v 1830s německý přírodovědec jménem Renous byl zatčen v San Fernando, Chile pro kacířství. Jeho tvrzení? Mohl by z housenek udělat motýly. O několik let později Renous vyprávěl svůj příběh Charlesovi Darwinovi, který si to všiml při plavbě Beagle.,
uvěznění někoho za to, že tvrdí, co dnes kvalifikuje jako běžné znalosti, se může zdát extrémní, ale metamorfóza—proces, kterým některá zvířata náhle transformují svá těla po narození—dlouho inspirovala nedorozumění a mystiku. Lidé od doby starověkého Egypta věděli, že se červy a housenky vyvíjejí do dospělého hmyzu, ale vývoj metamorfózy hmyzu zůstává skutečným biologickým tajemstvím i dnes., Někteří vědci navrhli bizarní původu pohádek, jako Donald Williamson je myšlenka, že motýl proměny vedly od starobylé a náhodné páření mezi dvěma různými druhy—jeden, který kroutil po zemi a ten, který se mihla vzduchem.
Proměna je skutečně bizarní proces, ale vysvětlení jeho vývoj nevyžaduje takové nepodložené teorie (pro kritiku Williamson je hypotéza, viz tato studie)., Spojením důkazů z fosilního záznamu se studiemi anatomie a vývoje hmyzu biologové vytvořili věrohodný příběh o původu metamorfózy hmyzu, kterou nadále revidují jako nové informační plochy. Nejčasnější hmyz v historii země se nezměnil; vylíhli se z vajec, v podstatě jako miniaturní dospělí. Mezi 280 milionů a 300 miliony lety, nicméně, některé druhy hmyzu začala zrát trochu jinak—se vylíhli v podobách, že ani se podíval, ani se choval jako jejich dospělá verze., Tento posun se ukázal jako pozoruhodně prospěšný: mladý a starý hmyz již nesoutěží o stejné zdroje. Metamorfóza byla tak úspěšná, že dnes až 65 procent všech živočišných druhů na planetě je metamorfující hmyz.
vejce představu,
V roce 1651 anglický lékař William Harvey publikoval knihu, ve které navrhl, že housenky a jiný hmyz larvám byly volně žijící embrya, které opustil živinami chudých „nedokonalá vajíčka“ před tím, než byla splatná., Harvey dále tvrdil, že kokon nebo chrysalis housenka, která vstoupila během své pupální fáze, byla druhým vejcem, ve kterém se předčasně vylíhlé embryo znovu narodilo. Bavil myšlenku, že housenka je jedno stvoření a motýl je úplně jiné zvíře.
některé Harveyho myšlenky byly předvídatelné, ale většinou nesprávně interpretoval to, co pozoroval. V roce 1669 holandský biolog Jan Swammerdam zamítnuta Harvey je pojem kukla jako vejce a motýl jako jiné zvíře, než housenka., Swammerdam členitý všechny druhy hmyzu pod mikroskopem, potvrzující, že larva, kukla a dospělý hmyz fází ve vývoji jednotlivce, není to odlišné bytosti. Ukázal, že v larvě lze najít nezralé části těla můry a motýlů, ještě předtím, než točil kokon nebo vytvořil kuklu. V některých demonstracích například Swammerdam oloupal kůži z bource morušového-larvální fáze domestikovaného hedvábného můra (Bombyx mori)—aby odhalil rudimentární křídla uvnitř.,
biologové dnes vědí, že tyto dospělé struktury vznikají ze shluků buněk nazývaných imaginální disky, které se nejprve tvoří, když se ve svém vejci vyvíjí embryo hmyzu. U některých druhů, imaginární disky zůstávají do značné míry spící až do pupal fázi, během které se rychle množí a rostou do dospělé, nohy, křídla a oči, pomocí rozpuštěné larvální buňky jako palivo a stavební bloky. U jiných druhů začínají imaginární kotouče mít tvar částí těla dospělých před kukly hmyzu (viz postranní panel: jak se housenka změní na motýla?,)
Swammerdam také uznal, že ne všichni hmyz se metamorfují stejným způsobem. Navrhl čtyři Druhy metamorfózy, které biologové později destilovali do tří kategorií. Bezkřídlý ametabolózní hmyz, jako jsou stříbřité a štětinaté, prochází malou nebo žádnou metamorfózou. Když se vylíhnou z vajec, oni už vypadají jako dospělí, byť maličké, a jednoduše se zvětší v průběhu času prostřednictvím řady líná, v němž oni shodili jejich exoskeletons., Hemimetaboly, nebo neúplné proměna, popisuje hmyzu, jako jsou švábi, kobylky a vážky, které se vylíhnou jako nymfy—miniaturní verze jejich dospělé formy, které postupně rozvíjet křídla a funkčních pohlavních orgánů, jako jsou línat a růst. Holometaboly, nebo kompletní proměna, vztahuje se k hmyzu, jako jsou brouci, mouchy, motýli, můry a včely, které se líhnou jako červovitý larvy, které se nakonec zadejte klidový pupal fázi před rozvíjející se jako dospělí, které vypadají jako nic jako larvy., Hmyz může představovat 80 až 90 procent všech druhů zvířat, což znamená, že 45 až 60 procent všech druhů zvířat na planetě je hmyz, který prochází úplnou metamorfózou podle jednoho odhadu. Je zřejmé, že tento životní styl má své výhody.
