Найденный в бирманском янтаре светящийся жук проливает свет на эволюцию светляков

Китайские палеоэнтомологи вместе с коллегами из Чехии и Великобритании обнаружили в меловом бирманском янтаре жука с органами свечения, который по строению тела занимает промежуточное положение между жуками-щелкунами и жуками-светляками. По мнению исследователей, своим свечением жук, получивший название Cretophengodes azari, мог отпугивать муравьев, птиц или бесхвостых амфибий, эволюционная радиация которых пришлась как раз на первую половину мелового периода. Впрочем, нельзя исключать, что этот вид, существовавший около 100 млн лет назад, использовал свои огоньки и для коммуникации с самками, подобно тому, как это делают многие современные светляки. Вместе с другим светляком, найденным ранее в бирмите, C. azari вошел в число древнейших известных биолюминесцирующих насекомых.

Биолюминесценция — это свечение живых существ за счет химических реакций, практически не сопровождающееся выделением тепла и, в отличие от флуоресценции, не требующее предварительного поглощения светового излучения из внешнего источника. Среди насекомых этой способностью обладают некоторые ногохвостки и двукрылые, но пальма первенства по числу биолюминесцирующих видов принадлежит жукам. Конечно, каждый слышал о жуках-светляках из семейства Lampyridae, а многие видели их собственными глазами. Но, помимо светляков в узком смысле слова, насчитывающих около 2000 видов, биолюминесценцией могут похвастаться и близкие к ним семейства элатероидных жуков — Phengodidae, Rhagophthalmidae (вместе около 300 видов) и некоторые жуки-щелкуны (Elateridae, примерно 100 видов).

Энтомологи уже не первое десятилетие пытаются выяснить, сколько раз биолюминесценция возникала у разных элатероидных жуков, и, главное, зачем она им понадобилась вообще. Согласно наиболее популярной гипотезе, сначала биолюминесцировать стали жучьи личинки, чтобы отпугивать сумеречных хищников. В гемолимфе личинок светляков содержатся люцибуфагины — неприятные на вкус стероиды. Но в условиях плохой освещенности личинки не могут «сообщить» хищникам об этом неприятном сюрпризе с помощью предупредительной окраски. Подсвечивая себя, личинка как бы вывешивает неоновую вывеску с надписью: «я — не вкусная». И действительно, экспериментально показано, что жабы неохотно реагируют на светящуюся добычу (R. De Cock, E. Matthysen, 1999. Aposematism and Bioluminescence: Experimental evidence from Glow-worm Larvae (Coleoptera: Lampyridae)).

На личиночной стадии биолюминесценция может выполнять и прямо противоположные функции — не отпугивать хищников, а, наоборот, приманивать жертв, как это делают хищные личинки бразильских жуков-щелкунов, живущие в заброшенных термитниках (см. картинку дня Светящийся термитник). В тех же целях биолюминесценцию используют, кстати, и личинки новозеландских грибных комариков (см. картинку дня «Звездное небо» новозеландской пещеры). Кроме того, высказывалось предположение, что органы свечения нужны личинкам, чтобы заранее предупреждать сородичей о своем присутствии, тем самым снижая риск каннибализма (J. Sivinski, 1981. The Nature and Possible Functions of Luminescence in Coleoptera Larvae).

Считается, что со временем способность к свечению передалась от личинок к имаго элатероидных жуков. Это было частью процесса неотенизации, в ходе которого взрослые особи, созревая, сохраняли все больше личиночных признаков. Вершиной неотенизации стали самки жуков-светляков, полностью бескрылые, с мягким, несклеротизованным телом — внешне они зачастую отличаются от личинок только наличием сложных глаз да более широким грудным щитком. Но этот процесс, связанный с десклеротизацией (размягчением) покровов, частично затронул и самцов — у светляков, а также у родственных им семейств Phengodidae и Rhagophthalmidae, брюшко стало мягким и подвижным, высовывающимся из-под истончившихся и укороченных надкрылий. Кроме того, у светляков и их родни также исчез прыгательный механизм на груди, который позволял их предкам, жукам-щелкунам, издавать щелчки и подпрыгивать, лежа на спине.

