какое самое первое насекомое
Кто был предком насекомых?
Не все насекомые произошли от одной предковой формы, как очень долго считалось. Их физические подобия являются не результатом схожей родословной, а следствием адаптации к окружающей среде и приобретением признаков конвергенции. К таким выводам пришли генетики на основании нового исследования. По крайней мере одна группа примитивных бескрылых насекомых, известных как вилохвосты, вышли из воды на сушу задолго до всех других насекомых, сообщается в текущем выпуске журнала Science.
Команда итальянских и американских исследователей во главе с доктором Франческо Нарди из Университета Сиены, осуществила новый взгляд на генеалогическое дерево происхождения насекомых, сосредоточившись не на форме их тела, а на схожести их генов.
Ученые сравнили ключевые последовательности геномов разнообразных типов насекомого с таковыми из разновидности чешуйниц, и двух разновидностей вилохвостов. Чешуйница принадлежит к группе, виды которой, как думают, являются самыми близкими родственниками летающих насекомых. Анализ дал весомые аргументы в пользу того, что не смотря на то, что все они произошли от морских ракообразных, в то же время — не от тех же самых.
Эти результаты рушат сложившийся стереотип мышления, что насекомые являются монофилетической группой, то есть они возникли однажды от единственного общего шестиногого предка.
Теперь ясно, что их физические подобия не являлись результатом схожей родословной, но от адаптации к окружающей среде, пришли к этим схожим формам в явлении, известном как конвергенция.
Вилохвосты отчетливо отличались от чешуйниц, от которых они, как казалось, произошли ранее. Ракообразный предок вилохвостов отделен несколькими этапами прошедшей эволюции от ракообразных, которые дали рождение другим насекомым.
Митохондриальные данные последовательности генома показывают, что шестиногие земные членистоногие, развивались не один раз и являются итогом по крайней мере двух независимых вторжений на сушу их предковых форм. А их схожие признаки были сглажены на протяжении сотен миллионов лет эволюции.
Насекомые обычно имеют три пары ног, одну пару антенн и три части тела — голову, грудину и брюшко. Они единственные члены животных типа членистоногих, которые обладают крыльями в стадии взрослой особи, хотя их прямое наличие не всегда очевидно.
Вилохвост — живущие в почве насекомые, обычны и известны во всем мире. На Земле существуют тысячи их разновидностей, включая одну, обитающую в Антарктиде и более чем 1600 в Австралии. Они получили свое название от уникального разветвленного анального спинного хребта, который может изгибаться и пружинить, и с помощью которого они могут прыгать на высоту в несколько раз больше размеров их собственного тела.
Ракообразные, которые включают крабов, креветок, омаров, моллюсков и лесных вшей, также являются членистоногими: они имеют четыре или больше ног, две пары антенн, переменные формы тела, которое никогда не имеет три основных части, как у насекомых, и у них нет никаких крыльев.
В ученом мире до сих пор продолжаются дебаты об эволюционных связях между насекомыми, ракообразными, паукообразными (к которым относятся пауки, скорпионы, клещи) и многоножками (пока еще не ясной разновидности неизвестного происхождения).
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Наука: как появились на земле насекомые
Ирина Лагунина: До середины ХХ века палеонтологи считали большой удачей найти ископаемое насекомое. Эти организмы очень редко попадали в палеонтологическую летопись, так как они плохо сохранялись, и их к тому же не умели искать. Однако когда ученые научились определять останки насекомых в древних породах, выяснилось, что они играли огромную роль в формировании земной биосферы. О том, когда и как появились насекомые, рассказывает кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории палеоэнтомологии Палеонтологического института РАН Кирилл Еськов. С ним беседуют Александр Марков и Ольга Орлова.
Александр Марков: Обычно, когда речь заходит о палеонтологии, первыми в голову приходят динозавры, вторыми, наверное, питекантропы с неандертальцами. А между тем все это сравнительно редкие малочисленные существа, а самую большую роль в наземном сообществе много сотен миллионов лет играют, конечно же, насекомые. Кирилл расскажите, пожалуйста, когда появились на земле насекомые.
Ольга Орлова: Муравьи, жуки.
Кирилл Еськов: Нет, это первично бескрылые, есть многие насекомые теряли крылья вторично, это речь не про них. Кроме того есть примитивные группы насекомых, которые никогда крыльев не имели.
Александр Марков: Муравьи, жуки – это крылатые.
