Mikor fejlődtek ki a rovarok?

Ha esetleg kíváncsi lennél, a legutóbbi számláláskor 1 659 420 állatfajt írtak le a tudósok. Ezek közel 80%-a ízeltlábúak, vagyis rovarok és ropogós rokonaik.

Az ízeltlábúak bolygóját a rovarok uralják, és hogy mikor és hogyan vették át a Földet a rovarok, az évszázadok óta foglalkoztatja a természettudósokat. Egy hihetetlen nemzetközi erőfeszítés során 100 tudós egyesítette molekuláris, számításbiológiai, statisztikai, paleontológiai és rendszertani szakértelmét, hogy meglepő következtetéseket tárjon fel azzal kapcsolatban, hogy mikor alakultak ki a rovarok főbb csoportjai:

B. Misof, et al. 2014. A filogenomika megoldja a rovarok evolúciójának időzítését és mintázatát. Science 346 (6210): 763-767.

Tovább

Hogyan oldunk meg egy olyan problémát, mint a rovarok?

A kutatás háttértörténete majdnem olyan érdekes, mint az eredmények. A gyűjteményekben található rovarok sokféleségének értelmezése hagyományosan egy magányos szakértő feladata volt, aki általában egy csoportnak csak egy részhalmazára specializálódott. Ők annyira azonosulnak a tanulmányozott élőlényekkel, hogy “A hangyaember” vagy “A darázsasszony” néven mutatkozhatnak be. (Az általam ismert taxonómusok közül senki sem visel spandex harisnyát és köpenyt a munkahelyén, amiért mélységesen hálás vagyok). Több mint egymillió leírt fajjal nem nehéz belátni, hogy valaki egy egész életet azzal tölthet, hogy megpróbál rendet teremteni a biodiverzitás káoszában.

A taxonómiának konfliktusok és különcségek története van, és az új molekuláris technológiák belépése az apró tűk és múzeumi példányok világába nem mindig volt (http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14772000.2010.534512#tabModule “Mintha egy fajt “halogatónak” neveznénk el”). Amikor a szekvenálás drága és időigényes volt, a kérdés az volt, hogy “melyik faj legyen a következő”. Élénk volt a verseny a finanszírozásért és a laboratóriumi helyért.

A számítástechnika és az újgenerációs szekvenálás terén elért fejlődéssel a szekvenálás sebessége és költségei eléggé lecsökkentek ahhoz, hogy a tudósok összefogjanak és nagyobb kérdéseket tegyenek fel. Brian Wiegmann az Észak-Karolinai Állami Egyetemről (74. szerző) ezt elegánsan fogalmazta meg: “

Bernhard Misof a németországi Alexander Koenig Zoológiai Kutatómúzeumból (Szerző #1), Xin Zhou a kínai BGI-Shenzhen, China National GeneBankból (Szerző #100) és Karl Kjer az amerikai Rutgers Egyetemről (Szerző #99) ambiciózus tervvel állt elő. Megalakították az 1KITE-t; a betűszó az 1K Insect Transcriptome Evolution rövidítése. Egy globális szakértői csapatot toboroztak, hogy segítsenek létrehozni 1000 rovarfaj transzkriptomjának (egy szervezetben kifejezett összes gén) nyílt hozzáférésű leltárát. Ezt az adatbázist arra a kérdésre fogják használni, hogyan fejlődtek a rovarok a ma látható elképesztő változatosságú formákká, és az orvostudomány, a mezőgazdaság és a természetvédelmi ökológia területén is alkalmazhatók.

A héten megjelent tanulmány főként a rovarok evolúciójának időzítésével foglalkozik, 144 faj egy részhalmaza alapján. A kutatók néhány nagyon nagy kérdésre keresik a választ: Mikor alakult ki a rovaroknál a repülés? Mikor alakult ki a rovarok elképesztő változatossága?

Órák és kőzetek

A fosszíliákkal az a probléma, hogy ritkák. Ha apró, zizegő állatokról van szó, még ritkábbak. Ez az új kutatás a fosszíliákból származó geológiai bizonyítékokon alapuló időbecsléseket kombinálja a molekuláris bizonyítékokon alapuló becsült divergenciaidővel. Ezt néha molekuláris órának is nevezik, mivel a DNS-ben felhalmozódott változások alapján állapítja meg, mennyi idő telt el.

A több száz rovarfaj több ezer rovarmintájának összes RNS-ét megvizsgálni rengeteg adat. A projekt legnagyobb problémája a keletkezett hatalmas mennyiségű szekvenciainformáció kezelése volt. A lehetséges kombinációk száma kvadrilliárdos nagyságrendű volt. Az összes adat feldolgozásához szükséges számítási kapacitás… nem létezik.

Az informatikus és bioinformatikai szakértő Alexandros Stamatatakis (60. szerző) és csapata itt lépett a képbe. Kutatócsoportja egy matematikai módszert dolgozott ki a nagyon valószínűtlen kombinációk kizárására, és a valószínű kombinációkra való összpontosításra. A Heidelberg Institute for Theoretical Studies szuperszámítógépes csoportját, amely általában asztrofizikai problémákkal foglalkozik, használták az adatok feldolgozására.

A dinoszauruszoknak nem voltak tetveik, és más felfedezések

Mit talált tehát ez a hatalmas mennyiségű munka? A következtetés, amely szerintem a legnagyobb közfigyelmet fogja kiváltani, az, hogy a tetvek a rovarok egy új keletű csoportja, amely csak körülbelül 53 millió évvel ezelőtt jelent meg; abban az időben, amikor a modern madarak és emlősök megjelentek.

Ez a dátum a tetveket “fiatalabbá” teszi a főemlősöknél. Lehet, hogy lesz egy kis felfordulás, ahogy a korábbi, fosszíliákon alapuló pocsék becsléseket felülvizsgálják. Mindenki szereti a jó taxonómiai dobálózást.

De ez igazából másodlagos megállapítás. Egyéb fontos eredmények:

• A rovarok ősei (Hexapoda) valószínűleg a korai ordovíciumban, körülbelül 479 millió évvel ezelőtt keletkeztek.
• A rovarok repülése 406 millió évvel ezelőtt jelent meg, nagyjából akkor, amikor a növények valóban diverzifikálódni kezdtek a szárazföldön, és erdőkké nőttek felfelé.
• A rovarok robbanásszerű diverzifikációja a ma ismert főbb rendek többségébe még az angiospermák (virágos növények) megjelenése előtt történt.

Az, hogy a rovarok milyen nagyon gyorsan diverzifikálódtak, figyelemre méltó. A Föld ~4,5 milliárd éves. A földtörténetnek csak az utolsó 10%-ában telepedtek meg a növények. A rovarok 80 millió év alatt alakították ki a legtöbb ma is élő nagy csoportot, és elfoglalták az eget, ahol évezredeken át uralkodtak.”

Jessica Ware a Rutgers Egyetemről (Szerző #8) szerint “ez egy gyors és szélsőséges sugárzás volt nagyon rövid idő alatt. Ez nagyon megnehezítette a munkánkat tudósként – ez volt az egyik hagyományos buktató a rovarok osztályozásában. Ezzel a hatalmas adatmennyiséggel most már kiváló felbontással rendelkezünk, és valóban tudunk valamit mondani a korosztályokról.”

Mit jelent mindez?

A kutatás legjobb része még hátravan, de az már világos, hogy merre tartunk. A rovarok életfáját az elmúlt évszázadban folyamatosan metszették és átrendezték. Néha olyan érzés, mintha a taxonómusok egy FBI tanúvédelmi programban vettek volna részt, olyan gyakran változtatták meg a neveket.”

Ez minden bizonnyal folytatódni fog — annak megértése, hogy például az egyes bogárcsoportok hogyan kapcsolódnak egymáshoz, nagyon finom részletességű. De a nagyobb kép végre kezd fókuszba kerülni. Most már jó úton haladunk egy valódi filogenetika, vagyis annak feltérképezése felé, hogy mi volt az első, és hogy a csoportok milyen kapcsolatban állnak egymással. Ez a csoport a szülő, ez a csoport a testvér.

Ahogy egyre több, e csoport által végzett kutatás kerül publikálásra, egyre közelebb kerülünk a rovarok olyan filogeniájához, amely több, mint egy történet, amelyet a szárnyak mintázatából és a bogarak nemi szerveiből állítottunk össze. Valóban kezdjük felismerni, amit egy nagy bogárgyűjtő egyszer mondott:

“Ilyen egyszerű kezdetből a legszebb és legcsodálatosabb végtelen formák fejlődtek és fejlődnek ki”. Charles Darwin.

.