Vývoj křídel nejenže umožnil dávnému hmyzu stát se prvními tvory na Zemi, kteří se vznesli do oblak, ale podle nové studie také podpořil jeho vzestup a stal se jedním z největších úspěchů přírody.
Hmyz, který dnes zahrnuje až 10 milionů žijících druhů, se vyskytuje na všech sedmi kontinentech a obývá všechny možné pozemské niky. Podle fosilních nálezů však byl před zhruba 325 miliony let vzácný a převažovali nad ním jeho příbuzní členovci – pavoukovci (pavouci, štíři a roztoči) a myriapody (stonožky a mnohonožky).
Nejstarší potvrzenou fosilií hmyzu je fosilie bezkřídlého tvora podobného stříbřitým rybkám, který žil asi před 385 miliony let. Teprve asi o 60 milionů let později, v období historie Země známém jako pennsylván, se hmyzí fosilie začaly hojně vyskytovat.
„Kolem toho, jak hmyz poprvé vznikl, bylo docela dost záhad, protože po mnoho milionů let jste neměli nic, a pak najednou exploze hmyzu,“ řekla první autorka studie Sandra Schachatová, postgraduální studentka na Stanfordské škole věd o Zemi, energii & životním prostředí (Stanford Earth).
Bylo navrženo mnoho nápadů, jak vysvětlit tuto zvláštní mezeru ve fosilním záznamu hmyzu, kterou vědci nazvali Hexapod Gap.
Podle jedné z populárních hypotéz byly velikost a početnost hmyzu omezeny množstvím kyslíku dostupného v zemské atmosféře v období pozdního devonu.
Nejsilnějším důkazem pro tuto teorii je model atmosférického kyslíku během posledních 570 milionů let, který vypracoval zesnulý geolog z Yaleovy univerzity Robert Berner na základě porovnání poměrů kyslíku a uhlíku v dávných horninách a fosiliích.
Podle Bernerova modelu byl obsah kyslíku v atmosféře před zhruba 385 miliony let v době počátku šestiúrovňové propasti nižší než 15 %, tedy tak nízký, že požáry by byly neudržitelné. (Pro srovnání, dnešní koncentrace kyslíku v atmosféře je asi 21 procent.)
Další možností je, že hmyz byl hojný před 323 miliony let, ale ve fosilním záznamu se neobjevuje, protože se nedochovaly takové druhy suchozemských sedimentů, které by ho byly schopny uchovat.
Žádné výmluvy
V nové studii, publikované tento týden v časopise Royal Society Proceedings B, Schachatová a její kolegové testovali oba tyto argumenty – že nízký obsah kyslíku omezoval hmyz nebo že horniny nebyly vhodné k uchování zkamenělin. Nejprve tým aktualizoval Bernerův téměř deset let starý model pomocí aktualizovaných záznamů uhlíku.
Když to udělali, pokles atmosférického kyslíku během pozdního devonu zmizel. „Z této studie vyplývá, že inhibici prostředí nízkým obsahem kyslíku můžeme vyloučit, protože není slučitelná s nejnovějšími údaji,“ řekl spoluautor studie a stanfordský paleontolog Jonathan Payne.
Pro ověření hypotézy o „špatných horninách“ tým analyzoval veřejnou databázi typů severoamerických hornin pro různá období historie Země a nezjistil nic neobvyklého na sedimentech pozdního devonu. „Horniny mohly obsahovat zkameněliny hmyzu. Skutečnost, že je nemají, naznačuje, že nedostatek hmyzu v tomto období je skutečný a není jen artefaktem smůly při konzervaci,“ řekl Schachat, který je rovněž pracovníkem Smithsonova institutu ve Washingtonu.
Proměnlivý efekt
Nejenže se dvě nejpopulárnější vysvětlení mezery mezi šestinožci zdají být nepodložená, ale podle vědců studie fosilního záznamu hmyzu naznačuje, že samotná mezera mezi šestinožci může být iluzí.
V rámci nové studie tým znovu prozkoumal fosilní záznam dávného hmyzu a nenašel žádné přímé důkazy o existenci křídel před nebo během mezery mezi šestinožci. Jakmile se však před 325 miliony let objevují křídla, fosilie hmyzu se stávají mnohem hojnějšími a rozmanitějšími.
„Fosilní záznam vypadá přesně tak, jak bychom očekávali, kdyby byl hmyz vzácný, dokud se u něj nevyvinula křídla, načež by se velmi rychle zvýšila jeho rozmanitost a hojnost,“ řekl Payne.
Schachat řekl, že je pozoruhodné, že první dva okřídlené druhy hmyzu ve fosilním záznamu jsou hmyz podobný vážce a hmyz podobný kobylce. Ty představují dvě hlavní skupiny okřídleného hmyzu: vážky mají „stará křídla“, která nemohou složit na břicho, a kobylky mají „nová křídla“, která se dají složit.
„První dva okřídlené druhy hmyzu ve fosilním záznamu se od sebe liší asi tak, jak by se dalo očekávat,“ řekl Schachat. „To naznačuje, že jakmile okřídlený hmyz vznikl, diverzifikoval se velmi, velmi rychle. Tak rychle, že se z geologického hlediska a z důkazů dostupných ve fosilním záznamu zdá, že jejich diverzifikace byla okamžitá.“
Nové niky
Být prvním a jediným živočichem schopným létat by bylo nesmírně silné. Let umožnil hmyzu prozkoumat nové ekologické niky a poskytl nové způsoby úniku. „Najednou se může zvýšit vaše početnost, protože se prostě můžete mnohem snadněji dostat pryč od svých predátorů,“ řekl Schachat. „Můžete také jíst listy, které jsou v horní části stromu, aniž byste museli vylézt na celý strom.“
Létající hmyz mohl také vytvářet niky, které dříve neexistovaly. „Představte si všežravý hmyz, který létá na vrcholky stromů, aby se nakrmil,“ řekl Schachat. „Najednou se objeví nika pro predátora, který může létat na vrchol stromu, aby tento hmyz sežral. Křídla umožnila hmyzu rozšířit soubor nik, které lze zaplnit. Bylo to opravdu revoluční.“
Nová studie sice spojuje evoluci letu s vzestupem hmyzu, ale zároveň vyvolává nové otázky o tom, jak a proč se u něj křídla vůbec vyvinula, uvedl spoluautor studie Kevin Boyce, docent geologických věd na Stanfordově univerzitě Země. „V devonu existovalo jen několik málo druhů hmyzu, všechny bez křídel,“ řekl Boyce. „Ale když vyjdete na druhou stranu, máme létání. Co se stalo mezi tím? Dobrá otázka.“
Payne je také členem Stanford Bio-X a členem Stanford Woods Institute for the Environment. Na práci se podílejí také spoluautoři ze Smithsonian Institution, Ohio State University a University of Iowa.
Financování studie poskytla National Science Foundation.