Жук Cretophengodes azari, обнаруженный авторами нового исследования в бирманском янтаре, может рассматриваться как переходное звено, связывающее жестких, словно закованных в броню щелкунов с мягкотелыми светляками. С одной стороны, наличие 12-члениковых гребенчатых антенн с длинными выростами роднит его с семейством Phengodidae (рис. 2). Кроме того, у C. azari имелся орган свечения — светлое мутноватое пятно, расположенное на 1–3 вентритах брюшка, в точности как у самцов Rhagophthalmidae и Phengodidae (вентритами у жуков называют выступающие наружу стерниты — нижние половины сегментарных колец). Но, с другой стороны, жук сохранил грудной отросток, входящий в прыгательный механизм щелкунов. Правда, по мнению исследователей, он не доходил до среднегрудной ямки (при резком ударе грудного отростка об эту ямку щелкуны и издают характерный звук). Что еще интереснее, у C. azari в брюшке было 6 вентритов, тогда как у типичных щелкунов в брюшке имеется 5 вентритов, а светляки и их родня довели это число до 7–8, причем у них между вентритами находятся эластичные вставки, за счет чего их брюшко стало более гибким.

Получается, C. azari застрял где-то на полпути между типичными щелкунами и светляками (рис. 3) — он обзавелся органами свечения и начал процесс десклеротизации, но не довел его до конца. Кстати, надкрылья у C. azari тоже еще не успели укоротиться. Поскольку из-за переходного характера признаков ученые не смогли отнести C. azari ни к одному из известных семейств, они поместили его в отдельное семейство, получившее название Cretophengodidae. Ранее, также в бирманском янтаре, был найден более заурядный светляк из семейства Lampyridae (рис. 4). В отличие от Cretophengodidae, Rhagophthalmidae и Phengodidae, орган свечения размещался у него не у основания, а на конце брюшка, как это характерно и для современных светляков.

Как известно, светляки из семейства Lampyridae во взрослом возрасте используют свечение для поиска брачного партнера, причем делают это очень по-разному. У одних видов светятся только самки, привлекая к себе самцов. У других — светятся оба пола, причем самец, как летящая искорка, может мигать в полете, и самки с земли мигают ему в ответ. Некоторые виды тропических светляков синхронизирует свое мигание, так что дерево, усаженное им, становится похоже на новогоднюю елку, увитую электрической гирляндой, по которой раз в несколько секунд пробегают огоньки. Наоборот, некоторые светляки светятся постоянным светом и не мигают вовсе. Кроме того, ряд светляков вдобавок к свечению выделяют феромоны.

Разветвленные антенны C. azari тоже говорят о развитой феромонной коммуникации — их выросты повышают чувствительность к летучим соединениям. А вот для чего этот жук использовал свой орган свечения, сказать сложнее. Брачное поведение тропических Rhagophthalmidae и Phengodidae, к которым ближе всего C. azari, изучено гораздо хуже, чем в случае светляков. Но известно, что у некоторых южноамериканских Phengodidae самец и самка начинают светиться только в момент спаривания, но не до него. Это значит, что свечение у них еще не используется при поиске партнера, но сохраняет защитную функцию, какую оно имеет на личиночной стадии. Парочка спаривающих жуков — весьма легкая добыча, так почему бы лишний раз не обезопасить себя при помощи свечения? Возможно, C. azari поступал точно так же. Впрочем, вряд ли нам когда-то удастся поглядеть на его партнершу — скорее всего, самки этого вида были бескрылыми, личинкоподобными и малоподвижными (рис. 5), что резко уменьшает их шансы прилипнуть к смоле и сохраниться в виде янтарного инклюза.