Door de evolutie van vleugels konden oude insecten niet alleen de eerste wezens op aarde worden die de lucht in gingen, maar zorgde er ook voor dat ze een van de grote succesverhalen van de natuur werden, volgens een nieuwe studie.

Bestaande uit tot 10 miljoen levende soorten, insecten zijn tegenwoordig te vinden op alle zeven continenten en bewonen elke denkbare aardse niche. Maar volgens het fossielenverslag, ze waren schaars vóór ongeveer 325 miljoen jaar geleden, overtroffen door hun geleedpotige neven, de spinachtigen (spinnen, schorpioenen en mijten) en myriapoden (duizendpoten en miljoenpoten).

Het oudste bevestigde insectenfossiel is dat van een vleugelloos, zilvervisachtig wezen dat ongeveer 385 miljoen jaar geleden leefde. Het is pas ongeveer 60 miljoen jaar later, tijdens een periode van de geschiedenis van de aarde die bekend staat als het Pennsylvania, dat insectenfossielen overvloedig worden.

"Er is nogal wat mysterie rond hoe insecten voor het eerst ontstonden, want vele miljoenen jaren had je niets, en dan ineens een explosie van insecten, " zei studie eerste auteur Sandra Schachat, een afgestudeerde student aan Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth).

Er zijn veel ideeën geopperd om deze merkwaardige lacune in het fossielenbestand van insecten te verklaren, die wetenschappers de Hexapod Gap hebben genoemd.

Volgens een populaire hypothese, grootte en overvloed van insecten werden beperkt door de hoeveelheid zuurstof die beschikbaar was in de atmosfeer van de aarde tijdens de late Devoon periode.

Het sterkste bewijs voor deze theorie is een model van atmosferische zuurstof gedurende de afgelopen 570 miljoen jaar, dat wijlen Yale-geoloog Robert Berner ontwikkelde door de verhoudingen van zuurstof en koolstof in oude gesteenten en fossielen te vergelijken.

Volgens het model van Berner het zuurstofgehalte in de lucht ongeveer 385 miljoen jaar geleden tijdens het begin van de Hexapod Gap was minder dan 15 procent, zo laag dat bosbranden onhoudbaar zouden zijn geweest. (Ter vergelijking, de huidige zuurstofconcentratie in de lucht is ongeveer 21 procent.)

Een andere mogelijkheid is dat er vóór 323 miljoen jaar geleden veel insecten waren, maar komen niet voor in het fossielenarchief omdat de aardse sedimenten die in staat zijn om ze te bewaren, niet hebben overleefd.

Geen excuses

In de nieuwe studie deze week gepubliceerd in het tijdschrift Royal Society Proceedings B, Schachat en haar collega's testten beide argumenten - dat insecten met een laag zuurstofgehalte beperkt waren of dat de rotsen niet geschikt waren om fossielen te bewaren. Eerst, het team heeft het bijna tien jaar oude model van Berner bijgewerkt met behulp van bijgewerkte koolstofrecords.

Toen ze dit deden, de dip in atmosferische zuurstof tijdens het late Devoon verdwijnt. "Wat deze studie laat zien, is dat milieuremming door lage zuurstof kan worden uitgesloten omdat het niet compatibel is met de meest recente gegevens, " zei co-auteur van de studie en Stanford Earth-paleontoloog Jonathan Payne.

Om de "slechte rotsen"-hypothese te testen, het team analyseerde een openbare database van Noord-Amerikaanse steensoorten voor verschillende perioden in de geschiedenis van de aarde en vond niets ongewoons over de sedimenten van het late Devoon. "De rotsen kunnen fossielen van insecten bevatten. Het feit dat ze niet wijzen op het gebrek aan insecten in deze periode is echt en niet alleen een artefact van pech met het behoud, " zei Schachat, die ook een fellow is bij het Smithsonian Institution in Washington, gelijkstroom.

Een transformerend effect

Niet alleen lijken de twee meest populaire verklaringen voor de Hexapod-kloof ongefundeerd, de wetenschappers zeiden dat een studie van het fossielenbestand van insecten suggereert dat de Hexapod Gap zelf een illusie zou kunnen zijn.

Als onderdeel van de nieuwe studie, het team onderzocht het oude fossielenbestand van insecten opnieuw en vond geen direct bewijs voor vleugels voor of tijdens de Hexapod Gap. Maar zodra de vleugels 325 miljoen jaar geleden verschijnen, insectenfossielen worden veel overvloediger en diverser.

"Het fossielenbestand ziet er precies zo uit als je zou verwachten als insecten zeldzaam waren totdat ze vleugels ontwikkelden, op dat moment namen ze zeer snel toe in diversiteit en overvloed, ' zei Payne.

Schachat zei dat het opmerkelijk is dat de eerste twee gevleugelde insecten in het fossielenbestand een libelachtig insect en een sprinkhaanachtig insect zijn. Deze vertegenwoordigen de twee hoofdgroepen van gevleugelde insecten:libellen hebben "oude vleugels, die ze niet op hun buik kunnen vouwen, en sprinkhanen hebben "nieuwe vleugels, " die opvouwbaar zijn.

"De eerste twee gevleugelde insecten in het fossielenarchief zijn ongeveer net zo verschillend van elkaar als je zou kunnen verwachten, "Zei Schachat. "Dit suggereert dat, eens gevleugelde insecten ontstonden, ze diversifieerden zeer, heel snel. Zo snel dat hun diversificatie verschijnt, vanuit een geologisch perspectief en het beschikbare bewijs in het fossielenarchief, ogenblikkelijk te zijn geweest."

Nieuwe niches

De eerste en enige dieren zijn die konden vliegen, zou buitengewoon krachtig zijn geweest. Door te vliegen konden insecten nieuwe ecologische niches verkennen en nieuwe ontsnappingsmiddelen bieden. "Plotseling, je overvloed kan toenemen omdat je zo veel gemakkelijker weg kunt komen van je roofdieren, "Zei Schachat. "Je kunt ook de bladeren eten die aan de top van een boom zitten zonder de hele boom op te hoeven lopen."

Vliegende insecten kunnen ook niches creëren die voorheen niet bestonden. "Stel je een omnivoor insect voor dat naar de top van bomen vliegt om te eten, ' zei Schachat. 'Plotseling, er is een nis voor een roofdier dat naar de top van de boom kan vliegen om dat insect te eten. Vleugels zorgden ervoor dat insecten de reeks nissen konden uitbreiden die kunnen worden gevuld. Het was echt revolutionair."

Terwijl de nieuwe studie de evolutie van de vlucht koppelt aan de opkomst van insecten, het roept nieuwe vragen op over hoe en waarom ze vleugels ontwikkelden, zei co-auteur Kevin Boyce, een universitair hoofddocent geologische wetenschappen aan Stanford Earth. "In het Devoon, er waren maar een paar insecten, allemaal vleugelloos, ' zei Boyce. 'Maar jij komt aan de andere kant uit en we moeten vluchten. Wat is er tussendoor gebeurd? Goede vraag."