Энергетический компромисс: ученые раскрыли столетнюю загадку биологии
Открытие того факта, что крупные особи часто носят непропорционально большое оружие, было загадкой для биологии на протяжении почти столетия
Житель Непала Чандра Бахадур Данги является обладателем рекорда самого низкого взрослого человека в мире — 54,6 см. Самый высокий человек — Султан Кёсен, турецкий фермер, он почти в пять раз выше — 2,52 метра.
В природе различия в размерах самцов одного вида не редкость, но в новой статье команда ученых Смитсоновского института тропических исследований (STRI), Университета Окленда и Университета Аризоны обнаружила самцов жуков, которые не только сильно различаются по размеру, но и дают ответ на давнюю загадку эволюционной биологии: как более крупные животные могут позволить себе энергетические затраты на создание и обслуживание непропорционально большого оружия?
Почти каждый четвертый вид в мире — жук: на данный момент идентифицировано около 350 000 видов жуков. Самцы новозеландских жирафов-долгоносиков, Lasiorhynchus barbicornis, были известны как самые длинные жуки в мире, но когда исследователи измерили разницу в весе самых маленьких и самых крупных жуков, их ждал сюрприз:
«Когда я впервые увидел вес самого маленького и самого большого самцов, я подумал, что кто-то совершил ошибку», — сказал Уммат Сомджи, научный сотрудник STRI. «Но мы их снова взвесили и получили те же результаты. Самые большие самцы были в 30 раз крупнее самых маленьких. Это самый большой диапазон размеров взрослых особей, который мы знаем из всех видов жуков в мире».
И, как и многие другие животные с боевым оружием (например, слоны с бивнями и антилопы с рогами), у больших самцов морда непропорционально больше, чем у маленьких. Крупный самец доминирует над самкой, откладывающей яйцо, используя свою удлиненную морду как копье, чтобы отбиваться от соперников, пока он ее оплодотворяет. Но поскольку массивные самцы соперничают за положение наверху, один из самых маленьких самцов может прокрасться под ногами, чтобы оплодотворить самку. Поскольку обе эти стратегии спаривания приводят к потомству, сохраняются как большие, так и маленькие самцы.
В тропических лесах каждый расход энергии может означать разницу между жизнью и смертью. Жуки вида жирафов-долгоносиков буквально олицетворяют энергетические компромиссы. Морда крупных самцов непропорционально больше, чем морды их более мелких собратьев: поэтому на первый взгляд кажется, что большие самцы вкладывают в свое оружие относительно больше материалов и энергии, чем более мелкие самцы. Но так ли это на самом деле?
Чтобы измерить, сколько энергии потребляют большие и маленькие самцы, ученые поместили их в маленькие камеры и измерили потребление кислорода. Они обнаружили, что более крупные жуки тратят меньше, а не несут более высокие затраты — с точки зрения энергии — за грамм ткани своего тела, по сравнению с более мелкими. Как эти крупные самцы несут относительно более крупное оружие и при этом имеют более низкие относительные метаболические затраты?
«Большие самцы похожи на очень экономичные автомобили — они Prius из мира жуков, а маленькие — больше похожи на Rolls Royce Phantom. Как крупные самцы могут быть такими энергоэффективными и при этом нести дополнительные затраты энергии на более крупное оружие?» — говорят ученые.
Секрет, который они обнаружили, кроется в архитектуре самого оружия. Маленькие морды состоят из высокой доли живой ткани (как наши мышцы), содержание которой относительно дороже, но большие морды имеют большую долю кутикулы, как кератин в наших волосах и ногтях, который намного дешевле поддерживать. Таким образом, большие самцы на самом деле тратят меньше энергии на поддержание своего непропорционально большого оружия, чем маленькие самцы на поддержание своего маленького оружия.
Открытие того факта, что крупные особи часто носят непропорционально большое оружие, было загадкой для биологии на протяжении почти столетия. Эти причудливые долгоносики демонстрируют, что крупные животные могут сократить расходы энергии.
«Именно благодаря необычно большим вариациям размеров долгоносиков мы смогли ответить на этот давний эволюционный вопрос», — говорят исследователи. «Жирафовые долгоносики не тратят дополнительной энергии, чтобы поддерживать свои гигантские головы, они меняют архитектуру своих голов, чтобы сделать их более эффективными и, таким образом, экономить энергию».