Ольга Орлова: А кто такие бескрылые насекомые?
Кирилл Еськов: Например, такие есть так называемые чешуйницы. Под ванной иногда живут такие длинные торпедообразные насекомые с маленькими хвостиками, быстро бегают, серебристые как капельки. Вот они.
Александр Марков: В цветочных горшках часто прыгают коллемболы.
Кирилл Еськов: Крошечные, миллиметрового размера создания.
Ольга Орлова: И они такие древние?
Кирилл Еськов: Они еще древнее. Они, конечно, древнее крылатых, но они очень плохо попадают в палеонтологическую летопись, такая неприятность у них.
Ольга Орлова: Не сохраняется ничего?
Кирилл Еськов: Дело не в том, насекомые сохраняются очень хорошо в палеонтологической летописи. Дело в том, что хитин, которым покрыто насекомое, это достаточно прочная вещь и поэтому насекомые в палеонтологическую летопись, они маленькие, их трудно разглядеть, но сами по себе попадают достаточно часто. Более того, насекомые, когда их научились искать как следует, оказались одной из самых массовых групп.
Александр Марков: Окаменевшие ископаемые насекомые.
Кирилл Еськов: Конечно. Про янтари мы не говорим, янтари – это отдельная статья, вещь всем известная.
Александр Марков: Просто в камнях.
Ольга Орлова: Каков порядок примерно?
Ольга Орлова: Такое разнообразие насекомых было всегда, на протяжении всего существования нашей земли?
Кирилл Еськов: В общем да. Тоже нарастает, как у всех прочих, потому что разнообразие растет. Оно обваливается в моменты кризисов, которые были несколько раз, но в целом суммарное разнообразие всех групп живых организмов имеет тенденцию к увеличению.
Ольга Орлова: А чем объясняется такое разнообразие именно насекомых, почему так много их оказалось?
Кирилл Еськов: Вы знаете, насекомые выиграли совершенно замечательную экологическую нишу. Практически в своем размерном классе у них не имеется реальных конкурентов. И они умеют все. Они могут быть хищниками, они первыми, вообще говоря, освоили настоящую фитофогию, то есть питание зелеными частями растений и вообще живыми зелеными растениями. В своем размерном классе они не имеют конкурентов. У них великолепная физиология, которая целиком приспособлена к жизни в таком размерном классе. Школьник должен всегда сказать, что какие преимущества у насекомых – трахейное дыхание. Вы знаете, вы дышите легкими, вы должны закачать воздух в легкие, кислород, который содержится в этом воздухе, должен раствориться в тканевых жидкостях, в крови, в частности, вступить в соединение с гемоглобином, этот гемоглобин должен быть доставлен через кровяное русло к клеткам, которые его потребляют. Там опять сложные всякие обменные процессы. То есть вам нужна кровеносная система, в которую накладывается масса ограничений. Насекомые решили эту проблему гениально просто. Насекомое дышит через трубку, которая называется трахея. Это ветвящиеся трубочки, которые ветвятся до того, что в конце концов каждая отдельная трахея соединяется с каждой единичной клеткой. То есть каждая клетка тела насекомого соединена напрямую с поверхностью. И не нужен посредник в виде крови, всей сложной физиологии, которая на это накручивается.
Александр Марков: Выглядит довольно неэкономично в вашем изложении. Сколько же трубок нужно.
Кирилл Еськов: Самое главное, что у тебя выпадает целая система органов. Но это тебя жестко лимитирует по размеру. Такая система, основанная на прямой диффузии, работает только для очень маленьких животных.
Александр Марков: Но были довольно крупные насекомые.
Кирилл Еськов: Да, вот это замечательно. На школьных биологических олимпиадах очень любили этот вопрос. В карбоновом периоде существовали очень крупные насекомые стрекоза-меганевра, 70 сантиметров в размахе крыльев, до метра считается. Очень крупные не только насекомые, очень крупные многоножки, до метра величиной такие сосиски ползали. В том-то и дело, что они тоже трахейнодышащие. В каменноугольный период, в то время, когда происходит захоронение огромного количества углерода не окисленного, то есть когда получаются запасы угля. То есть из атмосферы у вас изымаются огромное количества углерода.
Александр Марков: То есть очень много кислорода было в атмосфере.
Ольга Орлова: То есть это не виляет в такой степени.
