Харчування формує еволюцію історії життя різних видів
Елі М. Суонсон
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Енн Еспесет
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
2 Департамент біології, Університет Невади — Ріно, Рено, Невада, 89509, США
Іхаб Мікаті
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Ісаак Болдук
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Роберт Кулханек
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Вільям А. Уайт
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Сьюзен Кензі
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Емілі К. Снелл-Руд
1 Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти - міста-побратими, Сент-Пол, MN 55108, США
Пов’язані дані
Усі дані доступні в Дріаді (doi: 10.5061/dryad.447sq).
Анотація
Харчування є ключовим компонентом теорії історії життя, проте ми мало знаємо про те, як якість дієти формує еволюцію історії життя у різних видів. Тут ми перевіряємо, чи кількісні показники харчування пов’язані з еволюцією історії життя 96 видів метеликів, що представляють понад 50 незалежних змін у дієті. Ми виявили, що метелики, які харчуються рослинами-господарями з високим вмістом азоту, оскільки личинки є більш плодовитими, але їх яйця менші за розміром тіла. Вміст азоту та натрію в рослинах-господарях також позитивно пов'язані з розміром очей. Деякі з цих стосунків виявляють яскраво виражені наслідки, пов’язані з родовідним кодом. Розмір яєчка не пов’язаний з харчуванням. Крім того, еволюційні терміни зміни дієти не важливі, що свідчить про те, що харчування впливає на історію життя незалежно від тривалості часу, який вид адаптував до свого раціону. Наші результати дозволяють припустити, що, принаймні для деяких родів, види з високим вмістом поживних речовин можуть інвестувати в цілий ряд властивостей, таких як плодючість та розмір очей, при цьому виділяючи менше на кожне яйце, оскільки нащадки мають доступ до більш збагаченого раціону. Ці результати мають важливе значення для еволюції життєвих історій в умовах антропогенних змін у забезпеченні поживними речовинами.
1. Заява про значимість
Чому організми різко відрізняються за ознаками життєвої історії? Деякі мають багато нащадків, а інші - порівняно мало; деякі мають великий мозок і довге життя, а інші - ні. У цьому дослідженні ми показуємо, що варіація між видами таких ознак, пов’язаних з фітнесом, іноді може бути пов’язана з різницею в харчуванні. Види метеликів, які харчуються більш щільними поживними речовинами сімействами рослин, оскільки гусениці дають більше яєць (які порівняно менше) і мають більші очі. Тривалість адаптації виду до свого теперішнього раціону харчування не має значення, що припускає, що живлення може бути фундаментальним обмеженням у розвитку життєвої історії в деяких родах. Це особливо актуально сьогодні, оскільки люди різко збільшили доступність багатьох поживних речовин.
2. Вступ
Дослідженню еволюційної важливості харчування заважає складність кількісної оцінки наявності поживних речовин у різних видів протягом їхньої еволюційної історії. Ряд досліджень підходив до цього питання, використовуючи різні проксі для харчування [22] або порівнюючи широкі класи режимів добування їжі [23,24]. Спеціалізовані рослиноїдні тварини, такі як комахи-фітофаги, є корисною системою, оскільки було показано, що вміст поживних речовин систематично змінюється в межах сімейств рослин [25, 26]. Метелики, зокрема, є потужною системою, оскільки більшість основних поживних речовин людини (наприклад, азот, фосфор) походять від годівлі личинок, а рослини-хазяїни личинок відомі більшості видів. Крім того, накладаючи ці записи про господаря на філогенії лепідоптера, ми можемо оцінити відносні терміни зміни дієти [27].
Філогенез усіх видів, включених в аналіз. На фото представлений представник кожної родини (фото надано Ендрю Уорреном). Вміст поживних речовин у сімействах рослин, що споживаються як рослини-господарі, позначається кольорами теплової карти (білий - низькі значення, червоний - високі) для азоту, фосфору та натрію (відсоток сухої маси). Повний електронний додатковий матеріал, файл 1, містить повний перелік усіх зразків метеликів, що використовуються в аналізі. Див. Електронний додатковий матеріал, малюнки S1 – S3, де наведено зведення вмісту азоту, фосфору та натрію у сімействах рослин, що споживаються цими метеликами. (Інтернет-версія у кольорі.)