Pierwsze dowody kopalne na opiekę nad lęgiem i niezwykły przypadek asymetrii kierunkowej

Możesz o tym przeczytać, klikając na link pod zdjęciem lub pobierając plik pdf tutaj.  

https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspb.2022.0447

Opieka rodzicielska nie jest tak rzadka u współczesnych owadów i innych stawonogów; tutaj możesz zobaczyć kilka przykładów u współczesnych owadów. Zaobserwowano ją również u owadów kopalnych, z najwcześniejszymi przypadkami opisanymi w artykule:

Wśród owadów mezozoicznych jedynych dwóch bezpośrednich dowodów kopalnych na etologię wylęgania dostarczył wczesnokredowy karaluch  Piniblattella yixianensis z jego ooteką zawierającą jaja w celu ochrony i pielęgnacji czerwiu; i środkowokredowy owad Wathondara kotejai, który przechowuje jaja w woreczku jajowym przymocowanym do ciała dorosłej samicy.

Ooteka jest masą jajeczek, zwykle zamkniętych w stwardniałej skorupce, jak u tego współczesnego karalucha (zdjęcie poniżej). Zakładam, że matka w gatunkach kopalnych pilnowała tej masy, inaczej nie postrzegam tego jako przykładu „pielęgnacji lęgów”:

Oto zdjęcie z Wikipedii oznaczone jako „karaluch ( Periplaneta americana ) z ooteką”:

„Woreczek jajowy” jest podobny: kapsułka zawierająca jajka. W przypadku powyższego owada łuskowatego jest to wyraźnie pielęgnacja lęgu, ponieważ jajowód był przyczepiony do ciała. Okres kredowy trwał od 145 do 66 milionów lat temu; a najstarszy z tych dwóch owadów sprawujący opiekę nad lęgiem datuje się na około 126 milionów lat temu.

Teraz, z formacji Haiffanggou w kamieniołomie Xiayingzi, formacji w północno-wschodnich Chinach z wieloma starożytnymi ssakami, dinozaurami i owadami, odkryli pluskwiaka wodnego Krataviella popovi. Fu i in. przebadali 157 osobników, z których 30 stanowiły samice niosące jaja na środkowym odcinku LEWEJ przedniej nogi. Zwróć uwagę na kierunkowość tej asymetrii. Gdyby było to losowe, prawdopodobieństwo, że wszystkie 30 samic miałoby jaja po lewej stronie, wynosiłoby 9,3 x 10 ^-10.

Wiek tej formacji wynosi 163,5 miliona lat, więc opieka lęgowa u tych pluskwiaków wodnych wyprzedza poprzedni „rekord” o około 38 milionów lat. Nie jest to wyjątkowe zjawisko u owadów, ale jest to najwcześniejszy przykład tego zjawiska.

Oto dwa zdjęcia samic niosących jaja (czerwone strzałki), oba z artykułu i u obu po lewej stronie. Znakomity stan tych skamieniałości jest godny uwagi:

Samice i samce można zidentyfikować niezależnie od tego czy mają przylepione do nogi jaja, więc jest to wyraźnie cecha żeńska. Współczesne pluskwiaki wodne często przyczepiają swoje jaja bezpośrednio do podłoża za pomocą pewnego rodzaju kleju biologicznego, a następnie odchodzą, więc nie ma potrzeby pielęgnacji czerwiu. Autorzy stawiają hipotezę, że samice w tych skamielinach nadal używały pewnego rodzaju kleju, ale był on używany w ten sposób:

Ponieważ jaja żeglarzy wodnych nie mogą przywierać do nowych powierzchni po odłączeniu od ich pierwotnego miejsca złożenia, sugeruje to, że samice najpierw wydzielały substancję śluzową, a następnie składały jaja na własnej lewej nodze środkowej poprzez specyficzne ruchy brzucha, a następnie nosiły je aż do wyklucia. Niezajęta prawa noga środkowa mogła być wykorzystywana do utrzymania równowagi podczas pływania i żerowania.

