Коэволюция насекомых и растений началась задолго до появления цветков

Скорпионницы — реликтовый отряд насекомых, в котором сейчас насчитывается около 600 видов. Оказалось, что эти насекомые были превосходными опылителями еще до появления цветковых растений. Фото с сайта www.diary.ru/~elruu

Детальное изучение ротовых частей ископаемых скорпионниц привело палеозоологов к выводу, что эти насекомые питались нектаром и участвовали в опылении растений. Найденные виды скорпионниц существовали около 165–160 млн лет назад, во время господства голосеменных, то есть до появления цветковых растений. Ученые заключили, что энтомофилия — широко распространенная среди цветковых растений стратегия опыления насекомыми — зародилась тоже до появления цветковых растений: первыми эту стратегию «изобрели» голосеменные.

Считается, что развитие цветковых растений и насекомых — это прекрасный пример коэволюции групп, или сопряженной эволюции. Действительно, существование насекомых и цветковых растений неотделимо друг от друга, и их эволюционное развитие тоже тесно увязывается друг с другом. Увеличение разнообразия тех или иных групп насекомых соотносится с развитием конкретных групп цветковых растений, а ускорение развития всего класса насекомых в раннем мелу объясняется началом распространения цветковых растений.

Вполне естественно, что это совпадение объясняется появлением эффективного способа опыления: цветковые растения приобрели превосходных помощников — насекомых-опылителей. А насекомые-опылители получили взамен широчайшие адаптивные возможности. Освоение предоставленных растениями новых адаптивных зон потребовало от насекомых приспособить ротовой аппарат к питанию нектаром и пыльцой, изобрести способы переноса пыльцы на теле и голове.

Но, как выяснилось, для насекомых стратегия опыления не была принципиальным новшеством. Приспособления для переноса пыльцы и питания нектаром насекомые приобрели еще до того, как появились цветки с их нектарниками, яркими лепестками, пестиками и тычинками. Это удалось доказать группе палеозоологов из 9 научных институтов мира, в числе которых были и российские исследователи Александр Расницын и Алексей Башкуев из Палеонтологического института. Ученые собрали данные по ископаемым скорпионницам — отряду насекомых, существовавшему по крайней мере с конца пермского периода (260 млн лет назад).

Эти насекомые имеют две пары крыльев, вытянутый хоботок, на конце которого расположены маленькие грызущие ротовые части, а у самцов на конце брюшка вздуты половые органы, похожие на хвост скорпиона — отсюда и название для отряда. Современные скорпионницы почти все являются хищниками или падальщиками. Только одно современное семейство Nannochoristidae объединяет более миролюбивых скорпионниц, сосущих растительные соки и нектар. Подавляющее большинство вымерших скорпионниц — а это была чрезвычайно обширная группа в мезозое — тоже употребляли в пищу исключительно растительные соки. Эти вымершие насекомые так же, как и их современные потомки, имеют на передней части головы хоботок, а конец хоботка расширен. Такая форма ротового аппарата приспособлена для питания растительными соками и нектаром, содержащимися в цветках покрытосеменных или фруктификациях голосеменных. Насекомое высасывает нектар, просовывая хоботок через отверстие семязачатка — микропиле.

Один из превосходных отпечатков скорпионниц, которыми располагали исследователи; он происходит из позднеюрского местонахождения Внутренней Монголии. A — весь отпечаток (длина масштабной линейки 10 мм); B — прорисовка головы из рамки на рис. A (длина масштабной линейки 1 мм); C — прорисовка микрофотографии конца хоботка с деталями строения из рамки на рис. B (длина масштабной линейки 0,1 мм). Виден проводящий каналец в центре хоботка. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Ротовой аппарат подобной формы имеют не только скорпионницы, но и представители двукрылых, сетчатокрылых и чешуекрылых. В различных группах скорпионниц, а также у двукрылых и сетчатокрылых сосущий ротовой аппарат появился в середине юрского периода (167 млн лет назад), а у чешуекрылых — только в начале мелового периода (130 млн лет назад). Можно предположить, что сосущий ротовой аппарат был у общего предка всех этих групп, жившего в пермском периоде. Тогда отсутствие ископаемых насекомых с таким ротовым аппаратом в пермских, триасовых и раннеюрских отложениях объясняется неполнотой палеонтологической летописи. Но такое объяснение маловероятно — уж больно трудно представить настолько неудачливых палеонтологов. Всё же ископаемая летопись насекомых весьма богата, и в ней должен был присутствовать хотя бы один представитель насекомых с нужной морфологией ротового апарата.

