SWARMING lumea într-o gamă orbitoare de forme, culori și dimensiuni, de la gândacii Goliat gargantuan la gândacii de broască țestoasă, până la buburuzele dragi, gândacii, cu mai multe specii decât orice altă plantă sau grup de animale de pe pământ, sunt conducătorii incontestabili ai planetei.

pentru

De fapt, atât de copleșitoare este diversitatea acestor creaturi încât este subiectul a ceea ce a fost numit cel mai cunoscut (și poate singurul) biologie evolutivă. Conform tradițiilor, la mijlocul acestui secol, biologul britanic, JBS Haldane, când a fost întrebat de un grup de teologi ce s-ar putea culege despre Creator dintr-un studiu al creației Sale, se spune că a răspuns: „o dragoste neobișnuită Cu toate acestea, în ciuda fascinației îndelungate față de aceste fiare blindate, biologii nu au putut face decât să speculeze despre modul în care cele 330.000 de specii cunoscute de gândaci au ajuns să domine lumea vie.

Acum, un studiu din cel mai recent număr al Științei spune că secretul diversității gândacilor constă în ceea ce mănâncă.

Dr. Brian D. Farrell, curator la Muzeul de Zoologie Comparată de la Universitatea Harvard, a arătat că grupurile de gândaci care cu mult timp în urmă au evoluat pentru a mânca plante cu flori s-au învârtit pe mii de specii, mult mai multe decât gândacii care au continuat să mănânce mai primitivi și mai puțin diverse plante. Sărbătorind cu plante înflorite, care au evoluat pentru a deveni cel mai divers grup de plante din lume și care include aproape toate speciile familiare, printre care mării, orhideele și ierburile, gândacii au putut aparent să producă singuri multe specii.

De fapt, cercetătorii spun că studiul explică diversitatea nu numai a gândacilor, ci și a numeroaselor insecte care au evoluat pentru a mesteca, suge și în felul acesta devora plantele cu flori. Plantele și insectele care le mănâncă sunt două grupuri a căror diversitate necesită explicații, deoarece împreună reprezintă mai mult de jumătate din toate speciile cunoscute.

„Este scenariul clasic”, a spus Dr. Farrell, referindu-se la noțiunea bine acceptată conform căreia evoluția noilor specii care se adaptează la habitate neexplorate sau la noi moduri de viață reprezintă o mare parte din diversitatea vieții. '' Aici era această resursă uriașă, neexploatată, plantele cu flori. Insectele care au reușit să evolueze pentru a face schimbarea să le mănânce, s-au bucurat de fructe, ca să spun așa.

Poate cel mai important, noul studiu oferă un răspuns la una dintre cele mai fundamentale și mai greu de abordat întrebări din biologie: De ce sunt atât de multe specii pe pământ? Motivul pare a fi simplu: diversitatea generează diversitate. De fapt, este posibil să nu fie o coincidență faptul că plantele cu flori sunt ele însele atât de diverse, deoarece gândacii și alte insecte care le atacă ar fi putut oferi presiune pentru evoluția unor specii de plante noi, mai bine apărate.

Mai multe plante dau naștere mai multor gândaci. Mai mulți gândaci pot genera mai multe plante, precum și mai mulți paraziți pe gândaci sau mai mulți prădători, care la rândul lor dau naștere unor creaturi care mănâncă acești prădători și continuă.

„Este ceva în care credem cu toții și credem cu toții că este așa”, a spus Dr. John N. Thompson, biolog evoluționist la Universitatea de Stat din Washington și coleg la Centrul Național de Analiză și Sinteză Ecologică din Santa Barbara, California. "Aceasta este una dintre cele mai bune date pe care trebuie să le arătăm că ceea ce credem cu toții este într-adevăr așa."

Dr. Douglas Futuyma, biolog evoluționist la Universitatea de Stat din New York din Stony Brook, a spus despre noul studiu: „Acest lucru va avea un impact destul de mare. Magnitudinea lucrării este uimitoare. "

Dr. Farrell a construit un copac evolutiv care include mai mult de 100 de specii reprezentând numeroasele tipuri de gândaci care mănâncă plante. El a folosit datele secvenței ADN și datele privind formele speciilor de gândaci pentru a determina care specii sunt cele mai strâns legate și care nu.

Prin examinarea acestui arbore genealogic, Dr. Farrell se putea uita la grupuri de rude apropiate și a observat care au continuat să mănânce plante primitive mai vechi, cunoscute sub numele de gimnosperme, care includ pini și alte conifere, cicade și ginkgo-uri, și care gândacii au fugit să mănânce plantele cu flori evoluate mai recent. În fiecare caz, grupurile de gândaci care au trecut la consumul de plante cu flori au fost mai diverse decât omologii lor care consumă gimnosperme, într-un caz de o mie de ori mai diverse.

