50 лет исследователи считали, что органы слуха («уши») мотыльков обрели способность улавливать ультразвуковые сигналы, чтобы эти насекомые могли слышать атакующих летучих мышей. Однако, согласно результатам нового исследования, мыши здесь ни при чём.
Как выглядит стандартная версия истории эволюции мотыльков и летучих мышей, гуляющая по учебникам и научным статьям? Миллионы лет назад летучие мыши создали своеобразный локатор, который позволил им воспринимать мир, издавая звуки высокой частоты и анализируя возникающее эхо. Благодаря этой способности, известной как эхолокация, они смогли находить и ловить летающих насекомых даже в полной темноте. В ответ мотыльки изобрели настроенные на ультразвук «уши» и взялись снова и снова улучшать их, чтобы засекать эхолокатор летучей мыши и, своевременно маневрируя, уклоняться от её атак. Так возникла эволюционная гонка вооружений.
В течение 50 лет учёные занимались изучением этого древнего противоборства, не замечая, что пребывают в плену заблуждения. В настоящее время командой исследователей во главе с Акито Кавахарой (Akito Kawahara) из Университета Флориды (University of Florida) установлено, что «уши» мотыльков в основном эволюционировали до того, как появились локаторы летучих мышей. «Уши» опередили локаторы, по меньшей мере, на 28 миллионов лет. Почему так получилось — неясно, но летучие мыши тут явно ни при чём. «Я думаю, что для данной области научных исследований это открытие — почти что гром среди ясного неба», — говорит Кавахара.
«Всё, что я писал на эту тему раньше, — по большей части ошибочно», — добавляет участник исследования Кавахары Джесс Барбер (Jesse Barber) из Университета штата Айдахо в Бойсе (Boise State University), потративший несколько лет на изучение летучих мышей и мотыльков.
Хотя мотыльки и бабочки хорошо известны, популярны и в ходе эволюции добились впечатляющих успехов (их насчитывается более 160 000 видов), такие детали их истории, как формирование различных органов, окутаны туманом. Исследователи пытались выяснить эти детали, сравнивая физические особенности живых и окаменелых мотыльков. Однако, как утверждает Адриана Бриско (Adriana Briscoe) из Калифорнийского университета в Ирвайне (University of California, Irvine), «чрезвычайно трудно оценить», с какой скоростью эволюционировали эти особенности. К тому же, при данном подходе наблюдается тенденция недооценивать время важных эволюционных событий — таких, как возникновение «ушей».
Чтобы картина стала более ясной, Кавахара и его команда годами бродили по ночным лесам в разных уголках мира и выманивали мотыльков на свет ультрафиолетовых фонарей. Сравнив гены 186 видов, они создали генеалогическое древо, которое показывает, как связаны различные группы и, что особенно важно, когда в их эволюционной истории происходили существенные изменения.
Ближайшие ныне живущие родственники мотыльков и бабочек — веснянки. Это насекомые, личинки которых живут в воде, а при линьке на имаго выходят на сушу. Около 300 миллионов лет назад насекомые с похожим образом жизни покинули воду, чтобы питаться ранними наземными растениями — такими, как мхи, печёночники и папоротники. Личинки жили в растениях, пожирая их изнутри, а потом становились взрослыми крылатыми особями, перелетающими с листка на листок. Это были первые мотыльки.
Возможно, эти существа не смогли бы создать династию из 160 000 видов, не появись у них два важных новшества. Во-первых, около 241 миллиона лет назад нижние челюсти взрослых особей превратились в хоботок. Эта свёрнутая трубка позволила сосать нектар цветковых растений, которые появились незадолго до этого и только начали своё долгое эволюционное развитие. Во-вторых, некоторые гусеницы перестали питаться внутри растений и взялись пировать на поверхности, поедая растения снаружи.
Эти личинки, получив больше места для жизни, стали такими крупными, что их удобнее измерять не в миллиметрах, а в дюймах. Большие гусеницы могут рыскать туда-сюда в поисках более питательных листьев, других растений-хозяев или мест для безопасного окукливания. Из больших гусениц получаются и большие взрослые особи, способные в поисках пищи пролетать большие расстояния. Это, вероятно, укрепило их связь с цветковыми растениями. «Они опыляли цветки, растения становились разнообразными, и одновременно становились разнообразными мотыльки», — говорит Кавахара. Взглянув на созданное им генеалогическое древо, легко увидеть, что две указанные группы диверсифицировали синхронно — ещё одна классическая эволюционная история, и, к счастью, она, как отмечает флоридский биолог, «по-видимому, правильная».
