Hvornår udviklede insekterne sig?

Hvis du skulle undre dig, er der ved sidste optælling 1.659.420 dyrearter, som forskerne har beskrevet. Næsten 80 % af disse er leddyr, eller insekter og deres knasende slægtninge.

Vores planet af leddyr er domineret af insekter, og hvornår og hvordan insekterne overtog jorden er et spørgsmål, der har forundret naturforskere i århundreder. I en utrolig international indsats har 100 forskere kombineret deres molekylære, beregningsbiologiske, statistiske, palæontologiske og taksonomiske ekspertise for at afdække nogle overraskende konklusioner om, hvornår store grupper af insekter udviklede sig:

B. Misof, et al. 2014. Fylogenomik opklarer tidspunktet og mønstret for insekters evolution. Science 346 (6210): 763-767.

Se mere

Hvordan løser man et problem som insekterne?

Baggrundshistorien om denne forskning er næsten lige så interessant som resultaterne. At give mening til mangfoldigheden af insekter i samlinger har traditionelt været en opgave for en enkelt ekspert, som normalt har specialiseret sig i kun én delmængde af en gruppe. De bliver så identificeret med deres studieorganismer, at de kan blive præsenteret som “Myremanden” eller “hvepsekvinden”. (Jeg kender ingen taxonomer, der går med spandex-tights og kapper på arbejde, hvilket jeg er dybt taknemmelig for). Med over en million beskrevne arter er det ikke svært at se, hvordan nogen kan bruge et helt liv på at forsøge at skabe orden i biodiversitetskaos.

Taxonomien har en historie med konflikter og excentricitet, og indførelsen af nye molekylære teknologier i en verden af små nåle og museumseksemplarer har ikke altid været (http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14772000.2010.534512#tabModule “Ligesom at navngive en art “procrastinator”””). Da sekventering var dyrt og tidskrævende, var spørgsmålet “hvilken art skal vi gøre det næste?”. Konkurrencen om midler og laboratorieplads var livlig.

Med fremskridt inden for både databehandling og Next-Generation-sekventering er hastigheden og omkostningerne ved sekventering faldet så meget, at forskerne kan slå sig sammen og stille større spørgsmål. Brian Wiegmann fra North Carolina State University (forfatter nr. 74) udtrykte dette elegant: “Det er ikke nok blot at katalogisere bøgerne i biblioteket; vi ønsker at forstå deres indhold.”

Bernhard Misof fra Zoological Research Museum Alexander Koenig, Tyskland (forfatter nr. 1), Xin Zhou fra China National GeneBank, BGI-Shenzhen, Kina (forfatter nr. 100), og Karl Kjer fra Rutgers University, USA (forfatter nr. 99), kom med en ambitiøs plan. De dannede 1KITE; akronymet står for 1K Insect Transcriptome Evolution. Et globalt hold af eksperter blev rekrutteret til at hjælpe med at skabe en frit tilgængelig fortegnelse over transkriptomer (alle udtrykte gener i en organisme) for 1.000 insektarter. Denne database vil blive brugt til at besvare spørgsmål om, hvordan insekter har udviklet sig til den fantastiske mangfoldighed af former, vi ser i dag, og har også anvendelser inden for medicin, landbrug og bevarelsesøkologi.

Den artikel, der blev offentliggjort i denne uge, omhandler hovedsagelig timingen af insekternes udvikling, baseret på en delmængde af 144 arter. Forskerne leder efter svar på nogle meget store spørgsmål: Hvornår udviklede insekterne flyvning? Hvornår udviklede insekternes fantastiske mangfoldighed sig?

Ure og sten

Problemet med fossiler er, at de er sjældne. Når der er tale om bittesmå, klamme dyr, er de endnu mindre almindelige. Denne nye forskning anvender tidsestimater baseret på geologiske beviser fra fossiler i kombination med estimerede divergenstidspunkter baseret på molekylære beviser. Dette kaldes nogle gange et molekylært ur, da det bruger akkumulerede ændringer i DNA til at fortælle, hvor meget tid der er gået.

