角蝉科多彩的头盔实际是一对深度变形的翅膀

角蝉科多出的第三对翅膀形成了各式各样的“头盔”

昆虫一般只有两对翅膀

昆虫已经历了2.5亿年的演化,其翅膀也发生了相当的改变:变形甚至丢失,但却从来没有过翅膀多出来的例子。法国国家科研中心的科研小组最新研究结果显示:蝉类的近亲——角蝉科(Membracidae)多彩的头盔实际上是一对深度变形了的翅膀。

该项研究成果作为在2011年5月5日美国著名《自然》《Nature》杂志的封面文章发表。

角蝉科是一类与蝉关系较近的昆虫,不同的角蝉在外形和颜色上差异十分明显,而这些差异最主要显现在覆盖在其头部显著的“头盔”。它们的头盔形态各异:天线状、鸟粪状、落叶状、荆刺状等等。在此之前,关于这些奇特结构的演化和起源一直存在争议。

不同于犀甲虫(rhinoceros beetle)的角,角蝉的头盔并不是简单的角质层,而是背附肢通过关节与胸节相连,通过肌肉和隔膜的带动可使其摆动。这些解剖学特征已经得到基因研究的证实:控制头盔和翅膀发育生长的基因是相同的。这就意味着角蝉科实际上是拥有三对翅膀,其中一对已经发生严重变形,这是以前根本不知道的。

通过增加部件来改变身体架构,这样的创新性进化在昆虫中实属首次。昆虫身体分为头、胸、腹三部分,通常有两对翅和三对足,翅主要位于胸部第二和第三节。但也有例外情况,如双翅目(苍蝇,蚊子等),后翅已退化成圆形平衡器;而在鞘翅目(瓢虫,甲虫等)中,前翅质地坚硬,角质化,形成鞘翅,用以保护后翅;在某些昆虫中也有翅膀完全退化消失的情况。

那为什么角蝉科的昆虫会多长出一对翅膀呢?Gompel说:“通常在昆虫中,除了在胸部第二和第三节外,翅膀的形成会受到Hox基因的抑制。”

是否角蝉科的胸部第一节缺少Hox基因呢?Hox基因的产物Hox蛋白已在角蝉科的头盔中被检测出来。是否Hox基因是非活性的?将角蝉科头盔中的Hox基因注射到果蝇中,同样可以抑制翅膀的形成。

Gompel继续解释道:“这使得结果非常矛盾,Hox基因有能力抑制翅膀的形成,但翅膀还是出现了!我们认为可能是进化影响到了翅膀形成的遗传密码:这些基因能够使Hox基因的抑制作用无效。”

这次的研究结果已经违背了身体框架形成是由Hox基因独立控制的观点。事实上,Hox基因并没有改变,但身体却发生了变化。

自从距今4000万年前角蝉科的“头盔”(实际上是多出来的第三对翅膀)出现以来,头盔已经失去了其飞行的作用。简单的说:其翅膀的本质虽在,但飞行的作用已不复存在。


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