Чтобы ответить, растения бросили ресурсы на самооборону. Прото-брокколи и другая капуста стали более горькими. Тем не менее, даже когда растения изменились, чтобы сдерживать поедание личинок, бабочки семейства Pieridae были одной из немногих групп насекомых, которые эволюционировали, чтобы выдержать эту новую химическую защиту.
Исследования биологов Вашингтонского университета в г. Луи использует статистические методы, чтобы проследить путь древних проницательных бабочек, когда они разнообразились, и их растения-хозяева сражались снова и снова, битва повторялась на протяжении всей эволюционной истории.
«Наше исследование предоставляет некоторые из первых доказательств того, что структура, которую мы наблюдаем в сетях бабочек и растений сегодня, то есть способ организации взаимодействия видов, является стабильной в течение миллионов лет, даже несмотря на то, что взаимодействия на уровне видов меняются. ", – сказала Мариана Пирес Брага, научный сотрудник лаборатории Майкла Лэндиса, доцента кафедры биологии в области искусств и наук. Брага – первый автор новой статьи в журнале Ecology Letters, а Ландис – старший автор.
Чтобы смоделировать эволюцию взаимодействия бабочек и растений, Брага и Ландис использовали ранее опубликованные откалиброванные по времени филогении для 66 родов Pieridae и 33 семейств покрытосеменных (цветковых растений), которые, как известно, являются хозяевами этого вида бабочек.
Ученые Вашингтонского университета сотрудничали с исследователями из Стокгольмского университета и Шведского музея естественной истории.
«Бабочки зависят от растений-хозяев как от единственного источника пищи, когда они являются гусеницами, а гусеницы разных видов могут есть разные растения», – сказал Брага. "Эти экологические взаимодействия могут быть представлены сетью, подобной социальной сети, которая кодирует, какие виды взаимодействуют друг с другом.
«Мы также знаем, что многие из этих отношений возникли в результате долгой совместной эволюционной истории, разделяемой линиями растений и насекомых», – сказала она. "Но без машины времени мы не можем напрямую наблюдать, кто с кем взаимодействовал, каковы были эти взаимодействия и когда они были получены или потеряны."
Чтобы обойти эту проблему с машиной времени, можно использовать статистические модели для реконструкции или вывода коэволюционной истории, которая произошла миллионы лет назад.
Основная проблема заключается в том, что существуют миллиарды и миллиарды историй, которые могли породить сложную сеть взаимодействий насекомых и растений, известных биологам. Новые вычислительные и статистические методы, разработанные Брага и Ландис, присваивают вероятности каждой истории развития сети, чтобы ученые могли найти наиболее вероятные.
Брага и Ландис обнаружили, что бабочки и растения, которые они едят, в некоторой степени сродни тому, что можно наблюдать в социальной сети в колледже или университете, пояснил Брага.
Большинство взаимодействий между людьми, скорее всего, происходит внутри отделов.
Биологи разговаривают с биологами. Это верно в течение длительного периода времени, даже несмотря на то, что отдельные люди, работающие и обучающиеся в каждом отделе, со временем меняются.
«Отношения Pieridae и растения могут быть аналогичным образом устойчивы к изменениям в составе видов, но более крупные структурные изменения могут дестабилизировать всю сеть», – сказала она.
Еще один укус
Еще один важный вывод из новой статьи заключается в том, что бабочки часто возвращают себе хозяев, которых они не использовали миллионы лет.
«Это означает, что у них, вероятно, есть своего рода механизм« памяти », который увеличивает количество растений-хозяев, из которых они могут выбирать, что, в свою очередь, увеличивает их шансы на выживание», – сказал Брага.
Метод, который Брага и Ландис разработали для этого исследования, может оказаться полезным для других ученых, заинтересованных в исследовании коэволюционных систем.
«Главный компонент нашей работы включал разработку новых вычислительных инструментов, которые могут использоваться другими исследователями, изучающими различные типы экологических взаимодействий», – сказал Ландис. "Несмотря на то, что мы разработали эти методы, чтобы понять, как развиваются сети взаимодействия между бабочками и их растениями-хозяевами, одни и те же методы могут применяться к различным биологическим системам."
Примеры включают другие виды вредителей сельскохозяйственных культур и их хозяев или паразитов, ответственных за распространение инфекционных заболеваний. Или системы, которые люди считают более позитивными, например сети растений-опылителей.
В случае с капустными бабочками и их хозяевами эти взаимодействия происходили миллионы лет. Эта исследовательская работа стала возможной только благодаря записям, которые люди записывали со времен Чарльза Дарвина.
«Большая часть наших данных об экологических взаимодействиях получена в результате многовековых полевых наблюдений, которые были оцифрованы только в последние десятилетия», – сказал Брага. "Подходы, подобные нашему, важны для связи будущего биологии с ее прошлым."