Ученые раскрыли характеристики крыльев примитивных насекомых

Подёнки — древние насекомые, обладающие уникальной жизненной стадией, не встречающейся у других крылатых насекомых: их взрослые нимфы развиваются в крылатую полувзрослую стадию, так называемое субимаго, которое ещё не способно к размножению и которое через короткое время сбрасывает кожу вместе с крыльями и становится взрослым насекомым.

 

Международная группа ученых под руководством доктора Арнольда Станичека, специалиста по насекомым из Музея естественной истории в Штутгарте, использовала современные технологии, чтобы обнаружить и описать ключевой механизм в процессе линьки от полувзрослых особей к взрослой особи.

 

Некоторые из жилок крыльев подёнок включают участки в форме пузырей, называемые «буллами». Исследования группы показали, что эти пузыри в крыльях поденок не играют роли в полете, как предполагалось ранее, но имеют решающее значение для линьки на финальной стадии взрослой особи. Результаты, опубликованные в журнале BMC Biology, также дают представление об эволюции крылатых насекомых.

 

В течение 70 лет считалось, что буллы в жилках крыльев поденок играли важную функцию в полете этих древних насекомых за счет пассивного изгиба вниз внешней части крыла во время подъема вверх, тем самым оказывая меньшее сопротивление воздуха и позволяя крылу поднимать легче. Эта теория теперь опровергнута авторами с использованием современных методов исследования.

 

«Когда мы сняли высокоскоростное видео полетов поденок, мы вскоре поняли, что предыдущая теория не может быть подтверждена: вместо того, чтобы крылья сгибались во время взмаха вверх, они просто удерживаются вертикально, чтобы избежать сопротивления воздуха, но само крыло остается стабильным», — говорит доктор Станичек.

 

Крыльевые буллы и их детальная структура были исследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии, синхротронной микро-КТ и флуоресцентной микроскопии , которые подтвердили, что буллы на самом деле являются мембранными слабыми местами в крыльях обеих крылатых стадий этих насекомых.

 

Снимая на пленку линьку взрослых особей, исследователи заметили, что «чтобы вытащить новые крылья из сброшенной кожи, подёнки поднимают крылья, сгибая их в определенных слабых местах, чтобы их было легче извлечь неповрежденными. Мы делаем то же самое, сгибая руки, чтобы легче снять прыгун», — говорит Станичек. Эта гипотеза была также косвенно подтверждена наблюдением, что буллы отсутствуют у тех немногих подёнок, которые в ходе эволюции утратили субимагинальную линьку.

 

Таким образом, буллы представляют собой надежный маркер субимагинальной линьки. При последующем анализе ископаемых поденок исследователи смогли наблюдать буллы в окаменелостях пермского периода возрастом 272 миллиона лет, что показывает, что ранние предки сегодняшних поденок уже использовали тот же механизм линьки для своих крыльев и что этот древний механизм линьки является особенностью этих насекомых.

 

Буллы и крылатая полувзрослая стадия жизни не обнаружены у других современных насекомых, тогда как эта промежуточная стадия могла сохраниться у поденок для селекционных преимуществ, связанных с переходом от водного образа жизни личинок к взрослой жизни на суше.

 

«Эта работа дает новое понимание и основу для дальнейших исследований эволюции летающих насекомых. Тщательный поиск булл в летописи окаменелостей может показать, были ли у других крылатых насекомых также крылатые полувзрослые особи и в какой момент эволюции они были потеряны», — говорит Станичек.