Биолог-эволюционист Элизабет Дюмон и инженер-механик Ян Гроссе из Массачусетского университета в Амхерсте вместе с биологом-эволюционистом Лилианой Давалос из Университета Стоуни-Брук и при поддержке Национального научного фонда изучили историю эволюции адаптивного излучения летучих мышей Нового Света с листоносом. их диетические ниши.
Как отмечают авторы, адаптивная радиация, то есть взрывная эволюция видов в новые экологические ниши, породила большую часть биологического разнообразия, наблюдаемого сегодня в мире. «Естественный отбор является движущей силой адаптации к новым нишам, но бывает сложно определить, какие особенности являются объектами отбора. Это особенно актуально, когда в далеком прошлом был важен отбор группы, живые члены которой сейчас занимают совершенно разные ниши », — отмечают они.
Они намеревались решить эту проблему, изучив почти 200 видов листоносых летучих мышей Нового Света, которые используют множество различных пищевых ниш: насекомых, лягушек, ящериц, фруктов, нектара и даже крови. Сегодняшние черепа летучих мышей отражают это диетическое разнообразие. Виды с длинной узкой мордой едят нектар, в то время как летучие мыши с короткой мордой имеют исключительно короткое и широкое небо, чтобы поедать твердые фрукты.
У видов, которые едят другую пищу, морда сформирована где-то посередине.
Дюмон объясняет далее: «Мы знали, что диета связана с этими вещами, но не было доказательств того, что естественный отбор произвел эти изменения в черепе. Инженерная модель позволила нам определить биомеханические функции, над которыми работал естественный отбор.
Некоторая форма или функция помогают животному лучше работать в окружающей среде, но может быть трудно точно продемонстрировать, что это за форма или функция. Мы изучили инженерные результаты, используя эволюционное дерево, что является очень интересным нововведением в этой работе."
Она и ее коллеги построили инженерную модель черепа летучей мыши, которая может трансформироваться в форму любого вида, и использовали ее для создания черепов со всеми возможными комбинациями длины и ширины морды.
Затем они провели инженерный анализ всех моделей, чтобы оценить их конструктивную прочность и механическое преимущество, измерить, насколько эффективно и насколько сильно летучие мыши могут кусать.
Они сообщают, что анализ результатов инженерии на сотнях эволюционных деревьев листоносых летучих мышей Нового Света выявил три оптимальные формы морды, которым благоприятствует естественный отбор. Одним из них была длинная узкая морда нектарников, вторым была чрезвычайно короткая и широкая морда короткомордых летучих мышей, а третий оптимум включал все другие виды. В целом, выбор механического преимущества был более важным при определении оптимума, чем выбор прочности конструкции, добавляют они.
«Благодаря этому новому подходу, — говорит Дюмон, — мы смогли ответить на наш первоначальный вопрос о естественном отборе в эволюции этих летучих мышей. Это способствовало высочайшему механическому преимуществу короткомордых летучих мышей, что дает им большие силы укуса, необходимые для протыкания самого твердого инжира. Кормушки для нектара имеют очень низкое механическое преимущество, что является компромиссом для длинных и узких морд, которые вписываются в цветы, в которых они находят нектар."