چرا سوسک‌ها تنوع بسیار بالایی دارند؟

وقتی کارولین چابو درباره سوسک‌های لاک‌پشتی حرف می‌زند، چشم‌هایش برق می‌زند. آن‌ها همچون جواهرات به رنگ‌های بی‌شماری وجود دارند. سوسک‌های لاک‌پشتی اعضای گروهی متشکل از ۴۰ هزار سوسک برگ (Chrysomelidae)، یکی از شاخه‌های غنی از گونه راسته قاب‌بالان (Coleoptera) هستند.

چابو، حشره‌شناسی از دانشگاه نبراسکا در لینکلن مدت‌ها دراین‌باره کنجکاو بوده است که چرا سلسله حیات تا این حد به‌سوی سوسک‌ها انحراف دارد: این موجودات حدود یک چهارم از کل گونه‌های جانوری را تشکیل می‌دهند. بسیاری از زیست‌شناسان مدت‌ها دراین‌باره کنجکاو بودند. داروین نیز کلکسیونر سوسک بود.

به‌نوشته‌ی وب‌سایت knowablemagazine.org، از حدود یک میلیون گونه حشره نامگذاری‌شده روی زمین، حدود ۴۰۰ هزار گونه سوسک هستند و این فقط تعداد سوسک‌هایی است که تاکنون توصیف شده‌اند. دانشمندان معمولا هر سال هزاران گونه جدید را توصیف می‌کنند. پس چرا گونه‌های فراوانی از سوسک‌ها وجود دارد؟

یک فرضیه این است که علت اینکه تعداد زیادی از آن‌ها وجود دارد، این است که آن‌ها مدت زیادی وجود داشته‌اند. دوان مک‌کنا، حشره‌شناس دانشگاه ممفیس در تنسی می‌گوید سوسک‌ها ۳۵۰ میلیون سال قدمت دارند.

البته، قدیمی بودن گروهی از حیوانات لزوما به این معنا نیست که گونه‌های بیشتری خواهند داشت. برخی از گروه‌های بسیار قدیمی از جانوران گونه‌های بسیار کمی دارند. برای مثال، ماهی‌های راسته تُهی‌خار تقریبا ۳۶۰ میلیون سال است در اقیانوس شنا می‌کنند. آن‌ها در مقطعی از زمان به حداکثر ۹۰ گونه رسیدند و سپس به دو گونه که امروزه وجود دارند، کاهش یافتند. به‌طور مشابه، سوسمار پل‌دماغی تنها عضو زنده یک راسته خزندگان باستانی است که حدود ۲۵۰ میلیون سال پیش منشا گرفتند و زمانی تنوع زیادی در سطح جهان داشتند.

توضیح احتمالی دیگر برای این موضوع که چرا سوسک‌ها گونه‌های فراوانی دارند، این است که آن‌ها قدرت ماندگاری غیرعادی دارند و حداقل از دو انقراض جمعی جان سالم به در برده‌اند.

مطالعه‌ای از سال ۲۰۱۵ با استفاده از فسیل سوسک‌ها برای کاوش انقراض‌هایی که تا دوران پرمین در ۲۸۴ میلیون سال پیش رخ داده بود، به این نتیجه رسید که عدم انقراض نیز می‌تواند برای توضیح علت فراوانی گونه‌های سوسک مهم باشد.

حداقل در دوره‌های گذشته، سوسک‌ها توانایی قابل‌توجهی در تغییر قلمرو خود در پاسخ به تغییرات اقلیمی نشان داده‌اند و این امر ممکن است تاب‌آوری آن‌ها را دربرابر انقراض توضیح دهد.

پیچیدگی معمای تنوع سوسک‌ها این است که برخی از شاخه‌های درخت خانوادگی سوسک دارای گونه‌های بیشتری نسبت‌به شاخه‌های دیگر هستند. برای مثال، سوسک‌های سرگین‌غلتان تنوع کمی دارند. این خانواده از سوسک‌ها دارای حدود ۸۰۰۰ گونه است و گروه بزرگی به شمار نمی‌رود.

درمقابل، برگ‌خوارواران (Chrysomeloidea)، بالاخانواده شامل سوسک‌های برگ و سوسک‌های شاخک‌بلند شامل ۶۳ هزار گونه می‌شود، درحالی‌که گوهرسوسکان، گروهی از سوسک‌های برگ خوار و چوب خوار، شامل حدود ۱۵ هزار گونه می‌شوند.

مک‌کنا و همکارانش براساس تجزیه‌و‌تحلیل‌های تبارهای مختلف سوسک‌ها شواهدی یافته‌اند که نشان می‌دهد یکی از عوامل اصلی متنوع شدن سوسک‌ها افزایش تنوع گیاهان گلدار در دوره کرتاسه بوده است.

در طول دوره کرتاسه که حدود ۱۴۵ میلیون سال پیش آغاز شد، انفجاری از گونه‌های گیاهان گلدار جدید این گیاهان را در سطح زمین پراکنده کرد.

امروزه گیاهان حدود ۸۰ درصد از توده حیات روی زمین را تشکیل می‌دهند. تبدیل بیشتر گیاهان به غذا استراتژی اکولوژیکی است که به گوناگون شدن نه تنها سوسک‌ها، بلکه گونه‌های دیگری ازقبیل مورچه‌ها، زنبورها، پرندگان و پستانداران کمک کرده است.

مک‌کنا دریافته است که درمورد سوسک‌های گیاه‌خوار، تبارهای غنی از گونه‌های آن‌ها مجموعه شگفت‌انگیزی از ژن‌ها را دارند که امکان هضم گیاهان را مهیا می‌کند. بسیاری از این ژن‌ها کدکننده آنزیم‌هایی هستند که به شکستن دیواره‌های سلولی گیاهان کمک می‌کند و امکان دسترسی به قندهای ذخیره‌شده در ترکیبات سخت هضمی مانند سلولز، همی‌سلولز و پکتین را فراهم می‌کند. مک‌کنا می‌گویند تبارهایی که این ژن‌ها را دارند، آن‌هایی بودند که بسیار موفق بودند.

ژن‌های کدکننده آنزیم‌هایی که دیواره‌های سلولی گیاهان را تجزیه می‌کردند، سازگاری‌های مبتکرانه‌ای بودند که قسمت‌های غیر قابل هضم گیاه را به غذا تبدیل می‌کردند. آن‌ها به سوسک‌های گیاه‌خوار اجازه دادند انواع بیشتری از گیاهان را بخورند و به زیستگاه‌های جدید نقل مکان کنند.

همان‌طور که سوسک‌های گیاه‌خوار ازنظر جغرافیایی گسترش یافتند و رژیم‌های غذایی و سبک زندگی مختلف را اتخاذ کردند، تفاوت‌های ژنتیکی بین آن‌ها افزایش یافت و درنتیجه گونه‌های جدیدی به وجود آمد.

به دلایل نامشخص، برخی از گونه‌های سوسک‌های گیاه‌خوار در جریان تکامل ژن‌های کمک‌کننده هضم خود را از دست دادند. یکی از این ژن‌ها، ژن کدکننده پکتیناز، آنزیمی است که تجزیه پکتین را ممکن می‌سازد.

سوسک‌ها باکتری‌ها را از مادر خود می‌گیرند: هر بار که سوسک ماده تخمگذاری می‌کند، کپسول حاوی میکروب‌ها را نیز برجای می‌گذارد. رویان سوسک لاک‌پشتی درون تخم رشد می‌کند، سپس به درون کپسول راه پیدا می‌کند تا همزیست را حدود یک روز پیش از تولد بخورد. وقتی پژوهشگران به‌طور آزمایشی کپسول‌های حاوی میکروب را از لارو درحال رشد جدا کردند، سوسک‌های بالغ و بدون میکروبی که به دنیا آمدند، نرخ مرگ‌ومیر بالایی داشتند، زیرا نمی‌توانستند به پکتین درون سلول گیاهان دست پیدا کنند.

علاوه بر آسان‌تر کردن هضم گیاهان، برخی از میکروب‌های مرتبط با گیاهان ممکن است راه را برای متنوع شدن سوسک‌ها هموار کرده باشند، زیرا آن‌ها از سوسک‌ها در برابر شکاچیان محافظت می‌کنند. برای مثال، در سوسک برگ‌خوار لاک‌پشتی Chelymorpha alternans نوعی قارچ به نام فوزاریوم که غالبا در محصولاتی نظیر موز و سیب‌زمینی شیرین یافت می‌شود، در طول دگردیسی روی سطح شفیره سوسک رشد می‌کند.

اگر قارچ فوزاریوم حذف شود، مورچه‌ها به راحتی سوسک‌ها را پیدا کرده و آن‌ها را می‌خورند. به‌عبارت‌دیگر، فوزاریوم ممکن است از سوسک‌ها دربرابر شکارچیان محافظت کند و قلمرو و تنوع آن‌ها را گسترش دهد.

