Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, аспирант Эмили Эллис и ее коллеги из лаборатории доктора Тодда Окли интересуются эволюцией сложных черт, особенно тех, которые связаны со зрением и визуальными сигналами. Одна из таких черт привела их в путешествие к Ключам: биолюминесценция.
В частности, биолюминесценция, производимая малоизученным микроскопическим рачком — остракодом.«Мы были на этой новой охоте, чтобы найти эту биолюминесценцию, о которой мы так много слышали от сотрудников, но никогда не видели собственными глазами, — вспоминает Эллис, — и внезапно весь риф просто засветился, был просто свет. везде. Это было похоже на концерт ".
В тот момент она знала, что наткнулась на предмет своего докторского исследования. «Меня всегда интересовали видообразование и то, как образуются виды, но это совершенно другой механизм: свет может влиять на видообразование», — говорит Эллис. «Я думал, что это было просто невероятно».Основной вопрос для эволюционных биологов: почему существует так много видов?
И в частности, почему одни линии имеют большее видовое разнообразие, чем другие? Эллис приводит наглядный пример: невероятное количество видов насекомых по сравнению с относительно небольшим количеством видов млекопитающих.
Одна популярная теория, объясняющая это различие, заключается в том, что у линий, которые существуют дольше, есть больше времени для расхождения. И тем не менее, есть много случаев, когда две группы существовали одинаково долго, но одна группа насчитывала больше видов в целом.
«Итак, мы хотим знать, что такого особенного в одной группе, что дает им уникальное преимущество для вторжения в новые ниши?» — спрашивает Эллис.Отсюда идея изучить конкретные черты характера, а также то, как они возникают и выбираются. Эволюционная теория утверждает, что черты, которые играют роль в спаривании и репродуктивном успехе, подвергаются половому отбору, приводят к диверсификации видов — концепцию, которую часто сравнивают с «гонкой вооружений».
Другими словами, если с мужчинами происходит что-то, что приводит к разнообразию, женщины должны следовать за ними.«В противном случае они не смогли бы узнать друг друга», — объясняет Эллис.Но эта идея остается гипотезой, которую ученые все еще проверяют, и источником активных дискуссий в области эволюционной биологии.
И вот тут-то и появляются биолюминесцентные остракоды.Этих миллиметровых размеров, похожих на креветок, можно встретить по всему миру, как в морской, так и в пресноводной среде. Их даже нашли живущими в опавших листьях в тропических лесах.
Существует около 20000 видов остракод, но только около 200 из них производят биолюминесценцию.Есть два отдельных случая биолюминесценции у остракод. Один тип используется в качестве защитного механизма, в котором находящиеся под угрозой остракоды испускают облако биолюминесценции, чтобы отвлечь хищников. Интересно, что у этих животных нет глаз, поэтому маловероятно, что они используют свою биолюминесценцию для общения между собой.
Второй случай — это то, что Эллис и ее коллеги отправились на Ключи, чтобы увидеть: биолюминесценцию, используемую в качестве дисплея для спаривания. Существует около 60 видов остракод с таким типом биолюминесценции, но они встречаются только в Карибском бассейне.
Сравнивая количество видов остракод, которые развили биолюминесценцию для спаривания или в защитных целях, с родственными видами без биолюминесценции, Эллис поняла, что может получить очень полезные доказательства в поддержку или опровержение теории полового отбора как движущей силы видового разнообразия. С помощью этого метода, известного как сравнение сестринских кладов, ученые-эволюционисты изучают группы видов, имеющих общее происхождение и возраст, известные как сестринские клады, сравнивая количество видов с определенным поведением с количеством видов без них.«Что действительно здорово в нашем исследовании, так это то, что оно действительно простое, — говорит Эллис. «Мы пытаемся решить действительно сложную проблему простыми методами».
Как оказалось, существует только одно эволюционное происхождение биолюминесценции при спаривании у остракод, а это означает, что не хватает статистических данных для исследования вопроса полового отбора только с остракодами. Поэтому Эллис решила расширить свое исследование, включив в него всех биолюминесцентных морских животных, у которых есть родственные виды, которые используют эту черту как в защитных целях, так и в целях спаривания. Она ограничила свое исследование животными, филогении (или исторические родословные) которых уже были опубликованы. Она обнаружила 8 полезных филогений для биолюминесцентных проявлений спаривания и 12 для защитной биолюминесценции у широкой группы морских животных, включая осьминогов, ракообразных (включая остракод), рыб и червя.
Результаты ясно подтверждают теорию полового отбора. «Мы определенно задокументировали сильную закономерность увеличения диверсификации с происхождением биолюминесцентных проявлений ухаживания, и не было абсолютно никакой корреляции с биолюминесценцией, используемой для защиты», — говорит Эллис.Она быстро отмечает, что на данный момент ее исследование просто документирует закономерность, которая дает лучшее понимание процесса диверсификации видов, не подразумевая фактическую причинно-следственную связь.
Однако это лишь верхушка айсберга того, что можно было бы узнать об эволюции от остракода. Исследования показали, что каждый вид, использующий биолюминесценцию для спаривания, имеет уникальный сигнальный паттерн.
Эллис с нетерпением ждет возможности пролить больше света на этих очаровательных существ в своих постоянных исследованиях.Эллис представила свое исследование на ежегодном собрании Общества интегративной и сравнительной биологии в 2015 году в Уэст-Палм-Бич, Флорида.