Кирилл Еськов: Темп эволюционных изменений живого организма достаточно хорошо на палеонтологическом материале известен, но это миллионы или многие сотни лет. Первые миллионы многие сотни, скажем так, возраст насекомых, возраст видов насекомых. Понятно, что чтобы на что-то среагировать уменьшением, увеличением размеров, нужны временные интервалы таких размеров. Поэтому когда за двести лет увеличилось количество СО2, понятно, что на это никто не успевает среагировать
Ирина Лагунина
Руководитель специальных проектов Русской службы Радио Свобода
История насекомых продолжается в глубь времени
История развития насекомых таит в себе множество загадок. Ученые до сих пор точно не знают, как и почему насекомые научились летать, однако пытаются восстановить по этапам этот процесс.
Об эволюции насекомых рассказывает кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории палеоэнтомологии Палеонтологического института РАН Кирилл Еськов.
– Ископаемые насекомые служат ученым своего рода индикаторами других совсем не сохранившихся видов. Например, мы не знаем, когда появились наземные моллюски – они плохо сохраняются в палеонтологической летописи. По общим условиям они должны появиться в Юрском периоде (206 – 142 миллионов лет назад), но их нет.
Но зато в Юрском периоде есть замечательная группа жужелиц – мы их находим в таком классическом местонахождении Каратау – эти жужелицы занимаются и сейчас охотой на наземных моллюсков, и у них очень специфическое строение челюстей: челюсти сильно скособочены и жужелицы ими вскрывают тонкие ракушки моллюсков, как консервным ножом. Поэтому когда мы находим жужелиц с такими челюстями, мы можем с достаточной степенью уверенности говорить, что в это время, по-видимому, моллюски уже были. Случаев таких достаточно много, когда по именно составу фауны насекомых можно делать заключение о многих животных и растениях, которых мы в палеонтологической летописи не видим.
– Мы знаем что насекомые не всегда умели летать. Как у них появились крылья?
– Это понятно более-менее, сначала возникают параноталии, то есть первые выросты на груди, которые позволяли планировать. Это дает возможность не хищным группам, которые жили в кронах, избегать хищников – пауков прежде всего и хищных многоножек губоногих, которые за ними охотились. Прыжок с одной ветви на другую, который позволяет уйти от хищника, понятно зачем возникает. Но обитатели древесных крон, как и обитатели почв, очень плохо попадают в палеонтологическую летопись. Но мы можем сказать, что первичнобескрылые возникают в каменноугольном периоде. Это скорпионы, паукообразные. Это середина карбонового периода, где-то 320 миллионов лет назад.
– Первые крылатые насекомые отличались от современных?
– Да, это полностью вымершие отряды, например Paleodictyopterida, они считаются родственными нынешним поденкам, у которых личинка живет в воде, а потом происходит массовый вылет и на протяжении нескольких часов эти ажурные существа порхают над речками и прудами. После лёта – размножение, они откладывают яйца и после этого умирают, никаких функций кроме разложения они не несут. Это насекомое живет в виде личинки, причем личинки есть многолетние у некоторых групп. То есть всю жизнь проводит в виде личинки, в воде, а дальше происходит вылет.
А есть поденка – это единственная группа, у которых внутри крыла сохраняются живые ткани и она может линять, но на самом деле ничего хорошего в этом нет, поскольку крыло тяжелое. Поэтому у поденки порхающий полет, на который, что называется, без слез не глянешь. У древних насекомых крылья как у поденок – примитивные крылья с живой тканью внутри. Это как раз то, с чего все начиналось. Когда первые насекомые появились, они здорово отличались от нынешних, это вымершие отряды, от которых ничего не осталось.
– Сегодня есть теория, согласно которой по молекулярно-генетическим данным насекомые произошли, от ластоногих ракообразных.
– Согласно более общепринятой теории, считалось, что насекомые произошли от губоногих многоножек – от хилапод. Причем там даже более-менее понятны эмбриологические механизмы, по которым это происходит. А вторая версия, действительно предполагает, что насекомые произошли от раков. Но эта версия считалась маргинальной. А сейчас в связи как раз в связи с новыми молекулярными данными возник интерес к рачьей теории. Но дело в том, что рачья версия, к сожалению, слабо подтверждается палеонтологической летописью. Раки и переходные формы, раз очень хорошо должны сохраниться в палеонтологической летописи. С точки зрения этой теории объяснить отсутствие переходных форм объяснить гораздо труднее.
– Как дальше эволюционировали насекомые, когда у них появились крылья?
Хищная стрекоза может достать все. И в этот момент, чтобы спастись, есть две стратегии, которые тут же и реализуются, собственно говоря, и вот откуда берутся две крупных эволюционных группы насекомых, которые дальше и сохраняются.
– Расскажите о таком феномене, как общественные насекомые.
– В эволюции насекомых несколько раз появлялись замечательные параллелизмы, когда в разных группах, систематически разных и далеких друг от друга реализовывалась одна и та же стратегия. Классическим примером как раз является появление общественных насекомых. Тут нужно определить, что такое общественное животное, общественное насекомое. Есть, например, общественные пауки, причем пауки, которые имеют очень сложную стратегию. Они делают единую сеть. Когда попадает насекомое в эту сеть, осуществляется коллективная атака. Когда они «завалят» насекомое у них все общее фактически как у муравьев. Вы знаете, что у муравьев есть трафалаксис, муравьи способны делиться пищей друг с другом, передавая пищу по цепочке. Он съел, после этого часть пищи отрыгнул соседу, сосед может отрыгнуть часть пищи другому соседу и поэтому любая часть пищи расходится по муравейнику. У пауков существуют аналоги такого трафалаксиса. То есть они совместно накачивают своими пищеварительными выделениями вот это самое насекомое и потом питаются сами и могут питаться другие пауки, которые непосредственно не участвовали в атаке.
С одной стороны есть термиты, а с одной стороны – богомолы, и те, и те – высокоспециализированные группы тараканов.
В принципе при некоторых катастрофических обстоятельствах ее можно научить размножаться. Причем у термитов рабочими являются и самцы, и самки, а у перепончатых только самки.
– Общественные муравьи и осы тоже появились в середине мела – 100 миллионов лет назад?
– Да, именно так, муравьи, собственно говоря, группа специализированных бескрылых ос. Это так или иначе связано с общими радикальными перестройками глобальной экосистемы, которые происходили в середине мела, которые связаны с экспансией цветковых растений, которые как раз в этот момент начали полностью перестраивать мир. Но почему возник такой механизм ответа нет. Вопрос для школьной биологической олимпиады. Школьники, будучи незашоренными, иногда выдумывают удивительные вещи. Такие вопросы надо действительно задавать школьникам, старшеклассникам, хорошо иногда пишут.
– А какие последние крупные открытия были сделаны исследователями насекомых?
– Почему новый отряд насекомых получил название Мантофазмотоды?
– Была такая дискуссия среди палеоэнтомологов о том, насколько связан рост разнообразия насекомых с быстрой диверсификацией цветковых растений в средине мела. Считалось, что когда стали размножаться цветковые растения, то это стимулировало, был причиной бурного роста разнообразия насекомых.
– Так и есть, только картина оказалась сложнее и интереснее. Середина мела – это время гигантского, очень тяжелого кризиса в наземных экосистемах. Всем известно про великое вымирание на границе кайнозоя и мезозоя – 65 миллионов лет назад. Но дело в том, что вот это великое вымирание целиком связано с морем. Виды, обитавшие на суше, практически ничего не заметили.
Вероятно, в это время вымерли последние семь видов динозавров. Это совсем не ситуация тотального вымирания в морях, которое было. А вымирания на суше как раз было в середине мелового периода, за 25-30 миллионов лет до этих событий. Вот тогда на суше действительно происходило бог знает что, и вымирание насекомых тоже было очень серьезным. Это связывалось с быстрой экспансией покрытосеменных цветковых, которые перестраивали все тогдашние экосистемы. Они вытесняли мезозойских голосеменных и формировали принципиально новые экосистемы. Но опять-таки одни группы насекомых вымирали, другие группы активно развивались.
Но еще раньше в самых разных группах голосеменных в конце юрского периода (140 миллионов лет назад) начинает вырабатываться независимый синдром покрытосеменных. Красилов, один из специалистов по этому периоду и по происхождению покрытосеменных, назвал многочисленные и независимо появляющиеся группы голосеменных имитаторами цветковых. В это же время появляются среди насекомых имитаторы бабочек, имитаторы пчел и все прочее, но совершенно в других группах. Это дивные сетчатокрылые каллиграматиды (Kalligrammatidae). Имитатор бабочки, то есть с ладонь величиной существо, у которых крылья совершенно как у бабочки, и более того, у на них яркие разноцветные концентрические круги. В Каратау сохраняется окраска. Они просто вывешены в мезозойском зале в музее.
