Jak wyścig zbrojeń pomiędzy owadami a roślinami wpływa na ich dywersyfikację
Interakcje między owadami i roślinami mają kluczowe znaczenie dla życia na lądzie. Odpowiadają one za zapylanie i roślinożerność — podstawowe procesy, które utrzymują stabilność ekosystemu, wspierają rolnictwo i promują różnorodność biologiczną. „Interakcje te ukształtowały również ewolucyjną historię życia, generując niesamowitą różnorodność owadów i roślin, które możemy zobaczyć dzisiaj” — mówi Fabien Condamine(odnośnik otworzy się w nowym oknie), naukowiec z Narodowego Centrum Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (CNRS) we Francji. „Wszystko to zaczęło się ponad 400 milionów lat temu”. W ramach projektu GAIA, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Condamine i jego współpracownicy starali się zrozumieć te relacje w dużej ewolucyjnej skali, wykorzystując motyle z rodziny paziowatych (Papilionidae) jako grupę modelową. Badając ich dywersyfikację, naukowcy starali się znaleźć podstawowe wzorce i procesy koewolucji owadów i roślin.
Badanie ewolucji wyścigu zbrojeń owadów i roślin
Głównym celem projektu GAIA było odtworzenie ewolucyjnego wyścigu zbrojeń między motylami z rodziny paziowatych a ich roślinami żywicielskimi na niespotykanym dotąd poziomie szczegółowości. W tym celu zespół najpierw ustalił nową listę taksonomiczną z około 640 gatunkami obejmującymi całą rodzinę Papilionidae, co czyni ją jednym z najbardziej wszechstronnych zbiorów danych dla jakiejkolwiek rodziny motyli do tej pory. Największym wyzwaniem było wygenerowanie danych całogenomowych dla wszystkich tych gatunków. Dlatego też naukowcy stworzyli wysokiej jakości genomy referencyjne dla głównych linii, jednocześnie sekwencjonując równolegle genomy wszystkich innych gatunków, z których wiele było rzadkich lub dostępnych tylko w historycznych kolekcjach muzealnych. Aby to osiągnąć, naukowcy opracowali specjalny protokół zoptymalizowany pod kątem zdegradowanego DNA, który pozwolił im na sekwencjonowanie starożytnych okazów, których bez niego nie można byłoby zsekwencjonować i uwzględnić w drzewie genealogicznym. Korzystając z najnowocześniejszych podejść filogenomicznych, zespół skonstruował drzewo genealogiczne paziów, a następnie przetestował swoje makroewolucyjne hipotezy dotyczące związków żywiciel-roślina z dywersyfikacją.
Rozwój wiedzy na temat dywersyfikacji ewolucyjnej
Projekt GAIA przyniósł kilka znaczących postępów w naszym rozumieniu tych kluczowych interakcji. Poza głównym osiągnięciem, czyli stworzeniem drzewa genealogicznego rodziny paziowatych, jednym z ważnych odkryć było to, że zmiany i specjalizacje roślin żywicielskich pozostawiły w genomie wyraźne ślady adaptacji i innowacji. Potwierdza to koncepcję, że to te interakcje doprowadziły do dywersyfikacji. „Nasze badania na poziomie rodzaju(odnośnik otworzy się w nowym oknie) pokazały znaczące makroewolucyjne powiązania między kolonizacją roślin a dywersyfikacją motyli” — zauważa Condamine. „Dzięki projektowi GAIA mamy teraz dane genomowe dla 99,8% gatunków paziów, co umożliwi nam w nadchodzącym badaniu ponowne przeanalizowanie i znaczne rozszerzenie tych ustaleń z pełną rozdzielczością gatunkową” — dodaje. Zespół stworzył również nowe ramy filogenetyczne i taksonomiczne dla kluczowych grup, w tym Papilionini(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i Leptocircini(odnośnik otworzy się w nowym oknie), a także podrodziny Parnassiinae(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Inne godne uwagi wyniki obejmują poprawę delimitacji gatunków i genomiki ochrony przyrody, na przykład w kompleksie gatunku Papilio machaon(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w regionie śródziemnomorskim. Jak zauważa Condamine: „Projekt GAIA szukał odpowiedzi na fundamentalne pytania dotyczące historii życia(odnośnik otworzy się w nowym oknie), ale zajmował się również pilnymi wyzwaniami społecznymi, takimi jak utrata różnorodności biologicznej, odporność ekosystemów i przyszłość usług zapylania”.
Korzyści dla szerszej społeczności naukowej
Zespół ma nadzieję, że otrzymane wyniki posłużą jako trwałe źródło informacji dla społeczności naukowej, nie tylko w biologii ewolucyjnej, ale także w ekologii, ochronie przyrody i genetyce rozwojowej. „Nasze odkrycia dotyczące koewolucji i dywersyfikacji owadów i roślin stanowią przyczynek do szerszej debaty naukowej na temat czynników wpływających na bioróżnorodność” — dodaje Condamine. „Dostarczają konkretnych przykładów tego, jak interakcje ekologiczne mogą kształtować wzorce makroewolucyjne — a to perspektywa, która staje się coraz ważniejsza w świetle globalnej utraty różnorodności biologicznej”.
