Hyönteisten uusi aikajana osoittaa, että hyönteiset kehittyivät ensimmäisen kerran 479 miljoonaa vuotta sitten – aiemmin kuin aiemmin epäiltiin – ja että ne ilmestyivät samaan aikaan maapallon ensimmäisten maakasvien kanssa.
Tarkistettu hyönteisten elämänpuu, jota kutsutaan myös fylogeniaksi, auttaa tutkijoita vastaamaan joihinkin pitkään jatkuneisiin kysymyksiin, jotka koskivat näiden erittäin monimuotoisten ja valtavan tärkeiden niveljalkaisten alkuperää. Fylogenian rakentaminen ei kuitenkaan ollut mikään helppo nakki. Hyönteiset ovat ylivoimaisesti lajirikkain eläinryhmä planeetalla, ja mukana olleiden tutkijoiden oli käytettävä useita supertietokoneita kaiken geneettisen datan käsittelyyn.
Bernard Misof Bonnissa Saksassa sijaitsevasta Museum Koenigista, Xin Zhou BGI:stä Shenzenistä Kiinasta ja Karl Kjer Rutgersin yliopistosta New Brunswickista New Jerseysta yhdessä kollegoidensa kanssa eri puolilta maailmaa loivat projektin nimeltä 1KITE. Ryhmän tulokset julkaistaan Science-lehden 7. marraskuuta ilmestyneessä numerossa.
”Hyvin harvat ohjelmat pystyivät edes lataamaan tietojamme kaatumatta”, Kjer sanoi. ”Hyönteisiä on niin paljon, että ne kuluttavat maanpäällisissä ekosysteemeissä biomassan osalta enemmän kuin selkärankaiset.”
”Itse asiassa hyönteiset ovat niin hallitsevassa asemassa, että on vaikea kuvitella minkäänlaista maanpäällistä elämää maapallolla, jota ne eivät olisi muokanneet”, hän sanoi. ”Yritän keksiä yhtä… Ehkä pingviinejä? Ne eivät ehkä tarvitse hyönteisiä Etelämantereella, mutta luulen, että kaikki muu tarvitsee.”
Tutkijoiden oli kerättävä tuoreita DNA-näytteitä kaikista tärkeimmistä nykyisistä hyönteisjärjestöistä. 1KITE-tiimi pystyi kuitenkin suorittamaan tämän uroteon noin vuodessa, minkä ansiosta tutkijat pystyivät analysoimaan 1 478 erilaista proteiineja koodaavaa geeniä hyönteisistä – sekä muutamia niiden läheisten niveljalkaisten sukulaisten geenejä – ja vertailemaan tietojaan hyönteisfossiileihin.
”Tämä onnistui vain siksi, että pystyimme luottamaan harrastajien ja ammattilaisten verkostoon, joka keräsi kaikki projektin kannalta fylogeneettisesti tärkeät lajit”, Misof sanoo.
”Hyönteiset tekivät lähes kaiken ensin. Ne muodostivat ensimmäisinä sosiaalisia yhteiskuntia, viljelivät maata ja lauloivat – melkein mitä vain voi kuvitella.”
Karl Kjer
”Seuraavan sukupolven sekvensointiteknologian ja tietotekniikan nopea tulo mahdollisti myös sen, että pystyimme tuottamaan valtavia määriä sekvenssidataa, joka oli informatiivista fylogeneettistä rakentamista varten”, Zhou selitti. ”Tämä ei ollut mahdollista aiemmin, jolloin geenit oli monistettava ja sekvensoitava yksi kerrallaan.”
Uusi aikajana paljastaa, että hyönteiset ovat todennäköisesti syntyneet varhaisordoviikinaikana ja että niiden ilmaantuminen osui yksiin maapallon ensimmäisten maakasvien kanssa. Tutkijat ehdottavat siis, että hyönteisten monipuolistumisella oli merkittävä rooli planeetan ensimmäisten maaekosysteemien muotoutumisessa – ja päinvastoin.
1KITE-ryhmä ehdottaa myös, että hyönteisten lentäminen syntyi noin 406 miljoonaa vuotta sitten, kun maaekosysteemit monimutkaistuivat. Heidän mukaansa kukkivien kasvien säteilyyn liittyi lentävien hyönteisten, kuten mehiläisten, ampiaisten ja perhosten, monimuotoisuuden räjähdysmäinen lisääntyminen.
”Siivet olivat avain hyönteisten menestykseen”, Kjer sanoo. ”Ne muuttivat kaksiulotteisen ympäristön kolmiulotteiseksi.”
Tutkijoiden aikajana osoittaa, että useimmat nykyaikaiset hyönteislajit ovat syntyneet noin 345 miljoonaa vuotta sitten. Näiden nykyaikaisten lajien joukossa loistäit monipuolistuivat vasta sen jälkeen, kun lintu- ja nisäkäsisäntiä oli saatavilla, mikä on ristiriidassa sen teorian kanssa, jonka mukaan ne saivat alkunsa höyhenpeitteisistä, ei-avianisista dinosauruksista.
Nykyisin näkemämme torakoiden ja termiittien monimuotoisuus kehittyi luultavasti permikautisen joukkosukupuuton, ainoan tunnetun hyönteisten joukkosukupuuton, seurauksena, joka tapahtui noin 252 miljoonaa vuotta sitten.
”Todellinen hyönteisten monimuotoisuus syntyi kuitenkin vasta holometaboliassa”, Kjer sanoi viitaten täydellisen metamorfoosin läpikäyneiden hyönteisten alaluokkaan, johon kuuluvat myös perhoset ja kuoriaiset. ”Holometabolaisilla hyönteisillä on hyvin erillisiä elämänvaiheita, joissa toukat ovat erikoistuneet syömään ja piiloutumaan ja aikuiset ovat erikoistuneet parittelemaan ja hajaantumaan, mikä tarkoittaa sitä, että ne voivat räätälöidä ruumiinmuotonsa sen mukaan, mitä ja milloin ne tarvitsevat.”
”Hyönteiset tekivät melkein kaiken ensimmäisenä”, Kjer sanoo. ”Ne olivat ensimmäisiä, jotka muodostivat sosiaalisia yhteisöjä, viljelivät maata ja lauloivat – melkein mitä vain voi kuvitella.”