Ранняя эволюция цикад раскрыта благодаря анализу новых окаменелостей
Исследователи под руководством профессоров Ван Бо и Чжан Хайчуня из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук (NIGPAS) провели комплексное изучение цикад, чтобы прояснить их раннюю эволюционную историю, филогенетические связи между мезозойскими окаменелостями и современными Cicadoidea, макроэволюцию адаптаций строения тела и связь с изменениями окружающей среды.
Результаты опубликованы в Nature Communications.
Cicadoidea известны эволюцией системы звукопроизводства, исключительно долгим подземным образом жизни нимф, а также своим символическим значением в культуре и науке. Современные Cicadoidea включают широко распространенных Cicadidae (настоящие/певчие цикады) и реликтовых Tettigarctidae, встречающихся только в Австралии.
Самые ранние окаменелости Cicadoidea найдены в триасе. Все мезозойские окаменелости (примерно 252–66 млн лет назад) традиционно делили на Cicadidae и Tettigarctidae на основе нескольких консервативных морфологических признаков. Однако такое прямое отнесение может игнорировать уникальные и переходные черты, важные для прослеживания ранних эволюционных путей.
Филогения и морфология
- Впервые изучены филогенетические связи ископаемых и современных Cicadoidea.
- Установлено, что мезозойские окаменелости включают стволовые группы цикадоидей, теттигарктид и цикадид.
- Некоторые мезозойские окаменелости, ранее относимые к Tettigarctidae, филогенетически ближе к современным Cicadidae.
- Разделение клад Cicadidae и Tettigarctidae могло произойти в среднем юрском периоде или к его окончанию.
- Анализ непрерывных морфологических изменений в крыльях, ногах нимф и других структурах выявил ранее упускавшиеся переходные вариации.
- Изменения в голове и хоботке могут отражать адаптации к давлению питания из-за смены растений-хозяев.
- Изменения в тораксе и жилковании крыльев указывают на эволюцию летательных мышц и способностей к полету.
Эволюция звуковой коммуникации
- У современных Cicadidae есть тимбальный аппарат, производящий звуки до ~120 дБ. Tettigarctidae используют субстратные вибрации и не издают громких звуков.
- Впервые у мезозойских ископаемых цикадоидей (в стволовых группах) идентифицированы тимбалы, сохранившиеся у особей обоих полов.
- Большинство относительно целых окаменелостей не имеют сложных структур для производства и восприятия звука, что предполагает использование вибраций субстрата для коммуникации в середине мелового периода.
- В одной окаменелости обнаружены тимбальные мышцы и абдоминальная полость с трахеями и трубками Марплза, что указывает на возможность резонансных способностей, как у современных певчих цикад.
- Выдвинута гипотеза, что некоторые группы цикад середины мела могли производить звуки громче вибраций субстрата.
- В целом, в течение большей части мезозоя Cicadoidea, вероятно, были относительно «тихими» по сравнению с современными певчими цикадами.
Образ жизни нимф и экологическая роль
- Обнаружены древнейшие известные окаменелости нимф и экзувиев Cicadoidea в бирманском янтаре середины мелового периода.
- Нимфы обладали мощными копательными передними ногами, аналогичными современным, что указывает на схожие способности к рытью и подземному образу жизни.
- Окаменелости демонстрируют четкое разделение экологических ниш между нимфами (подземное питание соками корней) и имаго (надземное питание на стеблях).
- Подземный образ жизни нимф давал преимущество для выживания.
- Уже в середине мезозоя Cicadoidea демонстрировали разделение ниш на разных стадиях жизни, способствуя переносу биомассы из-под земли на поверхность и влияя на экосистемы, подобно современным видам.