I 1830-årene en tysk naturalist som heter Renous ble arrestert i San Fernando, Chile for kjetteri. Hans påstand? Han kunne slå caterpillars til sommerfugler. Et par år senere, Renous fortalte sin historie til Charles Darwin, som bemerket det i The Voyage of The Beagle.,
Fengsle noen for å hevde at det som i dag anses som en felles kunnskap kan virke ekstreme, men metamorfose—prosessen gjennom noen dyr brått forandre deres kropper etter fødsel—har lenge inspirert misforståelser og mystikk. Folk har kjent siden minst tid i det gamle Egypt som ormer og grubs utvikle seg til voksne insekter, men utviklingen av insekt metamorfose er fortsatt en ekte biologisk mysterium, selv i dag., Noen forskere har foreslått mulige opprinnelse fortellinger, slik som Donald Williamson er ideen om at butterfly metamorfose resulterte fra en gammel og tilfeldig parring mellom to forskjellige arter—en som wriggled langs bakken, og en som flitted gjennom luften.
Metamorfose er en virkelig bisarre prosess, men en forklaring på utviklingen krever ikke slike ubekreftede teorier (for en kritikk av Williamson ‘ s hypotese, se denne studien)., Ved å kombinere data fra de fossile ta opp med studier på insekt anatomi og utvikling, biologer har etablert en troverdig fortelling om opprinnelsen av insekt metamorfose, som de fortsetter å revidere som ny informasjon om overflater. De tidligste insekter i Jordens historie ikke gjennomgå en metamorfose; de har klekket fra egg, i hovedsak som miniatyr voksne. Mellom 280 millioner og 300 millioner år siden, men noen insekter begynte å modne litt annerledes—de klekket ut i former som verken så eller oppførte seg som sine voksne versjoner., Dette skiftet viste seg usedvanlig nyttig: unge og gamle insekter, var det ikke lenger konkurrerer om de samme ressursene. Metamorfose var så vellykket at i dag, så mange som 65 prosent av alle dyrearter på planeten er metamorphosing insekter.
egg av en idé
I 1651 engelske legen William Harvey utgitt en bok der han foreslo at sommerfugllarver og andre insekter larvas var gratis-levende embryoer som forlatt næringsfattige «ufullkommen egg» før de modnet., Harvey videre anført at cocoon eller puppen en gravemaskin inn under sin pupal scenen var en annen egg som tidlig klekket embryoet ble født på ny. Han synes ideen om at en gravemaskin var en skapning og en sommerfugl var en helt annen dyret.
Noen av Harvey ‘ s ideer var forutseende, men han stort sett misforstått hva han har observert. I 1669 nederlandsk biolog Jan Swammerdam avvist på Harvey ‘ s oppfatning av puppen som et egg og sommerfugl som et annet dyr enn caterpillar., Swammerdam dissekert alle typer insekter under et mikroskop, som bekrefter at larve, puppe og voksent insekt var faser i utviklingen av et enkelt individ, og ikke forskjellige skapninger. Han viste at man kunne finne umodne møll og butterfly deler av kroppen inne en larve, selv før det spunnet i en kokong eller dannet en puppen. I noen demonstrasjoner, for eksempel, Swammerdam flasset hud av silkeormer—det larval fasen av tamme silke møll (Bombyx mori)—for å avsløre den rudimentære vinger innenfor.,
i Dag, biologer vet at disse voksen strukturer oppstå fra en samling av celler som kalles imaginal plater, som først dannes når et insekt embryoet utvikler seg i sitt egg. Hos noen arter, imaginal plater i stor grad fortsatt være sovende til pupal scenen, hvor de raskt spre seg og vokse inn i voksen bein, vinger og øyne, ved hjelp av oppløst larval celler som drivstoff og byggesteiner. I andre arter, imaginal plater begynner å ta form av voksen kroppsdeler før insekt pupates (Se Sidebar: Hvordan Gjør en Caterpillar Slår Til en Sommerfugl?,)
Swammerdam også anerkjent at ikke alle insekter gjennomgå en metamorfose på samme måte. Han foreslo fire typer metamorfose, som biologer senere trukket inn i tre kategorier. Vingeløse ametabolous insekter, slik som silverfish og bristletails, gjennomgå liten eller ingen metamorfose. Når de klekkes fra eggene, de har allerede ser ut som voksne, selv om de er bitte små, og vil bare vokse seg større over tid gjennom en serie av molts der de kaster sitt exoskeletons., Hemimetaboly, eller ufullstendig metamorfose, beskriver insekter som kakerlakker, gresshopper og øyenstikkere som klekkes som nymfer—miniatyr versjoner av sine voksne skjemaer som gradvis utvikle vinger og funksjonelle kjønnsorganene som de molt og vokse. Holometaboly, eller fullstendig metamorfose, refererer til insekter som biller, fluer, sommerfugler, møll og bier, som klekkes som wormlike larver som til slutt inn en hvilestrøm pupal scenen før i ferd med å bli voksne som ser ingenting som larver., Insekter kan står for mellom 80 og 90 prosent av alle dyrearter, noe som betyr at 45 til 60 prosent av alle dyrearter på planeten er insekter som gjennomgår fullstendig metamorfose i henhold til anslag. Klart, denne livsstilen har sine fordeler.
