Pierwszy dowód na to, że owady przekraczają ocean

Przez kilka lat po doktoracie i jako młody profesor zajmowałem się migracjami owadów na duże odległości, ale zaznaczyliśmy nasze muszki Drosophila fluorescencyjnym pyłem i nawet nie próbowaliśmy znaleźć żadnego przenoszenia się na takie odległości. Kliknij zrzut ekranu poniżej, aby przejść do artykułu „Nature”.

Po pierwsze: odkrycie (wcięte fragmenty pochodzą z artykułu) grupy wyczerpanych motyli rusałki osetnika na wybrzeżu Ameryki Południowej znalezionej 11 lat temu.

Trzy z około dziesięciu zaobserwowanych osobników schwytano żywcem na plaży około 6:00 rano w dniu 28 października 2013 r. i najwyraźniej przybyły one po wyczerpującym locie przez ocean, sądząc po uszkodzonych skrzydłach i zachowaniu podczas odpoczynku na piasku. Rusałki osetniki są wielkimi wędrowcami, znanymi z powtarzających się lotów przez Saharę i cyklu wielopokoleniowego obejmującego około 15 tysięcy km między tropikalną Afryką a regionami palearktycznymi. V. cardui jest gatunkiem niemal kosmopolitycznym, ale w Ameryce Południowej nie odnotowano stabilnych populacji. Osobniki znalezione na wybrzeżu Gujany Francuskiej powinny zatem pochodzić z populacji w Ameryce Północnej, Europie lub Afryce.

Tutaj było wiele osobników, co sugeruje, że podczas migracji na dużą odległość przebywały razem, co jest trudne do zrozumienia. Możemy wykluczyć południowoamerykańskie pochodzenie tych motyli po prostu dlatego, że na tym kontynencie nie występują stabilne populacje motyli.

Następnie Suchan i in. zastosowali cztery metody, z których każda sugerowała, że motyle miały pochodzenie zachodnioafrykańskie lub europejskie (lub oba: wykluły się w Europie, migrowały do Afryki Zachodniej, a następnie przebyły ocean). Oznacza to, że skoro przekraczały wodę, musiały pokonywać duże odległości bez tankowania. Choć mogą przelecieć przez Saharę, mogą przy tym także zatankować paliwo.

Oto metody, którymi posłużyli się autorzy:

1.) Wiatr. Dane dotyczące wiatru (prędkość i kierunek) są dostępne dla różnych wysokości i można je otrzymać od Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej. Wiatry na różnych wysokościach do 2000 m miały niezmienny kierunek przez pięć dni przed 26 października i trzy dni po datach schwytania motyli (28–31 października), ale miały stały kierunek (ze wschodu na zachód) przez 2 dni przed schwytaniem, co zdaniem autorów „wyjątkowo sprzyja przeniesieniu się motyli przez Atlantyk z Afryki Zachodniej przy wsparciu wiatrów”.

Wspomaganie wiatrem działałoby zatem tylko przez 2 dni, ale mogłoby pomóc w pozostałych dniach 5–8-dniowej podróży, gdyby owady znajdowały się na wysokościach, na których wiatr był odpowiedni. Czy to wykonalne? Musiały także użyć własnej mocy trzepotania skrzydłami, ale nie miałyby paliwa, żeby samodzielnie latać przez cały ten okres.

2.) Powinowactwo genetyczne. Korzystając z mapowania zmienności DNA wspomaganego przez RAD, autorzy odkryli, że populacje afrykańskie i europejskie, które są do siebie podobne, wyraźnie różnią się od populacji Ameryki Północnej. A wyczerpane rusałki osetniki znalezione w Ameryce Południowej wyraźnie były genetycznie spokrewnione z afrykańskimi i europejskimi, a nie z północnoamerykańskimi motylami, co sugeruje, że tak, przemierzyły ocean albo z Europy, albo z Afryki Północnej. (Wiadomo również, że w październiku rusałki osetniki są na tych obszarach bardzo zagęszczone.) Poniżej widać zgrupowanie genetyczne. Jak pokazuje wykres, zaznaczone na zielono motyle znalezione na plaży wyraźnie grupowały się z motylami afrykańskimi i europejskimi (odpowiednio czerwone i pomarańczowe), ale wyraźnie różniły się od motyli północnoamerykańskich (niebieskie kropki). To mocny dowód na to, że motyle znalezione w Gujanie Francuskiej przybyły zza Oceanu Atlantyckiego:

