Янтарный кладезь эволюции заново показал историю хоботков

Янтарный кладезь эволюции заново показал историю хоботков
Деятели науки с блеском продемонстрировали, что древний янтарь является золотоносной жилой для научных открытий
Доскональное сканирование материала никогда не тщетно: если материал пропустить чрез все улавливающее научное сито - в нем может блеснуть многое. Особенно – если тот материал древний янтарь. Он способен сегодня, в дне нынешнем, продемонстрировать, как на ладони, живших на планете Земля сто миллионов лет назад неизвестных до того науке созданий, над устроительством хоботка коих трудилась, экспериментируя, сама эволюция. Попали они некогда в небезызвестный уже с некоторого времени бирманский янтарь – и в нем, дойдя до наших дней, попались на глаза деятелям науки, кои и выявили у них этакую неконкурентоспособность хоботков в сравнении с тогдашними хоботками у мух, бабочек и пчел. То есть – деятели науки совершили эволюционное открытие по части хоботков. Но - несколько печального свойства для их живших в середине мелового периода обладателей – парадоксосизиринов - сетчатокрылых насекомых, именуемых по научной классификации Paradoxosisyrinae. Потому как они из-за того неконкурентоспособного хоботка – вымерли, навсегда исчезнув из сонма живых земных созданий.
Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov1Об эволюционных коловращениях хоботка Paradoxosisyrinae в эти дни рассказывают специализирующиеся на открытиях науки издания. Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov6Сегодня – в своем пересказе публикации в Cretaceous Research «Наука и жизнь», а тремя днями ранее – «Элементы» в пересказе той же публикации в Cretaceous Research.

«В бирманском меловом янтаре обнаружены четыре новых вида парадоксосизирин (Paradoxosisyrinae) — сетчатокрылых насекомых с хорошо развитым хоботком. Скорее всего, они питались нектаром покрытосеменных растений, чьи цветы встречаются в этом же янтаре. Находка доказывает, что разнообразие хоботковых нектарофагов и опылителей в середине мелового периода, около 100 млн лет назад, было существенно выше, чем считалось ранее. Эволюция в то время как бы экспериментировала с различными вариантами устройства хоботка, но далеко не все из этих «экспериментов» увенчались успехом. Парадоксосизирины служат тому ярким примером. Их хоботок был устроен весьма примитивно и по своей функциональности значительно уступал хоботку мух, бабочек и пчел, что и явилось одной из вероятных причин вымирания данной группы. Случай парадоксосизирин заставляет по-новому взглянуть на эволюцию хоботков насекомых,- повествуют, в частности, «Элементы», которые разъясняют, что «хоботок для насекомых — все равно что золотой ключик, который открывает двери в неизведанные экологические ниши», и что «хоботком», собственно, «называется предназначенный для всасывания жидкостей комплекс удлиненных ротовых частей с пищевым каналом внутри».

В свою очередь «Наука и жизнь» в своем пересказе уточняет, что «по своим размерам парадоксосизирины сопоставимы с небольшими комарами, длина их хоботка не превышает один миллиметр».

«Чтобы лучше понять устройство хоботка парадоксосизирин, исследователи построили его виртуальную 3D-модель. Оказалось, что хоботок не имел единого пищевого канала, а состоял из двух отдельных трубочек, каждая из которых была образована двумя створками. Из-за того, что створки неплотно смыкались между собой, насекомое не могло подкачивать жидкость с помощью мышечного насоса, как это делают бабочки или мухи. Нектар всасывался лишь за счет капиллярного эффекта, что было весьма неэффективно и не позволяло сделать хоботок более длинным. Возможно, несовершенство хоботка и стало одной из причин вымирания Paradoxosisyrinae,- констатирует «Наука и жизнь» в своем пересказе.

Более детальную картину обрисовывают «Элементы».

Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov2«Настоящий хоботок образуется не из выроста головы, а путем видоизменения причлененных к ней придатков, Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov3таких как парные мандибулы, парные максиллы и непарная нижняя губа. Все эти ротовые части произошли от трех пар предковых конечностей (с происхождением верхней губы все менее ясно). Соответственно, хоботок, который образуется в результате их объединения, можно назвать суперконечностью, это рабочая «рука» насекомых, предназначенная для решения самых разных задач, связанных с извлечением и поглощением жидкой пищи. Огромные преимущества, которые несет с собой хоботок, можно увидеть на примере полужесткокрылых насекомых (Hemiptera). Первые представители этого отряда с хорошо развитым хоботком появились еще в начале пермского периода — я имею в виду архесцитинид (Archescytinidae), внешне похожих на современных листоблошек. За прошедшие 280 млн лет полужесткокрылые достигли наибольшего разнообразия среди всех насекомых с неполным превращением, и всё это — благодаря колюще-сосущему хоботку. С его помощью они пьют соки из растений, как тли и цикады, пронзают добычу, как клопы-хищнецы, и даже занимаются кровососанием, как печально известные постельные клопы. Если бы у полужесткокрылых были обычные грызущие челюсти, как у тараканов, кузнечиков и жуков, то ничто из этого им было бы не под силу.
Однако благодаря изучению ископаемых насекомых мы знаем, что хоботок не только открывает путь к успеху, но и способен завести своих обладателей в эволюционный тупик. Здесь можно вспомнить вымерших палеодиктиоптероидов — одну из самых разнообразных групп палеозойских насекомых. Они появились еще в середине каменноугольного периода, в числе древнейших крылатых насекомых, и просуществовали до конца перми, около 70 млн лет. Хоботок палеодиктиоптероидов предназначался для прокалывания и высасывания семян, но когда численность кормовых растений, таких как кордаиты и семенные папоротники, стала снижаться, эти насекомые не смогли подстроиться под новые условия и вымерли. Узкая специализация ротового аппарата, первоначально обеспечившая процветание палеодиктиоптероидов, в долгосрочной перспективе сыграла с ними злую шутку.
Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov4Еще интереснее обстоит дело с двумя ныне живущими отрядами: сетчатокрылыми (Neuroptera) и уже упоминавшимися скорпионницами. В наши дни мы не найдем среди них ни одного насекомого с ярко выраженным хоботком — современные сетчатокрылые и скорпионницы, как кажется, не спешат значительно отступать от наиболее примитивной, ортоптероидной формы организации ротового аппарата. Казалось бы, чего еще ждать от этих реликтов, относящихся к числу самых базальных голометабол (насекомых с полным превращением)? Однако палеонтологические находки доказывают, что «прапрадедушки» скорпионниц и сетчатокрылых были гораздо смелее в плане экспериментов с ротовыми частями, чем их ныне живущая родня. Так, первые скорпионницы с хоботком появились еще в перми, а с середины юры и до середины мелового периода наблюдался их настоящий расцвет. Всего известно шесть вымерших семейств хоботковых скорпионниц — три палеозойских и три мезозойских. Родственные связи между ними еще не вполне установлены, и нельзя исключать, что некоторые из них обзавелись хоботком независимо друг от друга.
Что касается сетчатокрылых, но здесь сомнений быть не может: хоботок они изобретали по крайней мере дважды, а то и трижды. Первую группу хоботковых сетчатокрылых образуют Kalligrammatidae, так называемые «бабочки мезозоя», а также близкое к ним семейство Aetheogrammatidae. Каллиграмматиды появились в ранней юре и просуществовали до раннего мела включительно, всего около 60 млн лет. Это были насекомые внушительных размеров (самые крупные — как небольшая тарелка), и хоботок у них был тоже довольно внушительным, достигая 1–2 см в длину. Известны они только из осадочных, «каменных» пород, но не из янтарей. Вторую группу хоботковых сетчатокрылых состоит из представителей подсемейства Cretanallachiinae, найденных недавно в бирманском янтаре. Это были насекомые поменьше, и хоботок у них существенно короче, длиной до 3 мм. Некоторые исследователи относят кретаналлахин к современному семейству Dilaridae, другие — к каллиграмматидам, однако вполне возможно, что они представляют собой самостоятельную ветвь сетчатокрылых, которые «смастерили» хоботок независимо. К настоящему времени в бирмите обнаружено семь видов и пять родов кретаналлахин — весьма солидное разнообразие в масштабах одного местонахождения.
А вот третья группа хоботковых сетчатокрылых совершенно точно не родственна ни каллиграмматидам, ни кретаналлахинам — это и есть парадоксосизирины (Paradoxosisyrinae), о которых идет речь в новом исследовании. Судя по жилкованию крыльев и строению половых придатков, парадоксосизирины относятся к ныне живущему семейству Sisyridae, встречающемся практически всесветно. Оно примечательно главным образом благодаря личинкам, которые паразитируют на пресноводных губках. Взрослые сизириды — это маленькие невзрачные существа, которые, как и большинство современных сетчатокрылых, питаются мелкими насекомыми и пыльцой, измельчая их мандибулами, у них нет никаких специальных приспособлений для всасывания жидкой пищи. На их фоне парадоксосизирины действительно выглядят чем-то парадоксальным, в соответствии со своим названием, — у них полностью утрачены мандибулы, так что они могли питаться исключительно жидкостями, всасывая их хоботком. Древнейшие «нормальные» сизириды с грызущим ротовым аппаратом, как и парадоксосизирины, известны из бирманского янтаря. Получается, что представители семейства, довольствовавшиеся незатейливыми ротовыми частями предкового типа, смогли дожить до наших дней, а вот их кузены жестоко поплатились за свои инновации и оказались тупиковой ветвью эволюции,- поясняют «Элементы».

