Evoluția aripilor nu numai că a permis insectelor străvechi să devină primele creaturi de pe Pământ care au luat zborul, dar le-a și propulsat ascensiunea pentru a deveni una dintre marile povești de succes ale naturii, potrivit unui nou studiu.
Compunând până la 10 milioane de specii în viață, insectele pot fi găsite astăzi pe toate cele șapte continente și locuiesc în fiecare nișă terestră imaginabilă. Dar, conform înregistrărilor fosile, ele erau rare înainte de acum aproximativ 325 de milioane de ani, fiind depășite numeric de verii lor artropode, arahnidele (păianjeni, scorpioni și acarieni) și miriapodele (miriapode și miriapode).
Cea mai veche fosilă de insectă confirmată este cea a unei creaturi fără aripi, asemănătoare unui pește argintiu, care a trăit acum aproximativ 385 de milioane de ani. Abia aproximativ 60 de milioane de ani mai târziu, în timpul unei perioade din istoria Pământului cunoscută sub numele de Pennsylvanian, fosilele de insecte au devenit abundente.
„A existat destul de mult mister în jurul modului în care au apărut insectele pentru prima dată, deoarece timp de multe milioane de ani nu ați avut nimic, iar apoi, dintr-o dată, o explozie de insecte”, a declarat primul autor al studiului, Sandra Schachat, studentă absolventă la Școala de Științe ale Pământului, Energiei & Mediului de la Stanford (Stanford Earth).
Multe idei au fost propuse pentru a explica această lacună curioasă în arhiva fosilelor de insecte, pe care oamenii de știință au numit-o „Hexapod Gap”.
Potrivit uneia dintre ipotezele populare, mărimea și abundența insectelor au fost limitate de cantitatea de oxigen disponibilă în atmosfera Pământului în perioada Devoniană târzie.
Cele mai puternice dovezi pentru această teorie sunt un model al oxigenului atmosferic din ultimii 570 de milioane de ani pe care regretatul geolog de la Yale, Robert Berner, l-a dezvoltat prin compararea rapoartelor de oxigen și carbon din rocile și fosilele antice.
Potrivit modelului lui Berner, nivelul de oxigen atmosferic de acum aproximativ 385 de milioane de ani, în timpul începutului decalajului hexapodic, era sub 15 procente, atât de scăzut încât incendiile ar fi fost nesustenabile. (Pentru comparație, concentrația de oxigen atmosferic de astăzi este de aproximativ 21 la sută.)
O altă posibilitate este că insectele erau abundente înainte de acum 323 de milioane de ani, dar nu apar în registrul fosilelor deoarece tipurile de sedimente terestre capabile să le conserve nu au supraviețuit.
Nici o scuză
În noul studiu, publicat săptămâna aceasta în revista Royal Society Proceedings B, Schachat și colegii săi au testat ambele argumente – că oxigenul scăzut a limitat insectele sau că rocile nu erau potrivite pentru a păstra fosilele. În primul rând, echipa a actualizat modelul lui Berner, vechi de aproape un deceniu, folosind înregistrări de carbon actualizate.
Când au făcut acest lucru, scăderea oxigenului atmosferic în timpul Devonianului târziu dispare. „Ceea ce arată acest studiu este că inhibarea mediului de către un nivel scăzut de oxigen poate fi exclusă, deoarece nu este compatibilă cu cele mai actuale date”, a declarat coautorul studiului și paleontologul de la Stanford Earth, Jonathan Payne.
Pentru a testa ipoteza „rocilor proaste”, echipa a analizat o bază de date publică a tipurilor de roci din America de Nord pentru diferite perioade din istoria Pământului și nu a găsit nimic neobișnuit în ceea ce privește sedimentele de la sfârșitul Devonianului. „Rocile ar fi putut conține fosile de insecte. Faptul că nu o fac indică faptul că penuria de insecte din această perioadă este reală și nu doar un artefact al ghinionului cu conservarea”, a declarat Schachat, care este, de asemenea, bursier la Smithsonian Institution din Washington, DC.
Un efect de transformare
Nu numai că cele mai populare două explicații pentru decalajul Hexapod par a fi neîntemeiate, oamenii de știință au declarat că un studiu al arhivei fosilelor de insecte sugerează că decalajul Hexapod în sine ar putea fi o iluzie.
În cadrul noului studiu, echipa a reexaminat arhiva fosilelor de insecte antice și nu a găsit nicio dovadă directă a existenței aripilor înainte sau în timpul decalajului Hexapod. Dar imediat ce apar aripile, în urmă cu 325 de milioane de ani, fosilele de insecte devin mult mai abundente și mai diverse.
„Registrul fosilelor arată exact așa cum te-ai aștepta dacă insectele ar fi fost rare până când au evoluat cu aripi, moment în care au crescut foarte rapid în diversitate și abundență”, a spus Payne.
Schachat a spus că este remarcabil faptul că primele două insecte înaripate din registrul fosilelor sunt o insectă asemănătoare libelulei și o insectă asemănătoare lăcustelor. Acestea reprezintă cele două grupuri principale de insecte înaripate: libelulele au „aripi vechi”, pe care nu le pot plia pe abdomen, iar lăcustele au „aripi noi”, care sunt pliabile.
„Primele două insecte înaripate din arhiva fosilă sunt atât de diferite una de cealaltă pe cât te-ai putea aștepta”, a spus Schachat. „Acest lucru sugerează că, odată ce au apărut insectele înaripate, acestea s-au diversificat foarte, foarte repede. Atât de repede încât diversificarea lor pare, dintr-o perspectivă geologică și din dovezile disponibile în arhiva fosilă, să fi fost instantanee.”
Noi nișe
Să fi fost primele și singurele animale capabile să zboare ar fi fost extrem de puternic. Zborul a permis insectelor să exploreze noi nișe ecologice și a oferit noi mijloace de evadare. „Dintr-o dată, abundența ta poate crește pentru că poți scăpa mult mai ușor de prădătorii tăi”, a spus Schachat. „Poți, de asemenea, să mănânci frunzele care se află în vârful unui copac fără să trebuiască să urci în sus pe tot copacul.”
Insectele zburătoare ar putea, de asemenea, să creeze nișe care nu existau înainte. „Imaginați-vă o insectă omnivoră care zboară până în vârful copacilor pentru a se hrăni”, a spus Schachat. „Dintr-o dată, există o nișă pentru un prădător care poate zbura până în vârful copacului pentru a mânca acea insectă. Aripile au permis insectelor să extindă suita de nișe care pot fi ocupate. A fost cu adevărat revoluționar.”
În timp ce noul studiu leagă evoluția zborului de ascensiunea insectelor, acesta ridică noi întrebări despre cum și de ce au evoluat aripile în primul rând, a declarat coautorul studiului, Kevin Boyce, profesor asociat de științe geologice la Stanford Earth. „În Devonian, existau doar câteva insecte, toate fără aripi”, a spus Boyce. „Dar ieșiți pe partea cealaltă și avem zbor. Ce s-a întâmplat între timp? Bună întrebare.”
Payne este, de asemenea, membru al Stanford Bio-X și un afiliat al Stanford Woods Institute for the Environment. Lucrarea include, de asemenea, coautori de la Smithsonian Institution, Ohio State University și University of Iowa.
Finanțarea studiului a fost asigurată de National Science Foundation.
.