Интересный (и пугающий) факт: на Земле обитает примерно 20 квадриллионов муравьёв. Для наглядности: это около 20 000 000 000 000 000 шестиногих насекомых, живущих вокруг нас. Как такие миниатюрные существа смогли достичь столь заметной и экологически важной роли на планете?
Согласно одной группе энтомологов, ответ может заключаться в эволюционном предпочтении количества качеству. Их выводы представлены в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science Advances, и могут помочь объяснить генетические сложности у гораздо более крупных животных.
«Муравьи повсюду», — объяснил в заявлении зоолог из Кембриджского университета и соавтор исследования Артур Матте. «Однако фундаментальные биологические стратегии, которые позволили их массивным колониям и необычайному разнообразию, остаются неясными».
Чтобы разобраться в этом вопросе, Матте и его коллеги сосредоточились на кутикуле каждого насекомого. У человека кутикула обычно относится к толстому защитному слою кожи возле ногтей на руках и ногах. У муравьёв кутикула покрывает весь экзоскелет. Помимо защиты от хищников, болезней и высыхания, кутикула муравья служит структурной опорой для его мышц.
Однако эти преимущества не бесплатны. Для поддержания кутикулы требуется много питательных веществ, особенно таких редких элементов, как азот и различные минералы. Чем толще кутикула, тем больше пищи нужно муравью. Это может ограничивать общую численность колонии. Этот основополагающий принцип также выходит далеко за рамки насекомых.
«В биологии существует вопрос о том, что происходит с отдельными особями, когда общества, в которых они живут, становятся более сложными», — добавил соавтор исследования и энтомолог из Университета Мэриленда Эван Экономо. «Например, особи могут стать проще, потому что задачи, которые должен был бы выполнить одиночный организм, могут быть выполнены коллективом».
Зная это, Матте, Экономо и их команда предположили, что может существовать корреляция между размерами муравьиных колоний и составом их кутикулы. Чтобы проверить это, они проанализировали набор данных трёхмерных рентгеновских сканов более чем 500 видов муравьёв, уделяя особое внимание соотношению объёмов кутикулы и тела.
Исследователи в итоге определили, что соотношение массы тела муравья к составу кутикулы колеблется от 6 до 35 процентов. Затем они ввели эту информацию в различные эволюционные модели и обнаружили, что виды муравьёв с менее развитой кутикулой обычно живут в более крупных колониях.
«Муравьи сокращают инвестиции на одного рабочего в одну из наиболее энергозатратных тканей ради блага коллектива», — сказал Матте. «Они переходят от самоинвестирования к распределённой рабочей силе, что приводит к более сложным обществам».
Матте сравнил этот компромисс с эволюцией многоклеточной жизни. Хотя кооперативные единицы технически проще, чем отдельная клетка, они складываются в гораздо более сложное единое целое.
Авторы также отметили, что меньшая поддержка кутикулы может быть связана с более высокой диверсификацией — аспектом, который биологи часто используют для измерения эволюционного успеха организма. Хотя у них нет конкретного объяснения, команда считает, что это может быть связано с предоставлением муравьям возможности проникать в новые среды обитания с меньшим количеством питательных веществ.
«Потребность в меньшем количестве азота может сделать их более универсальными и способными завоёвывать новые среды», — пояснил Матте.
Это также предполагает, что то, что хорошо для колонии, не обязательно хорошо для отдельного муравья. Возможно, это инициировало эволюционную петлю обратной связи на протяжении бесчисленных поколений. Несмотря на повышенную уязвимость каждого муравья, их общее количество позволило создать более крупные колонии с надёжным контролем болезней и защитой гнезда. Но последние открытия касаются не только муравьёв — их можно увидеть на протяжении всей истории и в повседневной жизни.
«Компромисс между количеством и качеством присутствует повсюду. Он есть в еде, которую вы едите, в книгах, которые вы читаете, в потомстве, которое вы хотите вырастить», — сказал Матте.