Чем объясняется невероятное разнообразие жуков на планете?

Большая международная группа исследователей построила эволюционное древо жуков — самой разнообразной группы живых существ — на основе нуклеотидных последовательностей трех генов. Выяснилось, что многие современные подсемейства жуков появились еще в юрском периоде, задолго до первых цветковых растений. Невероятное разнообразие жуков связано не столько с аномально высокой скоростью видообразования или взрывообразной диверсификацией цветковых растений в меловом периоде, сколько с низкими темпами вымирания и высокой устойчивостью эволюционных линий, а также с колоссальным разнообразием ниш, освоенных жуками.

Каждый пятый вид живых существ на нашей планете относится к отряду жесткокрылых, или жуков (Coleoptera). На сегодняшний день описано около 350 000 видов жуков (для сравнения, в классе млекопитающих — примерно 4600 видов) , и каждый год энтомологи описывают сотни новых. Беспрецедентный эволюционный успех жуков, по-видимому, связан с универсальностью их плана строения. Особенно удачным оказалось разделение функций между двумя парами крыльев: передние жесткие надкрылья придают телу жука прочность и компактность, а благодаря мягким и нежным задним крыльям жуки в полной мере сохранили способность к полету. Другим насекомым не удалось добиться такой «комплексной оптимизации» своего организма, и это ограничивает их эволюционные возможности по сравнению с жуками. Например, трудно представить себе муху, бабочку или стрекозу, научившуюся во взрослом состоянии хорошо плавать и нырять, тогда как для жуков это обычное дело. Но такое общее объяснение, конечно, не может полностью удовлетворить специалистов. О конкретных причинах, факторах и механизмах роста разнообразия жуков до сих пор было известно очень мало.

Из-за огромного разнообразия жуков ученым до сих пор не удавалось построить достаточно детальное эволюционное древо этого отряда насекомых на основе молекулярных данных. И вот наконец большая группа исследователей из Великобритании, Чехии, Германии, США и Испании восполнила это упущение. Труд был проделан поистине титанический. Для 1880 видов жуков была определена нуклеотидная последовательность гена малой субъединицы рибосомной РНК (18S rRNA). Исследованные виды включают представителей всех без исключения подотрядов и надсемейств жуков, более 80% семейств и свыше 60% подсемейств, к которым в общей сложности относится более 95% известных видов жуков. Примерно для половины изученных видов были также определены последовательности двух митохондриальных генов: 16S-рРНК и первой субъединицы цитохром-оксидазы. Первый из трех генов относится к числу медленно эволюционирующих, второй эволюционирует со средней скоростью, третий — очень быстро.

По этим трем генам было построено эволюционное древо жуков, которое затем было отредактировано и усовершенствовано при помощи ряда сложных статистических процедур. Затем была произведена «калибровка» : несколько важнейших узлов (точек ветвления) получившегося древа удалось датировать (привязать к геохронологической шкале) на основе имеющихся палеонтологических данных.

Итоговое древо в целом хорошо соответствует сложившимся ранее представлениям о классификации жуков на уровне подотрядов, надсемейств и семейств, хотя имеются и некоторые расхождения.