Chrząszcze bez tarczy, ale nie na tarczy – kiedy warto zrezygnować z kluczowej ewolucyjnej innowacji?

Phosphaenus hemipterus Radim Gabriš (Zlaté Hory, Czechy). Źródło: Jakub Goczał
Phosphaenus hemipterus Radim Gabriš (Zlaté Hory, Czechy). Źródło: Jakub Goczał

Tradycyjna polska nazwa chrząszczy – tęgopokrywe, odnosi się do unikalnej cechy tych owadów – posiadania ochronnych pokryw powstałych z przekształcenia skrzydeł pierwszej pary. Okazuje się jednak, że u co piątego gatunku z tej grupy doszło do redukcji lub wręcz zaniku pokryw - wydawałoby się, kluczowej ewolucyjnej innowacji. Dlaczego? Wyjaśniają to badacze - w tym z Polski.

Pokrywy chrząszczy miewają niekiedy zdumiewający wygląd: u niektórych ryjkowców, dzięki obecności fotonicznych kryształów - mienią się jak prawdziwe diamenty, u biedronek – ostrzegają kontrastującym zestawieniem kolorów i deseni, u licznych kózkowatych – łudząco przypominają korę, zapewniając świetny kamuflaż. Bo rzeczywiście niektórym chrząszczom - jak tłumaczy dr Jakub Goczał z Uniwersytetu Rolniczego im. H. Kołłątaja w Krakowie - pokrywy służą między innymi jako praktyczna "powierzchnia reklamowa" do przekazywania różnych informacji przeciwnikom czy potencjalnym partnerom.

CZEMU SŁUŻĄ POKRYWY?

Ale to nie jedyna funkcja pokryw. Ta chitynowa zbroja chroni delikatne błoniaste skrzydła lotne podczas eksplorowania miejsc, do których większość uskrzydlonych owadów nie mogłaby dotrzeć, bez ryzyka zniszczenia swoich skrzydeł. Dzięki takiemu rozwiązaniu, chrząszcze mogły skolonizować różne trudno dostępne nisze, np. szczeliny pod korą martwych drzew, ściółkę, rozpadliny skalne czy wierzchnią warstwę gleby – bez ryzyka uszkodzenia skrzydeł lotnych.

Malacogaster female. Fot. Mirella Zeeders. Źródło: Jakub Goczał
Malacogaster female. Fot. Mirella Zeeders. Źródło: Jakub Goczał

“Poza tym pokrywy działają jak tarcza - chronią chrząszcze przed drapieżnikami, zmniejszają utratę wody, czy minimalizują wpływ nagłych wahań temperatury” – wymienia dr Goczał, pierwszy autor badania.

Kolejną zaletą jest to, że niektóre chrząszcze wodne, np. pływak żółtobrzeżek, wykorzystują pokrywy do oddychania pod wodą, magazynując pod nimi bąbelki powietrza. Takie rozwiązanie umożliwiło niektórym grupom chrząszczy wielokrotną, niezależną kolonizację środowiska wodnego.

Są również i takie chrząszcze, u których dzięki specjalnej strukturze na powierzchni pokryw zachodzi kondensacja wody zawartej w powietrzu, co pozwala tym owadom przetrwać na najsuchszych i najgorętszych pustyniach planety. A to zaledwie niektóre funkcje pokryw!

Phosphaenus hemipterus. Fot. Radim Gabris. Źródło: Jakub Goczał
Phosphaenus hemipterus. Fot. Radim Gabris. Źródło: Jakub Goczał

“W niezwykle zróżnicowanym rzędzie chrząszczy (Coleoptera) przekształcenie przedniej pary skrzydeł w sztywne ochronne pokrywy uważane było dotąd za fundamentalną innowację ewolucyjną. W wielu jednak grupach chrząszczy - niezależnie od siebie - doszło do redukcji tych struktur” - czytamy w publikacji, która ukazała się w Systematic Entomology.

Można więc powiedzieć, że w niektórych liniach Coleoptera ewolucja częściowo wycofała się z tego działającego przez setki milionów lat rozwiązania.

LICZĄC CHRZĄSZCZE

W celu wiarygodnego określenia częstości występowania tego tajemniczego fenomenu należało w pierwszej kolejności zaktualizować liczbę wszystkich przedstawicieli badanego rzędu. To niełatwe zadanie, dlatego też Jakub Goczał, Rolf G. Beutel, Matthew L. Gimmel i Robin Kundrata przeprowadzili konsultacje z kilkudziesięcioma specjalistami zajmującymi się różnymi grupami tych owadów. Wspólnie oszacowali, że na chwilę obecną opisano 442 275 współcześnie żyjących gatunków chrząszczy! Następnie autorzy określili rodzina po rodzinie procent gatunków ze zredukowanymi pokrywami. Swoje wyniki skonsultowali z uznanymi ekspertami specjalizującymi się w danej grupie systematycznej. Okazało się aż u 88 tys. gatunków zaobserwowano różne formy redukcji pokryw. U niektórych chrząszczy pokrywy są tylko nieznacznie skrócone i odsłaniają odwłok, a u innych – prawie całkowicie lub wręcz w całości zanikły.

