حشرات چگونه زمین را فتح کردند؟

به گزارش اطلاعات آنلاین و به نقل از نیچر، ظهور اکوسیستم‌های پیچیده در خشکی یکی از نقاط عطف مهم در تاریخ حیات بود. با گسترش موجودات زنده به فراتر از اقیانوس‌ها، محیط‌های خشکی به زیستگاه جوامعی با تنوع فزاینده تبدیل شدند. حشرات، که امروزه غنی‌ترین گروه جانوری روی زمین را تشکیل می‌دهند، سرانجام به بخش مرکزی این اکوسیستم‌ها تبدیل شدند. با این حال، بخش‌های مهمی از گذار اولیه آنها از آب به خشکی همچنان نامشخص است.

فسیل‌های باستانی نشان می‌دهند که حشرات به جای پرش ناگهانی از آب به زمین خشک، از طریق یک مرحله طولانی دوزیستی، خشکی را فتح کرده‌اند. یک گونه تازه شناسایی شده ۳۲۴ میلیون ساله هنوز اندام‌های شکمی پارو مانندی دارد که نشان‌دهنده یک پل تکاملی بین اجداد آبزی و حشرات شش پای امروزی است.

یک تیم بین‌المللی از محققان اکنون یک حشره متعلق به ۳۲۴ میلیون سال پیش، شناسایی کرده‌اند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که حشرات بلافاصله پس از شروع به سکونت در خشکی، کاملاً خشکی‌زی نشدند. در عوض، اشکال اولیه ویژگی‌های به ارث رسیده از اجداد آبزی را حفظ و اصلاح کردند و مدت طولانی را به شیوه زندگی نیمه‌آبزی و دوزیستی گذراندند.

این تحقیق به رهبری پروفسور «چنیانگ کای» از موسسه زمین‌شناسی و دیرینه‌شناسی نانجینگ آکادمی علوم چین (NIGPAS) و «اریک تیهلکا»، دانشجوی دکترای مشترک در دانشگاه کمبریج، انجام شد. آنها با محققانی از ایالات متحده، اسپانیا و سایر کشورها همکاری داشتند.

گونه جدیدی از ۳۲۴ میلیون سال پیش

محققان گونه جدید را با نام علمی Chosha praecursor را توصیف کردند. آنها همچنین فسیل‌های مرموز حشرات ساقه‌دار را از رسوبات چرت اوایل دونین بریتانیا و زیست‌بوم نهر مازون کربونیفر پسین در ایالات متحده دوباره بررسی کردند.

این فسیل‌ها در کنار هم به پر کردن شکاف‌های بزرگ در تاریخ اولیه حشرات کمک می‌کنند. آنها همچنین ایده‌های دیرینه در مورد چگونگی توسعه طرح بدن حشرات و چگونگی گذار اجداد «تمام سخت پوستان» (Pancrustacea) به خشکی را به چالش می‌کشند. مهمتر از همه، این نمونه‌ها شواهد فسیلی مستقیمی ارائه می‌دهند که نشان می‌دهد تغییر از زندگی آبی به زمینی به تدریج رخ داده است

مطالعات ساعت مولکولی نشان داده است ک حشرات از خویشاوندان سخت‌پوست دریایی خود جدا شده‌ و سازگاری با محیط‌های زمینی را از اوایل دوره کامبرین-اردویسین آغاز کرده‌اند.

دانشمندان شواهد مستقیم کمی در مورد چگونگی انتقال حشرات اولیه از زیستگاه‌های آبی و نیمه‌آبی به محیط‌های خشکی یا چگونگی تغییر بدن آنها در طول این فرآیند داشته‌اند. در نتیجه، مسیر تکاملی، نوآوری‌های آناتومیکی و سازگاری‌های اکولوژیکی دخیل در خشکی‌زایی حشرات به خوبی شناخته نشده‌اند.

فسیلی که زمانی با یک سخت‌پوست اشتباه گرفته می‌شد

فسیل‌های تازه توصیف شده گونه  Chosha praecursorدر سنگ‌های آهکی رس در سازند Tesnus در منطقه Marathon Uplift در غرب تگزاس یافت شدند. آنها جزئیات آناتومیکی غیرمعمول و دقیقی را حفظ کرده‌اند.

محققان با استفاده از تصویربرداری نور قطبی شده متقاطع، توانستند ویژگی‌های متمایزی را شناسایی کنند که نشان می‌داد فسیل‌ها سال‌ها به اشتباه طبقه‌بندی شده‌اند. به جای لاروهای سخت‌پوست، نمونه‌ها حشرات ماده بالغ بودند.

تجزیه و تحلیل دقیق نشان داد که این حشره دارای یک تخم‌ریز و یک رشته دمی انتهایی بوده است. همچنین دارای یک تنه بندبند و شش پای متحرک، سازمان بدنی اساسی مرتبط با حشرات، بوده است.

بندهای ۱ تا ۹ دارای زائده‌های بندبند بودند و اندام‌های شکمی عقب به ساختارهای پارو مانند تغییر شکل یافته بودند. بازسازی‌های زمین‌شناسی نشان می‌دهد که رسوبات حاوی فسیل‌ها در محیط‌های ساحلی دلتای آب‌های کم‌عمق نزدیک ساحل تشکیل شده‌اند. این محیط، همراه با آناتومی حیوان، نشان می‌دهد که این حشره سبک زندگی دوزیستی و نیمه‌آبی در زیستگاه‌های مرطوب در امتداد مرز بین آب و خشکی داشته است.

