Origin and early evolution of wings with emphasis on the order Palaeodictyoptera

Abstract

The origin of wings is one of the key events in the evolution of insects. Recent evolutionary- developmental, embryological, and genomic studies suggest that insect wings could have evolved from homologues of the exite of the proximal leg segment, which was incorporated into the lateral tergum, with some level of contributions from surrounding tergal and/or pleural tissues. Consequently, the current dual origin scenario combines the paranotal, pleural, but also the exite origin hypotheses. The Palaeodictyoptera belong to an early-diverged lineage of winged insects and are among the earliest insect groups to appear in the fossil record. Therefore, they might have retained ancestral morphological features that can enhance our understanding of the evolutionary transition to winged insects. We examined new material from the Late Carboniferous palaeodictyopteran larvae from the locality of Sosnowiec (Katowice, Poland) and from the still accessible locality of Piesberg quarry (Osnabrück, Germany) and re-examined some previously described fossils of Palaeodictyoptera. The research revealed paired dorsolateral abdominal outgrowths structurally similar to the thoracic wing pads, suggesting they are serially homologous to wings. These outgrowths probably represent gills, and along with lamellate caudal...

Vznik křídel je jedním z klíčových momentů v evoluci hmyzu. Současné evolučně-vývojové, embryologické a genomické studie naznačují, že se křídla hmyzu mohla vyvinout z homologů exitu proximálního článku končetiny, který splynul s laterálním tergem. Předpokládá se také, že se na vzniku křídel z určité části podílelo pravé tergum a/nebo pleura. Současná duální hypotéza tedy kombinuje do určité míry paranotální, pleurální, ale i exite origin hypotézu. Palaeodictyoptera jsou jednou z linií okřídleného hmyzu a představují jednu z nejranějších hmyzích skupin, které se objevují ve fosilním záznamu. Mohli si tedy zachovat ancestrální morfologické znaky, které mohou přispět k porozumění evolučnímu přechodu k okřídlenému hmyzu. V práci jsme studovali nový materiál složený převážně z larev skupiny Palaeodictyoptera pocházející ze svrchně karbonských lokalit Sosnowiec (Katovice, Polsko) a Piesberg (Osnabrück, Německo), doplněný o již popsané druhy z dalších lokalit. Výzkum odhalil přítomnost párových výběžků po stranách zadečkových článků larev, které svou stavbou odpovídaly křídelním pochvám, a mohly by představovat seriální homology hmyzích křídel. Tyto výběžky pravděpodobně sloužily jako žábry a společně s lamelárními žábrami na konci zadečku některých larev naznačují vodní nebo obojživelný způsob života...