Эти насекомые они ведут себя как бабочка, не будучи бабочкой. И дальше каждое следующее приспособление этих самых имитаторов-опылителей и всех прочих групп провоцирует растение на специализацию во вполне определенном направлении, а растения специализируясь все больше, оно провоцирует их на выработку набора признаков, получается замечательная система с положительной обратной связью. Есть тендер, грубо говоря, природа дает тендер на определенный заказ. У кого-то получается, у кого-то нет. Картина эволюции насекомых и цветковых и соотношение с возникшим в середине мела кризисом не такой, как предполагалось в 1970 годы, когда впервые открыли это явление. То есть картина оказалась сложнее и, на мой взгляд, просто интереснее и драматичнее.
Важным примером совместной эволюции является ряд очень успешных групп насекомых, особенно перепончатокрылых (осы, пчелы и муравьи) и чешуекрылых (бабочки), а также многие виды двукрылых (мухи) и жесткокрылых (жуки). соединение с цветковыми растениями в меловом периоде (от 145 до 66 миллионов лет назад).
СОДЕРЖАНИЕ
Окаменелости
Сохранение
Окаменелости пресноводных и морских насекомых
Общим знаменателем большинства месторождений ископаемых насекомых и наземных растений является озерная среда. Те насекомые, которые удалось сохранить, либо жили в ископаемом озере ( автохтонные ), либо были занесены в него из окружающих местообитаний ветрами, течениями ручьев или их собственным полетом ( аллохтонные ). Тонущие и умирающие насекомые, которых не поедают рыбы и другие хищники, оседают на дно, где они могут сохраняться в отложениях озера, называемых озерными, при соответствующих условиях. Даже янтарь или ископаемая смола деревьев требует для сохранения водной среды озерного или солоноватого оттенка. Без защиты в бескислородных отложениях янтарь постепенно распадался бы; его никогда не находят погребенным в ископаемых почвах. Различные факторы в значительной степени влияют на то, какие виды насекомых сохраняются и насколько хорошо, если это вообще происходит, включая глубину озера, температуру и щелочность; тип отложений; было ли озеро окружено лесом или обширными и невыразительными соляными ямами; и если он задохнулся от кислородного голодания или был сильно насыщен кислородом.
Компрессии, оттиски и минерализация
Эволюционная история
Летопись окаменелостей насекомых насчитывает около 400 миллионов лет, вплоть до нижнего девона, в то время как крылатые насекомые (крылатые насекомые) подверглись сильной радиации в каменноугольном периоде. Endopterygota подверглась еще одному серьезному облучению в Перми. Выжившие после массового вымирания на границе PT эволюционировали в триасовом периоде до того, что по сути является современными Орденами насекомых, сохранившимися до наших дней.
Большинство современных семейств насекомых появилось в юрском периоде, а дальнейшее разнообразие, вероятно, по родам произошло в меловом периоде. К третичному периоду существовало много современных родов; следовательно, большинство насекомых в янтаре действительно являются членами существующих родов. Насекомые всего за 100 миллионов лет превратились в практически современные формы.
Эволюция насекомых тесно связана с эволюцией цветковых растений. Адаптация насекомых включает питание цветами и связанными с ними структурами, при этом около 20% современных насекомых зависят от цветов, нектара или пыльцы в качестве источника пищи. Эти симбиотические отношения имеют еще большее значение в эволюции, учитывая, что более 2/3 цветковых растений опыляются насекомыми.
Девонский
Каменноугольный
Пермский период
Триасовый
Вследствие массового вымирания P-Tr на границе перми и триаса сохранилось лишь небольшое количество окаменелостей насекомых, включая жуков из нижнего триаса. Однако есть несколько исключений, как в Восточной Европе: на стоянке Бабий Камень в Кузнецкой котловине были обнаружены многочисленные окаменелости жуков, даже целые экземпляры инфраотряда Archostemata (то есть Ademosynidae, Schizocoleidae), Adephaga (то есть Triaplidae, Trachypachidae ) и Polyphaga (например, Hydrophilidae, Byrrhidae, Elateroidea) и почти в идеально сохранившемся состоянии. Однако виды из семейств Cupedidae и Schizophoroidae не присутствуют на этом участке, тогда как они преобладают на других участках ископаемых из нижнего триаса. Другие находки известны из Хей-Яги, Россия, в бассейне Коротаихи.