Вознесённые силой цветов высоко в небо, мотыльки процветали, но в основном по ночам. Однако около 98 миллионов лет назад некоторые из них перешли к дневной активности. Так появились бабочки, которых Барбер иронично описывает как «неинтересную группу дневных мотыльков». Почему это произошло? И в данном случае для объяснения привлекли летучих мышей. В 1999 году Джейн Як (Jayne Yack) из Карлтонского университета (Carleton University) предположила, что использующие эхолокацию летучие мыши представляют для мотыльков такую опасность, что, стремясь избавиться от неё, некоторые из этих насекомых перешли от ночного образа жизни к дневному. «По сути, бабочек «изобрели» летучие мыши», — написала Як.
Может, так оно и было? В истории эволюции летучих мышей полно внутренних противоречий, но в результате ряда исследований, в ходе которых изучались как окаменелости, так и генетические данные, получен примерно один и тот же вывод: летучие мыши появились 55—65 миллионов лет назад и начали применять эхолокацию около 50 миллионов лет назад. А новое исследование Кавахары, осуществлённое с участием Йек, установило, что бабочки появились намного раньше.
По мнению Кавахары, возникновение бабочек связано с эволюцией не летучих мышей, а растений и пчёл. Пчёлы появились незадолго до бабочек: от 100 до 125 миллионов лет назад. Их появление могло положить начало эволюции цветков не только в сторону большей яркости, но и в сторону большего использования дневного света, чем не преминули воспользоваться мотыльки. Значит, бабочек изобрели пчёлы? «На мой взгляд, это так, — говорит Кавахара. — Я думаю, что пчёлы — очень важный компонент этой истории. Они очень тесно взаимодействовали с цветковыми растениями, и бабочки, воспользовавшись этим, сели им на хвост. Летучие мыши тут ни при чём».
Это относится и к эволюции «ушей» чешуекрылых. Согласно новому генеалогическому древу, созданному Кавахарой, на эволюцию органов слуха мотыльков повлияли девять не связанных друг с другом событий, большинство из которых имело место от 78 до 92 миллионов лет назад — задолго до того, как летучие мыши стали использовать эхолокацию (50 миллионов лет назад). Как всегда, есть исключения: у нескольких групп чешуекрылых, в том числе у бражников и ночных бабочек моли, «уши», улавливающие ультразвук, появились позже, чем у летучих мышей локаторы (соответственно на ртах и крыльях), что, возможно, было ответом на использование этими хищниками эхолокации. Однако подавляющее большинство чешуекрылых — по оценке Кавахары, около 96 процентов — обзавелось такими «ушами» раньше, чем летучие мыши локаторами.
«Это озадачивает, — говорит Як. — Все эти «уши», насколько нам известно, настроены на ультразвук, и поэтому, весьма вероятно, реагируют на летучих мышей. Возникает вопрос: что же слушали эти «уши», пока не было летучих мышей?» Ключ к ответу дают места, в которых не водятся летучие мыши — такие, как Арктика и различные острова. Там уши мотыльков, как правило, настроены на более низкие частоты, соответствующие естественным звукам, возникающим при движении хищников среди травы, при взмахах крыльев и тому подобное. «Похоже на то, что причина эволюции «ушей» — исследование мира», — констатирует Барбер.
Когда применяющие эхолокаторы летучие мыши появились в этом мире, мотыльки превратили свои тогдашние «уши» в специализированные детекторы эхолокации, сместив диапазон улавливаемых звуков в сторону более высоких частот. Некоторые мотыльки стали расти в размерах, превращаясь в слишком больших для маленьких летучих мышей. Другие, как, например, тигровые мотыльки, научились издавать свои собственные ультразвуковые щелчки, чтобы глушить эхолокаторы летучих мышей. Третьи — такие как восхитительные сатурния луна — обзавелись крыльями, переходящими в причудливые хвосты, способные менять направление звуковых волн: в полёте хвосты крутятся и, создавая тем самым обманчивое эхо, сбивают с толку атакующих летучих мышей. По словам Дональда Гриффина (Donald Griffin), первооткрывателя эхолокации у летучих мышей, дуэль между ними и мотыльками остаётся «волшебным колодцем», из которого всё ещё можно черпать «удивительные и значительные открытия». Но, пожалуй, самое удивительное — это то, что стандартная история «ушей» и эхолокаторов оказалась ложной.
Если мотыльки с продвинутыми «ушами» существовали ещё до появления летучих мышей, возможно ли, что последние изобрели эхолокацию, чтобы сделать более успешной охоту на таких насекомых, которые способны слышать их приближение? Если развитие мышиной эхолокации не определяло развитие «ушей» мотыльков, то не имело ли место обратное? «Мы не уверены в этом, — говорит Кавахара, — ибо летучие мыши питаются большим количеством разнообразных насекомых. Но, поскольку среди последних очень много мотыльков, весьма вероятно, что это — правда».