Warum sind zweiflügelige Tiere viel häufiger als vierflügelige?

Bei fliegenden Wirbeltieren haben fast alle nur zwei Flügel (mit Ausnahme von Microraptor und seinen nahen Verwandten). Das macht Sinn, weil Sie auch einen Weg zum Gehen brauchen und ein Flügel nicht sehr gut als Bein ist, weshalb Fledermäuse so schlecht laufen können. Natürlich zeigen Fledermäuse, dass es nicht notwendig ist, gut laufen zu können, um eine erfolgreiche Clade zu sein.

Was Insekten betrifft, mag dies wie eine seltsame Frage erscheinen, da die meisten Insekten technisch gesehen vier Flügel haben. Aber unter den vier größten Insektenordnungen (die zusammen eine beträchtliche Mehrheit der Insekten ausmachen), Coleoptera, Lepidoptera, Diptera und Hymenoptera, haben alle funktionell zwei Flügel. Bei Diptera und Coleoptera wird nur ein Flügelpaar zum Fliegen verwendet. Bei Hymenoptera und Lepidoptera sind die beiden Paare verbunden und bewegen sich nicht unabhängig voneinander.

Meine Frage ist also, warum zweiflügeliger Flug so viel häufiger ist als vierflügeliger? Wenn die Zweiflügeligkeit vorteilhaft ist, warum behalten dann andere Insekten den vierflügeligen Flug bei (insbesondere Odonata)?

Antworten (3)

Beachten Sie, dass Sie über zwei sehr unterschiedliche Bedingungen sprechen

Bei Wirbeltieren entwickeln sich 4 "Flügel" nur einmal bei Wirbeltieren (bei Frühaufstehern) und nur ein Satz fungiert als Flügel, die anderen "Flügel" sind Steuerflächen für Stabilität bei niedriger Geschwindigkeit. Sie erzeugen unbedeutende Mengen an Auftrieb. Bei großen Tieren wie Wirbeltieren können Sie nicht zwei Sätze funktionsfähiger Flügel an demselben Tier anbringen. Große Flügel brauchen viel Platz zum Schlagen und Sie müssten den Torso länger machen, um genügend Platz für einen zweiten Satz Schlagflügel zu schaffen, was viel Gewicht hinzufügen und die Vorteile zunichte machen würde.

In Insekten sind vier Flügel der Standard, die Gruppen mit zwei Flügeln haben sie erhalten, indem sie einen Flügelsatz in etwas anderes Nützliches umgewandelt haben. Flügeldecken bei Käfern, die Flügel vor Beschädigungen schützen, und Halteres bei Fliegen, die als eine Art Sinnesorgan zur Positionsbestimmung dienen. Zwei Flügel sind zahlenmäßig häufiger, weil diese beiden Gruppen äußerst erfolgreich sind. Grundsätzlich, wenn Sie zwei von etwas haben, aber eines auch funktioniert und die Evolution das andere Set in etwas Nützliches verwandeln kann, dann haben Sie die Möglichkeit, ein Set von diesem Ding zu verlieren. Zwei Flügel sind zahlenmäßig häufiger, weil diese beiden Gruppen äußerst erfolgreich sind. Indem sie vier Flügel in zwei verwandelten, hatten diese Gruppen am Ende mehr Fähigkeiten als ihre vierflügeligen Verwandten, weil sie nicht nur die Flügel verloren, sondern sie in etwas anderes verwandelten.

Bei Insekten haben sich Flügel tatsächlich aus Kiemendeckeln entwickelt, Insekten könnten sechs Flügel gehabt haben, warum sich der erste Satz nie entwickelt hat, wäre eine interessante Frage. Es kann daran liegen, wie HOX-Gene in Insektensegmenten exprimiert werden.