3.) Pyłek przenoszony przez motyle. To był sprytny pomysł: autorzy wykonali sekwencję DNA ziaren pyłku znalezionych na ciałach motyli schwytanych na plaży. (Motyle zbierają pyłek, popijając nektar z kwiatów). Większość znalezionych gatunków nie dostarczyła informacji, ponieważ albo nie można ich było sklasyfikować, albo należały do szeroko rozpowszechnionych gatunków neotropikalnych, ale znaleziono także ziarna dwóch gatunków roślin endemicznych dla regionu Sahelu Afryki: wąskiego pasa biogeograficznego w regionie subsaharyjskim. Roślinami tymi były senegalska roślina herbaciana, Guiera senegalensis i głożyna cierń Chrystusa, Ziziphus spina-christi, oba kwitnące krzewy i oba występujące tylko w Sahelu. Na poniższym wykresie słupkowym zaznaczono je kolorem żółtym, zarówno na wykresach słupkowych częstotliwości pyłku, jak i rozmieszczenia geograficznego. G. senegalensis był szczególnie licznie reprezentowany na motylach, znacznie liczniejszy niż pyłek jakiegokolwiek innego gatunku.

W momencie znalezienia motyli oba gatunki kwitły (okres kwitnienia przypada na sierpień-listopad), co również potwierdza afrykańskie pochodzenie motyli.

Rzeczą, która mnie zastanawia, jest istnienie „neotropikalnych ziaren pyłku”. Pochodziły z tropików Ameryki Południowej i jak dostały się do motyli? Czy po przepłynięciu oceanu posilały się na roślinach z Ameryki Południowej? Autorzy nie poruszają tego tematu.

4.) Analiza izotopów. Nie znałem tej metody, ale najwyraźniej stosunek izotopów dwóch pierwiastków, strontu i wodoru, wskazuje na „siedliska rozrodcze” w różnych obszarach świata, a proporcje znalezione w skrzydłach motyli były z największym prawdopodobieństwem pochodzące z Afryki Zachodniej i/lub Europy Zachodniej (Portugalia, Francja, Irlandia i Wielka Brytania). Rodzi to również możliwość, że motyle te odbywały regularną migrację z Europy przez Saharę, a następnie zostały zniesione przez wiatr. Pozbawione jakiejkolwiek zdolności do wyznaczania kierunku, gdy zboczyły z kursu (stwierdziliśmy również, że dotyczy to Drosophila ), po prostu trzepotały skrzydłami, aż dotarły do Ameryki Południowej. Prawie na pewno większość z nich ginie po drodze.

Ale czy naprawdę mogły to zrobić, nawet przy wsparciu wiatru? Autorzy sugerują, że mogłyby. Chociaż nie mogły trzepotać skrzydłami cały czas przez 5 do 8 dni, potrafią również szybować:

Oceniliśmy wykonalność przeprawy transatlantyckiej, szacując wymagania energetyczne i czas przemieszczania się V. cardui przy zastosowaniu różnych strategii lotu. Szacujemy, że przy braku wspomagania wiatrowego rusałki osetniki mogłyby przebyć maksymalnie ~780 km bez tankowania, znacznie mniej niż odległość 4200 km przez Atlantyk. Dlatego rusałki osetniki musiały polegać na wschodnich pasatach, które występowały przed datą schwytania. Co więcej, nawet przy wsparciu wiatru rusałki osetniki, stosujące wyłącznie aktywną strategię lotu, przebyłyby maksymalnie ~ 1900 km, zanim wyczerpałyby się ich rezerwy energii. Dlatego rusałki osetniki muszą stosować naprzemienną strategię aktywnego lotu i lotu przy minimalnym wysiłku (tj. trzepotania tylko po to, aby utrzymać się w powietrzu i szybowania), co jest zachowaniem znanym u monarchów i innych motyli. Zakładając, że rusałki osetniki stosują tę samą strategię lotu naprzemiennego co monarchy (z proporcją lotu aktywnego: przy minimalnym wysiłku wynoszącą 15:85) i przy pomocy wiatru (średnia prędkość wiatru 7,47 m/s na podstawie trajektorii rozpoczynających się w dniach 26–28 października ), rusałki osetniki, które schwytaliśmy w Gujanie Francuskiej, mogłyby przelecieć Atlantyk z Afryki Zachodniej w 5–8 dni, ale tylko pod warunkiem, że ich początkowe rezerwy tłuszczu wynosiły co najmniej 13,70% masy ciała.