At se på alt RNA i tusindvis af insektprøver fra hundredvis af insektarter er en MEGET stor mængde data. Det største problem for projektet var at håndtere den enorme mængde sekvensinformation, der blev genereret. De mulige kombinationer var i quadrillioner. Computerkapaciteten til at knuse alle disse data … findes ikke.

Det var her, at datalog og bioinformatikekspert Alexandros Stamatatakis (forfatter nr. 60) og hans team kom ind i billedet. Hans forskergruppe fandt frem til en matematisk metode til at udelukke meget usandsynlige kombinationer og fokusere på sandsynlige kombinationer. Supercomputergruppen fra Heidelberg Institute for Theoretical Studies, som normalt arbejder med astrofysiske problemer, blev brugt til at knuse dataene.

Dinosaurerne havde ikke lus og andre afsløringer

Så hvad fandt denne enorme mængde arbejde? Den konklusion, som jeg tror, vil vække mest opmærksomhed i offentligheden, er, at lus er en nyere gruppe af insekter, som først opstod for ca. 53 millioner år siden, dvs. på det tidspunkt, hvor moderne fugle og pattedyr dukkede op.

Denne dato gør lusene “yngre” end primater. Der kan blive lidt ballade, når tidligere lussede skøn baseret på fossiler bliver revideret. Alle elsker et godt taxonomisk opgør.

Men det er egentlig et sekundært resultat. Andre vigtige resultater af betydning:

• Insekters forfædre (Hexapoda) opstod sandsynligvis i den tidlige ordoviciumperiode for ca. 479 millioner år siden.
• Insekters flyvning opstod for ca. 406 millioner år siden, omkring samme tid, hvor planterne begyndte at sprede sig rigtigt på land og vokse opad i skove.
• Den eksplosive diversificering af insekterne til de fleste af de store ordener, vi ser i dag, skete før fremkomsten af Angiospermer (blomstrende planter)

Det er bemærkelsesværdigt, hvor hurtigt insekterne diversificerede sig. Jorden er ~4,5 milliarder år gammel. I blot de sidste 10 % af jordens historie koloniserede planter jorden. I løbet af 80 millioner år dannede insekterne de fleste af de store grupper, der stadig lever i dag, og de overtog luftrummet, hvor de herskede i årtusinder.

Jessica Ware fra Rutgers University (forfatter nr. 8) sagde: “Det var en hurtig og ekstrem udstråling på meget kort tid. Det gjorde vores arbejde virkelig svært som forskere – det har været en af de traditionelle snublesten for klassificering af insekter. Med denne enorme mængde data har vi nu en fremragende opløsning, og vi kan faktisk sige noget om aldersintervaller.”

Hvad betyder det hele?

Den bedste del af denne forskning er endnu ikke kommet, men hvor vi er på vej hen, er klart. Insekternes livstræ er blevet beskåret og omarrangeret konstant i det sidste århundrede. Det føles nogle gange, som om taxonomerne har deltaget i et FBI-vidnebeskyttelsesprogram, så ofte er navnene blevet ændret.

Det vil helt sikkert fortsætte – at forstå, hvordan de enkelte grupper af biller f.eks. er beslægtede, er et meget fint detaljeniveau. Men det store billede er endelig ved at komme i fokus. Vi er nu på vej til en rigtig fylogeni, eller et kort over, hvad der kom først, og hvilke relationer grupperne har til hinanden. Denne gruppe er en forælder, denne gruppe er en søster.

Når mere forskning fra denne gruppe offentliggøres, kommer vi tættere på en fylogeni af insekter, der er mere end blot en historie, som vi har sat sammen ud fra vingemønstre og insektgenitaler. Vi er virkelig begyndt at indse, hvad en stor billesamler engang sagde:

“Fra en så simpel begyndelse er der blevet og bliver der udviklet uendelige former, de smukkeste og mest vidunderlige.” Charles Darwin.