Quelle

Danke für deine Antwort! Es erklärt immer noch nicht, warum Hymenoptera und Lepidoptera „entschieden“ haben, die unabhängige Flügelbewegung loszuwerden; Sie haben ein zweites Flügelpaar nicht in etwas anderes Nützliches verwandelt. Ich frage mich, ob es einen einheitlichen Grund gibt, warum zwei Flügel besser sind als vier? Dasselbe scheint für Flugzeuge zu gelten, obwohl ich vermute, dass dies ein anderer Grund sein könnte.
Vielleicht ist dies nicht der richtige Ort, um diese Frage zu stellen.
Es ist der perfekte Ort, um es zu stellen, Sie müssen nur Ihre Frage klären. Hymenoptera und Lepidoptera haben immer noch zwei Flügel, sie schlagen zusammen, weil der Mechanismus, den Insekten verwenden, um die Flügel zu schlagen, auf diese Weise mehr Kraft erzeugen kann, Insektenflügel sind nicht wie Vogelflügel, die Muskeln ziehen nicht direkt an den Flügeln, der Mechanismus, der ihre Bewegung antreibt, ist anders . Es gibt keine einheitliche Antwort, jeder Mechanismus hat eine andere funktionale Antwort.
Danke. Es scheint nur ein seltsamer Zufall zu sein, dass es bei (den meisten) Insekten, Dinosauriern und Flugzeugen eine Phase des „Experiments mit vier Flügeln“ gegeben hat, aber die zweiflügeligen Formen auf lange Sicht erfolgreicher sind.
Es gibt keine Vier-Flügel-Phase bei Dinosauriern, es gibt eine Zwei-Flügel- und Zwei-Ruder-Phase. Wenn Sie ein Bild eines Mikroraptors mit horizontalen unteren „Flügeln“ sehen, hat der Künstler den Kreaturen die Beine gebrochen, um sie in diese Position zu bringen. Es gibt eine ganze Frage zu diesem Thema biology.stackexchange.com/questions/62502/…
Ich glaube nicht, dass es einen wirklichen Konsens darüber gibt, wie Microraptor die Beinflügel benutzt hat. Aber Sie haben Recht, es scheint nicht plausibel, dass sie auf ähnliche Weise wie das vordere Paar verwendet wurden. Es ist ziemlich unwahrscheinlich (aber angesichts der Verzerrung des Fossils nicht unmöglich; es ist schwierig, endgültige Aussagen über Tiere zu machen, die vor über 100 Millionen Jahren gestorben sind), dass es seine Beine im Flug gespreizt hat.
@DarkMalthorp es ist eigentlich sehr einfach, die Hüften sind nicht verzerrt und die Therapod-Hüften lassen nicht viel seitliche Bewegung zu, da sie kein Kugelgelenk sind, sondern eher eine Stange und eine Pfanne, die eher wie ein Scharnier wirken. Man muss sich buchstäblich das Hüftgelenk brechen, um die Beine zu spreizen. Die Beinfedern helfen jedoch bei der Stabilität im Niedriggeschwindigkeitsflug, genau der Flugart, die in der frühen Entwicklung des Fluges am instabilsten sein wird. Wir sehen verschiedene langsame Stabilisatoren bei Fledermäusen und Flugsauriern, aber ihre Beine können auch nicht frei verwendet werden.

Die Vorfahren der vierflügeligen Insekten hatten Glück, denn sie hatten den Himmel vielleicht 50 Millionen Jahre lang ganz für sich allein, was ihnen wertvolle Zeit gab, komplexere Flügel zu entwickeln, die mit einfacheren Flugformen konkurrieren können. Die ersten Landinsekten kamen vor 380 Millionen Jahren und die ersten Libellen sind vor 300 Millionen Jahren entstanden. Der damalige hohe Sauerstoffgehalt erleichterte die Entwicklung aller Flugformen.

Sie mussten verschiedene Stadien der Ineffizienz durchlaufen, die entwicklungsintensiv sind. Frühere Tiere konnten es sich im Vergleich zu den heutigen leisten, ungeschickt zu fliegen, weil es weniger Flächenjäger gab, die sie im Flügel erwischten.

Flugtests mit Robotern deuten darauf hin, dass der Flug mit vier Flügeln im Allgemeinen weniger effizient ist als der mit zwei Flügeln. Wenn also ein anderes vierflügeliges Insekt eine unabhängige Kontrolle der Auf- und Abwärtsmuskeln an beiden Flügelsätzen entwickeln würde, würde es 20 oder 50 Prozent mehr Nahrung benötigen über Tausende von Generationen die gleiche Strecke zurücklegen, um mit den zweiflügeligen Varianten zu konkurrieren, was zu der Tatsache beiträgt, dass sie leichtere Beute sind.

Libellen können ihre Flügel auch nicht zum Schutz und zum Graben einklappen und sind auf energiereiche Nahrungsquellen angewiesen, sodass sie heute im Vergleich zu den meisten zweiflügeligen Insekten einen begrenzten Lebensraum haben.

Dies ist bei weitem nicht die vollständige Erklärung (die ich nicht habe). Aber:

Aus molekularer Sicht wird die Symmetrie zwischen links und rechts oft durch das Vorhandensein / Fehlen der Genexpression bestimmter Entwicklungsgene erreicht.

In einigen Fällen könnten diese Gene in einem Gradienten exprimiert werden, wodurch allmähliche Musterübergänge entstehen.

Ein vierflügeliges Tier würde erfordern, dass ein dev-Gen auf einer Achse exprimiert wird (links und rechts erzeugt), aber auch auf einer anderen, die in zwei Impulsen (zwei Flügelpaaren) exprimiert wird. Dies ist viel anfälliger für schädliche Mutationen, da mehr Faktoren eine Rolle spielen. Daher könnte es evolutionär nachteiliger sein.

Das macht für mich logisch Sinn, aber wenn ich es richtig verstehe, würde es nur eine tatsächliche Verringerung der Anzahl der Flügel (wie Diptera) erklären, nicht eine Umnutzung eines Paares (wie bei Coleoptera) oder eine Verbindung von zwei Paaren mit machen ein funktionelles einzelnes Set, wie es bei Hymenoptera und Lepidoptera zu sehen ist. Auch bei den Wirbeltieren hatten die vierflügeligen Formen keine andere Anzahl an Gliedmaßen als normale Tetrapoden.
So funktioniert die Flügelentwicklung nicht, nach dieser Logik ist jeder Organismus mit mehr als einem einzigen Satz Gliedmaßen stark im Nachteil. Es wird auch von Insekten widerlegt, bei denen vier Flügel der Standard sind, die beide aus demselben Entwicklungsweg stammen.
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