Примерно в это же время, в позднем триасе, в летописи окаменелостей появляются мицетофаги или питающиеся грибами виды жуков (например, Cupedidae ). На этапах верхнего триаса начинают появляться представители альгофагов или видов, питающихся водорослями (т. Е. Triaplidae и Hydrophilidae ), а также хищные водяные жуки. Появляются первые примитивные долгоносики (т. Е. Obrienidae ), а также первые представители стафилококков (т. Е. Staphylinidae ), которые не показывают заметных различий в телосложении по сравнению с современными видами. Это также было примерно первым свидетельством существования разнообразной фауны пресноводных насекомых.
Юрский
Глобальный климат в юрский период был теплым и влажным. Подобно триасу, не было более крупных массивов суши, расположенных вблизи полярных шапок, и, следовательно, не существовало никаких внутренних ледниковых щитов в юрский период. Хотя некоторые районы Северной и Южной Америки и Африки оставались засушливыми, значительная часть континентальной суши была пышной. Лавразийская и гондванская фауна в ранней юре существенно различалась. Позже он стал более межконтинентальным, и многие виды начали распространяться по всему миру.
Меловой
Палеоген
Первые бабочки происходят из верхнего палеогена, в то время как большинство из них, как и жуки, уже имели недавние роды и виды, существовавшие уже в миоцене, однако их распространение значительно отличалось от сегодняшнего.
Неоген
Наиболее важные места обнаружения окаменелостей жуков в неогене расположены в умеренно-теплой и субтропической зонах. Многие современные роды и виды существовали уже в миоцене, однако их распространение значительно отличалось от сегодняшнего. Одним из наиболее важных мест обитания окаменелостей насекомых плиоцена является Виллерсхаузен около Геттингена, Германия, с прекрасно сохранившимися окаменелостями жуков различных семейств (усачей, долгоносиков, божьих коровок и др.), А также представителей других отрядов насекомых. В глиняном карьере Виллерсхаузен к настоящему времени зарегистрировано 35 родов из 18 семейств жуков, из которых шесть родов вымерли. Фауна плейстоценовых жуков относительно хорошо известна, поскольку состав фауны жуков использовался для реконструкции климатических условий в Скалистых горах и на Берингии, бывшем сухопутном мосту между Азией и Северной Америкой.
Филогения
Eurypterida (морские скорпионы: вымершие)
Эволюционные отношения
Таксономия
Ранние свидетельства
Одоната
Это также означало большую свободу в поиске самки, потому что самцы теперь могли транспортировать пакет со спермой в другое место, если первая самка ускользнула. Эта способность устранит необходимость либо ждать другой самки на месте депонированного пакета спермы, либо производить новый пакет, тратя энергию. Другие преимущества включают возможность спаривания в других, более безопасных местах, чем ровная земля, например, на деревьях или кустах.
Следует ожидать, что жаберное членистоногое изменило бы свои жабры, чтобы дышать воздухом, если бы оно приспосабливалось к земной среде, а не развивало бы новые органы дыхания снизу вверх рядом с исходными и все еще функционирующими. Затем следует тот факт, что жабры насекомых (личинки и нимфы) на самом деле являются частью модифицированной замкнутой системы трахеи, специально адаптированной для воды, называемой трахеальными жабрами. Трахея членистоногих может возникнуть только в атмосфере и в результате приспособлений к жизни на суше. Это тоже указывает на то, что насекомые произошли от земного предка.
Происхождение полета насекомых
Сами крылья иногда называют сильно модифицированными (трахеальными) жабрами. Сравнивая хорошо развитую пару жаберных пластинок у наяд поденок и уменьшенную пару задних крыльев у взрослых особей, нетрудно представить, что жабры поденок (тергалии) и крылья насекомых имеют общее происхождение, и новые исследования также подтверждают это. это. В частности, генетические исследования поденок показали, что и жабры, и крылья насекомых, возможно, произошли от ног насекомых. Тергалии не встречаются ни у одного другого отряда насекомых, и со временем они эволюционировали в разных направлениях. У некоторых нимф / наяд самая передняя пара склеротизируется и работает как жаберная крышка для остальных жабр. Другие могут образовывать большую присоску, использоваться для плавания или превращаться в другие формы. Но это не обязательно означает, что изначально эти структуры были жабрами. Это также может означать, что тергалии произошли от тех же структур, которые дали начало крыльям, и что летающие насекомые произошли от бескрылых наземных видов с парами пластинок на сегментах тела: три на грудной клетке и девять на брюшке (нимфы поденок с девятью парами тергалий на брюшке, но пока не найдено ни одного живого или вымершего насекомого с пластинками на последних двух сегментах). Если бы это были первичные жабры, было бы загадкой, почему они так долго ждали модификации, когда мы видим различные модификации у современных нимф поденок.
