蜉蝣是一種古老的昆蟲，擁有其他有翅昆蟲所沒有的獨(dú)特的生命階段：它們完全長大的若蟲發(fā)育成有翅的亞成體階段，即所謂的亞成蟲，它還沒有能力繁殖，并且在很短的時(shí)間后，連同翅膀一起蛻皮，成為成年昆蟲。
由斯圖加特自然歷史博物館昆蟲專家ArnoldStaniczek博士領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)代技術(shù)發(fā)現(xiàn)并描述了從亞成蟲到成蟲蛻皮過程中的關(guān)鍵機(jī)制。
蜉蝣的一些翅脈包括稱為“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，也為有翅昆蟲的進(jìn)化提供了線索。
現(xiàn)代技術(shù)有助于分析機(jī)翼結(jié)構(gòu)
70年來，人們一直相信蜉蝣翼脈中的大皰在這些古老昆蟲的飛行中發(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)到之前的理論無法成立：翅膀在上沖時(shí)不是彎曲的，而是簡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。
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)做類似的事情，”斯坦尼切克說。這一假設(shè)也被觀察結(jié)果間接證實(shí)，即在進(jìn)化過程中失去成蟲下蛻皮的少數(shù)蜉蝣中沒有大皰。
昆蟲飛行進(jìn)化的重要線索
因此，大泡構(gòu)成了成蟲下蛻皮的可靠標(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。這些昆蟲的特征。
在其他現(xiàn)存昆蟲中沒有發(fā)現(xiàn)大皰和有翅的亞成蟲生命階段，而蜉蝣中可能保留了這一中間階段，因?yàn)榕c從水生幼蟲習(xí)性到陸地成蟲生活的過渡有關(guān)的選擇優(yōu)勢(shì)。
“這項(xiàng)工作為進(jìn)一步研究飛行昆蟲的進(jìn)化提供了新的見解和基礎(chǔ)。對(duì)化石記錄中的大泡進(jìn)行徹底的研究可能會(huì)揭示其他有翅昆蟲是否也有有翅的亞成蟲，以及它在進(jìn)化的哪個(gè)階段消失了，”斯塔尼切克說。
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