Noul studiu este unul dintre ultimii ani care atestă puterea utilizării arborilor genealogici ai organismelor pentru a testa riguros ipotezele. În trecut, biologii care încercau să explice succesul unui grup de organisme precum gândacii s-ar concentra pur și simplu pe una dintre caracteristicile notabile ale grupului. De exemplu, o teorie populară a motivului pentru care gândacii s-au descurcat atât de bine a fost că învelișurile lor dure și protectoare - care permit unui gândac să facă lucruri precum vizuina sub coajă impun - le-a permis să trăiască cu succes în multe situații diferite și, astfel, să specii noi. Dar greu de testat astfel de idei, biologii au ajuns să genereze ceea ce fusese luat în derâdere de colegi ca pe niște povești.

Chiar mai important decât explicarea exploziei gândacilor, noul studiu vorbește despre întrebarea mai generală a motivului pentru care există atât de multe specii de toate tipurile pe pământ.

Cercetătorii au teoretizat multă vreme că unul dintre marile motoare care conduc evoluția diversității este un proces cunoscut sub numele de co-evoluție, un fel de proces tit-for-tat în care speciile se adaptează sau scot specii noi pe măsură ce speciile cu care interacționează evoluează. O nouă specie de pradă evoluează, așa că teoria merge și un nou prădător evoluează pentru a o ataca, determinând la rândul său evoluția unor specii de pradă noi, mai bine apărate, ceea ce determină evoluția de noi prădători și așa mai departe. Procesul, considerat a fi aplicabil oricărui număr de specii care interacționează intim, a fost articulat acum 34 de ani de către Dr. Paul Ehrlich la Universitatea Stanford și Dr. Peter Raven la Grădina Botanică din Missouri și explică o lume vie care pare să evolueze către o diversitate din ce în ce mai mare.

Dr. Ehrlich, profesor de studii populaționale Bing, a spus despre noul studiu: „Aceasta este o confirmare plăcută a faptului că interacțiunile sunt importante în diversitatea vieții”.

Este deosebit de frumos, deoarece, în ultimii ani, teoria co-evoluției a căzut pe vremuri grele, în mare parte datorită unui studiu publicat în 1993 în Știința de Dr. Conrad C. Labandeira, paleobiolog la Muzeul Național de Istorie Naturală de la Smithsonian Institution și Dr. Jack Sepkoski, paleobiolog la Universitatea din Chicago. Cei doi cercetători au descoperit că în dosarul fosilelor, numărul familiilor de insecte, care sunt grupuri mari de multe specii de insecte, nu a crescut odată cu apariția plantelor cu flori, sugerând că diversitatea insectelor nu a fost asociată cu diversificarea plantelor pe care le-au consumat.

Dar Dr. Labandeira, numind noul studiu „foarte semnificativ”, a fost de acord cu Dr. Farrell că studiile lor respective nu au intrat în conflict. Studiul anterior, a spus el, a analizat familiile de insecte, în timp ce studiul actual analizează numărul speciilor de insecte. Dr. Labandeira a spus că studiul său continuu asupra speciilor fosile ar confirma probabil noile descoperiri.

Rămân câteva întrebări despre gândacii cu specii bogate. Așa cum Dr. Mai Berenbaum, ecolog evoluționist la Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign notează, rămâne un mister de ce gândacii s-au diversificat atât de mult mai sălbatic decât alte insecte sau chiar mamifere al căror pilon este și lăstarii, rădăcinile, frunzele, florile sau semințele acestor plante.

Poate cel mai surprinzător rezultat a fost descoperirea că, în timp ce unii gândaci au dezvoltat multe specii noi care ar putea mânca noile specii de plante în evoluție, alți gândaci au fost remarcabil de conservatori în obiceiurile lor alimentare.

La baza arborelui genealogic al gândacului, Dr. Farrell a găsit o serie de linii străvechi de gândaci de frunze, gândaci cu bot și gândaci cu coarne lungi care încă mănâncă gimnospermele primitive pe care le-au mâncat acum 200 de milioane de ani, când dinozaurii stăpâneau pământul. Dr. Farrell a spus că aceste asociații antice sunt cele mai vechi antagonisme plante-insecte cunoscute. În Argentina, unde gândacii încă mănâncă Araucaria, o veche descendență de gimnosperme, oamenii de știință au descoperit chiar plante fosile Araucaria mestecate de strămoșii acestor gândaci.

Cercetătorii au descris descoperirile ca „uimitoare” și „extraordinare”. Labandeira a spus: „Este ceva pe care mulți oameni probabil nu l-ar crede. Oamenii cred că aceste asociații sunt foarte volatile. ”

Motivul, a spus dr. Berenbaum este că se știe că insectele pot evolua extrem de rapid. S-a observat că evoluează rezistente la insecticide sau trec la consumul de specii de plante nou-sosite în habitatul lor, un contrast puternic cu stilul de viață monoton consecvent al unor gândaci antici.

Dr. Farrell pur și simplu a numit aceste comunități de insecte și plante antice „un mic parc triasic”.

Există dovezi că alte descendențe antice de molii și himenoptere, un grup care include albine și viespi, mănâncă, de asemenea, descendențe vechi de plante, sugerând că multe asociații între consumatori și consumați persistă intacte din trecutul profund. Ceea ce face ca aceste asociații să fie atât de stabile - dacă este cumva foarte dificil pentru aceste insecte să evolueze gusturile pentru alimente noi sau dacă aceste plante antice sunt un tratament prea bun pentru ca unele insecte să renunțe - rămâne un mister.