Strona używa plików cookies więcej

Wydarzenia

Sekrety ekstremalnych myrmekofili – zaglądamy mikrotomografem do wnętrza głowy rozrożka

Mrówki w eocenie zdominowały środowiska lądowe i stały się jednymi z nielicznych zwierząt zwanych inżynierami ekosystemów, a więc organizmami zdolnymi znacząco przebudowywać swoje otoczenie i wpływać na los innych jego mieszkańców. Wszystkie inne bezkręgowce dna lasu, ale i te związane z roślinnością aż po korony drzew, w trakcie ostatnich 40 mln lat ewolucji miały do czynienia z agresywnymi, występującymi w olbrzymich liczbach i ekologicznie niezwykle plastycznymi mrówkami. Ta koegzystencja, a wraz z nią drapieżnictwo i konkurencja, zmieniły bieg ewolucji wielu grup owadów, których morfologia, zachowania i fizjologia musiały poradzić sobie z presją ze strony mrówek. W ten sposób powstała wielka rozmaitość nowych przystosowań, a wszechobecne mrówki ciągle mają olbrzymi wpływ na życie na Ziemi.

Ewolucja zachowań socjalnych, specjalizacja kast i życie w wielkich koloniach pomogły mrówkom osiągnąć dzisiejszą różnorodność gatunków, form ciała i przystosowań. Pojawienie się społeczności, w których robotnice utrzymują stałe warunki, gromadzą pożywienie, a także organizują śmietniki dla produkowanych odpadków przyciągnęło do gniazd mrówek również wielką liczbę innych owadów. Myrmekofile, organizmy związane z koloniami mrówek, wykorzystują te zasoby, a także ochronę, jaką daje bezpieczne wnętrze gniazda i strzegący go żołnierze. Wolnożyjące gatunki same jednak musiały rozwiązać dużą liczbę problemów, by mogły przystosować się do życia z mrówkami, Samo wejście do pilnie strzeżonej kolonii może skończyć się śmiercią; bytowanie wśród agresywnych gospodarzy też nie jest sielanką; a pożywienie wewnątrz gniazda jest nie tylko pilnowane, ale też precyzyjnie racjonowane przez wyspecjalizowane robotnice.

Mimo tych trudności, wiele myrmekofili tak doskonale przystosowało się do bytowania w koloniach mrówek, że dzisiaj nie potrafią już samodzielnie przeżyć bez swoich gospodarzy. Jednym z przykładów najbardziej ekstremalnych adaptacji jest występujący w Polsce chrząszcz rozrożek (Claviger testaceus Preyssler) z rodziny kusakowatych (Staphylinidae). Rozrożki są maleńkie, o długości ciała ok. 2 mm. Są też jednymi z najbardziej tajemniczych europejskich chrząszczy. Owady te nie mają oczu i skrzydeł; nie potrafią też samodzielnie pobierać pokarmu. Manipulują mrówkami w taki sposób, że robotnice je karmią i przenoszą w nowe miejsca. Nikt jednak nigdy nie znalazł larwy rozrożka, mimo prawie dwustu lat takich starań… Nie wiadomo nic na temat ich cyklu rozwojowego. Pomimo wielu badań, dotychczas udało się tylko ustalić, że rozrożki wydzielają ze swoich gruczołów związki chemiczne, które zmuszają mrówki do opiekowania się chrząszczami; płynny pokarm przechodzi z ust do ust, a w razie niebezpieczeństwa robotnice chronią swoich współlokatorów. Jednak przodkowie rozrożków byli drapieżnikami żyjącymi w ściółce leśnej; rekonstrukcje filogenetyczne pozwalają domyślać się u nich długich, mocnych żuwaczek, w pełni wykształconych oczu i skrzydeł. Życie w mrowiskach wymagało poważnych zmian w strukturach ciała.

