Eine neue Zeitleiste für Insekten zeigt, dass sich die Kreaturen erstmals vor 479 Millionen Jahren entwickelten – früher als bisher angenommen – und dass ihr Erscheinen mit den ersten Landpflanzen der Erde zusammenfiel.
Der überarbeitete Lebensbaum der Insekten, auch Phylogenie genannt, hilft den Wissenschaftlern, einige der langjährigen Fragen über den Ursprung dieser äußerst vielfältigen und enorm wichtigen Gliederfüßer zu beantworten. Doch die Erstellung der Phylogenie war kein Kinderspiel. Insekten sind die bei weitem artenreichste Gruppe von Tieren auf dem Planeten, und die beteiligten Forscher mussten mehrere Supercomputer einsetzen, um alle ihre genetischen Daten zu verarbeiten.
Bernard Misof vom Museum Koenig in Bonn, Deutschland; Xin Zhou vom BGI in Shenzen, China; und Karl Kjer von der Rutgers University in New Brunswick, New Jersey; zusammen mit Kollegen aus der ganzen Welt schufen sie ein Projekt namens 1KITE, um dies zu erreichen. Die Ergebnisse der Gruppe erscheinen in der Ausgabe vom 7. November in Science.
„Nur sehr wenige Softwareprogramme könnten unsere Daten laden, ohne abzustürzen“, so Kjer. „Insekten sind so häufig, dass sie in terrestrischen Ökosystemen mehr Biomasse verbrauchen als Wirbeltiere.“
„Tatsächlich sind Insekten so dominant, dass es schwer vorstellbar ist, dass irgendeine Art von terrestrischem Leben auf der Erde nicht von ihnen geprägt wurde“, sagte er. „Ich versuche, mir eine vorzustellen… Vielleicht Pinguine? Sie brauchen vielleicht keine Insekten in der Antarktis, aber ich denke, alles andere schon.“
Die Forscher mussten frische DNA-Proben von allen heute existierenden großen Insektenordnungen sammeln. Doch das 1KITE-Team schaffte dieses Kunststück in etwa einem Jahr, so dass die Forscher 1.478 verschiedene proteinkodierende Gene von Insekten – sowie einige Gene von ihren nahen Gliederfüßer-Verwandten – analysieren und ihre Daten mit dem Fossilbestand der Insekten vergleichen konnten.
„Das hat nur funktioniert, weil wir uns auf ein Netzwerk von Amateuren und Fachleuten verlassen konnten, um jede phylogenetisch wichtige Art in dem Projekt zu sammeln“, sagte Misof.
„Insekten haben so ziemlich alles zuerst gemacht. Sie waren die ersten, die soziale Gesellschaften bildeten, Landwirtschaft betrieben und sangen – so ziemlich alles, was man sich vorstellen kann.“
Karl Kjer
„Das schnelle Aufkommen der Next-Generation-Sequenzierungstechnologie und der Informatik ermöglichte es uns auch, riesige Mengen an Sequenzdaten zu produzieren, die für die phylogenetische Konstruktion informativ waren“, erklärte Zhou. „
Die neue Zeitleiste zeigt, dass Insekten wahrscheinlich während des frühen Ordoviziums entstanden sind und dass ihr Auftreten mit den ersten Landpflanzen der Erde zusammenfiel. Die Forscher vermuten daher, dass die Diversifizierung der Insekten eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der ersten terrestrischen Ökosysteme der Erde gespielt hat – und umgekehrt.
Das 1KITE-Team geht auch davon aus, dass der Insektenflug vor etwa 406 Millionen Jahren entstand, als die terrestrischen Ökosysteme komplexer wurden. Sie sagen, dass die Ausbreitung blühender Pflanzen mit einer explosionsartigen Zunahme der Vielfalt fliegender Insekten wie Bienen, Wespen und Schmetterlinge einherging.
„Flügel waren der Schlüssel zum Erfolg der Insekten“, so Kjer. „Sie verwandelten eine zweidimensionale Umgebung in eine dreidimensionale Umgebung.“
Die Zeitleiste der Forscher zeigt, dass die meisten modernen Insektenarten vor etwa 345 Millionen Jahren entstanden sind. Unter diesen modernen Arten diversifizierten sich die parasitären Läuse erst, nachdem Vögel und Säugetiere als Wirte zur Verfügung standen, ein Ergebnis, das der Theorie widerspricht, dass sie auf gefiederten, nicht-avischen Dinosauriern entstanden sind.
Die Vielfalt der Kakerlaken und Termiten, die wir heute sehen, entwickelte sich wahrscheinlich im Gefolge des permischen Massenaussterbens, des einzigen bekannten Massenaussterbens von Insekten, das vor etwa 252 Millionen Jahren stattfand.
„Eine wirkliche Insektenvielfalt entstand jedoch erst mit der Holometabola“, sagte Kjer und bezog sich dabei auf die Unterklasse der Insekten, die eine vollständige Metamorphose durchlaufen, darunter Schmetterlinge und Käfer. „Holometabole Insekten haben sehr ausgeprägte Lebensstadien, mit Larven, die auf Nahrung und Verstecken spezialisiert sind, und Erwachsenen, die auf Paarung und Ausbreitung spezialisiert sind, was bedeutet, dass sie ihre Körperformen auf das abstimmen können, was sie brauchen, wenn sie es brauchen.“
„Insekten haben so ziemlich alles zuerst gemacht“, so Kjer. „Sie waren die ersten, die soziale Gesellschaften bildeten, Landwirtschaft betrieben und sangen – so ziemlich alles, was man sich vorstellen kann.“