L'evoluzione delle ali non solo ha permesso agli antichi insetti di diventare le prime creature sulla Terra a prendere il volo, ma ha anche spinto la loro ascesa a diventare una delle grandi storie di successo della natura, secondo un nuovo studio.

Comprendendo fino a 10 milioni di specie viventi, gli insetti oggi possono essere trovati in tutti e sette i continenti e abitano ogni nicchia terrestre immaginabile. Ma secondo i reperti fossili, erano scarse prima di circa 325 milioni di anni fa, in inferiorità numerica rispetto ai loro cugini artropodi, gli aracnidi (ragni, scorpioni e acari) e miriapodi (millepiedi e millepiedi).

Il più antico fossile di insetto confermato è quello di un senza ali, creatura simile a un pesce argentato vissuta circa 385 milioni di anni fa. Non è fino a circa 60 milioni di anni dopo, durante un periodo della storia della Terra noto come Pennsylvaniano, che i fossili di insetti diventino abbondanti.

"C'è stato un bel po' di mistero su come siano nati gli insetti, perché per molti milioni di anni non hai avuto niente, e poi all'improvviso un'esplosione di insetti, " ha detto la prima autrice dello studio Sandra Schachat, uno studente laureato alla Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth).

Molte idee sono state proposte per spiegare questa curiosa lacuna nei reperti fossili di insetti, che gli scienziati hanno soprannominato Hexapod Gap.

Secondo un'ipotesi popolare, le dimensioni e l'abbondanza degli insetti erano limitate dalla quantità di ossigeno disponibile nell'atmosfera terrestre durante il tardo periodo Devoniano.

La prova più forte di questa teoria è un modello dell'ossigeno atmosferico durante gli ultimi 570 milioni di anni che il defunto geologo di Yale Robert Berner ha sviluppato confrontando i rapporti di ossigeno e carbonio nelle rocce antiche e nei fossili.

Secondo il modello di Berner, il livello di ossigeno atmosferico circa 385 milioni di anni fa durante l'inizio dell'Hexapod Gap era inferiore al 15 percento, così basso che gli incendi sarebbero stati insostenibili. (Per confronto, la concentrazione di ossigeno atmosferica odierna è di circa il 21 percento.)

Un'altra possibilità è che gli insetti fossero abbondanti prima di 323 milioni di anni fa, ma non compaiono nei reperti fossili perché i tipi di sedimenti terrestri in grado di preservarli non sono sopravvissuti.

Niente scuse

Nel nuovo studio, pubblicato questa settimana sulla rivista Royal Society Proceedings B, Schachat e i suoi colleghi hanno testato entrambi questi argomenti:che gli insetti a basso contenuto di ossigeno limitavano o che le rocce non erano adatte a preservare i fossili. Primo, il team ha aggiornato il modello quasi decennale di Berner utilizzando record di carbonio aggiornati.

Quando hanno fatto questo, scompare il calo di ossigeno atmosferico durante il tardo Devoniano. "Ciò che questo studio mostra è che l'inibizione ambientale da basso contenuto di ossigeno può essere esclusa perché non è compatibile con i dati più attuali, ", ha affermato Jonathan Payne, coautore dello studio e paleontologo della Stanford Earth.

Per verificare l'ipotesi delle "rocce cattive", il team ha analizzato un database pubblico di tipi di roccia nordamericani per diversi periodi della storia della Terra e non ha trovato nulla di insolito nei sedimenti del tardo Devoniano. "Le rocce potrebbero aver contenuto fossili di insetti. Il fatto che non indicano la scarsità di insetti durante questo periodo è reale e non solo un artefatto di sfortuna con la conservazione, " ha detto Schachat, che è anche membro della Smithsonian Institution di Washington, DC.

Un effetto trasformativo

Non solo le due spiegazioni più popolari per Hexapod Gap sembrano essere prive di fondamento, gli scienziati hanno detto che uno studio sui reperti fossili di insetti suggerisce che lo stesso Hexapod Gap potrebbe essere un'illusione.

Come parte del nuovo studio, il team ha riesaminato gli antichi reperti fossili di insetti e non ha trovato prove dirette di ali prima o durante l'Hexapod Gap. Ma non appena le ali appaiono 325 milioni di anni fa, i fossili di insetti diventano molto più abbondanti e diversificati.

"I reperti fossili sembrano proprio come ci si aspetterebbe se gli insetti fossero rari fino a quando non hanno sviluppato le ali, a quel punto aumentarono molto rapidamente in diversità e abbondanza, "Ha detto Payne.

Schachat ha detto che è degno di nota il fatto che i primi due insetti alati nella documentazione fossile siano un insetto simile a una libellula e un insetto simile a una cavalletta. Questi rappresentano i due principali gruppi di insetti alati:le libellule hanno "ali vecchie, "che non possono ripiegare sull'addome, e le cavallette hanno "ali nuove, " che sono pieghevoli.

"I primi due insetti alati nella documentazione fossile sono tanto diversi l'uno dall'altro quanto ci si potrebbe aspettare, " Schachat ha detto. "Questo suggerisce che, una volta nati gli insetti alati, si sono molto diversificati, molto velocemente. Così rapidamente che appare la loro diversificazione, da una prospettiva geologica e le prove disponibili nei reperti fossili, essere stato istantaneo».

Nuove nicchie

Essere i primi e unici animali in grado di volare sarebbe stato estremamente potente. Il volo ha permesso agli insetti di esplorare nuove nicchie ecologiche e ha fornito nuovi mezzi di fuga. "All'improvviso, la tua abbondanza può aumentare perché puoi semplicemente allontanarti dai tuoi predatori molto più facilmente, " ha detto Schachat. "Puoi anche mangiare le foglie che sono in cima a un albero senza dover camminare sull'intero albero".

Gli insetti volanti potrebbero anche creare nicchie che prima non esistevano. "Immagina un insetto onnivoro che vola in cima agli alberi per nutrirsi, Schachat ha detto. "Improvvisamente, c'è una nicchia per un predatore che può volare in cima all'albero per mangiare quell'insetto. Le ali hanno permesso agli insetti di espandere la serie di nicchie che possono essere riempite. È stato davvero rivoluzionario".

Mentre il nuovo studio collega l'evoluzione del volo all'ascensione degli insetti, solleva nuove domande su come e perché si sono evolute le ali in primo luogo, ha detto il coautore dello studio Kevin Boyce, professore associato di scienze geologiche alla Stanford Earth. "Nel Devoniano, c'erano solo pochi insetti, tutto senza ali, " Boyce ha detto. "Ma tu esci dall'altra parte e abbiamo il volo. Cosa è successo nel mezzo? Buona domanda."