Палеонтологи реконструировали последнюю трапезу эоценовой мухи-длиннохоботницы
Палеонтологи описали новый вид ископаемых мух-длиннохоботниц из эоценовых отложений Германии. Находка особенно интересна тем, что в брюшке древнего насекомого сохранилась пыльца, съеденная незадолго до гибели. Исследователям удалось установить, каким растениям она принадлежала. На основе этих данных авторы сделали вывод, что мухи были важными опылителями уже около 47,5 миллиона лет назад. Кроме того, открытие проливает свет на особенности рациона современных длиннохоботниц — группы двукрылых, которая, как отмечается в статье для журнала Current Biology, остается слабо изученной.
Бабочки, пчелы, мухи и другие насекомые опыляют растения не менее ста миллионов лет. Эти взаимовыгодные отношения сформировали облик привычных нам экосистем и заложили основу для развития тысяч разнообразных видов. Однако ученым пока мало известно о ранних этапах коэволюции насекомых и цветковых растений. Например, неясно, на каких именно растениях кормились древние опылители — ведь установить их точный рацион по ископаемым остаткам обычно невозможно.
Редкая возможность реконструировать пищевые предпочтения насекомого-опылителя, жившего миллионы лет назад, выпала команде палеонтологов под руководством Сони Ведманн (Sonja Wedmann) из Зенкенбергского музея во Франкфурте-на-Майне. В ходе изучения ископаемых из озерных отложений с эоценовой формации Мессель в Германии специалисты обнаружили хорошо сохранившийся экземпляр мухи возрастом около 47,5 миллиона лет назад, состоящий из двух половин.
Дальнейший анализ показал, что древнее насекомое принадлежало к семейству длиннохоботниц (Nemestrinidae), которое включает около трехсот современных видов. Личинки этих двукрылых — эндопаразиты других насекомых, а имаго питаются нектаром. В ископаемой летописи длиннохоботницы представлены 25 видами, которых жили с юры до эоцена. Находка из Месселя, впрочем, не относится ни к одному из них, так что Ведманн и ее коллеги описали ее в качестве нового вида. Он получил название Hirmoneura messelense. Длина тела этого насекомого достигала одиннадцати миллиметров, а длина каждого крыла — девяти миллиметров.
Исследователи обратили внимание, что на брюшке мухи заметно вздутие, соответствующее наполненному пыльцой зобу (в этом органе насекомые хранят пищу перед перевариванием). Это указывало, что она погибла вскоре после кормления. Чтобы выяснить, какой была последняя трапеза H. messelense, Ведманн и ее коллеги сняли с образца верхний слой окаменевшей кутикулы и извлекли образцы пыльцы из четырех точек.
Пыльцевые зерна в зобе ископаемой длиннохоботницы сохранились настолько хорошо, что авторам удалось установить, растения из каких семейств и родов ее произвели. Большая часть пыльцы принадлежала девичьему винограду (Parthenocissus) и декодону (Decodon) из семейства дербенниковых (Lythraceae). Ни один из этих родов не относится к аборигенной флоре современной Европы. Намного реже в зобе H. messelense встречается пыльца растений из семейств сапотовых (Sapotaceae) и маслиновых (Oleaceae).
У всех современных видов этих родов и семейств есть нектарники, так что, вероятно, их эоценовые предшественники также производили нектар для привлечения опылителей. Вероятно, в первую очередь H. messelense прилетали к этим цветкам за нектаром, после чего поедали часть пыльцы. Хотя Ведманн с коллегами не обнаружили пыльцевых зерен на поверхности тела древней мухи, щетинки на ее груди и брюшке, несомненно, позволяли ей переносить пыльцу с цветка на цветок и способствовать их опылению.
Сегодня длиннохоботницы известны как важные опылители многих видов растений, особенно в засушливых регионах Южной Африки. При этом ни один из ныне живущих видов не был замечен за поеданием пыльцы. Впрочем, авторы признают, что достаточно хорошо изучен лишь рацион нектароядных неместринид с длинными хоботками, а вот чем питаются их сородичи с более короткими хоботками (к их числу относится и эоценовая H. messelense), до сих пор почти неизвестно. Таким образом, находка из формации Мессель не только является самым ранним свидетельством участия длиннохоботниц в опылении цветковых растений, но и дает ценную информацию об экологии современных представителей семейства.
Видовой состав пыльцы в зобе H. messelense также позволяет восстановить условия, в которых она жила. Согласно современным представлениям, в эоцене территория Южной Германии была покрыта густыми тропическими или субтропическими лесами. Однако древняя длиннохоботница, вероятно, жила у воды или на лесных опушках. Именно в таких местах в наши дни растут девичий виноград и декодоны. Кроме того, похожие условия выбирают современные мухи из числа неспециализированных опылителей.
Местонахождение Мессель — настоящее окно в эоценовую Европу. Недавно мы рассказывали о другой интересной находке, которую сделали здесь палеонтологи. Речь о древнейшем известном питоне — Messelopython freyi. Он соседствовал с крупными удавами, хотя сегодня представители этих групп не пересекаются.
