Biomasă critică

Vorbind despre coarne de animale (chiar și din motive lingvistice), în primul rând este căprioara care intră, chiar dacă adevărații maeștri ai creșterii cornului sunt printre gândaci. Mii dintre membrii celor șase picioare ai grupului Scarabaeoidea sunt „încornorați” și, dacă ne luăm timpul într-un muzeu și zăbovim peste ochelarii care le arată, poate părea chiar că dimensiunea, forma și poziția coarnelor sunt limitat doar de imaginație.

Realitatea este, desigur, mai complexă decât aceasta și, deși diversitatea extensiilor corporale favorizate în lupta pentru cupluri este, fără îndoială, impresionantă, este bine conturat care sunt motivele biologice de dezvoltare care stau la baza diversității și se poate ghici (deși doar pe larg) ce modificări genetice au dus la coarne.aparență și dezvoltare.

Deși este dificil de spus cu siguranță în absența scarabelor antice fosile, o proporție semnificativă a cercetătorilor de astăzi consideră că această „tendință specială” se datorează faptului că strămoșul comun al grupului avea probabil coarne în sine, iar descendenții săi au modificat acest vechi programul de dezvoltare a claxonului (de exemplu, tentaculele cu placă fără corn) sunt chiar complet oprite. (Figura din stânga prezintă tranzițiile care s-au produs probabil de-a lungul a milioane de ani pe baza relațiilor de rudenie ale fermierilor de diferite tipuri de corn.) Unul dintre factorii care au determinat transformarea a fost considerat de mulți a fi selecția sexuală și așa cum vom face în curând vezi gen recurent în istoria coarnelor de gândaci.

În principiu, există două tipuri de coarne: în special coarnele (pare) de pe cap și coarnele (adesea ciudate) din gât. Prima etapă importantă în dezvoltarea ambelor tipuri de coarne are loc în larve, într-un ritm destul de rapid. Cu doar două zile înainte de apariția stadiului pupal (numit și stadiul prepupa), stratul protector exterior al larvei, sub cuticulă, unele grupuri de celule din epiteliu (epiderma) încep să se împartă rapid. Deoarece animalul este de fapt strâns până când cuticula rigidă este îndepărtată, organele formate în timpul diviziunii celulare sunt practic prinse sub cuticulă și vor putea ajunge doar la sfârșitul etapei larvare a năpârlirii (acest lucru ar trebui imaginat ca un balon lung pe care îl suflăm și bucata mică de plastic mototolită până atunci devine brusc un cilindru în formă de buclă). Apoi, materialul produs de celulele epidermei (care anterior formau cuticula larvară din secrețiile lor) se solidifică în aer și creează stratul protector exterior al păpușii, care este conceput pentru a proteja gândacul în curs de dezvoltare până la sfârșitul anului această etapă de dezvoltare.

A doua fază, care este critică pentru forma finală a coarnelor, are loc deja în păpuși. În acest moment, accentul nu mai este pe creștere și, în multe cazuri, probabil cu moarte celulară programată, coarnele din gât se pot ofili (vezi punctele (c) și (d) în partea stângă a figurii următoare ). Acesta din urmă poate apărea la ambele sexe (care oricum este mai rar) sau numai la femele și la masculii mai mici, creând un fel de duplicitate sexuală (un bun exemplu în acest sens sunt cele trei specii de onthophagus prezentate mai jos). Desigur, dimorfismul se poate datora și faptului că niciun corn nu este deja format în larvă (vezi figura de mai jos, b. În stânga), dar în orice caz, nu este o întrebare neglijabilă de ce într-un singur sex personajul se dezvoltă și în celălalt nu, sau chiar mai mult, cum se poate ca nu toată lumea dintr-un anumit sex să fie mândrul purtător al cornului.

Cu toate acestea, înainte de a merge mai departe pentru a aprofunda originile dimorfismului sexual, să ne oprim pentru o clipă și să încercăm să răspundem la ce mecanisme genetice creează inițierile cornului în larve. Interesant este că acesta este un caz în care naivitatea infantilă poate da cel mai bun sfat. Imaginați-vă o versiune aspră de pluș a unui scarabeu rinocer. Dacă ne abținem de la faptul că ceva din mâinile noastre reprezintă un animal, atunci putem spune că 11 ceva cilindric de mărimi diferite iese din ceva cilindric: 2 perechi de aripi, 3 perechi de picioare resp. cornul în sine. Și după cum se dovedește, în cazul insectelor, este într-adevăr aproape la fel de „simplu”: fiecare apendice se dezvoltă într-un mod foarte similar.

