Эволюция крыльев не только позволила древним насекомым стать первыми существами на Земле, поднявшимися в небо, но и подтолкнула их появление к одной из величайших историй успеха природы, согласно новому исследованию.
Насекомые, насчитывающие до 10 миллионов живых видов, сегодня можно найти на всех семи континентах и населяют все мыслимые земные ниши. Но, согласно летописи окаменелостей, около 325 миллионов лет назад их было мало, и их было меньше, чем их родственников-членистоногих, паукообразных (пауки, скорпионы и клещи) и многоножек (многоножек и многоножек).
Самая старая подтвержденная окаменелость насекомого - это бескрылое существо, похожее на чешуйницу, которое жило около 385 миллионов лет назад. Лишь примерно 60 миллионов лет спустя, в период истории Земли, известный как пенсильванский период, окаменелости насекомых становятся многочисленными.
«То, как впервые возникли насекомые, было довольно загадкой, потому что в течение многих миллионов лет у вас не было ничего, а затем внезапно произошел взрыв насекомых», - сказала первый автор исследования Сандра Шачат, аспирант Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Stanford Earth).
Было предложено много идей для объяснения этого любопытного пробела в летописи окаменелостей насекомых, который ученые назвали Промежутком Гексапода.
Согласно одной популярной гипотезе, размер и численность насекомых ограничивались количеством кислорода, доступного в атмосфере Земли в конце девонского периода.
Наиболее убедительным доказательством этой теории является модель атмосферного кислорода за последние 570 миллионов лет, которую разработал покойный геолог из Йельского университета Роберт Бернер, сравнивая соотношение кислорода и углерода в древних горных породах и окаменелостях.
Согласно модели Бернера, уровень кислорода в атмосфере около 385 миллионов лет назад, во время начала Разрыва Гексаподов, был ниже 15 процентов, настолько низким, что лесные пожары были бы неустойчивыми. (Для сравнения, сегодняшняя концентрация кислорода в атмосфере составляет около 21 процента.)
Другая возможность состоит в том, что насекомые были в изобилии до 323 миллионов лет назад, но не обнаруживаются в летописи окаменелостей, потому что виды земных отложений, способных сохранить их, не сохранились.
Без оправданий
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Royal Society Proceedings B, Шахат и ее коллеги проверили оба этих аргумента: то, что насекомые ограничены в кислороде, или что горные породы не подходят для сохранения окаменелостей. Во-первых, команда обновила модель Бернера почти десятилетней давности, используя обновленные углеродные записи.
Когда они сделали это, провал в атмосферном кислороде в течение позднего девона исчезает. «Это исследование показывает, что ингибирование окружающей среды низким содержанием кислорода можно исключить, потому что оно не совместимо с самыми последними данными», - сказал соавтор исследования и палеонтолог из Стэнфордского университета Джонатан Пейн.
Чтобы проверить гипотезу о «плохих породах», команда проанализировала общедоступную базу данных о типах горных пород Северной Америки для разных периодов истории Земли и не обнаружила ничего необычного в отложениях позднего девона. «Камни могли содержать окаменелости насекомых. Тот факт, что они не указывают на нехватку насекомых в этот период, реален, а не просто артефакт неудач с сохранением», - сказал Шачат, который также является научным сотрудником Смитсоновского института. в Вашингтоне, округ Колумбия.
Преображающий эффект
Мало того, что два самых популярных объяснения Разрыва Гексаподов кажутся необоснованными, ученые говорят, что изучение летописи окаменелостей насекомых предполагает, что сам Разрыв Шестиногих может быть иллюзией.
В рамках нового исследования команда повторно изучила летопись окаменелостей древних насекомых и не нашла прямых доказательств наличия крыльев до или во время разрыва шестиногих раков. Но как только 325 миллионов лет назад появляются крылья, окаменелости насекомых становятся гораздо более многочисленными и разнообразными.
«Летопись окаменелостей выглядит именно так, как можно было бы ожидать, если бы насекомые были редкими, пока у них не развились крылья, после чего их разнообразие и численность очень быстро увеличились», - сказал Пейн..
Шахат сказал, что примечательно, что первые два крылатых насекомых в палеонтологической летописи - это насекомое, похожее на стрекозу, и насекомое, похожее на кузнечика. Они представляют две основные группы крылатых насекомых: у стрекоз есть «старые крылья», которые они не могут сложить на брюшко, а у кузнечиков есть «новые крылья», которые можно сложить.
«Первые два крылатых насекомых в палеонтологической летописи настолько отличаются друг от друга, насколько можно было ожидать», - сказал Шачат. «Это говорит о том, что, как только появились крылатые насекомые, они диверсифицировались очень, очень быстро. Так быстро, что их диверсификация, с геологической точки зрения и доказательств, доступных в палеонтологической летописи, кажется мгновенной».
Новые ниши
Быть первым и единственным животным, способным летать, было бы чрезвычайно мощно. Полет позволил насекомым исследовать новые экологические ниши и предоставил новые способы побега. «Внезапно ваше изобилие может увеличиться, потому что вы можете намного легче убежать от своих хищников», - сказал Шачат. «Вы также можете есть листья, которые находятся на вершине дерева, без необходимости ходить по всему дереву».
Летающие насекомые также могут создавать ниши, которых раньше не существовало. «Представьте себе всеядное насекомое, которое летит на вершину дерева, чтобы поесть», - сказал Шахат. «Внезапно появляется ниша для хищника, который может взлететь на вершину дерева, чтобы съесть это насекомое. Крылья позволили насекомым расширить набор ниш, которые можно заполнить. Это действительно было революционно».
Несмотря на то, что новое исследование связывает эволюцию полета с восхождением насекомых, оно поднимает новые вопросы о том, как и почему у них вообще появились крылья, говорит соавтор исследования Кевин Бойс, доцент геологических наук в Стэнфорде. Земля.«В девоне было всего несколько бескрылых насекомых, - сказал Бойс. "Но вы выходите с другой стороны, и мы летим. Что произошло между ними? Хороший вопрос."