En ny tidslinje för insekter visar att varelserna utvecklades för första gången för 479 miljoner år sedan – tidigare än vad som tidigare misstänkts – och att deras uppkomst sammanföll med jordens första landväxter.
Det reviderade livsträdet för insekter, som också kallas fylogeni, hjälper forskarna att besvara några av de långvariga frågorna om ursprunget till dessa mycket varierande och enormt viktiga leddjur. Men att konstruera fylogenin var ingen lätt match. Insekter är den överlägset mest artrika djurgruppen på planeten, och de inblandade forskarna var tvungna att använda flera superdatorer för att bearbeta alla sina genetiska data.
Bernard Misof från Museum Koenig i Bonn, Tyskland, Xin Zhou från BGI i Shenzen, Kina, och Karl Kjer från Rutgers University i New Brunswick, New Jersey, tillsammans med kollegor från hela världen, skapade ett projekt som kallas 1KITE för att få det gjort. Gruppens resultat publiceras i Science den 7 november.
”Väldigt få mjukvaruprogram kunde ens ladda våra data utan att krascha”, säger Kjer. ”Insekter är så vanliga att de i terrestra ekosystem konsumerar mer biomassa än vad ryggradsdjur gör.”
”Insekter är faktiskt så dominerande att det är svårt att föreställa sig någon form av jordiskt liv på jorden som inte har formats av dem”, sade han. ”Jag försöker komma på en… Kanske pingviner? De kanske inte behöver insekter i Antarktis, men jag tror att allt annat gör det.”
Forskarna var tvungna att samla in färska DNA-prover från alla de större insektsordningar som finns idag. Men 1KITE-teamet kunde genomföra denna bedrift på ungefär ett år, vilket gjorde det möjligt för forskarna att analysera 1 478 olika proteinkodande gener från insekter – samt några gener från deras nära släktingar till leddjur – och jämföra sina data med insektsfossilregistret.
”Detta fungerade bara för att vi kunde förlita oss på ett nätverk av amatörer och proffs som samlade in alla fylogenetiskt viktiga arter i projektet”, säger Misof.
”Insekterna gjorde nästan allting först. De var först med att bilda sociala samhällen, odla och sjunga – nästan allt man kan tänka sig.”
Karl Kjer
”Den snabba tillkomsten av nästa generations sekvenseringsteknik och informatik gjorde det också möjligt för oss att producera enorma mängder sekvensdata som var informativa för den fylogenetiska konstruktionen”, förklarade Zhou. ”Detta var inte möjligt tidigare, då generna var tvungna att amplifieras och sekvenseras en efter en.”
Den nya tidslinjen avslöjar att insekterna troligen uppstod under den tidiga ordoviciska perioden, och att deras uppkomst sammanföll med jordens första landväxter. Forskarna föreslår därför att insekternas diversifiering spelade en viktig roll i utformningen av planetens första terrestra ekosystem – och vice versa.
1KITE-teamet föreslår också att insekternas flygning uppstod för cirka 406 miljoner år sedan, i takt med att de terrestra ekosystemen blev mer komplexa. De menar att spridningen av blommande växter åtföljdes av en explosion av mångfald bland flygande insekter, såsom bin, getingar och fjärilar.
”Vingar var en nyckel till framgång för insekter”, säger Kjer. ”De förvandlade en tvådimensionell miljö till en tredimensionell miljö.”
Forskarnas tidslinje visar att de flesta moderna insektsarter uppstod för cirka 345 miljoner år sedan. Bland dessa moderna arter diversifierades parasitlössen inte förrän efter att fågel- och däggdjursvärdar fanns tillgängliga, ett resultat som motsäger teorin att de uppstod på fjäderförsedda, icke-aviära dinosaurier.
Den mångfald av kackerlackor och termiter som vi ser i dag utvecklades troligen i kölvattnet av det permiska massutdöendet, det enda kända massutdöendet av insekter, som inträffade för cirka 252 miljoner år sedan.
”Verklig insektsdiversitet uppstod dock inte förrän i Holometabola”, säger Kjer, och hänvisar till den underklass av insekter som genomgår fullständig metamorfos, inklusive fjärilar och skalbaggar. ”Holometabola insekter har mycket distinkta livsstadier, med larver som är specialiserade på att äta och gömma sig och vuxna insekter som är specialiserade på att para sig och sprida sig. Det innebär att de kan skräddarsy sina kroppsformer för vad de behöver när de behöver det.”
”Insekterna gjorde i stort sett allting först”, enligt Kjer. ”De var först med att bilda sociala samhällen, odla och sjunga – nästan allt man kan tänka sig.”