Oczywiście pasaty wiały w stałym kierunku tylko przez dwa dni podczas przeprawy, a nie przez 5-8 dni sugerowane przez autorów. A nawet gdyby motyle były naładowane paliwem, trudno sobie wyobrazić, jak by im się to udało. Jednak inne dowody przekonują mnie, że osobniki te faktycznie miały afrykańskie pochodzenie i być może wykluły się w Europie. Autorzy sugerują, że szybowanie było ważne, ale nie wiem, czy zaobserwowano je u tego gatunku motyli. A w ogóle, jak szybują motyle?

Autorzy sugerują, że motyle te wykluły się w Europie i podają następujący schemat ich podróży (stosunki izotopów w Europie są bliższe temu, co znaleziono w skrzydłach motyli, niż w Afryce):

Autorzy odnotowują inne przypadki migracji owadów na duże odległości, nawet przez Ocean Indyjski. Jednak większość innych migracji owadów na duże odległości wiąże się z uzupełnianiem paliwa po drodze (z wyjątkiem ważki, która choć nie ma odległości migracji nad wodą, Wikipedia podaje, że odległość wynosi 2500 km). Ten motyl bije ważkę o 1700 km.

Na przykład ważka Pantala flavescens najwyraźniej migruje co roku przez Ocean Indyjski. Motyl monarcha (Danaus plexippus) również migruje co roku między Kanadą a Meksykiem, a oznakowane osobniki pokonały dystans dochodzący do 4635 km. Niedawne prace z wykorzystaniem lekkich samolotów i indywidualnego śledzenia radiowego motyla zmierzchnica trupiagłówka (Acherontia atropos) wykazały niezwykłą maksymalną prędkość lotu wynoszącą 69,7 km/h. Te rozproszone raporty na temat poszczególnych osiągnięć migracji, zarówno pod względem przebytej odległości, jak i prędkości lotu, są ważne: łącznie wskazują, że transoceaniczne przemieszczenia się mogą być wystarczająco częste, aby odegrać niedocenianą rolę w rozprzestrzenianiu się biogeograficznym w czasie (por. panbiogeografia).

Podsumowanie: Chociaż siła dowodów jest różna, dowody genetyczne i same dowody dotyczące ziaren pyłku dość przekonująco pokazują, że motyle te pochodzą z Afryki, a być może pierwotnie z Europy. Nie jestem pewien, czy uda im się skolonizować Amerykę Południową, bo były wyczerpane, prawdopodobnie niezdolne do reprodukcji, a w Ameryce Południowej nie spotyka się rusałek osetników.

Hipoteza ta wciąż pozostaje zagadkowa, na przykład skąd pochodzą neotropikalne ziarna pyłku motyli i czy rusałki osetniki rzeczywiście potrafią szybować. Jednak dowody sugerują, że tego rodzaju nieprzerwany ruch na duże odległości jest możliwy u motyli i to bez tankowania. (Wiadomo, że rusałki osetniki latają na duże odległości, kiedy mogą najeść się po drodze.) Z pewnością jest tu wystarczająco dużo danych, by lepidopterolodzy zaczęli przeczesywać plaże wschodniej części Ameryki Południowej w październiku i listopadzie!

Link do oryginału: https://whyevolutionistrue.com/2024/06/26/first-evidence-for-insects-crossing-the-ocean/

Why Evolution Is True, 26 czerwca 2024

Tłumaczenie: Małgorzat Koraszewska

Jerry A. Coyne

Emerytowany profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem (wydanej również po polsku przez wydawnictwo "Stapis") książki "Faith vs Fakt". Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.