Гораздо привлекательнее выглядит гипотеза о параллельном и одновременном появлении приспособления в разных линиях насекомых. Это приспособление — сосущий ротовой аппарат — появилось в ответ на бурное развитие голосеменных в юрском периоде. Многие группы голосеменных уже в середине юрского периода имели семязачатки с нектаром, добраться до которого можно было через узкое отверстие: как раз для этого и сформировался тонкий хоботок с расширением на конце. Оказалось, что длина хоботков у различных групп скорпионниц соответствует длине микропиле у сопутствующих им видов голосеменных.

Реконструкции семязачатков для видов голосеменных, которые найдены вместе со скорпионницами: 1 — Caytonia sewaldi (Caytoniaceae), 2 — Leptostrobus cancer (Czekanovskiaceae), 3 — Problematospermum ovale (гнетовые), 4 — Alvinia bohemica (Cheirolepidaceae), 5 — Carnoconites compactus (Pentoxylaceae). Хорошо видны удлиненные отверстия микропиле, сквозь которые насекомые сосали нектар вытянутыми хоботками. Фрагменты рисунка из обсуждаемой статьи в Science

Получается, что скорпионницы уже в середине юрского периода были приспособлены к питанию на фруктификациях голосеменных растений. Логично предположить, что, питаясь нектаром, они могли переносить пыльцу, как это делают современные насекомые-опылители. Некоторые детали строения ископаемых скорпионниц и голосеменных свидетельствуют в пользу этой и без того здравой гипотезы. Во-первых, строение фруктификаций у сопутствующих ископаемым скорпионницам голосеменных не приспособлены для ветроопытения — у них закрытые с поверхности семена и слишком длинные микропиле. Во-вторых, длина микропиле соответствует длине хоботков у скорпионниц. В-третьих, диаметр канальцев хоботков скорпионниц меньше, чем диаметр пыльцевых зерен, так что диета, основанная только на поедании пыльцы, исключается. В-четвертых, поверхность хоботков имеет такую же скульптуру и такие же щетинки, как и у современных длиннохоботковых насекомых-опылителей. Поэтому вполне допустимо, что перенос пыльцы осуществлялся вымершими скорпионницами тем же способом, что и их современными потомками.

Все эти данные доказывают, что энтомофилия у растений (опыление насекомыми) развилась задолго до появления цветковых растений. Это объясняет тот удвительный факт, что уже к началу эволюции цветковых растений насекомые уже имели целый ансамбль приспособлений для переноса пыльцы, питания пыльцой, а в пищеварительном тракте насекомых находят остатки пыльцевых зерен. Естественно, с появлением цветков на эволюционную арену вышли новые группы насекомых-опылителей, более совершенных и успешных, которые вскоре вытеснили своих предшественников — скорпионниц.

Источник: Dong Ren, Conrad C. Labandeira, Jorge A. Santiago-Blay, Alexandr Rasnitsyn, ChungKun Shih, Alexei Bashkuev, M. Amelia V. Logan, Carol L. Hotton, David Dilcher. A Probable Pollination Mode Before Angiosperms: Eurasian, Long-Proboscid Scorpionflies // Science. 6 November 2009. V. 326. P. 840–847.

Елена Наймарк

Последние новости: Эволюция, Биология, Ботаника, Елена Наймарк

8 февраля Формирование наркозависимости связано с особенностями в строении мозга

2 февраля Флора тропических лесов — против гипотезы нейтральности

1 февраля Параллельная эволюция изучена в эксперименте на бактериях

31 января Больные муравьи становятся асоциальными

27 января Изменение ветров, дующих над Южным океаном, пошло на пользу альбатросам

25 января Экспериментально показано образование многоклеточных эукариот из одноклеточных предков

19 января Ископаемые эмбрионы из Доушаньтуо, вероятно, не эмбрионы

18 января Новая методика позволяет изучать белки, тесно соседствующие с ДНК

17 января Стресс помогает справиться с вредными мутациями

16 января Обнаружено хищное растение, которое ловит почвенных нематод подземными листьями

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):