результате смены растения-хозяина возникало больше видов, чем при сохранении прежнего растения.

Профессор Ванке подчёркивает, что, несмотря на известную роль ключевых генов (например, детоксикации), результаты указывают на более глобальный эффект смены хозяина на эволюцию Papilionidae. Эти сложные изменения требуют целого ряда адаптаций, вероятно, затрагивающих разные гены, не связанные напрямую с детоксикацией. Расшифровка этих взаимодействий, особенно на генетическом уровне, — задача будущих исследований.