En ny generasjon
Fullstendig metamorfose sannsynligvis utviklet seg ut av ufullstendig metamorfose. De eldste fossile insekter utviklet mye som moderne ametabolous og hemimetabolous insekter—sin unge så ut som voksne. Fossiler kan dateres til 280 millioner år siden, imidlertid, ta opp fremveksten av en annen utviklingsforstyrrelse prosessen., Rundt denne tiden, har noen insekter begynte å klekkes fra eggene ikke så minuscule voksne, men som wormlike gnagerne med behagelige organer og mange små ben. I Illinois, for eksempel, paleontologists avdekket en ung insekt som ser ut som en krysning mellom en gravemaskin og en cricket, med lange hår belegg kroppen sin. Det bodde i et tropisk miljø og sannsynlig rummaged gjennom blad kull for mat.,
Biologer har ikke endelig bestemt hvordan eller hvorfor noen insekter begynte å klekke i en larval form, men Lynn Riddiford og James Truman, tidligere medlem av University of Washington i Seattle, har konstruert en av de mest omfattende teorier. De peker på at insekter som forfaller gjennom ufullstendig metamorfose passere gjennom en kort fase av livet før han ble nymfene—pro-nymphal scenen, som insekter og oppfører seg forskjellig fra deres sanne nymphal former., Noen insekter overgangen fra pro-nymfer til nymfer mens de fortsatt i egget; andre er fortsatt pro-nymfer for alt fra bare noen minutter til et par dager etter klekking.
Kanskje dette pro-nymphal scenen, Riddiford og Truman foreslår, utviklet seg til larval fasen av fullstendig metamorfose. Kanskje 280 millioner år siden, gjennom en sjanse mutasjon, noen pro-nymfer ikke klarte å absorbere alle eggeplomme i eggene sine, slik at en verdifull ressurs ubrukt., I respons til denne ugunstige situasjon, noen pro-nymfer fått et nytt talent: evnen til aktivt å mate, å slurp opp ekstra eggeplomme, mens de fortsatt er inne i egget. Hvis slike pro-nymfer dukket opp fra sine egg før de nådde nymphal scenen, de ville ha vært i stand til å fortsette å mate seg selv i verden utenfor., Over generasjoner, disse spedbarn insekter kan ha vært i en langvarig pro-nymphal scenen for lengre og lengre perioder av gangen, økende wormier all den stund og spesialiserer seg på dietter som skilte seg fra de av deres voksne selv tidkrevende frukt og blader, snarere enn nektar eller andre små insekter. Til slutt disse prepubescent pro-nymfer ble fullverdige larver som lignet moderne sommerfugllarver. På denne måten larval fasen av fullstendig metamorfose tilsvarer pro-nymphal fasen av ufullstendig metamorfose., Den pupal scenen oppsto senere som en slags fortettet nymphal fasen som slynget den wriggly larver til sitt seksuelt aktive bevingede voksen former.
Noen anatomiske, hormonelle og genetiske bevis som støtter denne evolusjonære scenario. Anatomisk, pro-nymfer har en god del til felles med larvas av insekter som gjennomgår fullstendig metamorfose: de har begge myke kropper, mangel skjellete rustning og har umodent nervesystem. Et gen som heter bred er avgjørende for pupal fasen av fullstendig metamorfose., Hvis du slår ut dette genet, en gravemaskin aldri danner en puppe og ikke klarer å bli en sommerfugl. Det samme genet er viktig for molting under nymphal fasen av ufullstendig metamorfose, og stadfestet den ekvivalensen av nymfe og puppe. Likeledes, begge pro-nymfer og larver har høye nivåer av juvenil hormon, som er kjent for å undertrykke utviklingen av voksen har., I insekter som gjennomgår ufullstendig metamorfose, nivåer av juvenil hormon dukkert før den pro-nymfe molts inn nymfen; i fullstendig metamorfose, imidlertid, juvenile hormon fortsetter å flomme larven er kroppen helt frem til like før det pupates. Utviklingen av ufullstendig metamorfose i fullstendig metamorfose sannsynlig involvert en genetisk tweak som badet embryoet i juvenile hormon tidligere enn vanlig og holdt nivåer av hormonet høy for en uvanlig lang tid.,
Imidlertid metamorfose utviklet seg, er den enorme tall av metamorphosing insekter på planeten tale for sin suksess som reproduktive strategi. Den primære fordelen med fullstendig metamorfose er å eliminere konkurranse mellom unge og gamle. Larval insekter og voksne insekter opptar svært ulike økologiske nisjer. Mens caterpillars er opptatt gorging seg på bladene, helt uinteressert i reproduksjon, sommerfugler er flagrer fra blomst til blomst på jakt etter nektar og kamerater., Fordi larvas og voksne som ikke konkurrerer med hverandre om plass eller ressurser, mer av hver enkelt kan eksistere side om side i forhold til arter som ung og gammel, bor i samme steder og spise de samme tingene. Til syvende og sist er drivkraften for mange av livets utrolige transformasjoner forklarer også insekt metamorfose: overlevelse.