Een nieuwe tijdlijn voor insecten toont aan dat deze wezens 479 miljoen jaar geleden voor het eerst zijn geëvolueerd – vroeger dan eerder werd aangenomen – en dat hun verschijning samenviel met de eerste landplanten op aarde.
De herziene levensboom van insecten, ook wel fylogenie genoemd, helpt wetenschappers bij het beantwoorden van enkele van de langlopende vragen over de oorsprong van deze zeer diverse en enorm belangrijke geleedpotigen. Maar het samenstellen van de fylogenie was geen sinecure. Insecten zijn verreweg de meest soortenrijke groep dieren op de planeet, en de betrokken onderzoekers moesten verschillende supercomputers gebruiken om al hun genetische gegevens te verwerken.
Bernard Misof van het Museum Koenig in Bonn, Duitsland; Xin Zhou van het BGI in Shenzen, China; en Karl Kjer van de Rutgers University in New Brunswick, New Jersey; samen met collega’s van over de hele wereld, creëerden zij een project dat bekend staat als 1KITE om dit voor elkaar te krijgen. De bevindingen van de groep verschijnen in het 7 november nummer van Science.
“Zeer weinig software programma’s konden zelfs onze gegevens laden zonder te crashen,” zei Kjer. “Insecten zijn zo overvloedig dat ze in terrestrische ecosystemen meer biomassa verbruiken dan gewervelde dieren. In feite zijn insecten zo dominant dat het moeilijk is om je enige vorm van terrestrisch leven op aarde voor te stellen dat niet door hen is gevormd,” zei hij. “Ik probeer er een te bedenken…Misschien pinguïns? Ze hebben misschien geen insecten nodig op Antarctica, maar ik denk al het andere wel.”
De onderzoekers moesten verse DNA-monsters verzamelen van alle belangrijke insectenorden die vandaag bestaan. Maar het 1KITE-team was in staat om deze prestatie in ongeveer een jaar te volbrengen, waardoor de onderzoekers 1.478 verschillende eiwit-coderende genen van insecten konden analyseren – evenals een paar genen van hun naaste verwanten van geleedpotigen – en hun gegevens konden vergelijken met het fossielenbestand van insecten.
“Dit is alleen gelukt omdat we konden vertrouwen op een netwerk van amateurs en professionals om elke fylogenetisch belangrijke soort in het project te verzamelen,” zei Misof.
“Insecten deden zo ongeveer alles als eerste. Ze waren de eersten die sociale samenlevingen vormden, landbouw bedreven en zongen – zo ongeveer alles wat je je maar kunt voorstellen.”
Karl Kjer
“De snelle komst van next-generation sequencing-technologie en informatica stelde ons ook in staat om enorme hoeveelheden sequentiegegevens te produceren die informatief waren voor fylogenetische constructie,” legde Zhou uit. “Dit was niet mogelijk in het verleden, toen genen één voor één moesten worden geamplificeerd en gesequenced.”
De nieuwe tijdlijn onthult dat insecten waarschijnlijk zijn ontstaan tijdens de Vroege Ordoviciumperiode, en dat hun verschijning samenviel met de eerste landplanten op aarde. De onderzoekers suggereren dus dat de diversificatie van insecten een belangrijke rol speelde bij het vormgeven van de eerste terrestrische ecosystemen van de planeet – en vice versa.
Het 1KITE-team stelt ook voor dat de insectenvlucht ongeveer 406 miljoen jaar geleden ontstond, toen terrestrische ecosystemen complexer werden. Ze zeggen dat de uitstraling van bloeiende planten gepaard ging met een explosie van diversiteit onder vliegende insecten, zoals bijen, wespen en vlinders.
“Vleugels waren een sleutel tot het succes van insecten,” zei Kjer. “Ze veranderden een tweedimensionale omgeving in een driedimensionale omgeving.”
De tijdlijn van de onderzoekers laat zien dat de meeste moderne insectensoorten ongeveer 345 miljoen jaar geleden zijn ontstaan. Onder deze moderne soorten diversifieerden parasitaire luizen pas nadat vogel- en zoogdiergastheren beschikbaar waren, een bevinding die in tegenspraak is met de theorie dat ze zijn ontstaan op gevederde, niet-aviaanse dinosaurussen.
De verscheidenheid aan kakkerlakken en termieten die we vandaag de dag zien, is waarschijnlijk geëvolueerd in de nasleep van de Perm massale uitsterving, de enige bekende massale uitsterving van insecten, die ongeveer 252 miljoen jaar geleden plaatsvond.
“De echte insectendiversiteit kwam echter pas tot stand in het Holometabool,” zei Kjer, verwijzend naar de subklasse van insecten die een volledige metamorfose ondergaan, waaronder vlinders en kevers. “Holometabole insecten hebben zeer verschillende levensstadia, met larven die gespecialiseerd zijn om zich te voeden en te verbergen en volwassenen die gespecialiseerd zijn om te paren en zich te verspreiden, wat betekent dat ze hun lichaamsvormen op maat kunnen ontwerpen voor wat ze nodig hebben wanneer ze het nodig hebben.”
“Insecten deden zo ongeveer alles het eerst,” volgens Kjer. “Ze waren de eersten die sociale samenlevingen vormden, landbouw bedreven en zongen – zo ongeveer alles wat je je maar kunt voorstellen.”