В пересказе подчеркивается, что «до сих пор был известен только один вид парадоксосизирин, обнаруженный российским энтомологом Владимиром Макаркиным в 2016 году», теперь после последних находок в бирманском янтаре – «описано еще четыре новых вида и рода», «один из видов назвали Khobotun elephantinus («Хоботун слоновий»)», «другой — Buratina truncata», «в честь одноименного литературного персонажа», третий - Protosiphoniella anthophila (переводится как «Прототрубочница цветолюбивая»), а четвертый - Sidorchukatia gracilis, «в честь Екатерины Сидорчук, российского палеоакаролога, трагически погибшей в январе этого года».
Относительно строения хоботка у парадоксосизиринов говорится, что они «фактически» «несли на голове не компактный жесткий шприц, как комары или комароподобные скорпионницы из того же бирманского янтаря, а рыхлый веник — его было просто невозможно воткнуть в плотный субстрат», и «на вершинах створок хоботка парадоксосизирин, как показало их изучение под микроскопом», располагались «жесткие волоски, торчащие в стороны почти под прямым углом», и, коли «эти насекомые» захотели бы «проткнуть чью-то кожу или, скажем, оболочку фрукта, то они бы в момент обломали все эти волоски».
Относительно причин вымирания парадоксосизиринов разъясняется, что дело все, видимо, в том, что по своим функциональным качествам хоботок парадоксосизирин (и похожий на него хоботок кретаналлахин) значительно уступал ротовым аппаратам конкурирующим с ними насекомым.

Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov5«Как уже было сказано, хоботок этих сетчатокрылых был очень рыхлым, слабо интегрированным — в нем отсутствует общий пищевой канал, а вместо этого имеются две отдельных трубочки, каждая сделанная из двух плохо подогнанных половинок. Представьте себе две соломинки для коктейля, разрезанные пополам в продольной плоскости — конечно, при питье из них будет просачиваться жидкость. У бабочек, например, хоботок тоже состоит из двух створок-галей, но они плотно застегиваются с помощью двух рядов особых зубчиков, внешне напоминающих две молнии. Но у парадоксосизирин таких застежек не было — из-за отсутствия герметичного пищевого канала они не могли создавать необходимый градиент давления, как это делают бабочки и многие другие хоботковые насекомые, втягивающие жидкость при помощи мышечного насоса. Нектар поднимался по хоботку парадоксосизирин лишь за счет капиллярного эффекта, который, в принципе, вносит свой вклад и в работу хоботка тех же бабочек, но скорость всасывания он обеспечивает значительно меньшую, чем мышечная подкачка. Поэтому парадоксосизирины были обречены на то, чтобы их хоботок оставался коротким — иначе им пришлось бы ждать очень долго, пока нектар попадет в рот. Но короткий хоботок не позволял эффективно использовать цветы с глубоким венчиком, что ставило их в невыгодное положение,- отмечают «Элементы.

Очевидно, посему они и погибли.
Интерес же деятелей науки к хоботковым насекомым в пересказе объясняется тем, что они «дают интересную пищу для размышлений о закономерностях эволюции».

Yantarnyj kladez evolyucii zanovo pokazal istoriyu hobotkov«Почему похожие адаптации иногда приводят к долгосрочному успеху, а иногда — не выдерживают проверку временем? Почему в одних группах живых существ «экспериментаторы» возобладали над «консерваторами» (так, среди чешуекрылых обладатели предкового ортоптероидного ротового аппарата оказались в абсолютном меньшинстве), а у других (сетчатокрылые и скорпионницы) все произошло ровно наоборот? Изучение таких вымерших специализированных форм как парадоксосизирины пусть ненамного, но всё-таки приближает нас к ответу на эти вопросы,- резюмируют «Элементы».