A szárnyak evolúciója nemcsak azt tette lehetővé, hogy az ősi rovarok a Föld első élőlényeiként a levegőbe emelkedjenek, hanem egy új tanulmány szerint a természet egyik nagy sikertörténetévé is váltak.
A rovarok ma már 10 millió élő fajból állnak, mind a hét kontinensen megtalálhatók, és minden elképzelhető földi rést benépesítenek. A fosszilis feljegyzések szerint azonban körülbelül 325 millió évvel ezelőttig ritkák voltak, az ízeltlábú rokonok, a pókfélék (pókok, skorpiók és atkák) és a miómafélék (százlábúak és százlábúak) szorították ki őket.
A legrégebbi igazolt rovarfosszília egy szárnyatlan, ezüsthal-szerű lényé, amely körülbelül 385 millió évvel ezelőtt élt. Csak mintegy 60 millió évvel később, a földtörténet pennsylvaniai korszakaként ismert időszakában fordulnak elő bőségesen rovarfosszíliák.
“Eléggé rejtélyes volt, hogyan keletkeztek először a rovarok, mert sok millió évig nem volt semmi, aztán hirtelen robbanásszerűen megjelentek a rovarok” – mondta a tanulmány első szerzője, Sandra Schachat, a Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth) végzős hallgatója.
A rovarfosszíliák különös hézagának magyarázatára, amelyet a tudósok Hexapod Gapnek neveztek el, már számos ötlet született.
Az egyik népszerű hipotézis szerint a rovarok méretét és bőségét a Föld légkörében a késő devon időszakban rendelkezésre álló oxigén mennyisége korlátozta.
A legerősebb bizonyíték erre az elméletre a légköri oxigénnek az elmúlt 570 millió évre vonatkozó modellje, amelyet a Yale néhai geológusa, Robert Berner dolgozott ki az ősi kőzetekben és fosszíliákban található oxigén és szén arányának összehasonlításával.
Berner modellje szerint a légköri oxigénszint körülbelül 385 millió évvel ezelőtt, a Hexapod Gap kezdete idején 15 százalék alatt volt, olyan alacsony, hogy az erdőtüzek nem lettek volna fenntarthatóak. (Összehasonlításképpen, a mai légköri oxigénkoncentráció körülbelül 21 százalék.)
Egy másik lehetőség, hogy a rovarok már 323 millió évvel ezelőtt is nagy számban fordultak elő, de nem jelennek meg a fosszilis feljegyzésekben, mert nem maradtak fenn olyan szárazföldi üledékek, amelyek képesek lennének megőrizni őket.
Nincs kifogás
A Royal Society Proceedings B című folyóiratban a héten megjelent új tanulmányban Schachat és kollégái mindkét érvet tesztelték – azt, hogy az alacsony oxigénszint korlátozta a rovarokat, vagy azt, hogy a kőzetek nem voltak alkalmasak a fosszíliák megőrzésére. Először is, a csapat frissítette Berner közel egy évtizedes modelljét a frissített szénfelvételek segítségével.
Amikor ezt megtették, eltűnt a légköri oxigén csökkenése a késő devonban. “Ez a tanulmány azt mutatja, hogy az alacsony oxigénszint okozta környezeti gátlás kizárható, mert nem összeegyeztethető a legfrissebb adatokkal” – mondta a tanulmány társszerzője, Jonathan Payne, a Stanford Föld-paleontológusa.
A “rossz kőzetek” hipotézis teszteléséhez a csapat elemezte az észak-amerikai kőzettípusok nyilvános adatbázisát a földtörténet különböző időszakaira vonatkozóan, és semmi szokatlant nem találtak a késő-devon üledékeiben. “A kőzetek tartalmazhattak rovarfosszíliákat. Az a tény, hogy nem tartalmaznak, azt jelzi, hogy a rovarok hiánya ebben az időszakban valós, és nem csupán a megőrzéssel kapcsolatos balszerencse műtárgya” – mondta Schachat, aki a washingtoni Smithsonian Institution munkatársa is.
Egy átalakító hatás
Nem csak a Hexapod Gap két legnépszerűbb magyarázata tűnik megalapozatlannak, a tudósok szerint a rovarfosszíliák tanulmányozása azt sugallja, hogy maga a Hexapod Gap egy illúzió lehet.
A csoport az új tanulmány részeként újra megvizsgálta az ősi rovarfosszíliákat, és nem talált közvetlen bizonyítékot szárnyakra a Hexapod Gap előtt vagy alatt. De amint 325 millió évvel ezelőtt megjelentek a szárnyak, a rovarfosszíliák sokkal gyakoribbá és változatosabbá váltak.
“A fosszilis feljegyzések pontosan úgy néznek ki, ahogy azt várnánk, ha a rovarok ritkák lennének, amíg ki nem fejlődtek a szárnyak, és ekkor nagyon gyorsan nőtt a változatosságuk és a gyakoriságuk” – mondta Payne.
Schachat szerint figyelemre méltó, hogy az első két szárnyas rovar a fosszilis feljegyzésekben egy szitakötőszerű rovar és egy szöcskeszerű rovar. Ezek képviselik a szárnyas rovarok két fő csoportját: a szitakötőknek “régi szárnyaik” vannak, amelyeket nem tudnak a hasukra hajtani, a szöcskéknek pedig “új szárnyaik” vannak, amelyek összehajthatók.
“Az első két szárnyas rovar a fosszilis feljegyzésekben körülbelül annyira különbözik egymástól, amennyire csak lehet” – mondta Schachat. “Ez arra utal, hogy miután a szárnyas rovarok megjelentek, nagyon-nagyon gyorsan diverzifikálódtak. Olyan gyorsan, hogy a diverzifikációjuk geológiai szempontból és a fosszilis feljegyzésekben fellelhető bizonyítékok alapján úgy tűnik, hogy azonnali volt.”
Új rések
Az első és egyetlen repülni képes állatnak lenni rendkívül erős lehetett. A repülés lehetővé tette a rovarok számára, hogy új ökológiai réseket fedezzenek fel, és új menekülési lehetőségeket biztosított. “Hirtelen megnövekedhetett a bőségük, mert sokkal könnyebben el tudtak menekülni a ragadozóik elől” – mondta Schachat. “A fa tetején lévő leveleket is megehetik anélkül, hogy az egész fára fel kellene sétálniuk.”
A repülő rovarok olyan fülkéket is létrehozhattak, amelyek korábban nem léteztek. “Képzeljünk el egy mindenevő rovart, amely felrepül a fák tetejére táplálkozni” – mondta Schachat. “Hirtelen kialakul egy rés egy ragadozó számára, amely fel tud repülni a fa tetejére, hogy megehesse a rovart. A szárnyak lehetővé tették a rovarok számára, hogy kibővítsék a betölthető rések körét. Ez valóban forradalmi volt.”
Az új tanulmány összekapcsolja a repülés evolúcióját a rovarok felemelkedésével, ugyanakkor új kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban, hogy hogyan és miért fejlesztették ki egyáltalán a szárnyakat, mondta a tanulmány társszerzője, Kevin Boyce, a Stanford Earth geológiai tudományok docense. “A devonban csak néhány rovar volt, mind szárnyatlan” – mondta Boyce. “De a másik oldalon kijövünk, és már repülünk is. Mi történt a kettő között? Jó kérdés.”
Payne a Stanford Bio-X tagja és a Stanford Woods Környezetvédelmi Intézet munkatársa is. A tanulmányban a Smithsonian Institution, az Ohio State University és az Iowai Egyetem társszerzői is részt vesznek.
A tanulmányt a Nemzeti Tudományos Alapítvány finanszírozta.