پر کردن یک شکاف ۸۰ میلیون ساله

این تیم همچنین با استفاده از مقایسه‌های دقیق آناتومی و روابط تکاملی آنها، سه حشره مرموز پالئوزوئیک را دوباره ارزیابی کرد. یک شش‌پا شامل Leverhulmia از اوایل دونین اسکاتلند، یک شش‌پای بی‌نام از زیست‌بوم Mazon Creek در ایلینوی، ایالات متحده آمریکا و گونه C. praecursor بود. محققان به این نتیجه رسیدند که هر سه متعلق به یک دودمان ساقه‌ای اولیه از حشرات هستند.

آنها در کنار هم، قدیمی‌ترین مجموعه مستند از حشرات شناخته شده تاکنون را نشان می‌دهند و به پر کردن یک بازه زمانی گمشده بزرگ در تاریخ تکامل این گروه کمک می‌کنند.

این یافته‌ها می‌تواند به طور قابل توجهی نحوه درک دانشمندان از ظهور حشرات زمینی را تغییر دهد. این کار با پر کردن شکاف دیرینه ۸۰ میلیون ساله در مورد هگزاپودها، تنوع اولیه حشرات را از اواخر کربنیفر به اوایل دونین منتقل می‌کند. این تغییر، رکورد فسیلی را تا حدودی به تخمین‌های حاصل از مطالعات ساعت مولکولی نزدیک‌تر می‌کند.

چگونه حشرات اندام‌های اضافی خود را از دست دادند

این فسیل‌ها، تحول تکاملی بزرگ دیگری را روشن می‌کنند: ظهور طرح بدن حشرات امروزی.

حشرات زنده شش پای راه رونده دارند که همگی به قفسه سینه متصل هستند، در حالی که زائده‌های روی شکم تقریباً به طور کامل از بین رفته‌اند. حشرات ساقه‌ای پالئوزوئیک متفاوت بودند. بسیاری هنوز دارای اندام‌های بندبند در امتداد شکم بودند.

شواهد جدید نشان می‌دهد که کاهش تدریجی این زائده‌های شکمی، سازگاری مهمی با زندگی زمینی بوده است.

با تکامل حشرات از اجداد سخت‌پوست خود، زائده‌های شنا به تدریج ساده شده و از بین رفتند. با گذشت زمان، این فرآیند، آرایش بدنی آشنا در حشرات مدرن را ایجاد کرد. بنابراین، این فسیل‌ها به مستندسازی گذار آناتومیکی از اجداد تمام سخت پوستان به حشرات شش‌پا کمک می‌کنند.

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم حفظ‌شده در گونه C. praecursor، تخم‌ریز آن است. وجود آن نشان می‌دهد که حشرات اولیه قبلاً سازگاری‌های مختلفی برای تخم‌گذاری ایجاد کرده بودند. چنین ساختارهایی می‌توانستند بعداً به حشرات کمک کنند تا از طیف گسترده‌ای از ریززیستگاه‌های زمینی بهره‌برداری کنند و ممکن است پایه آناتومیکی برای تنوع عظیم بعدی آنها فراهم کرده باشند.

حشرات اولیه بین آب و خشکی زندگی می‌کردند

محققان همچنین نحوه زندگی احتمالی این حشرات باستانی را بازسازی کردند. به نظر می‌رسد حشرات گروه ساقه، سازگاری‌های آبی برای حرکت و تنفس را با ساختارهای بدنی که به طور فزاینده‌ای برای زندگی در خشکی مناسب شده‌اند، ترکیب کرده‌اند. آنها احتمالاً از «هوموس»، مواد گیاهی در حال پوسیدگی و هاگ‌های قارچی تغذیه می‌کردند.

این امر به آنها اجازه می‌داد تا چندین نقش اکولوژیکی، از جمله عمل به عنوان تجزیه‌کننده و مصرف‌کننده در محیط‌هایی که اکوسیستم‌های آبی و زمینی با هم تلاقی می‌کردند، ایفا کنند. با انجام این کار، حشرات اولیه ممکن است نقش مهمی در توسعه و افزایش پیچیدگی اکوسیستم‌های زمینی پالئوزوئیک ایفا کرده باشند.

فسیل‌های C. praecursor و حشرات ساقه‌ای پالئوزوئیک مرتبط، دیدگاه جدیدی از چگونگی شروع مهاجرت غنی‌ترین گروه جانوری روی زمین به خشکی ارائه می‌دهند. آن‌ها همچنین ایده‌های قبلی در مورد تغییرات در اندازه بدن حشرات، سازگاری اکولوژیکی و نحوه تکامل حشرات در کنار اکوسیستم‌های زمینی را به چالش می‌کشند.

به نظر می‌رسد حشرات به جای گذار ناگهانی از آب به خشکی، یک فرآیند تکاملی طولانی را طی کرده‌اند. ویژگی‌های به ارث رسیده از اجداد آبزی حفظ، تغییر کاربری داده، ساده‌سازی شده و در نهایت با سازگاری فزاینده حشرات با زندگی زمینی از بین رفته‌اند.

بنابراین، مرحله دوزیستی ممکن است پلی حیاتی بین محیط‌های آبی و کاملاً زمینی بوده باشد. این فسیل‌ها سرنخ‌های جدیدی در مورد منشأ و تکامل اولیه طرح بدن حشرات ارائه می‌دهند و در عین حال نشان می‌دهند که چگونه ظهور حشرات به ظهور اکوسیستم‌های به طور فزاینده پیچیده در خشکی کمک کرده است.