Насекомые, известные как Hemiptera, не особенно гламурны. В эту группу входят клопы-вонючки, постельные клопы, клопы-сорняки, щитовки и тля. Их ближайшими родственниками являются трипсы, короеды и паразитические вши. Но при огромном количестве видов, две трети из которых до сих пор неизвестны науке, эти насекомые вместе составляют одну из самых разветвленных ветвей древа жизни.
Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, собрало огромное количество молекулярных данных об этих насекомых и использовало эту информацию, чтобы выяснить их семейные отношения и эволюционную историю. Исследователи заявили, что полученные результаты и данные, которые сейчас находятся в открытом доступе, помогут будущим исследованиям некоторых из самых распространенных и экономически важных насекомых на планете.
«В этой группе насчитывается 120 000 известных видов, что составляет, возможно, треть того, что существует на самом деле», - сказал энтомолог Иллинойского отдела естественной истории Кристофер Дитрих, который руководил исследованием вместе с орнитологом INHS Кевином Джонсоном. «Чтобы представить это в перспективе, это больше, чем все позвоночные вместе взятые. Это чрезвычайно разнообразная группа. Они покрывают планету. Они есть в каждой среде обитания».
Многие из этих насекомых питаются растениями и животными и могут рассматриваться как вредители, сказал Дитрих. Но они также дают пищу птицам, насекомоядным млекопитающим, рептилиям, амфибиям и другим хищным насекомым.
«Многие из них образуют первое звено пищевой цепи, превращая растительный материал в белок, который может использоваться другими животными», - сказал он.
Среди этой группы много, таких как тли и цикадки, которые поражают сельскохозяйственные культуры; другие, такие как платяные вши и некоторые клопы-убийцы, являются переносчиками болезней, сказал Дитрих.
Чтобы разобраться в родственных связях и истории этих насекомых, исследователи проанализировали около 2400 генов, кодирующих белок, их экспрессию в форме матричной РНК и полученные аминокислотные последовательности. Это была огромная работа с участием сотрудников из Китая, Европы, Японии и Соединенных Штатов.
«Мы хотели использовать новейшие технологии секвенирования, чтобы выяснить, как все эти основные группы гемиптероидных насекомых связаны друг с другом», - сказал Джонсон. «Возможно, это один из самых больших наборов данных о насекомых».
Усилия привели к нескольким ключевым выводам. По словам исследователей, самый интересный из них был связан с развитием особого ротового аппарата у некоторых членов этой группы.
«Самые ранние, самые примитивные насекомые просто имели пару челюстей, чтобы жевать, как это делают муравьи», - сказал Дитрих. «Но некоторые группы пошли в другом направлении».
У них нижние челюсти постепенно превратились в прочные узкие трубки, которые могли протыкать предметы и высасывать соки. «Это был серьезный сдвиг в стратегии кормления», - сказал Дитрих. «Все насекомые к этому моменту просто грызли что-то».
Оценка молекулярной дивергенции показала, что эволюция колюще-сосущих ротовых органов, вероятно, произошла более 350 миллионов лет назад. Подобные ротовые части развились независимо у паразитических вшей и других насекомых с этим признаком, таких как комары.
«Согласно летописи окаменелостей, эта группа стала доминирующей группой насекомых на Земле в пермский период, от 300 до 250 миллионов лет назад», - сказал Дитрих. «Но в конце пермского периода они подверглись массовому вымиранию, которое было хуже, чем то, которое уничтожило динозавров пару сотен миллионов лет спустя».
В конце концов полужесткокрылых вместе с отрядами, представляющими трипсов и вшей, затмила другая группа насекомых, голометаболы, которые претерпевают полную метаморфозу и еще более разнообразны. К голометаболам относятся бабочки, мотыльки, муравьи, пчелы, мухи и жуки.
Хотя новый анализ более надежен, чем другие генетические исследования этой группы насекомых, он не полностью разрешил взаимосвязь между отрядом, включающим коровых вшей и паразитических вшей, и полужесткокрылыми и трипсами, которые, вероятно, принадлежат к одному и тому же суперпорядок, говорят исследователи. Но исследование закладывает основу для будущей работы и лучшего понимания того, как эволюционировали некоторые менее харизматичные, но экологически важные насекомые.
INHS является подразделением Исследовательского института прерий при Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.
Национальный научный фонд США поддержал это исследование.