Теории
Нимфы поденок, должно быть, приспособились к воде, когда у них еще были неповрежденные «планеры» на брюшке. Пока нет конкретных доказательств, подтверждающих эту теорию, но она предлагает объяснение проблем, почему предположительно водные животные эволюционировали в том направлении, в котором они развивались.
Прыгающие и древесные насекомые кажутся хорошим объяснением этого эволюционного процесса по нескольким причинам. Потому что рано крылатые насекомые отсутствовали утонченный крыло складной механизм neopterous насекомых, они должны были жить в открытых и не смогли скрывать или искать пищу под опавшими листьями, в трещинах, под камнями и других подобных условиях ограниченного пространства. В этих старых лесах было не так много открытых мест, где насекомые с огромными структурами на спине могли жить, не испытывая при этом огромных неудобств. Если бы насекомые получили свои крылья на суше, а не в воде, что очевидно имеет место, навесы деревьев были бы наиболее очевидным местом, где могли появиться такие скользящие конструкции, в то время, когда воздух был новой территорией.
Вопрос в том, возникли ли пластины, используемые для скольжения, «с нуля» или путем модификации уже существующих анатомических деталей. Известно, что грудная клетка Thysanura и Archaeognatha имеет некоторые структуры, связанные с их трахеей, которые имеют сходство с крыльями примитивных насекомых. Это говорит о том, что происхождение крыльев и дыхалец связано.
Некоторые животные будут жить на деревьях, поскольку животные всегда используют все доступные ниши как для кормления, так и для защиты. В то время репродуктивные органы были, безусловно, самой питательной частью растения, и эти ранние растения демонстрировали признаки потребления членистоногими и адаптации для защиты, например, помещая свои репродуктивные органы как можно выше. Но всегда найдутся виды, которые смогут справиться с этим, проследив за своим источником пищи на деревьях. Зная, что насекомые в то время были наземными и что некоторые членистоногие (например, примитивные насекомые) жили в кронах деревьев, маловероятно, что они развили бы свои крылья на земле или в воде.
Некоторые из первых летающих насекомых были крупными хищниками: это была новая экологическая ниша. Некоторые из жертв, без сомнения, были другими насекомыми, поскольку насекомые с прото-крыльями перешли бы в другие виды еще до того, как крылья полностью развились. С этого момента гонка вооружений может продолжиться: та же совместная эволюция хищник / жертва, которая существовала до тех пор, пока на Земле были хищники и жертвы; и охотники, и жертвы нуждались в улучшении и расширении своих летных навыков, чтобы не отставать от других.
Насекомые, развившие свои прото-крылья в мире без летающих хищников, могли позволить себе открываться без риска, но это изменилось, когда появились хищные летающие насекомые. Неизвестно, когда они впервые эволюционировали, но как только эти хищники появились, они оказали сильное давление отбора на своих жертв и самих себя. Те из жертв, кто придумал хорошее решение о том, как сложить крылья на спине таким образом, чтобы они могли жить в узких пространствах, не только смогли бы спрятаться от летающих хищников (и земных хищников, если они были на земле), но также и для использования множества ниш, которые были закрыты для тех, кто не мог сложить крылья таким образом. И сегодня неоптероидные насекомые (те, которые могут складывать свои крылья над брюшком), безусловно, являются самой доминирующей группой насекомых.
Жизненный цикл
Поденок
Причины, по которым субимаго все еще существует в этом порядке, могут заключаться в том, что не было достаточного давления отбора, чтобы избавиться от него; он также кажется специально приспособленным для перехода от воды к воздуху.
Мужские гениталии на данный момент функционируют не полностью. Одной из причин этого могло быть то, что превращение придатков брюшка в органы копуляции самцов произошло позже, чем эволюция полета. На это указывает тот факт, что у стрекоз другой орган совокупления, чем у других насекомых.
