Jak vznikla hmyzí křídla? Odpověď možná skrývají zadečky potemníků

- Příroda autor: Jan Toman

Vynález aktivního letu otevřel dávným hmyzím zástupcům cestu k ovládnutí světa. Okřídlení členovci už v prvohorách vyvinuli moderní ekologické strategie, obsadili pustá prostředí a spolu s dalšími průkopníky dali základ suchozemským ekosystémům, jak je známe dnes. Dokonce i zářné úspěchy dalších aktivně létajících skupin – pterosaurů, ptáků a netopýrů – které přišly o několik set milionů let později, ve srovnání s hmyzem povážlivě blednou. O to víc proto překvapí fakt, že na tu nejzákladnější otázku odpověď pořád neznáme. Jak se vyvinula hmyzí křídla?

Stavba těla potemníků možná odpovídá na otázku, jak vznikla hmyzí křídla

Stavba těla potemníků možná odpovídá na otázku, jak vznikla hmyzí křídla,zdroj: ThinkStock

Můžeme se sice hádat, nakolik hmyz určuje běh Modré planety, jedno je ale jisté: Se svými možná až deseti miliony druhů jde o nejpočetnější a nejrůznorodější skupinu živočichů, co kdy spatřila světlo světa. 

Jisté je, že "nejprimitivnější", tj. nejdříve odvětvené, skupiny hmyzu jako chvostnatky, rybenky nebo šupinušky žádná křídla nemají. Oproti svým okřídleným příbuzným ale nejsou ochuzené o nohy s klouby, kusadla ani další tělní přívěsky, stejně jako štěty a další útvary vybíhající z tělní stěny.

Řada korýšů, mezi kterými se hmyz odvětvil, ale také larev "primitivních" skupin létajícího hmyzu, navíc oplývá končetinami rozdělenými na dvě větve. Různých částí těla, ze kterých se teoreticky mohla vyvinout křídla, máme tedy na výběr víc než dost.

Výrůstky k plachtění nebo rozdělení končetiny

Během dlouhých diskuzí vykrystalizovaly mezi přírodovědci dvě konkurenční teorie. Podle první se křídla vyvinula z výrůstků na hrudních štítcích hmyzu, které zpočátku mohly sloužit přinejmenším k plachtění. Podobnými rozšířeninami se mohou chlubit například zmíněné chvostnatky.

Druhá teorie naopak zdůrazňuje fakt, že předek hmyzu měl, stejně jako řada dnešních korýšů, končetinu rozdělenou na dvě větve. Z té horní, která dala třeba u vodních larev jepic základ vnějším žábrám, následně mohly vzniknout kloubně připojené plachty, pozdější křídla.

Obě teorie, které výzkumníci následně rozvedli do nejmenších detailů, dávají dobrý smysl. Za normálních okolností by měly výsledky konkrétních studií podpořit závěry jen jedné z nich, zatímco druhá by pomalu přešla do historických učebnic.

Problémem ovšem je, že různé studie podpořily jak prvky prvního, tak druhého teoretického konceptu. Skutečnému stavu věcí by tak mohla stát nejblíž poslední, syntetická, teorie, která tvrdí, že pravdu mohou mít oba tábory. U vzniku křídla podle ní mohly stát jak elementy odvozené z hrudních štítků hmyzu, tak ty, které původně patřily k horní větvi končetin.

Příběh zadečků potemníků

Obecné mínění mezi biology se v poslední době začalo naklánět ve prospěch této třetí teorie. Zvlášť významný je kupříkladu objev, že na prvním hrudním článku potemníků, tj. tom, který normálně nenese křídla, spínají určité geny spojené s vývojem křídel jak v elementech na boční straně článku, tak těch spíše hřbetních.

Pod vlivem příhodné genové manipulace navíc mohou všechny tyto elementy splynout v normální křídlo. Klíčovým zjištěním se ovšem stal zbrusu nový objev, že buňky z boční a hřbetní strany těla spolupracují na výstavbě takovýchto "mutantních" křídel i v článcích zadečku.

Zatímco u opravdových křídel mohl být jejich evoluční původ do značné míry zastřen specifickými přizpůsobeními, zadeček potemníků vypráví jiný příběh. Na jednotlivých článcích můžeme nalézt drobné útvary připomínající čelisťové pasti, které se při podráždění rychle zaklapnou, poodhodí larvu a dostanou ji z dosahu ohrožení.

Existence těchto útvarů není žádným tajemstvím. Nově se však s pomocí genových manipulací, důkladného studia individuálního vývoje a aktivity jednotlivých genů výzkumníkům podařilo potvrdit, že se podobně jako u elementů na prvním hrudním článku jedná o útvary odpovídající pravým křídlům.

Stačí trocha mutace a vyrostou křídla

Na tom není nic překvapivého – evoluce "ráda" recykluje už jednou použité recepty, a tak se často setkáme s nasazením více či méně pozměněných orgánů na jiných místech či v jiném stádiu vývoje. Potemničí "pasti na medvědy" jsou navíc odvozené výhradně z hřbetní části článků. Jejich vývoj tudíž syntetické teorii vzniku hmyzích křídel na první pohled příliš nenahrává.

Když ovšem vědci s pomocí správných úprav regulačních genů zmanipulovali tyto útvary k vývoji v (takřka) kompletní křídla, stalo se něco nečekaného. Do stavby "mutantních" křídel se rázem zapojily jak buňky z hřbetní strany normálně konstruující "pasti", tak další skupina buněk pocházející z boční části článku.

Tyto výsledky, spolu se způsobem utváření "mutantních" křídel na prvním hrudním článku, silně naznačují, že u vzniku křídla stály jak elementy odvozené z hřbetních štítků hmyzu, tak ty odvozené z hřbetní větve končetiny.

Zatím zůstává otázkou, jaké konkrétní části článků sehrály klíčovou roli ve vzniku křídel. Rozhodně se ale nejednalo o jednoduchý proces. Vzhledem k tomu, jak různorodé funkce zastávají křídla a z nich odvozené útvary (jako třeba krovky) i dnes, bychom se ale asi neměli divit.

Zdroj: Linz DM & Tomoyasu Y (2018): Dual evolutionary origin of insect wings supported by an investigation of the abdominal wing serial homologs in Tribolium. Proceedings of the National Academy of Sciences, Early Edition.

Tagy: hmyz zvířata a příroda věda a poznání

Zdroje: vlastní