Когда возникло разделение труда? Знакомьтесь — мшанки, первопроходцы сотрудничества
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
Если автор пообещал вам публикацию на iXBT.com (а не в блогах iXBT.com), то сообщите об этом, пожалуйста, на почту abuse@corp.ixbt.com
Разделение труда — краеугольный камень современной цивилизации. Сложная структура общества, где каждый выполняет свою функцию, от пекаря до программиста, кажется нам само собой разумеющейся. Но как возникла эта удивительная система, позволяющая достигать невероятной эффективности? Ответ, возможно, скрывается в глубинах эволюционной истории, в мире существ, настолько далеких от нас, что их существование зачастую остается за пределами нашего внимания.
Недавнее исследование палеобиологов из Университета Колорадо открывает неожиданную перспективу на эволюцию разделения труда. Ученые обратили свой взор на мшанок — малоизвестную группу водных животных, образующих колонии из микроскопических зооидов. Эти крошечные создания, внешне напоминающие сгустки слизи, хранят в себе удивительные секреты социальной организации.
Анализ окаменелостей мшанок рода Wilbertopora, относящихся к периоду 103-96 миллионов лет назад, выявил любопытную тенденцию. В определенный момент эволюции некоторые зооиды утратили способность к самостоятельному питанию. Логично предположить, что такие особи должны были бы исчезнуть. Однако, вопреки ожиданиям, они не только выжили, но и стали основой для развития новых, специализированных функций внутри колонии.
Ключевым фактором, позволившим непитающимся зооидам выжить, стала эффективная система распределения ресурсов внутри колонии. Остальные зооиды, сохранившие способность к питанию, обеспечивали своих «собратьев» необходимыми веществами, создавая условия для развития уникальных адаптаций. Эта «социальная поддержка» оказалась мощным эволюционным двигателем, позволившим мшанкам выйти за рамки привычных функций и освоить новые экологические ниши.
A) Два потенциальных паттерна фенотипической и функциональной эволюции у колониальных организмов. В случае Wilbertopora квадраты, помеченные «Az», представляют предковый тип тела (автозооиды); квадраты, помеченные «Av», представляют новый полиморф (авикулярии). Согласно сценарию разделения, авикулярии развиваются путем разделения ранее существовавших функций и вариаций у Wilbertopora. Диапазон функций и морфологий автозооидов уменьшается по мере того, как авикулярии берут на себя определенные функции, которые раньше выполняли автозооиды. Общее количество вариаций в колонии остается таким же, как и в предковом состоянии, но эти вариации становятся разделенными между автозооидами и авикуляриями. В сценарии расширения авикулярии развиваются как продолжение автозооидной вариации, расширяя диапазон вариаций в колонии. Затем авикулярии утрачивают функции автозооидов и становятся приспособленными к совершенно новым функциям в колонии. B) Полиморфы в пределах двух меловых видов Wilbertopora. Wilbertopora listokinae, Cheetham et al. (22) (USNM PAL 216175), демонстрирует автозооид (az) и авикулярий (av) с овикуляриями (ov). Wilbertopora acuminata, Cheetham et al. (USNM PAL 216143). Цитирование: Sarah Leventhal, Stewart M Edie, Rebecca Morrison, Carl Simpson, Origin of division of labor is decoupled from polymorphism in colonial animals, PNAS Nexus, Volume 3, Issue 11, November 2024, pgae476, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae476
Автор: S. Leventhal, S. M Edie, R. Morrison, C. SimpsonИсточник: academic.oup.com
Одним из ярких примеров специализации зооидов являются авикулярии — особые особи, развившие придатки, напоминающие голову фламинго. Эти придатки используются для защиты колонии от хищников или для передвижения по морскому дну. Появление авикулярий — наглядная демонстрация того, как потеря одной функции может стать импульсом для развития совершенно новых, ранее не существовавших, адаптаций.
Колонии мшанок различаются по форме роста и, следовательно, по сети физиологических связей. Формы роста проиллюстрированы для A) унисериальной Rhammatopora (PI BZ 8149) и B) мультисериальной Wilbertopora (USNMPAL 186572). Различная геометрия почкования в каждом роде приводит к различному соотношению питающих зооидов и зооидов растущего края. Автозооиды (питающиеся зооиды) обозначены «Az», а авикулярии (не питающиеся зооиды) — «Av». В) Соотношение спроса и предложения в колонии зависит от количества питающихся зооидов и количества вновь распускающихся зооидов. Мультисериальный рост, наблюдаемый у Wilbertopora, генерирует меньший избыток энергии, чем односериальный, что указывает на более высокую эффективность колонии. Присутствие большего числа непитающихся полиморфов снижает энергетический избыток в колониях и работает на выравнивание энергетического предложения и спроса. D) Пример матрицы инцидентности, показывающей физиологические связи для колонии Wilbertopora. Зооиды с красными метками на рисунках В и Г — это не питающиеся авикулярии, зооиды с черными метками обозначают питающихся автозооидов. Фуникулярная система позволяет переносить питательные вещества между зооидами. Питающиеся зооиды могут переносить питательные вещества между собой, но не питающиеся авикулярии получают питательные вещества только от соседей. Стрелками указаны направления энергетического обмена. Мы смоделировали диффузию питательных веществ вдоль графика колонии, чтобы оценить, может ли колония поддерживать дополнительные некормящие зоиды. Мы обнаружили, что добавление полиморфных непитающихся зооидов в колонию увеличивает E) общий поток энергии в колонии и F) среднюю энергетическую выгоду на зооид, увеличивающуюся с присутствием непитающихся зооидов и их дивергенцией. Современный род Rhammatopora имеет только кормящих зооидов и показан в качестве точки сравнения. Цитирование: Sarah Leventhal, Stewart M Edie, Rebecca Morrison, Carl Simpson, Origin of division of labor is decoupled from polymorphism in colonial animals, PNAS Nexus, Volume 3, Issue 11, November 2024, pgae476, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae476
Автор: S. Leventhal, S. M Edie, R. Morrison, C. SimpsonИсточник: academic.oup.com
Данное исследование бросает вызов традиционным представлениям о специализации как постепенном совершенствовании уже существующих функций. В случае мшанок мы наблюдаем резкий скачок, быстрый переход к принципиально новым формам и функциям. Это наводит на мысль о существовании скрытого потенциала для быстрых эволюционных изменений, который может быть активирован в условиях эффективной социальной организации.
Хотя прямых параллелей между эволюцией мшанок и развитием разделения труда в человеческом обществе провести нельзя, это исследование открывает новые горизонты для понимания фундаментальных принципов социальной эволюции. Возможно, именно способность к кооперации и эффективному распределению ресурсов стала ключом к невероятному успеху как крошечных мшанок, так и человеческой цивилизации.