بسیاری از سوسک‌های پوست‌خوار مانند سوسک آمبروزیا نیز از قارچ فوزاریوم سود می‌برند، اما به روشی متفاوت. این سوسک‌ها قارچ‌ها را از درختی به درخت دیگر می‌برند و رشد قارچ‌ها روی درختان جدید از آن‌ها تغذیه می‌کنند. قابلیت انجام این نوع کشاورزی (کاشت هاگ‌هایی که به غذا تبدیل می‌شوند) به سوسک‌ها کمک کرده است از زیستگاه‌های جدیدی بهره ببرند. آن‌ها از لانه خود تکه‌ای کوچک را برمی‌دارند، سپس به درخت دیگری می‌روند، در آنجا لانه‌ای بنا می‌کنند، قارچ جدید می‌کارند و باغ جدیدی می‌سازند. این روش کشت قارچ هفت بار به‌طور مستقل در سوسک‌های آمبروزیا تکامل یافته است.

تصور می‌شود تکامل گونه‌های جدید سوسک‌ها با روابط سودمند دوجانبه با این قارچ‌ها صورت گرفته است و این بخشی از تاریخی ۵۰ میلیون ساله است که در آن حشراتی مانند مورچه‌ها، موریانه‌ها و سوسک‌های آمبروزیا به‌طور مستقل برای کشت قارچ‌ها تکامل پیدا کردند.

سوسک‌های گیاه‌خوار نوآوری‌های دیگری را ایجاد کرده‌اند که ممکن است به آن‌ها کمک کرده باشد، نسبت به گروه‌های دیگر سوسک‌ها تنوع بیشتری به دست آورند. برای مثال، در سوسک‌های برگی که چابو مطالعه می‌کند، ظهور سپرهای مدفوعی دفاعی در سوابق فسیلی (ساختارهایی که از مواد دفعی و پوست کنده‌شده خود سوسک تشکیل می‌شود) با گوناگون شدن گسترده مقارن است.

بیشتر سوسک‌های استفاده‌کننده از سپر مدفوع گونه‌های انفرادی هستند، اما برخی به صورت گروهی زندگی می‌کنند و خود را در قالب ساختارهایی قرار می‌دهند که از آن‌ها دربرابر شکارچیان محافظت می‌کند. حفاظت به کمک سپر مدفوع ممکن است به سوسک‌ها کمک کرده باشد به زیستگاه‌های بازتر بروند.

سوسک‌ها مجموعه‌ای از ابزارها را برای حل مشکلات مختلف خود ساخته‌اند. از‌این‌نظر، سوسک‌ها جهان کوچکی از درخت زندگی هستند. با‌این‌حال، هرچقدر که سوسک‌ها مقاوم باشند، نمی‌توانیم بقای آن‌ها را تضمین‌شده بدانیم. جمعیت حشرات در بسیاری از نقاط رو به کاهش است و سوسک‌ها نیز بخشی از آن هستند. اما این موضوع که سوسک‌ها چگونه از تاثیرات انسان‌ها جان سالم به در می‌برند، از پرسش‌های اصلی پژوهشگران است، اگرچه بنا به باور پژوهشگران، سوسک‌ها به مدت بیشتری نسبت‌به انسان‌ها روی زمین باقی خواهند ماند.

گونه‌های مختلف سوسک‌ها مجموعه‌ای چشمگیر از استعدادهای فیزیکی را تکامل داده‌اند. آن‌ها راه‌حل‌هایی را برای مشکلاتی پیدا کرده‌اند که ممکن است ما انسان‌ها برای حل آن‌ها در تلاش باشیم.

پژوهشگران آزمایشگاه دانشگاه ایلینوی اربانا-شمپِین با همکاری مهندسان و متخصصان رباتیک در تلاش برای کشف ترفندهای سوسک‌ها مانند پرش‌های چشمگیر سوسک‌های بهار هستند.

سوسک‌های بهار می‌توانند بدون استفاده از پاهای خود به اندازه بیشتر از ۲۰ طول بدن خود به هوا بپرند. دانشمندان به کمک فناوری‌هایی مانند تصویربرداری اشعه ایکس سنکروترون با سرعت بالا به مکانیسم پرش این سوسک‌ها را کشف کنند تا بتوانند از بینش حاصل در زمینه‌هایی مانند ساخت ربات پرش‌کننده بدون پا استفاده کنند.