Żeby odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób u przodków rozrożków zachodziły przekształcenia szkieletu, mięśni i innych części ciała, grupa badaczy polskich, chińskich i niemieckich zajrzała do wnętrza ciała tych mikroskopijnych owadów. Za pomocą zaawansowanej mikrotomografii komputerowej odtworzono w najdrobniejszych szczegółach i w trzech wymiarach każdy mięsień, centralny układ nerwowy, przewód pokarmowy i inne szczegóły budowy, niemożliwe do zbadania tradycyjnymi metodami. Ustalono po raz pierwszy, że narządy gębowe drapieżnych przodków rozrożków uległy znaczącym zmianom, np. żuwaczki i głaszczki zostały silnie zredukowane. Równocześnie niezwykłej rozbudowie uległy struktury pokryte wcześniej krótkimi włoskami, które u dzisiejszego rozrożka tworzą wielkie ‘urządzenia kapilarne’, w których gęste i długie szczeciny pozwalają wciągnąć kroplę płynnego pokarmu z aparatu gębowego mrówki wprost do własnej gardzieli. Wiele mięśni głowy, związanych z żuwaczkami i szczękami, uwsteczniło się, a niektóre zupełnie zniknęły. Ciemności panujące w koloniach mrówek spowodowały nie tylko całkowitą utratę oczu; udało się jednoznacznie wykazać, że zanikły również nerwy optyczne i ośrodki wzroku w mózgu. Silnie zredukowana jest większość mięśni związanych z lotem, natomiast pokrywy skrzydłowe stały się bardziej skomplikowane niż u drapieżnych przodków rozrożka. ‘Zamek’ spinający obydwie pokrywy skomplikował się i wraz ze zmianą kształtu samych pokryw zapewnia zwiększoną odporność na nacisk wywołany chwytaniem chrząszczy żuwaczkami przez mrówki podczas przenoszenia w inne miejsca. Olbrzymie gruczoły wewnątrz głowy i tułowia produkują substancje atrakcyjne dla robotnic. Strategiczne rozmieszczenie ujść tych gruczołów pozwala chrząszczom odwracać uwagę mrówek od najbardziej wrażliwych regionów ciała i równocześnie zapewnia odpowiednią pozycję przy karmieniu.

Rozrożki i podobne im ekstremalne myrmekofile kryją jeszcze wiele tajemnic. Współcześni entomologowie coraz częściej sięgają po metody eksperymentalne jeszcze niedawno stosowane głównie w badaniach kosmicznych, fizyce cząstek elementarnych czy zaawansowanej medycynie. Trójwymiarowym rekonstrukcjom narządów wewnętrznych entomologia zawdzięcza wielki renesans badań morfologicznych i olbrzymią ilość nowych danych. Dzięki nim odpowiadamy na pytania, w jaki sposób ewoluują niezwykłe przystosowania i jak przychodzą na świat nowe gatunki. Rozrożek został opisany w roku 1790; jego tajemnice czekały na rozwiązanie 230 lat.

Więcej szczegółów w pracach:

Jałoszyński, P., Luo, X.-Z., Beutel, R.G. 2020. Profound head modifications in Claviger testaceus (Pselaphinae, Staphylinidae, Coleoptera) facilitate integration into communities of ants. Journal of Morphology, 281: 1072-1085.

Luo, X.-Z., Jałoszyński, P., Stößel, A., Beutel, R.G. 2021. The specialized thoracic skeletomuscular system of the myrmecophile Claviger testaceus (Pselaphinae, Staphylinidae, Coleoptera). Organism Diversity & Evolution.

Claviger-testaceus1
Chrząszcz rozrożek (Claviger testaceus) (po lewej) w kolonii mrówek z rodzaju Lasius.
Claviger-testaceus2
Głowa rozrożka: mikrofotografia świetlna w ciemnym polu (góra); obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego (środek); mikrotomografia komputerowa (dół) pokazująca mięśnie (czerwone i żółte), w większości związane z przednim odcinkiem układu pokarmowego (zielony). Skurcze mięśni w górnej części głowy rozszerzają gardziel, umożliwiając pompowanie płynnego pokarmu do żołądka.

Dodane przez: Agata Sałamaj

8 Lut 2021

ostatnia modyfikacja: 16 Lut 2021