Tym, co wydaje mi się niezwykłe, jest kierunkowość tej cechy: można ją znaleźć tylko na lewej środkowej nodze, nigdy na prawej. Nazywa się to „asymetrią kierunkową”. (Gdyby jaja były składane losowo na lewą lub prawą nogę, byłoby to nazywane „zmienną asymetrią”).

Asymetria kierunkowa zafascynowała mnie, ponieważ jeśli jest to cecha wyewoluowana, oznacza to, że geny wytwarzające cechę kierunkową „wiedzą”, po której stronie ciała się znajdują. Jak to możliwe? Jeśli przodek miał już biologiczne lub genetyczne gradienty od góry do dołu i od przodu do tyłu, nadal oznacza to, że punkt po prawej i lewej stronie z równymi pozycjami na tych dwóch pozostałych gradientach doświadczałby tego samego środowiska. Jak więc geny określają, po której stronie znajdują się ich komórki, aby te geny mogły być aktywowane w różny sposób? Pisałem o tym już wcześniej i możesz o tym przeczytać tutaj, tutaj i tutaj. To fascynujący problem, który nie został do końca rozwiązany. (Oczywiście, gdy genetyczna ukierunkowana asymetria jest już na miejscu, może być wykorzystana jako klucz rozwojowy do ewolucji dalszych asymetrii. My sami mamy sporo takich asymetrii.)

Jednym z rozwiązań, które tylko odsuwa pytanie nieco wstecz, jest założenie, że samice mają kierunkowo asymetryczne pokładełko i po prostu łatwiej złożyć jaja na lewej nodze niż na prawej. Ale jeśli pokładełka i genitalia są symetryczne (autorzy o tym nie mówią), to prawdopodobnie będzie to behawioralna kierunkowa asymetria, a samice wyewoluowały behawioralnie, aby składać jaja tylko po jednej stronie. Nie widzę w tym korzyści, ale oczywiście zachowania mogą być kierunkowo asymetryczne i uwarunkowane genami, jak (prawo i lewo-)ręczność u ludzi. Ciekawe, że autorzy nie omawiają, a jedynie wspominają o jednym z najwcześniejszych znanych przypadków asymetrii kierunkowej. Koncentrują się na tym, że jest najwcześniejszy przypadek pielęgnacji lęgu widziany u owadów, a nie na tym, że jest asymetria ukierunkowana.

Wreszcie, jaka jest zaleta ewolucji tego rodzaju opieki nad lęgiem? Oczywiście, trzymanie jaj przy sobie chroni je przed drapieżnikami, a także napowietrza jaja, gdy chrząszcz porusza się w wodzie. Lub, jak zauważają autorzy:

Karataviella przyjęła uderzająco podobną strategię wysiadywania (przenoszenia jaj) do większości morskich i słodkowodnych krewetek, homarów i krewnych (Pleocyemata), gdzie samice przyczepiają jaja do pleopodów [odnóży pływnych] za pomocą lepkiej substancji, co pozwala im aktywnie dostosowywać pozycję jaja w wodzie lub powietrzu, wraz z ruchem podczas pływania, który generuje prądy, aby zapewnić wentylację i nawilżenie jaj.  Dlatego zgadujemy, że szczególne zachowanie K. popovi skutecznie rozwiązuje problemy związane z niedotlenieniem, topieniem się i wysychaniem jaj, dzięki czemu zwiększają przeżywalność potomstwa.

Na zakończenie uwaga na temat pokazanej na górze rekonstrukcji. Dziwne jest to, że wszystkie jaja są pokazane na PRAWEJ środkowej nodze, a pluskwiaki wodne nie pływają do góry nogami. I bądź tu człowieku mądry.

______________

Fu. Y. , P. Chen, and D. Huang. 2022.  The earliest known brood care in insects. Proc. R. Soc. B.2892022044720220447 http://doi.org/10.1098/rspb.2022.0447

First fossil evidence for brood care in insects, and a remarkable case of directional asymmetry

Why Evolution Is True, 26 lipca 2022

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska