Η διατροφή έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη του τεράστιου οικογενειακού δέντρου των σκαθαριών.
Τα μάτια της Caroline Chaboo φωτίζονται όταν μιλάει για τα σκαθάρια χελώνες. Όπως οι πολύτιμοι λίθοι, υπάρχουν σε μυριάδες φωτεινά χρώματα: λαμπερό μπλε, κόκκινο, πορτοκαλί, πράσινο των φύλλων και διάφανο με χρυσές κηλίδες. Είναι μέλη μιας ομάδας 40.000 ειδών σκαθαριών φύλλων, των Chrysomelidae, ενός από τους πιο πλούσιους σε είδη κλάδους της τεράστιας τάξης σκαθαριών, των Coleoptera. “Έχετε τα σκαθάρια, τα μακρύκαυλα και τα σκαθάρια των φύλλων”, λέει. “Αυτό είναι πραγματικά το τρίο που κυριαρχεί στην ποικιλομορφία των σκαθαριών”.
Εντομολόγος στο Πανεπιστήμιο της Νεμπράσκα στο Λίνκολν, ο Chaboo αναρωτιέται εδώ και καιρό γιατί το βασίλειο της ζωής είναι τόσο στραβό προς τα σκαθάρια: Τα σκληροτράχηλα πλάσματα αποτελούν περίπου το ένα τέταρτο όλων των ζωικών ειδών. Πολλοί βιολόγοι αναρωτιούνται το ίδιο πράγμα, εδώ και πολύ καιρό. “Ο Δαρβίνος ήταν συλλέκτης σκαθαριών”, σημειώνει ο Chaboo.
Από τα περίπου 1 εκατομμύριο ονομαστικά είδη εντόμων στη Γη, περίπου 400.000 είναι σκαθάρια. Και αυτά είναι μόνο τα σκαθάρια που έχουν περιγραφεί μέχρι στιγμής. Οι επιστήμονες συνήθως περιγράφουν χιλιάδες νέα είδη κάθε χρόνο. Γιατί λοιπόν τόσα πολλά είδη σκαθαριών; “Δεν γνωρίζουμε την ακριβή απάντηση”, λέει ο Chaboo. Αλλά προκύπτουν ενδείξεις.
Μια υπόθεση είναι ότι υπάρχουν πολλά από αυτά επειδή υπάρχουν εδώ και τόσο καιρό. “Τα σκαθάρια έχουν ηλικία 350 εκατομμυρίων ετών”, λέει ο εξελικτικός βιολόγος και εντομολόγος Duane McKenna του Πανεπιστημίου του Μέμφις στο Τενεσί. Αυτό είναι ένα μεγάλο χρονικό διάστημα στο οποίο τα υπάρχοντα είδη μπορούν να εξειδικευτούν, ή να διασπαστούν σε νέες, ξεχωριστές γενετικές γραμμές. Συγκριτικά, οι σύγχρονοι άνθρωποι υπάρχουν μόνο για περίπου 300.000 χρόνια.
Ωστόσο, το γεγονός ότι μια ομάδα ζώων είναι παλιά δεν σημαίνει απαραίτητα ότι θα έχει περισσότερα είδη. Ορισμένες πολύ παλιές ομάδες έχουν πολύ λίγα είδη. Τα ψάρια-κελάκανθοι, για παράδειγμα, κολυμπούν στον ωκεανό εδώ και περίπου 360 εκατομμύρια χρόνια, φτάνοντας σε ένα μέγιστο αριθμό περίπου 90 ειδών και στη συνέχεια μειώθηκαν στα δύο είδη που είναι γνωστό ότι ζουν σήμερα. Παρομοίως, το ερπετό που μοιάζει με σαύρα, η τουατάρα, είναι το μόνο ζωντανό μέλος μιας κάποτε παγκοσμίως ποικιλόμορφης αρχαίας τάξης ερπετών που προήλθε πριν από περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια.
Μια άλλη πιθανή εξήγηση για το γιατί τα σκαθάρια είναι τόσο πλούσια σε είδη είναι ότι, εκτός από το ότι είναι παλιά, έχουν ασυνήθιστη αντοχή. “Έχουν επιβιώσει από τουλάχιστον δύο μαζικές εξαφανίσεις”, λέει ο Cristian Beza-Beza, μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Πανεπιστημίου της Μινεσότα. Πράγματι, μια μελέτη του 2015 που χρησιμοποίησε απολιθωμένα σκαθάρια για να διερευνήσει τις εξαφανίσεις μέχρι και το Πέρμιο πριν από 284 εκατομμύρια χρόνια κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η έλλειψη εξαφάνισης μπορεί να είναι τουλάχιστον εξίσου σημαντική με τη διαφοροποίηση για την εξήγηση της αφθονίας των ειδών σκαθαριών. Σε προηγούμενες εποχές, τουλάχιστον, τα σκαθάρια έχουν επιδείξει μια εντυπωσιακή ικανότητα να μετατοπίζουν τις περιοχές εξάπλωσής τους ως απάντηση στην κλιματική αλλαγή, και αυτό μπορεί να εξηγεί την ανθεκτικότητά τους στην εξαφάνιση, υποθέτουν οι συγγραφείς.
Το μυστήριο της ποικιλότητας των σκαθαριών περιπλέκεται από το γεγονός ότι ορισμένοι κλάδοι του γενεαλογικού δέντρου των σκαθαριών έχουν πολύ περισσότερα είδη από άλλους. Για παράδειγμα, τα σκαθάρια της κοπριάς, τα οποία περνούν τη ζωή τους κυλώντας επιδέξια κατασκευασμένες μπάλες περιττωμάτων, έχουν μόνο μέτρια ποικιλομορφία. “Αυτή η οικογένεια αριθμεί περίπου 8.000 είδη, οπότε δεν είναι μια τεράστια ομάδα”, λέει ο οικολόγος της κοινότητας Jorge Ari Noriega στο Universidad El Bosque στην Μπογκοτά της Κολομβίας.
Αντίθετα, η Chrysomeloidea -μια υπεροικογένεια που περιλαμβάνει τα μακρόστενα και φυλλοφάγα σκαθάρια- περιλαμβάνει 63.000 είδη, ενώ η Brupestoidea, μια ομάδα μεταλλικών σκαθαριών που τρώνε ξύλα και φύλλα, γνωστή και ως σκαθάρια-κόσμημα για τα λαμπερά ιριδίζοντα χρώματά τους, περιλαμβάνει περίπου 15.000 είδη.
Αυτή η μεγάλη διακύμανση στον πλούτο των ειδών μεταξύ των γενεαλογικών γραμμών των σκαθαριών σημαίνει ότι “καμία εξήγηση δεν ισχύει πολύ καλά για οποιαδήποτε ομάδα”, λέει ο McKenna. Παρόλα αυτά, μεταξύ των φυτοφάγων σκαθαριών -που αποτελούν περίπου το ένα τέταρτο όλων των ειδών σκαθαριών- αναδύεται ένα σαφές μοτίβο. Με βάση γενετικές αναλύσεις διαφορετικών γενεαλογικών σειρών σκαθαριών, ο McKenna και οι συνάδελφοί του βρήκαν στοιχεία που αποδεικνύουν ότι ένας σημαντικός παράγοντας που ώθησε την ποικιλομορφία των σκαθαριών ήταν η διαφοροποίηση των ανθοφόρων φυτών κατά την Κρητιδική περίοδο.
Κατά τη διάρκεια της Κρητιδικής περιόδου, η οποία ξεκίνησε πριν από περίπου 145 εκατομμύρια χρόνια, μια έκρηξη νέων ειδών ανθοφόρων φυτών εξαπλώθηκε στην επιφάνεια της Γης, αποικίζοντας πολλά διαφορετικά ενδιαιτήματα. Σήμερα, τα φυτά αποτελούν περίπου το 80 % της μάζας της γήινης ζωής. Η αξιοποίηση των φυτών ως τροφή είναι μια οικολογική στρατηγική που συνέβαλε στην ακτινοβολία όχι μόνο των σκαθαριών αλλά και φυτοφάγων ειδών, όπως τα μυρμήγκια, οι μέλισσες, τα πουλιά και τα θηλαστικά.
Στην περίπτωση των φυτοφάγων σκαθαριών, οι πιο πλούσιες σε είδη γενεαλογίες τους φέρουν μια συναρπαστική ποικιλία γονιδίων που επιτρέπουν την πέψη των φυτών, διαπίστωσε ο McKenna. Πολλά από αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν ένζυμα που βοηθούν στη διάσπαση των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών, επιτρέποντας την πρόσβαση στα σάκχαρα που είναι αποθηκευμένα σε δύσπεπτες ενώσεις όπως η κυτταρίνη, η ημικυτταρίνη και η πηκτίνη. “Οι γενεαλογικές γραμμές που διαθέτουν αυτά τα γονίδια ήταν αυτές που είναι τόσο απίστευτα επιτυχημένες”, λέει ο McKenna.
Αυτά τα γονίδια ήταν ευφυείς προσαρμογές που μετέτρεπαν τα άπεπτα φυτικά μέρη σε τροφή. Επέτρεψαν στα φυτοφάγα σκαθάρια να τρώνε περισσότερα και διαφορετικά είδη φυτών, τα οποία με τη σειρά τους επέτρεψαν στα έντομα να μετακινηθούν σε νέα ενδιαιτήματα και να καταλάβουν νέες οικολογικές θέσεις. Καθώς τα φυτοφάγα σκαθάρια εξαπλώνονταν γεωγραφικά και υιοθετούσαν διαφορετικές δίαιτες και τρόπους ζωής, οι γενετικές διαφορές μεταξύ τους αυξάνονταν, με αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων ειδών.
