Die ältesten Verzweigungen im Stammbaum der Insekten

Die Interpretation des ursprünglichen Bauplans der Insekten hängt von unserem Verständnis der frühen Verzweigungen im Stammbaum dieser Tiere ab. 3 Gruppen primär flügelloser Insekten sind dabei von besonderer Bedeutung: die Diplura, die Collembola und die Protura, die auch als Entognatha zusammengefasst werden. Sie werden aus mehreren Gründen als ursprünglich angesehen und zu den sogenannten "Ur-Insekten" gerechnet. Viele Jahre ging man von einem Schwestergruppenverhältnis zwischen Collembola und Protura aus. Diese Auffassung wurde vor einigen Jahren allerdings durch mitochondriale Genomdaten infrage gestellt. Auf Grund dieser Untersuchungen sollen die Collembolen gar nicht zu den Insekten gehören, sondern einen eigenen frühen Stammbaumzweig der Gliedertiere darstellen. Dieses völlig unerwartete Ergebnis initiierte zahlreiche molekulare Untersuchungen an den bis dahin eher vernachlässigten Ur-Insekten. Im Gegensatz zu den mitochondrialen Daten kamen allerdings alle Arbeiten an nukleären Genen zum Schluss, dass die Insekten ein Monophylum darstellen zu dem auch die Collembolen gehören! Darüber hinaus wurde von diesen Daten ein Schwestergruppenverhältnis von Proturen und Dipluren unterstützt. Für diese Abstammungsgemeinschaft wurde der Name "Nonoculata" vorgeschlagen; abgesehen vom Verlust der Augen gibt es jedoch aus morphologischer Sicht bislang nur wenig Evidenz für dieses Schwestergruppenverhältnis. Diese Situation mit mehreren widersprüchlichen Hypothesen verlangt nach einer umfassenden Analyse der basalen Verzweigungen des Insektenstammbaums, die molekulare und morphologische Daten integriert. Das vorliegende Projekt fokussiert auf das "Nonoculata"- Problem und versucht zu klären, ob es sich dabei um eine gut fundierte Schwestergruppenverhältnis handelt oder um eine artifizielle Gruppierung auf Grund eines systematischen Fehlers in den bisherigen Analysen. Ein wesentlicher Grund für die Probleme der meisten Untersuchungen sind die lückenhaften Datensätze und die geringe Zahl untersuchter Arten, vor allem von Tiergruppen die schwer zu sammeln oder zu bestimmen sind. Dies gilt vor allem für die winzigen Proturen, die deshalb im vorliegenden Projekt besonders genau berücksichtigt werden sollen. Darüber hinaus wird die koordinierte Analyse von morphologischen und molekularen Daten an denselben Arten eine exakte Vergleichbarkeit der Daten ermöglichen, was wiederum eine notwendige Voraussetzung bei der Klärung konkurrierender Hypothesen darstellt. Die Kenntnis der ältesten Stammbaumaufzweigungen der Insekten ermöglicht es einen Einblick in die Entstehung des Grundbauplans der Insekten zu bekommen. Dies wiederum ist die Basis für das Verständnis der einzigartigen Radiation dieser Tiere, die sie zu der bei weitem artenreichsten Organismengruppe auf unserem Planeten gemacht hat.

Die intensiven Bemühungen der letzten Dekaden die Verwandtschaftsverhältnisse der Gliedertiere oder Arthropoden aufzuklären haben zu einer Reihe widersprüchlicher Hypothesen geführt. Ein besonders heiß diskutiertes Thema ist dabei die stammesgeschichtliche Stellung der Insekten oder Hexapoden. Wer sind die nächsten Verwandten innerhalb der Gliedertiere und wie sind die Verwandtschaftsverhältnisse der heute noch lebenden Ur-Insekten? Die Aufklärung dieser basalen Fragen der Stammesgeschichte der Tiere benötigt einen umfassenden integrativen Forschungsansatz, der nur in Zusammenarbeit mit zahlreichen Experten möglich ist. In der Laufzeit des Projekts liegt die Gründung des internationalen Forschungsprogramms 1KITE (1000 Insect Transcriptome Evolution) zur Erforschung des Stammbaums der Insekten, in dem wir mit mehr als 80 WissenschaftlerInnen aus 12 Nationen zusammenarbeiten (http://www.1kite.org/). An der Konzeption und Organisation dieser Forschungsinitiative war unser Projektteam ganz wesentlich beteiligt.Die Hexapoden erwiesen sich in unseren phylogenomischen Analysen, bei der die Daten von mehr als 1000 Genen verwendet wurden, als monophyletische Gruppe. Darüber hinaus hat die neue Hypothese, dass die Insekten mit Krebsen und nicht mit den Tausendfüßlern verwandt sind, durch unsere Arbeiten weitere Unterstützung gefunden. Bezüglich der frühen Stammbaumaufzweigungen der Insekten ergaben die phylogenomischen Analysen überraschenderweise widersprüchliche Ergebnisse. Durch die vertiefte Analyse dieser Konflikte wurde unser Projekt ein Fallbeispiel für die Untersuchung besonders alter Stammbaumknoten. Die Untersuchungen liefern einen wesentlichen Beitrag zur Aufklärung der Verwandtschaftsbeziehungen der Gliedertiere und ermöglichen neue Einblicke in die Anfänge der Evolution der erfolgreichsten Tiergruppe. Die Aufklärung dieser Fragen ist von größter Bedeutung für alle Forschungsarbeiten an Insekten, die zur Interpretation ihrer Ergebnisse einen breiteren evolutiven Hintergrund benötigen. Im Projekt wurde das am Beispiel der Evolution der Augen und der Sehpigmente der basalen Hexapoden untersucht.