Když se housenka vylíhne z vajíčka, stráví prvních několik týdnů svého života tím, že jí tolik, kolik fyzicky dokáže. Potom se zavěsí hlavou dolů z listu nebo stonku a svlékne svou vnější kůži, aby odhalila svou kuklu. Uvnitř se tělo housenky rozpadne a specializované buňky zvané imaginární disky začnou tvořit kostru motýla, který se objeví. Během týdnů bude připraveno k páření a zahájení procesu od začátku.
Proces metamorfóza je tak zvláštní, že to skoro vypadá jako sci-fi. Jak se tedy takový zvláštní životní cyklus vůbec vyvíjel?
Ale podle James Trumanbiolog a emeritní profesor na Washingtonské univerzitě se něco změnilo před 400 miliony let. Malý genetický mutace způsobily, že dospělá a juvenilní fáze hmyzu vypadala odlišně – fenomén nazývaný neúplná metamorfóza. Hmyz, který podstoupí neúplnou metamorfózu – nazývaný hemimetabolický hmyz – se nevylíhne jako drobné verze svého dospělého já – začíná svůj život v takzvané fázi nymfy.
Nymfy se stále zhruba podobají svým dospělým příbuzným, ale mají také malé polštářky, kde narostou křídla. Pokaždé, když nymfa líná, polštářky křídel se dále vyvíjejí, až jejich konečné línání odhalí funkční dospělá křídla. Právě tato křídla udělala z neúplné metamorfózy tak velký evoluční krok pro hmyz – křídla jsou tak křehká, že by se s plně funkčními křídly těžko vylíhla, takže pro hmyz bylo snazší vyvíjet se křídla po celý život.
Po zhruba dalších 50 milionech let, řekl Truman, více genetických mutací změnilo raná životní stádia hmyzu ještě dále. Tyto genetické posuny vytvořily holometabolní hmyz, což je hmyz, který prochází úplnou metamorfózou. Spíše než aby se tento hmyz vylíhl z vajíček jako nymfy, začal se objevovat jako larvy – červovitá stvoření, která nevypadají jako jejich rodiče.
„Identita rodičů se (v) žádném případě neodráží v identitě mladých lidí. Prostě není žádná podobnost,“ řekl Truman Live Science. „(Latinský) termín pro ‚larvu‘ znamená ‚maska‘ a skutečně, larvální stádium maskuje stádium dospělosti.“
Evoluční výhody
Dnes je jich asi 5,5 milionu druhů hmyzu na Zemia více než 80 % z nich projde úplnou metamorfózou. Metamorfóza byla pravděpodobně takovým úspěchem, protože poskytuje hmyzu mnoho evolučních výhod, z nichž první byl let. Hemimetabolní hmyz byl prvními živočichy, kteří vyvinuli funkční křídla, a vzlétli daleko dříve, než to udělali všichni obratlovci.
„Po 100 milionů let měl hmyz jako hřiště vzduch,“ řekl Truman. „Je to tato schopnost, která skutečně umožnila hmyzu převzít kontrolu.“
Kompletní metamorfóza má ještě více výhod. Protože jsou larvální a dospělá stádia života tak rozdílná, mohou se mláďata a dospělci specializovat na různé věci; larvy obecně tráví většinu času jídlem, zatímco dospělý hmyz se více zabývá rozmnožováním. V některých případech dospělci některých druhů, jako např měsíční můry (Měsíc Actias), nemají ani funkční ústa; po metamorfóze utratí zbytek svého krátké životy najít si partnera a už nikdy nejíst.
Metamorfóza také přináší výhody související s konkurencí zdrojů, řekl Truman, protože dospělí a larvy mohou jíst zcela odlišnou stravu. U mnoha druhů se larvy často živí krátkodobými zdroji, jako jsou zdechliny a červi, zatímco dospělci se živí dlouhodobějšími zdroji, jako je nektar. To znamená, že larvy a mláďata nesoutěží o stejnou potravu, takže přežije větší počet z každé věkové skupiny.
Zatímco evoluční výhody úplné metamorfózy jsou jasné, podrobnosti o tom, jak se tento složitý proces nejprve vyvinul, zůstávají nejasné.
„Existují dvě hlavní školy,“ Xavier Krásná Rosvýzkumník ad honorem ze Španělské národní výzkumné rady řekl Live Science v e-mailu.
Jedna myšlenka, podporovaná Bellés Ros, navrhuje, že úplná metamorfóza se vyvinula, když se stádium nymfy rozdělilo na larvální a kuklou fázi. Opoziční tábor, podporovaný výzkumníky včetně Trumana, tvrdí, že larvální stádium pochází z embryonální fáze známé jako pronymfa, krátké fáze, kdy se hmyz poprvé začíná vynořovat z vajíčka.
Vědci znají některé z klíčových genů, které řídí larvální, kuklová a dospělá stádia hmyzu s úplnou metamorfózou. „Zdá se, že každá fáze je řízena hlavním regulačním genem,“ řekl Truman. Zůstává nejasné, jak tytéž geny fungují u jednoduššího hmyzu, který se vyvíjí bez tak drastických transformací.
Přesto vědci tvrdí, že trvalá tajemství metamorfózy jsou součástí jeho přitažlivosti.
„Po 30 letech práce s ním (a stále pracuji) jsem odhalil jen pár záhad,“ řekl Bellés Ros. „Ještě je potřeba udělat hodně práce, práce, která by se měla ukázat jako fascinující pro budoucí generace entomologů.“