Pachypus female. Fot. Pavel i Kristian Kucera. Źródło: Jakub Goczał
Pachypus female. Fot. Pavel i Kristian Kucera. Źródło: Jakub Goczał

W CZYM PRZESZKADZAŁY POKRYWY

Dr Jakub Goczał komentuje, że redukcja pokryw następowała wielokrotnie, niezależnie od siebie w obrębie odległych ewolucyjnie linii chrząszczy, a napędzały ją często odmienne czynniki selekcyjne.

I tak np. u chrząszczy z rodziny kusakowatych pokrywy skrzydeł uległy znacznemu skróceniu, zapewniając większą elastyczność odsłoniętego odwłoka, co umożliwiło tym drapieżnikom szybkie poruszanie się i dużą zwrotność w ciasnych „labiryntach”, takich jak szczeliny w martwym drewnie, ściółka czy rumosz skalny.

Z kolei u niektórych chrząszczy wodnych wydłużony, giętki i odsłonięty przez skrócone pokrywy odwłok jest wykorzystywany jako ster.

Lomechusa emarginata. Fot. Radim Gabris. Źródło: Jakub Goczał
Lomechusa emarginata. Fot. Radim Gabris. Źródło: Jakub Goczał

Są też gatunki chrząszczy, które upodabniają się wyglądem do innych zwierząt, aby odstraszyć drapieżniki. Dr Goczał podaje przykład australijskich chrząszczy z rodzaju Hestesis, które do złudzenia przypominają osy. Skrócone pokrywy i odsłonięte skrzydła błoniaste u tych kózkowatych wizualnie zwiększają podobieństwo do groźnych żądłówek zniechęcając drapieżniki.

Giętki, odsłonięty odwłok może również znacznie ułatwiać kopulację. Tezę tę potwierdza fakt, że są gatunki chrząszczy, u których samice wykazują bardzo skryty tryb życia – chowając się np. w glebie czy pod korą i jedynie wysuwając końcówkę odwłoka podczas kopulacji. Ten specyficzny sposób rozmnażania może więc stanowić kolejny czynnik selekcyjny prowadzący do zaniku pokryw.

Claviger testaceus. Fot. Radim Gabris.  Źródło: Jakub Goczał
Claviger testaceus. Fot. Radim Gabris. Źródło: Jakub Goczał

U gatunków chrząszczy, które wykształciły tzw. formy pedomorficzne (dorosłe osobniki, choć wyglądają jak larwy, to jednak są zdolne do rozmnażania się), zanik pokryw wynika z oszczędności energii i zasobów. Ciekawym przykładem jest opisany niedawno samiec gatunku Xenomorphon baranowskii (jego nazwa odwołuje się do popularnej serii filmów „Obcy”). Zaoszczędzone zasoby u gatunków pedomorficznych mogą zostać zainwestowane w zwiększenie zdolności reprodukcyjnych.

BEZ TARCZY TO NIE ZNACZY, ŻE NA TARCZY

Ale jak chrząszcze ze zredukowanymi pokrywami - ich kluczową strukturą ochronną - radzą sobie z drapieżnikami? Badacze zwracają uwagę, że u wielu gatunków ze zredukowanymi pokrywami występują liczne alternatywne strategie obronne. “Niektóre chrząszcze odstraszają przeciwnika bioluminescencyjnym błyskiem, wydzielają żrące substancje, mają jaskrawą barwę ostrzegawczą, naśladują wygląd ‘groźnych’ owadów, a nawet potrafią biegać po powierzchni wody, aby uciec. Inne wykorzystują ‘bezpieczne miejsca’, takie jak np. muszle ślimaków, aby się schować i unikać drapieżników” - wymieniają badacze.

“Wciąż jest jeszcze wiele niewyjaśnionych kwestii związanych z ewolucją niezwykłych chrząszczy, które częściowo lub całkowicie ‘zrezygnowały’ ze swojej, wydawałoby się kluczowej ewolucyjnej innowacji. Całkiem możliwe jest jednak, że tradycyjna koncepcja odwołująca się do fundamentalnej roli pokryw w niedoścignionym sukcesie ewolucyjnym Coleoptera potrzebuje pewnej korekty” - podsumowuje badacz.

Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ bar/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

  • 29.08.2013 PAP/Tomasz Waszczuk

    Naukowcy zbierają dane dot. jakości wód w rzekach i jeziorach

  • ©︎ Izabela Kuzyszyn, Ogrod Botaniczny UW

    Nowa odmiana rośliny ozdobnej w Ogrodzie Botanicznym UW

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera