Скам’янілості віком 312 мільйонів років проливають світло на еволюцію комах

Комахи — тендітні тварини з м’яким тілом, останки яких важко зберегти. Крила часто скам’янілі, але тіла комах, якщо вони присутні, зазвичай є шматочками первісної доісторичної тварини, що ускладнює їх вивчення вченими. Один зі способів, за допомогою якого палеонтологи дізнаються про доісторичні комахи, — це сліди скам’янілостей, які майже виключно виявляються у вигляді слідів на викопних рослинах.

«У нас є великий досвід викопних рослин», — сказав Річард Дж. Кнехт, доктор філософії, кандидат кафедри еволюційної біології Гарварда. «У далекому минулому саме сліди скам’янілостей говорять нам більше про еволюцію та поведінку комах, ніж скам’янілості тіл, тому що рослини та сліди скам’янілостей на них зберігаються дуже добре. І сліди, на відміну від тіла, не переміщатимуться у часі та завжди перебувають там, де воно було створено».

У новому дослідженні, опублікованому в журналі New Phytologies, дослідники під керівництвом Кнехта описують скам’янілість ендофітного сліду, виявлену на аркуші насіннєвої папороті кам’яновугільного періоду, яка є найранішою ознакою внутрішнього живлення всередині аркуша. Скам’янілість кам’яновугільного періоду віком 312 мільйонів років свідчить про те, як могло виникнути внутрішнє харчування, відоме як видобуток листя, і показує, що така поведінка виникла приблизно на 70 мільйонів років раніше, ніж передбачалося.

«З усіх способів, якими комахи живляться всередині рослин, — видобуток внутрішньої частини листя, пухлиноподібні галли, за допомогою яких комаха бере на себе контроль над механізмами розвитку рослини, отвори та ходи комах у деревині та незліченними способами комахи проникають у насіння, щоб споживати живлення ембріональні тканини, але найзагадковішим є видобуток корисних копалин», — сказав співавтор Конрад К. Лабандейра, старший геолог-дослідник та куратор відділу копалин членистоногих у Смітсонівському національному музеї природної історії.

«Найранніші копальні зареєстровані в ранньому тріасі, незабаром після великого вимирання в кінці пермського періоду, проте галли, буріння і хижацтво насіння поширилися значно раніше, у палеозою. Чому затримка у видобутку корисних копалин? Я думаю, що тепер ми маємо відповідь.»

Внутрішнє харчування рослинами поширене серед голометаболічних комах — комах, що зазнають повного метаморфозу: лускокрилих (метеликів), жорсткокрилих (жуків), двокрилих (мух) і перетинчастокрилих (ос та пильщиків). Личинка проникає в лист і починає харчуватися внутрішніми тканинами листа, залишаючи слід. У міру того, як личинка тунелює всередині листа, вона також росте, проходячи різні стадії линяння і навіть залишаючи після себе послід, відомий як фрас.

«Фрас — це одна з речей, на які ми звертаємо увагу, коли визначаємо внутрішнє харчування. Фрас може навіть мати різні риси, які корисні, коли справа доходить до визначення того, яка тварина її виробляє», — сказав Кнехт. Личинка продовжуватиме залишати слід усередині листа, доки не лялькнеться, не вилупиться, не виріжеться з листа і не полетить.

Скам’янілість була знайдена у кам’яновугільній формації Род-Айленда. Формація Род-Айленда спочатку являла собою болотисте, заболочене середовище, яке забезпечувало безкисневе середовище, в якому дуже добре зберігалися скам’янілості рослин; те, що палеонтологи називають Лагерштетте, місце, де видобуваються надзвичайні скам’янілості виняткової безпеки.

«Єдине, що не скам’янює, — це личинки», — сказав Кнехт. «Вони надто крихкі та маленькі. Тому спостереження за чимось подібним справді корисно, бо воно говорить нам про поведінку личинок у певний час, у пізньому палеозої, коли ми дуже мало знаємо про личинки».

Результати зворотного розсіювання та енергодисперсійної спектрометрії (ЕРС) аналізу СЕМ з використанням СЕМ JEOL 7900F. (A) Зображення частини ендофітного сліду, отримане шляхом зворотного розсіювання на СЕМ. Рамки (BE) позначають області, де проводилося зіставлення елементів. B1-E1 показує складені зображення всіх елементів, знайдених у відносних сферах фокусування. Карти окремих елементів територій B-E можна знайти у додаткових даних. B2-E2 є картами елементів фосфору (блакитний колір), знайдені в прямокутниках B-E. Автори та права: Річард Дж. Кнехт та Аншуман Суейн.

Виняткова безпека дозволила дослідникам ясно побачити ендофітний слід, який відповідає закономірностям, палеонтологи шукають щодо цієї поведінки. Наприклад, звивистий слід, личинка уникатиме країв листа та основних жилок. Відомо, що така поведінка властива лише комахам із повним обміном речовин, у тому числі існуючим сьогодні тваринам.

«Це відкриття відсуває таку поведінку на 70 мільйонів років тому», — сказав Кнехт. Це показує нам дві речі: по-перше, поведінка личинок, чого ми не бачимо в літописі скам’янілостей, тому що личинки зазвичай не зберігаються. І, по-друге, на той час існувала еволюція повного метаморфозу, голометаболізму».

Скам’янілість зберігається в Музеї порівняльної зоології в Гарварді серед інших скам’янілостей, які також вивчає Кнехт.