Современные поденки исключили все возрасты между имаго и нимфой, за исключением единственной стадии, называемой субимаго, которая все еще не является полностью половозрелой (по крайней мере, не у самцов). Другие летающие насекомые с неполной метаморфозой ( Exopterygota ) пошли немного дальше и завершили тенденцию; здесь все незрелые структуры животного из последней нимфальной стадии завершаются сразу за одну заключительную линьку. Более продвинутые насекомые с личинками и полным метаморфозом ( Endopterygota ) пошли еще дальше. Интересная теория состоит в том, что стадия куколки на самом деле является сильно измененной и расширенной стадией субимаго, но пока это не более чем теория. Внутри Exopterygota есть насекомые, трипсы и белокрылки ( Aleyrodidae ), у которых также развились куколки.
Далекие предки
Далекий предок летающих насекомых, вид с примитивными прото-крыльями, имел более или менее аметаболический жизненный цикл и возрасты в основном того же типа, что и тизанураны, без определенных стадий нимфы, субимаго или взрослой особи по мере того, как индивидуум становился старше. По мере роста и линьки особи развивались постепенно, но, вероятно, без значительных изменений между возрастами.
Современные нимфы поденок не приобретают жабры до первой линьки. До этого этапа они настолько малы, что им не нужны жабры для извлечения кислорода из воды. Это могло быть признаком общего предка всех летунов. Ранние наземные насекомые не нуждались бы в парных выростах из тела, прежде чем они начнут жить на деревьях (или в воде, если на то пошло), поэтому у них не было бы их.
Это также повлияет на то, как их потомство выглядело в раннем возрасте, напоминая более ранние аметаболические поколения, даже после того, как они начали приспосабливаться к новому образу жизни, в среде обитания, где они действительно могли найти хорошее применение для откидных створок на своем теле. Поскольку они созревали так же, как тизанураны, с большим количеством линьек по мере роста и очень незначительной разницей между взрослыми особями и гораздо более молодыми особями (в отличие от современных насекомых, которые обладают гемиметаболизмом или голометаболизмом ), вероятно, не было много места для адаптации в разные ниши в зависимости от возраста и стадии. Кроме того, животному, уже адаптировавшемуся в нише, было бы трудно переключиться в новую нишу в более позднем возрасте, основываясь только на возрастных или размерных различиях, когда эти различия не были значительными.
Таким образом, протонасекомые должны были специализироваться и сосредоточить все свое существование на улучшении единственного образа жизни в определенной нише. Чем старше становились виды и отдельные особи, тем больше они отличались от своей первоначальной формы, поскольку они лучше, чем предыдущие поколения, адаптировались к новому образу жизни. Окончательная структура тела больше не была достигнута, пока все еще находилась внутри яйца, но продолжала развиваться большую часть жизни, вызывая большую разницу между самыми молодыми и самыми старыми особями. Если предположить, что зрелые особи, скорее всего, усвоили свой новый элемент лучше, чем нимфы, ведущие такой же образ жизни, то, по-видимому, было бы преимуществом, если бы незрелые представители вида достигли взрослой формы и формы как можно скорее. Это может объяснить, почему у них было меньше, но более интенсивных возрастов, и они сильнее сосредоточились на теле взрослого, а также с большими различиями между взрослыми и первыми возрастами, вместо того, чтобы просто постепенно расти в размерах, как это делали предыдущие поколения. Эта эволюционная тенденция объясняет, как они перешли от аметаболических насекомых к гемиметаболическим.
Достижение зрелости и взрослое тело стали лишь частью процесса развития; постепенно появилась новая анатомия и новые способности, которые стали возможными только на более поздних этапах жизни. Анатомические насекомые родились и выросли с ограничениями, которых не было у взрослых, которые научились летать. Если они не могли жить своей ранней жизнью, как взрослые, незрелые особи должны были адаптироваться к лучшему образу жизни и выживанию, несмотря на свои ограничения, до того момента, когда они могли оставить их позади. Это стало бы отправной точкой в эволюции, когда имаго и нимфы начали жить в разных нишах, некоторые из которых были определены более четко, чем другие. Кроме того, окончательная анатомия, размер и зрелость, достигнутые одновременно с одной конечной нимфальной стадией, означали меньшую трату времени и энергии, а также делали более сложную структуру тела взрослого человека. Очевидно, что со временем эти стратегии стали очень успешными.