Για αδιευκρίνιστους λόγους, ορισμένα είδη φυτοφάγων σκαθαριών έχασαν τα γονίδια που βοηθούσαν την πέψη καθώς εξελίσσονταν, συμπεριλαμβανομένου ενός γονιδίου που κωδικοποιεί την πηκτινάση, ένα ένζυμο που επιτρέπει τη διάσπαση της πηκτίνης. Ο εξελικτικός οικολόγος Hassan Salem του Ινστιτούτου Βιολογίας Μαξ Πλανκ στο Tübingen της Γερμανίας εξηγεί ότι για να το αντισταθμίσουν, ορισμένα σκαθάρια ανέπτυξαν μια διαφορετική στρατηγική για την κατανάλωση φυτών: Σφυρηλάτησαν σχέσεις με βακτηριακούς συνεργάτες, τους συμβιωτές, που επίσης βοηθούν στην πέψη των φυτών.
Για ορισμένα σκαθάρια, αυτά τα ειδικά συμβιωτικά μικρόβια αποτέλεσαν ένα εναλλακτικό εργαλείο για τη διατήρηση των φυτών στο μενού, διευρύνοντας τον αριθμό των ενδιαιτημάτων όπου θα μπορούσαν να εξελιχθούν και να ευδοκιμήσουν νέα είδη. Για παράδειγμα, στη συντριπτική πλειονότητα των ειδών σκαθαριών με φύλλα χελώνας, που μελετά η ομάδα Salem, δεν είναι ένα γενετικά κωδικοποιημένο ένζυμο που διασπά την πηκτίνη, αλλά ένας βακτηριακός συμβιωτής. Τα σκαθάρια παίρνουν τα βακτήρια από τις μητέρες τους: Κάθε φορά που ένα θηλυκό εναποθέτει ένα αυγό, αφήνει επίσης πίσω της μια κάψουλα που περιέχει τα μικρόβια. Το έμβρυο του σκαθαριού χελώνας αναπτύσσεται μέσα στο αυγό και στη συνέχεια σκάβει μέσα στην κάψουλα για να χωνέψει το συμβιωτικό περίπου μια ημέρα πριν αναδυθεί.
“Είναι το πρώτο πράγμα που συναντά στη ζωή του … οπότε πρόκειται για μια πολύ στενή σχέση”, λέει ο Salem. Όταν ο Salem και η ομάδα του έχουν αφαιρέσει πειραματικά τις κάψουλες του μικροβίου από τις αναπτυσσόμενες προνύμφες, τα ενήλικα σκαθάρια χωρίς μικρόβια που αναδύονται έχουν υψηλό ποσοστό θνησιμότητας επειδή δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση στην πηκτίνη του φυτικού κυττάρου.
Εκτός του ότι κάνουν τα φυτά ευκολότερα αφομοιώσιμα, ορισμένα μικρόβια που σχετίζονται με τα φυτά μπορεί να έχουν ανοίξει το δρόμο για τη διαφοροποίηση των σκαθαριών, επειδή παρέχουν στα σκαθάρια προστασία από τα αρπακτικά. Στο σκαθάρι Chelymorpha alternans, για παράδειγμα, ένας μύκητας που ονομάζεται Fusarium -που βρίσκεται συχνά σε καλλιέργειες όπως οι μπανάνες και οι γλυκοπατάτες- αναπτύσσεται στην επιφάνεια των κουκουλιών του σκαθαριού κατά τη διάρκεια της μεταμόρφωσης. “Αποδείξαμε ότι αν αφαιρέσετε τον μύκητα, τότε τα μυρμήγκια τα βρίσκουν εύκολα και τρέφονται με αυτά”, λέει η Aileen Berasategui, εξελικτική βιολόγος στο Ινστιτούτο Ζωής και Περιβάλλοντος του Άμστερνταμ στην Ολλανδία. Το φουζάριο, με άλλα λόγια, μπορεί να προστατεύει τα σκαθάρια από επιβλαβείς θηρευτές, επεκτείνοντας περαιτέρω την επικράτεια των σκαθαριών και επιτρέποντας τη διαφοροποίηση.
