Jak vznikla křídla hmyzu? Další dílek evoluční skládačky doplnili čeští vědci

- Příroda autor: Jan Toman

Některým zástupcům lidského rodu se to může zdát zvláštní, ale savci, a dokonce ani všichni obratlovci, nejsou nejúspěšnější skupinou pozemských organismů. Tou je totiž hmyz, který ve své velikostní kategorii obsadil snad všechna myslitelná prostředí a ekologické strategie.

Křídla vážky. Ilustrační snímek

Křídla vážky. Ilustrační snímek,zdroj: Erwin Schoonderwald/Flickr.com

S více než milionem popsaných druhů a možná až desetinásobkem těch, které dosud čekají na objevení, navíc nechává všechny ostatní skupiny daleko za sebou i z hlediska druhové bohatosti.

Mezi biology panuje shoda, že hlavním znakem, který hmyzu otevřel zářnou budoucnost, byla křídla a s nimi související schopnost aktivního letu. Zdrojem bouřlivých diskusí ovšem zůstává, jak a z čeho se hmyzí křídla vyvinula.

Pokud vynecháme člověka s jeho technickými výtvory, najisto zatím víme o čtyřech různých skupinách, které v historii naší planety zvládly umění řízeného aktivního letu – hmyzu, pterosaurech, ptácích a netopýrech. U všech těchto skupin přitom vedl nový způsob pohybu k razantní změně dynamiky evoluce, a to včetně šance na vznik nových druhů či pravděpodobnosti jejich vymření.

Není také žádným tajemstvím, že některé dílčí linie těchto skupin – například pštrosi, nebo štěnice – schopnost letu opět druhotně ztratily. Hmyz však ze všech uvedených skupin vynalezl aktivní let nejdříve, patrně někdy na začátku karbonu před zhruba 360 miliony let, a dosáhl s ním největšího úspěchu.

Odkud se vzala křídla?

Poslední zbývající "vzpomínkou" na první hmyzí kolonizátory suché země je několik malých skupin, které se od ostatních zástupců hmyzu odvětvily ještě před vynálezem křídel. Mezi ně patří například rybenky, se kterými se často můžeme setkat na vlhkých krytých místech včetně koupelen, šupinušky, nebo chvostnatky.

Zástupci těchto skupin samozřejmě za miliony let evoluce nasbíraly spoustu vlastních přizpůsobení, přesto ale připomínají primárně bezkřídlý hmyz, spolu s několika ještě dříve oddělenými liniemi šestinohých členovců, z dnes přežívajících skupin asi nejlépe.

Jak se ale u drobných šestinohých tvorů mohla vyvinout křídla? Vědci za více než 150 let navrhli nepřeberné množství hypotéz. Všechny naštěstí můžeme zařadit do jednoho ze dvou velkých teoretických konceptů. Buď vznikla přetvořením hřbetní strany hrudního krunýře, nebo, zjednodušeně řečeno, výchlipek tělní stěny v blízkosti nohy, například tracheálních žaber vodních larev některých zástupců hmyzu, či přímo některé části končetiny.

Oběma teoretickým proudům nasvědčují některé genetické, vývojové či paleontologické doklady, zatímco jiné mluví spíše proti nim. V posledních letech se proto objevila ještě kompromisní "duální" teorie, která předpokládá, že u zrodu křídla stály různé elementy tělního krunýře uvažované oběma dřívějšími koncepty.

Genetický základ tvorby křídla a některé stabilizující prvky mohou být odvozené spíše z elementů hřbetní strany hrudního segmentu, článkování a osvalení spíše z končetiny či končetině blízké výchlipky tělní stěny.

Na co přišli čeští vědci

Právě ve prospěch třetí teorie mluví důkladný průzkum zachovalých karbonských zkamenělin raného létajícího hmyzu, ve kterém hráli stěžejní roli odborníci z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze. Objektem jejich zájmu se staly fosilie mladých vývojových stádií, nymf, skupiny Palaeodictyoptera, někdy též zvané "šestikřídlý hmyz". Podrobili je přitom průzkumu pomocí klasických i moderních mikroskopických a skenovacích metod.

Všichni dnešní zástupci hmyzu mají čtyři křídla, přičemž dvě z nich mohou být, například u much, redukována. Palaeodictyoptera oproti tomu oplývala jakýmisi menšími "křidélky" i na dalších tělních článcích.

"Křidélka" byla takřka jistě coby orgány aktivního letu nepoužitelná, možná ale pomáhala prvním letcům stabilizovat jejich pohyb ve vzduchu. Jak ale zdokumentovali čeští vědci, v raném vývoji byla "křidélka", stejně jako základy hlavních křídel Palaeodictyoptera, napojená na elementy hřbetní i spodní strany krunýře. Vědci mohli sledovat charakter tohoto napojení u různých druhů i změny tohoto napojení v individuálním vývoji. To silně nasvědčuje předpokladům "duální" teorie vzniku hmyzích křídel.

Až v další evoluci létajících skupin hmyzu patrně došlo z důvodu lepší ovladatelnosti k redukci napojení na hřbetní část krunýře a zamaskování skutečného původu křídla. To vše několikrát nezávisle na sobě – u "primitivních" jepic a vážek, které s palaeodictyopterami sdílely karbonské močály, stejně jako u odvozenějších skupin hmyzu. Studie nedává definitivní odpověď na všechny záhady doprovázející evoluci hmyzích křídel, "duální" teorie jejich vzniku se ale i díky jejímu přispění zdá zase o něco pravděpodobnější.

Zdroj: Prokop J, Pecharová M, Nel A, Hörnschemeyer T, Krzemińska E, Krzemiński W & Engel MS (2017): Paleozoic Nymphal Wing Pads Support Dual Model of Insect Wing Origins. Current Biology 27.

Tagy: hmyz letani evoluce biologie zvířata a příroda věda a poznání

Zdroje: Vlastní