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Evolution der Fluginsekten

Das 309 Millionen Jahre alte Fossil Carbotriplura kukalovae ist der nächste Verwandte der geflügelten Insekten
Staniczek_Blog

Dr. Arnold Staniczek arbeitet in der Abteilung Entomologie als Kurator für aquatische Insekten an lebenden und ausgestorbenen Eintagsfliegen, der ursprünglichsten Gruppe der geflügelten Insekten.

Forschung ist oft nicht steuerbar, die interessantesten Projekte ergeben sich manchmal rein zufällig:

Als ich 2011 mit meinen Kollegen Dr. Günter Bechly vom SMNS und Dr. Roman Godunko vom Naturkundemuseum Lviv (Ukraine) die Fossilgeschichte der Eintagsfliegen und ihrer Verwandten revidierte, diskutierten wir dabei auch ein umstrittenes Fossil, das 1985 von der Paläontologin Jarmila Kukalová-Peck als Imago einer ursprünglichen Eintagsfliege aus dem Karbon Tschechiens beschrieben worden war. Dem erwachsenen Tier wurde ein weiteres Fossil aus einer nahe gelegenen Fundstätte als Larve zugeordnet, doch schon anderen Forschern war seither aufgefallen, dass es sich bei der „fossilen Eintagsfliegen-larve“ Carbotriplura kukalovae um etwas ganz anderes handeln könnte.

Die Untersuchung des Fossils im pittoresken Ambiente des Museums für tschechischen Karst in Beroun. Bild: SMNS/Staniczek

Die Untersuchung des Fossils im pittoresken Ambiente des Museums für tschechischen Karst in Beroun. Bild: SMNS/Staniczek

Mein tschechischer Kollege Dr. Pavel Sroka aus dem Entomologischen Institut der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Budweis las diese Arbeit und erinnerte sich daran, dass Carbotriplura kukalovae im Museum für tschechischen Karst in Beroun aufbewahrt wird. Er lud mich als Experten für Eintagsfliegen ein, es mit ihm vor Ort zu untersuchen, um die stammesgeschichtliche Stellung des Fossils endgültig zu klären.

Fig. 1 Carbotriplura total white background

309 Millionen Jahre auf dem Insektenbuckel: Carbotriplura kukalovae. Bild: SMNS/Staniczek

Die Untersuchung in Beroun und die anschließende Analyse zusammen mit meinen Kollegen brachte Bemerkenswertes zu Tage:

Tatsächlich fanden wir bei unserer Nachuntersuchung keinerlei Anhaltspunkte dafür, dass es sich um die aquatische Larve einer Eintagsfliege handelt. Stattdessen ähnelt das gigantische Insekt mit über 10 cm Körperlänge oberflächlich eher einem Silberfischchen. Im Unterschied zu diesen flügellosen Ur-Insekten besitzt C. kukalovae jedoch große Komplexaugen, verlängerte Beine, seitlich verbreiterte Loben am Hinterleib, verkleinerte Hüften der Hinterleibsbeinchen sowie eine stark vergrößerte Mittel- und Hinterbrust. Besonders letzteres Merkmal ist in dieser Ausprägung nur bei geflügelten Insekten zu finden, da an diesen Brustsegmenten die Flügel ansetzen. Auch die Form der Abdominalfüße  an den Hinterleibssegmenten bei C. kukalovae unterscheidet sich von der bei anderen Ur-Insekten.

Rekonstruktionsskizze von C. kukalovae

Rekonstruktion von C. kukalovae. Bild: Karel Řepa

Aus der spezifischen Ausprägung aller Merkmale ergab sich für uns als wahrscheinlichste Hypothese, dass es sich bei diesem Urzeit-Giganten um den nächsten Verwandten der geflügelten Insekten handelt. Zwar besitzt Carbotriplura noch keine ausgebildeten Flügel, aber die großen Augen und langen Beine weisen darauf hin, dass dieses Tier möglicherweise als tagaktiver Kletterer hoch oben im karbonischen Urwald lebte. Die seitlich ausgezogenen Brust- und Hinterleibssegmente könnten beim Gleiten dienlich gewesen und die langen Schwanzanhänge dabei zur Steuerung eingesetzt worden sein. Dass heutige Baum bewohnende flügellose Ur-Insekten im Urwald Perus sich auf diese Weise fortbewegen, wurde erst kürzlich beschrieben und gefilmt (hier ein spektakuläres Video). Dies unterstützt die so genannte Paranotal-Theorie zur Entwicklung der Insektenflügel. In der Tat ähnelt unser Fossil frappierend den hypothetischen Rekonstruktionen eines seit langem von Evolutionsbiologen postulierten „Missing Links“. Demnach wären die Flügel der Insekten nicht, wie von Kukalová-Peck postuliert, im Wasser aus beweglichen Kiemen entstanden, sondern an Land aus seitlichen Erweiterungen der Brustsegmente.

Literatur:

Staniczek, A.H., Sroka, P. & Bechly, G. (2014): Neither silverfish nor fowl: The enigmatic Carboniferous Carbotriplura kukalovae Kluge, 1996 (Insecta: Carbotriplurida) is the putative fossil sister group of winged insects (Insecta: Pterygota). Systematic Entomology. DOI: 10.1111/syen.12076

Staniczek, A.H., Bechly, G. & Godunko, R.J. (2011): Coxoplectoptera, a new fossil order of Palaeoptera (Arthropoda: Insecta), with comments on the phylogeny of the stem group of mayflies (Ephemeroptera). – Insect Systematics & Evolution 42: 1-38.

Yanoviak, S.P., Kaspari, M. & Dudley, R. (2009): Gliding hexapods and the origins of insect aerial behaviour. Biology Letters 5: 510-512.

Kukalová-Peck, J. (1985): Ephemeroid wing venation based upon new gigantic Carboniferous mayflies and basic morphology, phylogeny, and metamorphosis of pterygote insects (Insecta, Ephemerida). Canadian Journal of Zoology 63: 933–955.

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