Evolutionäre Transformationen im Schaben-Termiten Übergangsfeld

• Antragsteller: Dr. Benjamin Wipfler
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261330768

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das geförderte Projekt untersuchte die Morphologie und Systematik der Blattodea, zu denen die rezenten Schaben und Termiten gehören. Die spezifischen Ziele waren die Klärung der Phylogenie der Blattodea mittels Transkriptomen, die Untersuchung verschiedener Aspekte der Morphologie der Gruppe sowie die Zusammenführung beider Punkte zu einem schlüssigen Bild der Evolution der Blattodea. Im Rahmen des Projektes wurde die erste Phylogenie der Gruppe erstellt, die auf Transkriptomen basiert. Durch diese Analyse konnten wichtige und bisher offene Aspekte wie z.B. die Verwandtschaftsverhältnisse der drei Hauptgruppen der Blattodea (Blattoidea, Corydioidea und Blaberoidea) oder die Tatsache, dass Lamproblattidae die Schwestergruppe der Cryptocercidae + Termiten darstellt geklärt werden. Diese solide phylogenetische Hypothese liefert die Grundlage für ein evolutives Verständnis der Gruppe. Die Kopfmorphologie der Schaben ist geprägt durch eine Kombination aus ursprünglichen (z.B. nach unten ausgerichtete Mundwerkzeuge oder fünf-gliedrige Maxillarpalpen) und abgeleiteten Merkmalen. Zu den letzteren gehören die Reduktion des medianen Ocellus, Oesotendons sowie die Zweiteilung mehrerer Muskeln. Der Termitenkopf ist stark modifiziert, was primär mit der sekundären Ausrichtung der Mundwerkzeuge nach vorne (Prognathie) zusammenhängt. Der Thorax der Blattodea ist bei den Schaben durch dorso-ventrale Kompression sowie das große Pronotum, das oft den Kopf überragt gekennzeichnet. Im Laufe des Projektes zeigte sich relativ schnell, dass eine sichere Einordnung der Merkmale der Blattodea nur erfolgen kann, wenn die Stellung der Gruppe innerhalb der Polyneoptera geklärt ist. Durch Analyse von Transkriptomen aller relevanten Gruppen konnte gezeigt werden, dass die Blattodea + Mantodea die Schwestergruppe zu Eukinolabia + Xenonomia darstellen, was eine Evaluierung von 112 Merkmalen der Lebensweise und des Körperbaus erlaubte. So stellt z.B. Sozialverhalten keinen ursprünglichen Zustand für die Polyneoptera dar, sondern entstand unter anderem innerhalb der Blattodea mehrfach unabhängig. Die Datierung des Blattodea Stammbaums durch Fossilien ergab jüngere Alter für viele Gruppen als durch ähnliche Analysen in vorherigen Artikeln vorgeschlagen. Ein weiterer zusätzlicher Merkmalskomplex, der untersucht wurde, obwohl er eigentlich nicht im ursprünglichen Antrag formuliert war, ist die Funktionsmorphologie der Schaben Mundwerkzeuge. Dazu wurden verschiedene Aspekte wie Beißkräfte, Kraftübertragungsquotienten sowie Muskellängen, Querschnitte und Volumen für verschiedene Tiere berechnet. Zusätzlich wurden mehrere Vertreter der neu-beschriebenen Ordnung †Alienoptera im burmesischen Bernstein sowie deren Bedeutung für den Übergang zwischen schaben-ähnlichen Vorfahren und rezenten Gottesanbeterinnen untersucht. Über Aspekte des Projektes wurden in verschiedenen Publikumsmedien wie Zeitungen (z.B. Osthüringer Zeitung, Der Standard) oder Fernsehen (MDR)berichtet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2014). "Phylogenomics resolves the timing and pattern of insect evolution." Science 346(6210): 763-767
  Misof, B., ..., X. Zhou
  
• (2015). "Fast and powerful: biomechanics and bite forces of the mandibles in the american cockroach Periplaneta americana." Plos One 10(11)
  Weihmann, T., L. Reinhardt, K. Weissing, T. Siebert and B. Wipfler
  
• (2015). "Functional morphology of the mandibular apparatus in the cockroach Periplaneta americana (Blattodea, Blattidae) - A model species for generalist omnivore insects." Arthropod Systematics & Phylogeny 73(3): 477-488
  Weihmann, T., T. Kleinteich, S. N. Gorb and B. Wipfler
  
• (2016). " †Alienoptera - A new insect order in the roach-mantodean twilight zone." Gondwana Research 39: 317-326
  Bai, M., R. G. Beutel, K. D. Klass, W. W. Zhang, X. K. Yang and B. Wipfler
  
• (2016). "A review of methods for analysing insect structures - the role of morphology in the age of phylogenomics." Current Opinion in Insect Science 18:60-68
  Wipfler B., H. Pohl, M. Yavorskay and R.G. Beutel
  
• (2016). "The cephalic morphology of the American cockroach Periplaneta americana (Blattodea)." Arthropod Systematics and Phylogeny 74(3): 267-297
  Wipfler, B., K. Weissing, K. D. Klass and T. Weihmann
  
• (2018). "A new cretaceous insect with a unique cephalo-thoracic scissor device." Current Biology 28(3): 438-443. e431
  Bai, M., R. G. Beutel, W. Zhang, S. Wang, M. Hörnig, C. Gröhn, E. Yan, X. Yang and B. Wipfler
  
• "The generalized feeding apparatus of cockroaches – a model for biting and chewing insects" in Krenn, H. (ed.) “Insect Mouthparts – Form, Function, Development and Performance”, Zoological Monographs, vol 5. Springer, Cham 2019. S. 203-262
  Weihmann, T. and B. Wipfler
  
• (2019). "An integrative phylogenomic approach illuminates the evolutionary history of cockroaches and termites (Blattodea)." Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences 286(1895): 20182076
  Evangelista, D., B. Wipfler, O. Bethoux, A. Donath, M. Fujita, M. K. Kohli, F. Legendre, S. Liu, R. Machida, B. Misof, R. S. Peters, L. Podsiadlowski, J. Rust, K. Schuette, W. Tollenaar, J. L. Ware, T. Wappler, X. Zhou, K. Meusemann and S. Simon
  
• (2019). "Evolutionary history of Polyneoptera and its implications for our understanding of early winged insects." Proceedings of the National Academy of Sciences 116(8): 3024-3029
  Wipfler, B., H. Letsch, P. B. Frandsen, P. Kapli, C. Mayer, D. Bartel, T. R. Buckley, A. Donath, J. S. Edgerly-Rooks, M. Fujita, S. Liu, R. Machida, Y. Mashimo, B. Misof, O. Niehuis, R. S. Peters, M. Petersen, L. Podsiadlowski, K. Schütte, S. Shimizu, T. Uchifune, J. Wilbrandt, E. Yan, X. Zhou and S. Simon