Nová generace
Kompletní metamorfóza se pravděpodobně vyvinula z neúplné metamorfózy. Nejstarší Zkamenělý hmyz se vyvíjel podobně jako moderní ametabolous a hemimetabolous hmyz-jejich mladí vypadali jako dospělí. Fosílie pocházející z doby před 280 miliony let však zaznamenávají vznik jiného vývojového procesu., Kolem této době, některé druhy hmyzu se začal líhnout z vajec ne jako miniaturní dospělé, ale jako červovitý zvířátka s baculatá těla a mnoho drobných nohy. V Illinois, například, paleontologové objevili mladí hmyz, který vypadá jako kříženec mezi caterpillar a kriket, s dlouhými chlupy povlak své tělo. Žil v tropickém prostředí a pravděpodobně se prohrabával listovým vrhem pro jídlo.,
Biologové není s konečnou platností stanoveno, jak a proč některé druhy hmyzu se začal klubat v podobě larvy, ale Lynn Riddiford a James Truman, který dříve působil na University of Washington v Seattlu, zkonstruoval jeden z nejkomplexnějších teorií. Poukazují na to, že hmyz, které zrají přes neúplné proměna projít krátkou fázi života, než se stal nymfy—pro-nymfí fázi, ve které hmyz vypadat a chovat se odlišně od jejich skutečné nymfí formy., Někteří hmyz přecházejí z pro-nymf na nymfy, zatímco jsou stále ve vejci; jiní zůstávají pro-nymfy kdekoli od pouhých minut do několika dnů po vylíhnutí.
možná se tato pro-nymfální fáze, Riddiford a Truman naznačují, vyvinula do larvální fáze úplné metamorfózy. Možná před 280 miliony let, díky náhodné mutaci, některé pro-nymfy nedokázaly absorbovat veškerý žloutek ve svých vejcích a ponechat vzácný zdroj nevyužitý., V reakci na tuto nepříznivou situaci získali někteří pro-nymfy nový talent: schopnost aktivně krmit, usrkávat další žloutek, zatímco ještě uvnitř vajíčka. Pokud by se takové pro-nymfy vynořily ze svých vajec dříve, než dosáhly nymfální fáze, mohli by se i nadále živit ve vnějším světě., Po generace, tyto kojenecké hmyz může zůstaly ve vleklé pro-nymfí fázi na delší a delší dobu, rostoucí wormier celou dobu a specializující se na diety, které se lišily od těch svých erotických já—konzumace ovoce a listy, spíše než nektar nebo jiné menší hmyz. Nakonec se tyto předpubertální pro-nymfy staly plnohodnotnými larvami, které připomínaly moderní housenky. Tímto způsobem larvální fáze úplné metamorfózy odpovídá pro-nymfální fázi neúplné metamorfózy., Pupal fázi vznikly později, jako jakési kondenzované nymfí fáze, která katapultoval kroutící se larvy do jejich sexuálně aktivní okřídlené dospělé formy.
některé anatomické, hormonální a genetické důkazy podporují tento evoluční scénář. Anatomicky, pro-nymfy mají slušné množství společného s larvám hmyzu, které procházejí kompletní proměnou: oba mají měkká těla, nedostatek šupinaté brnění a mají nezralý nervový systém. Gen s názvem broad je nezbytný pro pupální fázi úplné metamorfózy., Pokud vyřadíte tento gen, housenka nikdy netvoří kuklu a nestane se motýlem. Stejný gen je důležitý pro línání během nymfí fázi neúplné proměna, potvrzující rovnocennost nymfy a kukla. Stejně tak jak pro-nymfy, tak larvy mají vysoké hladiny juvenilního hormonu, o kterém je známo, že potlačuje vývoj dospělých rysů., V hmyz, který prodělává neúplné proměna, úrovně juvenilní hormon namočit, než pro-nymfa líná do nymfy; v kompletní proměna, nicméně, juvenilní hormon nadále zaplavit larva tělo až těsně před tím, než pupates. Vývoj neúplná přeměna na kompletní proměna pravděpodobně podílí genetická tweak, který koupala embrya v juvenilní hormon dříve, než je obvyklé a držel hladiny hormonu vysoká pro neobvykle dlouhou dobu.,
nicméně metamorfóza se vyvinula, obrovské množství metamorfovaného hmyzu na planetě mluví za svůj úspěch jako reprodukční strategie. Primární výhodou úplné metamorfózy je eliminace konkurence mezi mladými a starými. Larvální hmyz a dospělý hmyz zaujímají velmi odlišné ekologické výklenky. Vzhledem k tomu, že housenky jsou zaneprázdněni nacpe na listy, zcela bez zájmu v reprodukci, motýly poletující z květu na květ při hledání nektaru a kamarády., Protože larvy a dospělí si navzájem nekonkurují o prostor nebo zdroje, více z nich může koexistovat ve vztahu k druhům, ve kterých mladí i staří žijí na stejných místech a jedí stejné věci. Nakonec impuls pro mnoho ohromujících transformací života také vysvětluje metamorfózu hmyzu: přežití.