原始昆蟲(chóng)的翅膀特征被揭開(kāi)

蜉蝣是一種古老的昆蟲(chóng)，擁有其他有翅昆蟲(chóng)所沒(méi)有的獨(dú)特的生命階段：它們完全長(zhǎng)大的若蟲(chóng)發(fā)育成有翅的亞成體階段，即所謂的亞成蟲(chóng)，它還沒(méi)有能力繁殖，并且在很短的時(shí)間后，連同翅膀一起蛻皮，成為成年昆蟲(chóng)。

由斯圖加特自然歷史博物館昆蟲(chóng)專(zhuān)家ArnoldStaniczek博士領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)代技術(shù)發(fā)現(xiàn)并描述了從亞成蟲(chóng)到成蟲(chóng)蛻皮過(guò)程中的關(guān)鍵機(jī)制。

蜉蝣的一些翅脈包括稱(chēng)為“大泡”的氣泡狀區(qū)域。研究小組的調(diào)查顯示，蜉蝣翅膀上的這些氣泡并不像之前假設(shè)的那樣在飛行中發(fā)揮作用，但對(duì)于蛻皮進(jìn)入最后的成蟲(chóng)階段至關(guān)重要。該研究結(jié)果發(fā)表在《BMCBiology》雜志上，也為有翅昆蟲(chóng)的進(jìn)化提供了線(xiàn)索。

現(xiàn)代技術(shù)有助于分析機(jī)翼結(jié)構(gòu)

70年來(lái)，人們一直相信蜉蝣翼脈中的大皰在這些古老昆蟲(chóng)的飛行中發(fā)揮著重要作用，它們?cè)谏蠜_時(shí)翅膀外部被動(dòng)向下彎曲，從而提供較小的空氣阻力，使翅膀能夠飛翔。更輕松地抬起。該理論現(xiàn)已被作者利用現(xiàn)代研究方法推翻。

“當(dāng)我們拍攝蜉蝣飛行時(shí)的高速視頻時(shí)，我們很快意識(shí)到之前的理論無(wú)法成立：翅膀在上沖時(shí)不是彎曲的，而是簡(jiǎn)單地垂直保持以避免空氣阻力，但翅膀本身保持穩(wěn)定，“斯塔尼切克博士說(shuō)。

利用掃描電子顯微鏡、同步加速器顯微CT和熒光顯微鏡對(duì)翅膀大皰及其詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，證實(shí)這些昆蟲(chóng)的兩個(gè)翅膀階段的大皰實(shí)際上是翅膀上的膜質(zhì)薄弱點(diǎn)。

當(dāng)拍攝亞成體向成體的蛻皮過(guò)程時(shí)，研究人員觀察到，“為了從脫落的皮膚上拔出新的翅膀，蜉蝣會(huì)舉起翅膀，在指定的弱點(diǎn)處彎曲它們，以便更容易地將它們完好無(wú)損地拔出。”當(dāng)彎曲我們的手臂以更輕松地脫下毛衣時(shí)，請(qǐng)做類(lèi)似的事情，”斯坦尼切克說(shuō)。這一假設(shè)也被觀察結(jié)果間接證實(shí)，即在進(jìn)化過(guò)程中失去成蟲(chóng)下蛻皮的少數(shù)蜉蝣中沒(méi)有大皰。

昆蟲(chóng)飛行進(jìn)化的重要線(xiàn)索

因此，大泡構(gòu)成了成蟲(chóng)下蛻皮的可靠標(biāo)志。在隨后分析蜉蝣化石時(shí)，研究人員在距今2.72億年前的二疊紀(jì)化石中觀察到了水泡，這表明今天蜉蝣的早期祖先已經(jīng)使用了相同的翅膀蛻皮機(jī)制，這是一種古老的翅膀蛻皮機(jī)制。這些昆蟲(chóng)的特征。

在其他現(xiàn)存昆蟲(chóng)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大皰和有翅的亞成蟲(chóng)生命階段，而蜉蝣中可能保留了這一中間階段，因?yàn)榕c從水生幼蟲(chóng)習(xí)性到陸地成蟲(chóng)生活的過(guò)渡有關(guān)的選擇優(yōu)勢(shì)。

“這項(xiàng)工作為進(jìn)一步研究飛行昆蟲(chóng)的進(jìn)化提供了新的見(jiàn)解和基礎(chǔ)。對(duì)化石記錄中的大泡進(jìn)行徹底的研究可能會(huì)揭示其他有翅昆蟲(chóng)是否也有有翅的亞成蟲(chóng)，以及它在進(jìn)化的哪個(gè)階段消失了，”斯塔尼切克說(shuō)。

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