昆蟲擁有翅膀，這聽起來就像是理所當然的事，但其實這是一個困惑了生物學家一個多世紀的謎團。近年來，關於昆蟲翅膀進化的理論層出不窮，但沒有一個是完全令人滿意的。現在來自伍茲霍爾海洋生物實驗室(MBL)的一個團隊利用很久以前的科學論文的線索以及最先進的基因組學方法，解決了這個爭議。這項研究由MBL研究助理Heather Bruce和MBL主任Nipam Patel進行，本周發表在《Nature Ecology & Evolution》上。
研究小組證實，昆蟲的翅膀是由一種祖先甲殼動物腿上的外延或 "裂片 "演化而來的。這種海洋動物在大約3億年前過渡到陸地居住後，在胚胎發育過程中，最靠近身體的腿段被納入體壁，或許是為了更好地支撐其在陸地上的重量。"腿裂片隨後移到了昆蟲的背上，後來形成了翅膀，"Bruce說。
Bruce說，花了一個世紀才弄清楚這一點的原因之一是，直到2010年左右，人們才意識到，昆蟲與節肢動物門內的甲殼動物關係最為密切，這是由基因相似性揭示的。
"在此之前，根據形態學，每個人都將昆蟲與千足蟲和蜈蚣歸為一類，"Bruce說。"而如果你在這類中尋找昆蟲翅膀的來源，是不會找到任何東西的，所以昆蟲翅膀就被認為是昆蟲中出現的'新奇'結構，在祖先中沒有相應的結構，因為研究人員找錯了昆蟲祖先的位置。"
"人們會因為昆蟲翅膀這種東西可能是進化的新穎創新而非常興奮，"Patel說。"但從基因組比較角度來說，沒有什麼是全新的，一切都來自某個地方。"
Bruce在比較甲殼類動物，小的灘跳蟲Parhyale的分段腿和昆蟲（包括果蠅和甲蟲Tribolium）的分段腿的基因指令時，有了不同的發現。她利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，系統性地禁用了Parhyale和昆蟲中的5個共享腿型基因，並發現這些基因對應於離體壁最遠的6個腿段。不過，Parhyale的體壁旁邊多了一個第七個腿段。她想知道，那段腿段去哪兒了？"於是我開始在文獻中挖掘，我發現了這個非常古老的想法，在1893年就已經提出了，昆蟲已經將它們的近端[離身體最近的]腿部區域納入了體壁，"她說。
"但我仍然沒有發現翅膀的部分，"她說。"後來我看到了這個20世紀80年代的理論，不僅昆蟲將其近端腿部區域納入體壁，而且腿上的小裂片後來移動到背部並形成了翅膀。我的基因組和胚胎數據支持了這些古老的理論。"
論文標題為《Knockout of crustacean leg patterning genes suggests that insect wings and body walls evolved from ancient leg segments》。