Nowa linia czasu dla owadów pokazuje, że stworzenia te po raz pierwszy wyewoluowały 479 milionów lat temu – wcześniej niż wcześniej podejrzewano – i że ich pojawienie się zbiegło się z pierwszymi roślinami lądowymi Earth’s first.
Zrewidowane drzewo życia owadów, zwane również filogenezą, pomaga naukowcom odpowiedzieć na niektóre z długoletnich pytań dotyczących pochodzenia tych wysoce zróżnicowanych i ogromnie ważnych stawonogów. Ale konstruowanie filogenezy nie było piknikiem. Owady są zdecydowanie najbogatszą w gatunki grupą zwierząt na naszej planecie, a zaangażowani badacze musieli użyć kilku superkomputerów do przetworzenia wszystkich danych genetycznych.
Bernard Misof z Muzeum Koenig w Bonn, Niemcy; Xin Zhou z BGI w Shenzen, Chiny; i Karl Kjer z Rutgers University w New Brunswick, New Jersey; wraz z kolegami z całego świata, stworzyli projekt znany jako 1KITE, aby to zrobić. Ustalenia grupy pojawiają się w wydaniu Science z 7 listopada.
„Bardzo niewiele programów komputerowych mogłoby nawet załadować nasze dane bez awarii,” powiedział Kjer. „Owady są tak obfite, że w ekosystemach lądowych zużywają więcej biomasy niż kręgowce.”
„Właściwie owady są tak dominujące, że trudno sobie wyobrazić jakikolwiek rodzaj życia lądowego na Ziemi, który nie został ukształtowany przez nie,” powiedział. „Próbuję pomyśleć o jednym…Może pingwiny? Mogą nie potrzebować owadów na Antarktydzie, ale myślę, że wszystko inne tak.”
Badacze musieli zebrać świeże próbki DNA od wszystkich głównych rzędów owadów, które istnieją dzisiaj. Ale zespół 1KITE był w stanie dokonać tego wyczynu w ciągu około roku, co pozwoliło badaczom przeanalizować 1478 różnych genów kodujących białka z owadów – jak również kilka genów z ich bliskich krewnych stawonogów – i porównać ich dane z zapisem kopalnym owadów.
„Udało się to tylko dlatego, że mogliśmy polegać na sieci amatorów i profesjonalistów, którzy zebrali każdy ważny filogenetycznie gatunek w ramach projektu”, powiedział Misof.
„Owady zrobiły wszystko jako pierwsze. Jako pierwsze tworzyły społeczeństwa społeczne, prowadziły gospodarstwa rolne, śpiewały – po prostu wszystko, co można sobie wyobrazić.”
Karl Kjer
„Szybkie pojawienie się technologii sekwencjonowania następnej generacji i informatyki pozwoliło nam również na wytworzenie ogromnych ilości danych sekwencyjnych, które były informacyjne dla konstrukcji filogenetycznej,” wyjaśnił Zhou. „Nie było to możliwe w przeszłości, kiedy geny musiały być amplifikowane i sekwencjonowane jeden po drugim.”
Nowa linia czasu ujawnia, że owady prawdopodobnie powstały podczas wczesnego ordowiku, a ich pojawienie się zbiegło się z pierwszymi roślinami lądowymi na Ziemi. W ten sposób naukowcy sugerują, że dywersyfikacja owadów odegrała znaczącą rolę w kształtowaniu pierwszych ekosystemów lądowych na naszej planecie – i vice versa.
Zespół 1KITE proponuje również, że latanie owadów pojawiło się około 406 milionów lat temu, gdy ekosystemy lądowe stały się bardziej złożone. Twierdzą oni, że promieniowaniu roślin kwitnących towarzyszyła eksplozja różnorodności wśród owadów latających, takich jak pszczoły, osy i motyle.
„Skrzydła były kluczem do sukcesu owadów”, powiedział Kjer. „Przekształciły dwuwymiarowe środowisko w środowisko trójwymiarowe.”
Oś czasu badaczy pokazuje, że większość współczesnych gatunków owadów powstała około 345 milionów lat temu. Wśród tych nowoczesnych gatunków, pasożytnicze wszy nie różnicowały się aż do czasu, gdy ptasi i ssasi gospodarze byli dostępni, ustalenie, które zaprzecza teorii, że pochodzą one z pierzastych, nie-owadzich dinozaurów.
Różnorodność karaluchów i termitów, które widzimy dzisiaj, prawdopodobnie wyewoluowała w następstwie permskiego masowego wymierania, jedynego znanego masowego wymierania owadów, które nastąpiło około 252 milionów lat temu.
„Jednak prawdziwa różnorodność owadów nie pojawiła się aż do holometaboli”, powiedział Kjer, odnosząc się do podklasy owadów, które przechodzą całkowitą metamorfozę, w tym motyli i chrząszczy. „Owady holometaboliczne mają bardzo wyraźne etapy życia, z larwami, które są wyspecjalizowane do karmienia i ukrywania się i dorosłych, które są wyspecjalizowane do współżycia i rozproszenia, co oznacza, że mogą one dostosować swoje formy ciała do tego, czego potrzebują, kiedy tego potrzebują.”
„Owady zrobiły prawie wszystko najpierw”, według Kjer. „Jako pierwsze tworzyły społeczeństwa społeczne, uprawiały rolę i śpiewały – po prostu wszystko, co można sobie wyobrazić.”
.