تکامل حشرات بالدار: شواهد جدید بحث های قرن گذشته را روشن می کند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک مطالعه جدید که ترکیبی از تجزیه و تحلیل ژنومی و شواهد فسیلی است، روشنی را بر "مسئله Palaeoptera" یک قرن قدیمی، یک بحث طولانی مدت در مورد روابط تکاملی بین گروه های اصلی حشرات بالدار می اندازد.

این یافته‌ها که در 12 اکتبر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شد، از این فرضیه حمایت می‌کند که مگس‌های بزرگ (Ephemeroptera) و سنجاقک‌ها و سنجاقک‌ها (Odonata) یک گروه تکاملی واحد به نام Palaeoptera را تشکیل می‌دهند که گروه خواهر Neoptera است، دودمان متشکل از حشرات بالدار آنها.

این مطالعه که توسط تیم Cai Chenyang از موسسه زمین شناسی و دیرینه شناسی نانجینگ آکادمی علوم چین (NIGPAS) و تیم پروفسور ژو چانگفا از دانشگاه عادی نانجینگ انجام شد، تاریخچه اولیه تکامل حشرات بالدار را بازسازی می کند و تخمین های جدیدی را برای زمان ظهور دودمان اصلی آنها ارائه می دهد.

حشرات غنی ترین گروه جانوران روی زمین هستند که بیش از 1 میلیون گونه زنده به طور رسمی توصیف شده اند. تکامل حشرات بالدار (Pterygota) یکی از دگرگون‌کننده‌ترین رویدادها در تکامل زمینی است. با این حال، زمان پیدایش حشرات بالدار و روابط فیلوژنتیکی در میان سه دودمان اصلی پنج‌گوش‌ها، Ephemeroptera (مگس‌های شاید)، Odonata (سنجاقک‌ها و سنجاقک‌ها)، و Neoptera (حشرات با بال‌های تاشو)، برای بیش از یک قرن حل‌نشده باقی مانده‌اند و این مسئله باعث شده است که این مشکل در یک قرن اخیر به چالش کشیده شود.

ct درخت زندگی

برای حل این مشکل، محققان 16 ژنوم جدید را از مگس‌های چینی توالی‌یابی کردند و داده‌های ژنومی و رونوشت‌شناسی بیش از 100 گونه حشره را ادغام کردند و به پوشش این دودمان کم‌نمونه‌شده تاریخی دست یافتند و شکاف‌های موجود در نمونه‌برداری تاکسونی و ژنی از مطالعات قبلی را برطرف کردند.

محققان ابتدا دو سوپرماتریس اسید آمینه بزرگ با استفاده از ژن‌های هسته‌ای ارتولوگ تک کپی جهانی ساختند. سپس به طور سیستماتیک سیگنال‌های فیلوژنتیک را با استفاده از روش‌های الحاق و ادغام چند گونه، مدل‌های تکاملی متعدد، آزمایش‌های توپولوژیک، تشریح سیگنال در سطح سایت و تحلیل‌های شبیه‌سازی بررسی کردند.

نتایج حاصل از این رویکردهای فیلوژنومیک متنوع به طور مداوم از انحصار Palaeoptera پشتیبانی می کند. داده‌های ژنومی نیز قویا نشان می‌دهند که Ephemeroptera و Odonata گروه‌های خواهری هستند که با هم Palaeoptera، کلاد خواهر Neoptera را تشکیل می‌دهند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که بال‌های تاشدنی Palaeoptera و بال‌های تاشو Neoptera هر دو ویژگی‌های جدیدی هستند که به‌طور مستقل از حشرات بالدار اجدادی به دست آمده‌اند، در نتیجه تا حد زیادی مشکل دیرینه Palaeoptera را حل می‌کنند.

محققان دریافتند که در طول تابش سریع اولیه حشرات بالدار، ترکیبی از مرتب‌سازی ناقص دودمان (ILS) و خطای تخمین درخت ژنی (GTEE) تقریبا 40 درصد از درختان ژن را تحت تأثیر قرار می‌دهد و ناسازگاری توپولوژیکی بین درختان ژن و درخت گونه ایجاد می‌کند. این پدیده باعث نتایج رقابتی در چارچوب‌های تحلیلی مختلف شد و توضیح می‌دهد که چرا مطالعات فیلوژنومیک قبلی نتوانستند به طور کامل روابط فیلوژنتیکی حشرات بالدار پایه را حل کنند.

محققان همچنین از تحلیل‌های ساعت مولکولی کالیبره‌شده با ۱۳ نقطه مرجع فسیلی که با دقت انتخاب شده بودند برای تخمین زمان‌بندی اولیه تکامل حشرات بالدار استفاده کردند. نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که گروه تاجی پتریگوتا در دونین اولیه سرچشمه گرفته است، در حالی که گروه تاج Palaeoptera در دونین پسین به وجود آمده است. بال حشرات فقط یک بار تکامل یافت. مکانیسم تا شدن بال نئوپترها، که با چرخش اسکلریت سوم زیر بغل مستقل برای جمع کردن بال‌های عقبی روی شکم امکان‌پذیر شد، پایه‌های مورفولوژیکی و زیست‌محیطی را برای تشعشعات انفجاری نئوپترا پس از کربونیفر فراهم کرد.

در مقابل، هم مگس‌ها و هم سنجاقک‌ها مجتمع‌های کاملا تخصصی با پایه بال را تکامل دادند که برای پرواز با هواپیما یا پرواز شکارچی با سرعت بالا سازگار شده بودند. سناریوی تکاملی بازسازی‌شده نشان می‌دهد که پس از واگرایی اولیه حشرات بالدار، Palaeoptera و Neoptera به سرعت از هم جدا شدند و ساختارهای بال متمایز را تکامل دادند، با Neoptera که دستگاه منحصر به فرد بال تاشو خود را تکامل داد و Palaeoptera پایه‌های سفت و سخت بال را برای پرواز مستقیم با عملکرد بالا توسعه داد.

این نوآوری‌ها با هم، بیومکانیک پرواز و تنوع گونه‌ای حشرات بالدار را که امروزه در طبیعت مشاهده می‌شود، شکل دادند.

Shiyu Du و همکاران، Phylogenomics، انحصار Palaeoptera را تایید می کند و منشا حشرات بالدار را روشن می کند، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2026). DOI: 10.1073/pnas.2614706123

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →