Энтомологи реконструировали происхождение и родственные связи крылатых насекомых. По их данным, общий предок этой группы существовал приблизительно в начале девона. Позже эта клада разделилась на две крупные линии: древнекрылых, к которым относят стрекоз и подёнок, и новокрылых, объединяющих всех остальных крылатых насекомых. Крылья в этих линиях эволюционировали независимо. У древнекрылых основания крыльев приобрели жёсткость, что улучшило полёт. Новокрылые же освоили складывание крыльев вдоль брюшка, что дало им больше экологической гибкости. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Все летающие насекомые, а также виды, вторично утратившие способность к полёту (например, блохи), входят в кладу крылатых (Pterygota). В неё включают отряды стрекоз (Odonata), подёнок (Ephemeroptera) и инфракласс новокрылых (Neoptera). У взрослых стрекоз и подёнок крылья в покое остаются разведёнными или поднятыми, тогда как имаго новокрылых могут складывать их вдоль тела.

Точные эволюционные связи внутри Pterygota до сих пор обсуждаются. Большинство исследователей считают новокрылых монофилетической группой, то есть происходящей от одного предка. Однако положение стрекоз и подёнок относительно друг друга и новокрылых остаётся предметом споров. Наиболее распространённая гипотеза относит стрекоз и подёнок к древнекрылым (Palaeoptera), которые являются сестринской группой новокрылых. Альтернативные схемы предлагают объединять подёнок с новокрылыми в Chiastomyaria либо стрекоз с новокрылыми в Metapterygota.

Чтобы проверить эти гипотезы, Шиюй Ду из Нанкинского педагогического университета вместе с коллегами секвенировал геномы 16 видов подёнок. Дополнительно из базы Национального центра биотехнологической информации США были получены данные о геномах или транскриптомах ещё 10 видов подёнок, 25 видов стрекоз и 44 видов новокрылых. В выборку также включили геномы шести первичнобескрылых насекомых: трёх видов древнечелюстных (Archaeognatha) и трёх видов щетинохвосток (Zygentoma).

Для филогенетического анализа учёные отобрали 1367 ортологичных генов, каждый из которых присутствовал в выборке в одной копии. Анализ подтвердил монофилию стрекоз, подёнок и новокрылых, а также показал, что стрекозы и подёнки образуют единую группу древнекрылых, сестринскую новокрылым. В пользу клад Chiastomyaria и Metapterygota было получено значительно меньше свидетельств.

Исследователи также уточнили датировки происхождения насекомых и отдельных групп. Кроновая группа Insecta, по их оценкам, возникла в начале ордовика — начале девона (471,59–414,41 млн лет назад). Кроновая группа крылатых появилась в конце силурия — начале девона (423,78–398,58 млн лет назад), медианная оценка — начало девона. Кроновая группа древнекрылых возникла в конце девона — начале карбона (398,02–338,99 млн лет назад), медианная оценка — конец девона; новокрылых — в начале-середине девона (411,49–385,05 млн лет назад). Кроновая группа стрекоз появилась в середине перми — конце триаса (267,17–222,4 млн лет назад), а подёнок — в конце карбона — середине триаса (315,67–246,82 млн лет назад).

Полученные данные указывают, что крылья возникли у насекомых лишь один раз — у общего предка Pterygota. Изначально они, по-видимому, не складывались вдоль брюшка. После разделения древнекрылых и новокрылых эволюция крыльев шла параллельно. Ранние древнекрылые, вероятно, много времени проводили в воздухе, охотясь и участвуя в брачных ритуалах; приспособлением к такому образу жизни стала жёсткость основания крыльев. Это улучшило полёт, но не позволило складывать крылья. У новокрылых, напротив, развилась способность складывать крылья вдоль брюшка. Она обеспечила механическую защиту, помогла маскировке и повысила экологическую пластичность, заложив основу для быстрой эволюционной радиации новокрылых после каменноугольного периода.