Учёные выяснили, где появились бабочки и какие растения снабжали первых бабочек пищей. Чтобы проследить всю эволюцию бабочек в четырёхмерной головоломке, понадобилось создать самое большое в мире филогенетическое древо (древо жизни) бабочек.
Около 100 миллионов лет назад появились ночные мотыльки-новаторы, ставшие летать днём, а не ночью, чтобы получить доступ к богатым нектаром цветам, эволюционировавшим вместе с пчёлами. Так началась эволюция бабочек.
Точно датировать это событие удалось в 2019 году, когда крупномасштабный анализ ДНК опроверг популярную на тот момент гипотезу о том, что эволюцию бабочек после вымирания динозавров спровоцировало давление летучих мышей.
Теперь достоверно установлено, где появились первые бабочки и какие растения обеспечивали их пищей.
Чтобы получить эти знания, исследователям из множества стран пришлось создать самое большое в мире древо жизни бабочек с учётом ДНК более 2000 видов, представляющих все семейства и 92% родов бабочек. Используя созданную конструкцию как ориентир, учёные проследили во времени перемещения и способы питания бабочек. Разгадывание этой четырёхмерной головоломки привело в Северную и Центральную Америку.
Согласно полученным результатам, опубликованным в журнале «Nature Ecology and Evolution», именно здесь взлетели первые бабочки.
По мнению ведущего автора Акито Кавахары (Akito Kawahara), куратора чешуекрылых во Флоридском музее естественной истории (Florida Museum of Natural History), реализация данного проекта шла довольно долго.
«Это было моей детской мечтой, — говорит Кавахара. — Это то, что я хотел сделать с тех пор, как в детстве увидел на двери куратора в Американском музее естественной истории (American Museum of Natural History) картинку с изображением филогении одной из групп бабочек. Кроме того, это — самое сложное исследование из тех, в которых я участвовал, и его успешное завершение потребовало массу усилий множества людей из многих стран мира».
Так как существует около 19 000 видов бабочек, то, чтобы собрать воедино историю эволюции этого отряда в течение 100 миллионов лет, нужна информация о современных ареалах и растениях-хозяевах. До начала создания филогенетического древа всех бабочек у исследователей не было какого-то одного места, где предоставлялась бы возможность работать со всеми данными такого рода.
«Во многих случаях необходимая нам информация существовала в разноязычных справочниках, не успевших пройти оцифровку», — отмечает Кавахара.
Не испугавшись, авторы решили создать собственную общедоступную базу данных, делая тщательный перевод и перенося содержание книг, музейных коллекций и отдельных веб-страниц в единое цифровое хранилище.
Полученные результаты поведали динамичную историю с изобилием стремительных диверсификаций, случайных успехов и неудач, а также невероятных путей распространения. Некоторые группы путешествовали на удивительно большие расстояния, а другие будто бы замерли на месте, в то время как вокруг них перемещались континенты, горы и реки.
Бабочки впервые появились где-то в центральном и западном регионах Северной Америки. В то далёкое время она была разделена на две части обширным проливом, а современная Мексика представляла собой начало длинной дуги, протянувшейся через Соединённые Штаты и Канаду до России. Место Панамского перешейка, соединяющего Северную и Южную Америку занимал пролив, но бабочки легко преодолевали его.
Чтобы попасть в Африку, бабочкам, несмотря на то, что этот континент был не очень далеко от Южной Америки, пришлось проделать долгий путь. Сначала они перебрались через Берингов мост в Азию, а оттуда, быстро расселяясь на огромном пространстве, проникли в Юго-Восточную Азию, на Ближний Восток и, наконец, достигли Африканского Рога. Они добрались даже до Индии, которая была изолированным островом, со всех сторон отделённым от суши милями открытого океана.
Ещё более удивительным было прибытие бабочек в Австралию. В то время она и Антарктида представляли собой единое целое — последний не распавшийся на части кусок суперконтинента Пангеи. Возможно, бабочки сначала поселились в Антарктиде, где климат был теплее нынешнего, а потом через северный край континента пробрались в ещё не отделившуюся Австралию.
Продвигаясь на север, бабочки примерно на 45 миллионов лет задержались на краю Западной Азии, прежде чем, наконец, проникли в Европу. Причина этой продолжительной паузы остаётся неясной, но её последствия хорошо видны и сейчас, отмечает Кавахара.
«По сравнению с другими частями мира, в Европе видов бабочек немного, а те, которые есть, нередко встречаются и в других местах. Кроме того, многие европейские бабочки живут, например, в Сибири и других регионах Азии».
Едва освоившись в местах обитания, бабочки быстро диверсифицировали вместе со своими растениями-хозяевами. 66 миллионов лет назад, к тому времени, когда вымерли динозавры, на сцену жизни вышли почти все современные семейства бабочек, и каждое из них, по-видимому, находилось в особо близких отношениях с определённой группой растений.
«Мы рассмотрели эти симбиотические ассоциации на эволюционной шкале времени, и для подавляющего большинства семейств бабочек исходными хозяевами оказались бобовые растения, — говорит Кавахара. — Это верно и для всех бабочек».
В процессе эволюции бобовые растения расширили список своих опылителей за счёт различных пчёл, мух, колибри и млекопитающих, а бабочки аналогичным образом расширили список того, что вкусно. По словам соавтора исследования Памелы Солтис (Pamela Soltis), куратора Флоридского музея и выдающегося профессора, симбиотические партнёрства, которые установили бабочки, помогли им превратиться из второстепенных потомков мотыльков в представителей одного из крупнейших отрядов насекомых.
«Эволюция бабочек с момента их появления была неразрывно связана с эволюцией цветковых растений, и эта тесная связь привела к замечательным событиям диверсификации в обеих линиях», — отмечает Солтис.