Сергей Коленов
В работе использовали образцы четырех парантропов из Южной Африки
Научная группа из десяти стран выполнила масс-спектрометрический анализ протеомов зубной эмали четырех особей южноафриканских плейстоценовых гоминин возрастом около двух миллионов лет. Это позволило определить их пол, а также подтвердить таксономическое положение и значительную внутривидовую вариабельность. Препринт статьи доступен на ресурсе bioRxiv. Эволюционные и таксономические взаимоотношения вымерших африканских гоминин значительно затруднено, во многом из-за отсутствия молекулярных данных. По морфологическим признакам не всегда удается даже определить, обусловлены наблюдаемые вариации половым диморфизмом, или принадлежностью к разным видам или подвидам. Для жившего около 2,8–1 миллиона лет назад в Южной Африке Paranthropus robustus, родственного австралопитекам или принадлежавшего к ним, филогенетические отношения с другими таксонами и природа внутривидовой вариабельности остаются предметом дискуссий. В частности, большинство исследователей считают Paranthropus монофолетическим таксоном, однако морфологические сходства между южноафриканскими P. robustus и Australopithecus africanus, а также восточноафриканскими P. aethiopicus и Au. afarensis указывают на возможность парафилии или даже межвидового скрещивания. В то же время, значительная вариабельность эмалево-дентинного соединения в зубах может быть признаком таксономической неоднородности P. robustus. Высокоточные ответы на подобные вопросы дает анализ древней ДНК, однако ее не удавалось успешно добыть из образцов африканских гоминин старше 18 тысяч лет. Поэтому исследователи из Великобритании, Германии, Дании, Испании, Канады, Кении, Норвегии, США, Франции и Южной Африки под руководством Йеспера Ольсена (Jesper Olsen), Ребекки Акерманн (Rebecca Ackermann) и Энрико Капеллини (Enrico Cappellini) воспользовались анализом протеома зубной эмали, фрагменты которого сохраняются значительно дольше (раньше их удавалось получить из окаменелостей гигантопитека, денисовца, Homo antecessor из Атапуэрки и Homo erectus из Дманиси). В работе авторы использовали четыре образца зубной эмали, предположительно принадлежащих разным P. robustus, из старейших отложений Сварткранса в Колыбели человечества на севере ЮАР возрастом 1,8–2,2 миллиона лет. Из них извлекли аминокислотные фракции и исследовали их жидкостной хроматографией с высокопроизводительной тандемной масс-спектрометрией. Получилось от 4600 до 8500 совпадений пептидного спектра, покрывающих от 540 до 780 аминокислотных позиций (425 у четырех особей совпадали) из 8–10 специфичных для эмали белков. Некоторые из них — ALB, AMELX, COL17A1, ENAM и MMP20 — были найдены во всех образцах. Результаты удалось воспроизвести в независимой протеомной лаборатории. На подлинность восстановленных последовательностей указывали степень гидролиза пептидных связей, характерная для функционирования эмали как замкнутой системы; схожие аминокислотные профили во всех образцах без значимого количества стороннего материала; диагенетические изменения аминокислот, соответствующие возрасту и географии, а также характерные для палеоантропологического материала паттерны фрагментации пептидов. Особи SK 850 и SK 835 были однозначно идентифицированы как самцы парантропа, поскольку содержали множественные пептиды, специфичные для белка AMELY, ген которого расположен в половой Y-хромосоме. По соотношению AMELX из X-хромосомы и AMELY в общей подборке, а также морфологическим признакам оставшихся особей SK 830 и SK 14132 определили как самок. Попытка филогенетической реконструкции по полученным молекулярным данным показала, что четыре изученных образца Paranthropus ближе к кладе Homo, чем к любым другим приматам: у них обнаружили 17 специфичных для гоминид однонуклеотидных полиморфизмов, лишь у двух их которых (COL17A1-636 и ENAM-137) аллельное состояние отличалось от людей современного типа, неандертальцев и денисовцев. Реконструкция филогенетического дерева методом максимального правдоподобия и байесовского анализа определила Paranthropus как внешнюю группу по отношению к кладе сапиенсов, неандертальцев и денисовцев. Все вместе эти виды формируют более крупную кладу, не включающую никаких других современных гоминид. При этом SK 850, SK 14132 и SK 830 оказались филогенетически крайне близки, а SK 835 был от них более отдален. Эти результаты валидировали с использованием альтернативных подходов и референтных баз данных. Дополнительный морфометрический анализ эмалево-дентинного соединения двух лучше сохранившихся образцов — SK 835 и SK 830 — однозначно показал, что они принадлежат Paranthropus и отличаются от Australopithecus и ранних Homo. При этом они значительно отличались друг от друга и имели сходства с другими группами парантропов, что свидетельствует о высокой внутривидовой вариабельности P. robustus. Полученные данные демонстрируют информативность восстановления белков зубной эмали раннеплейстоценовых африканских гоминин и возможность с их помощью различать половой диморфизм и таксономические отличия, пишут авторы работы. В 2020 году немецкие исследователи представили данные компьютерного моделирования черепов двух детенышей афарских австралопитеков. Оно позволило сделать вывод, что их мозг был структурно похож на обезьяний, но развивался так же долго, как человеческий, что ставит под сомнение существовавшие гипотезы по этому поводу.