Ο Berasategui προσθέτει ότι πολλά σκαθάρια του φλοιού, όπως τα σκαθάρια της αμβροσίας, επωφελούνται επίσης από τους μύκητες Fusarium, αλλά με διαφορετικό τρόπο. Τα σκαθάρια μεταφέρουν τους μύκητες από δέντρο σε δέντρο σε εξειδικευμένους θύλακες που ονομάζονται μυκητιακά. Μόλις η μυκητιασική μόλυνση του δέντρου είναι σε εξέλιξη, τα σκαθάρια επιδίδονται σε μια γιορτή μυκήτων.
Η προσαρμογή στη διεξαγωγή αυτού του είδους γεωργίας – σπορά σπόρων που θα αναπτυχθούν σε τροφή – έχει επίσης βοηθήσει τα είδη σκαθαριών να εκμεταλλευτούν νέους βιότοπους. “Από τη δική τους φωλιά, παίρνουν ένα μικρό κομμάτι και στη συνέχεια … πετούν σε ένα νέο δέντρο όπου ξεκινούν τη δική τους φωλιά, σπέρνουν τον νέο μύκητα, δημιουργούν αυτόν τον νέο κήπο”, λέει ο Berasategui. Η προσέγγιση που ονομάζεται μυκητοκαλλιέργεια, έχει εξελιχθεί ανεξάρτητα στα σκαθάρια αμβροσίας επτά φορές. Η εξέλιξη των νέων ειδών σκαθαριών πιστεύεται ότι διαμορφώθηκε από αμοιβαία επωφελείς σχέσεις με αυτούς τους μύκητες – μέρος μιας ιστορίας 50 εκατομμυρίων ετών κατά την οποία έντομα όπως τα μυρμήγκια, οι τερμίτες και τα σκαθάρια αμβροσίας εξελίχθηκαν ανεξάρτητα για να καλλιεργούν μύκητες, σύμφωνα με ένα άρθρο του 2005 που δημοσιεύθηκε στην Ετήσια Επιθεώρηση Οικολογίας, Εξέλιξης και Συστηματικής.
Τα φυτοφάγα σκαθάρια έχουν αναπτύξει και άλλες καινοτομίες που μπορεί να τους επέτρεψαν να εξειδικεύονται περισσότερο από άλλες ομάδες σκαθαριών. Στα σκαθάρια των φύλλων που μελετά η Chaboo, για παράδειγμα, η εμφάνιση στο αρχείο απολιθωμάτων των αμυντικών ασπίδων περιττωμάτων -δομές που κατασκευάζονται από τα ίδια τα περιττώματα και το δέρμα του σκαθαριού- “συμπίπτει με μαζικές ακτινοβολίες ειδών”, λέει. Τα περισσότερα σκαθάρια που χρησιμοποιούν ασπίδες είναι μοναχικά είδη, αλλά ορισμένα ζουν σε ομάδες, οργανώνονται σε σχηματισμούς που τα προστατεύουν από τους θηρευτές. Η προστασία από την ασπίδα των κοπράνων μπορεί να βοήθησε τα σκαθάρια να μετακινηθούν σε πιο ανοιχτά ενδιαιτήματα, λέει ο Chaboo.
Είτε τρώνε φυτά είτε τρώνε άλλα είδη διατροφής, όπως τα ψοφίμια, τα σκαθάρια όλων των ομάδων έχουν αναπτύξει μια εντυπωσιακή σειρά εργαλείων για την επίλυση πολλών διαφορετικών προβλημάτων. Υπό αυτή την έννοια, τα σκαθάρια είναι ένας μικρόκοσμος του δέντρου της ζωής, λέει ο McKenna.
Όσο ανθεκτικά και αν είναι τα σκαθάρια, ωστόσο, δεν μπορούμε να θεωρούμε την επιβίωσή τους δεδομένη. Οι πληθυσμοί των εντόμων μειώνονται σε πολλά μέρη – “και, ναι, τα σκαθάρια είναι μέρος αυτού”, λέει η Beza-Beza. Το πώς θα επιβιώσουν από τις επιπτώσεις του ανθρώπου είναι “ένα από τα βασικά ερωτήματα αυτή τη στιγμή”, προσθέτει, αν και στοιχηματίζει ότι θα υπάρχουν σκαθάρια στη Γη “περισσότερο καιρό από ό,τι θα υπάρχουν άνθρωποι”.
Ο Beza-Beza, που ασχολείται με επιστημονικούς γρίφους στα νησιά του ουρανού των νεφελωδών δασών της Κεντρικής Αμερικής όπου εργάζεται, έχει ιδιαίτερη αδυναμία στο Ogyges politus, ένα είδος σκαθαριού που ζει και τρέφεται με σάπιους κορμούς. “Εμφανίζεται μόνο στα βουνά δίπλα στη γενέτειρά μου”, λέει. “Έτσι, μου θυμίζει από πού κατάγομαι … και ότι υπάρχουν αυτά τα κοσμήματα παντού”.