Similitudinea plăcilor de imagine pentru picior și corn înseamnă, de asemenea, că gene similare sunt exprimate în ele, într-o ordine similară. Figura din dreapta arată că coarnele sunt segmentate de aceleași gene ca picioarele insectelor în general - deși nu cu același model de expresie, dar foarte asemănător. Adică, pare destul de evident să spunem că în timpul evoluției scarabelor, probabil că mecanismul de semnalizare utilizat anterior pentru a modela membrele a fost cooptat, adică i s-a dat un rol nou în dezvoltarea cornului.

După micul ocol embriologic, să vedem ce se află în spatele dimorfismului sexual. Se pare că și gândacii nu sunt diferiți de noi în această privință, deoarece și aici hormonii provoacă diferențe. Actorii cheie sunt insulina și hormonul juvenil (JH).

La fel ca multe alte specii, condițiile de dezvoltare timpurie vor avea un impact major asupra gândacilor adulți: de obicei, larvele hrănite cu alimente care cresc în condiții optime devin masculi cu coarne mari, dominante, în timp ce omologii lor mai mizerabili se dezvoltă în masculi fără corn subdominant. Nutriția contribuie indirect la reglarea nivelului de insulină: o nutriție adecvată crește concentrația hormonului, ceea ce determină o creștere dinamică a coarnelor. În schimb, bărbații subnutriți (sau femelele în general) nu au diviziune celulară ca urmare a nivelurilor scăzute de insulină. JH are un efect similar insulinei, iar aceasta din urmă este renumită pentru că este responsabilă pentru alte modificări evolutive observate la insecte (nu diferă aici și vom reveni la aceasta în curând).

Beneficiile evolutive ale coarnelor mari pentru bărbații mari sunt ușor de văzut: la fel ca în cazul căprioarelor, ajută în bătălii acerbe pentru femele. Dar de ce evoluția a renunțat complet la masculii mici din coarnele în creștere. Răspunsul ar putea fi, de asemenea, că, la fel ca muncitorii furnicilor, aceștia devin membrii sârguincioși, dar ne-reproducători ai populației lor. Dar acesta nu este în niciun caz cazul, deoarece acești gândaci nu trăiesc în societăți altruiste și, în consecință, masculii mici nu renunță complet la plăcerile muritoare.

În cazul Onthophagus taurus, care a fost studiat suficient din punct de vedere ecologic, exact acest lucru a fost găsit: insecta, care locuia inițial în Marea Mediterană, a fost introdusă în Australia și estul Statelor Unite în jurul anilor 1970. Cu toate acestea, la cele două noi situri, populațiile au început să se transforme în moduri radical opuse. În timp ce în O. taur american, masculii mai mici au început să crească și coarne, la rudele lor care trăiesc în țara cangurilor doar cei mai mari masculi au astfel de anexe.

Aceste tipuri de schimbări evolutive pot fi explicate relativ ușor folosind concentrația JH. Concentrația hormonală ar trebui să atingă o valoare critică (t) în timpul perioadei în care celulele animalului în curs de dezvoltare sunt capabile să o simtă și, dacă se întâmplă acest lucru, animalul va crește coarne. Cu toate acestea, dacă valoarea critică crește sau scade (de exemplu, sensibilitatea genelor activate de hormon se schimbă) sau dacă „fereastra” perioadei critice alunecă, proporția bărbaților masculi care aleargă în jurul zonei va fi diferită decât ar fi au fost în populația inițială., în condiții similare.

Ei bine, în cele din urmă, această postare (care a durat mult mai mult decât planurile mele) este un bun exemplu al modului în care, evocând reglementarea mecanismelor deja prezente în corp, evoluția nu numai că a „evocat” noi trăsături asupra unui grup de gândaci, dar poate varia și prin selecție naturală.

Moczek, AP (2006) Integrarea micro- și macroevoluției dezvoltării prin studiul gândacilor cu coarne. Ereditate 97: 168-178.
Emlen, DJ, Safran, Q, Corley, LS, Dworkin, I (2006) Semnalizarea insulinei și modelarea membrelor: căi candidate pentru originea și diversificarea evolutivă a „coarnelor” gândacului. Ereditate 97: 179-191.