Flies are one of four superradiations of insects (along with beetles, wasps, and moths) that account for the majority of animal life on Earth. Diptera includes species known for their ubiquity ( Musca domestica house fly), their role as pests ( Anopheles gambiae malaria mosquito), and their value as model organisms across the biological sciences ( Drosophila melanogaster ). A resolved phylogeny for flies provides a framework for genomic, developmental, and evolutionary studies by facilitating comparisons across model organisms, yet recent research has suggested that fly relationships have been obscured by multiple episodes of rapid diversification. We provide a phylogenomic estimate of fly relationships based on molecules and morphology from 149 of 157 families, including 30 kb from 14 nuclear loci and complete mitochondrial genomes combined with 371 morphological characters. Multiple analyses show support for traditional groups (Brachycera, Cyclorrhapha, and Schizophora) and corroborate contentious findings, such as the anomalous Deuterophlebiidae as the sister group to all remaining Diptera. Our findings reveal that the closest relatives of the Drosophilidae are highly modified parasites (including the wingless Braulidae) of bees and other insects. Furthermore, we use micro-RNAs to resolve a node with implications for the evolution of embryonic development in Diptera. We demonstrate that flies experienced three episodes of rapid radiation—lower Diptera (220 Ma), lower Brachycera (180 Ma), and Schizophora (65 Ma)—and a number of life history transitions to hematophagy, phytophagy, and parasitism in the history of fly evolution over 260 million y.

Hymenoptera is an extraordinarily diverse lineage, both in terms of species numbers and morphotypes, that includes sawflies, bees, wasps, and ants. These organisms serve critical roles as herbivores, predators, parasitoids, and pollinators, with several species functioning as models for agricultural, behavioral, and genomic research. The collective anatomical knowledge of these insects, however, has been described or referred to by labels derived from numerous, partially overlapping lexicons. The resulting corpus of information—millions of statements about hymenopteran phenotypes—remains inaccessible due to language discrepancies. The Hymenoptera Anatomy Ontology (HAO) was developed to surmount this challenge and to aid future communication related to hymenopteran anatomy. The HAO was built using newly developed interfaces within mx, a Web-based, open source software package, that enables collaborators to simultaneously contribute to an ontology. Over twenty people contributed to the development of this ontology by adding terms, genus differentia, references, images, relationships, and annotations. The database interface returns an Open Biomedical Ontology (OBO) formatted version of the ontology and includes mechanisms for extracting candidate data and for publishing a searchable ontology to the Web. The application tools are subject-agnostic and may be used by others initiating and developing ontologies. The present core HAO data constitute 2,111 concepts, 6,977 terms (labels for concepts), 3,152 relations, 4,361 sensus (links between terms, concepts, and references) and over 6,000 text and graphical annotations. The HAO is rooted with the Common Anatomy Reference Ontology (CARO), in order to facilitate interoperability with and future alignment to other anatomy ontologies, and is available through the OBO Foundry ontology repository and BioPortal. The HAO provides a foundation through which connections between genomic, evolutionary developmental biology, phylogenetic, taxonomic, and morphological research can be actualized. Inherent mechanisms for feedback and content delivery demonstrate the effectiveness of remote, collaborative ontology development and facilitate future refinement of the HAO.

Evolutionary relationships among the 11 extant orders of insects that undergo complete metamorphosis, called Holometabola, remain either unresolved or contentious, but are extremely important as a context for accurate comparative biology of insect model organisms. The most phylogenetically enigmatic holometabolan insects are Strepsiptera or twisted wing parasites, whose evolutionary relationship to any other insect order is unconfirmed. They have been controversially proposed as the closest relatives of the flies, based on rDNA, and a possible homeotic transformation in the common ancestor of both groups that would make the reduced forewings of Strepsiptera homologous to the reduced hindwings of Diptera. Here we present evidence from nucleotide sequences of six single-copy nuclear protein coding genes used to reconstruct phylogenetic relationships and estimate evolutionary divergence times for all holometabolan orders.Our results strongly support Hymenoptera as the earliest branching holometabolan lineage, the monophyly of the extant orders, including the fleas, and traditionally recognized groupings of Neuropteroidea and Mecopterida. Most significantly, we find strong support for a close relationship between Coleoptera (beetles) and Strepsiptera, a previously proposed, but analytically controversial relationship. Exploratory analyses reveal that this relationship cannot be explained by long-branch attraction or other systematic biases. Bayesian divergence times analysis, with reference to specific fossil constraints, places the origin of Holometabola in the Carboniferous (355 Ma), a date significantly older than previous paleontological and morphological phylogenetic reconstructions. The origin and diversification of most extant insect orders began in the Triassic, but flourished in the Jurassic, with multiple adaptive radiations producing the astounding diversity of insect species for which these groups are so well known.These findings provide the most complete evolutionary framework for future comparative studies on holometabolous model organisms and contribute strong evidence for the resolution of the 'Strepsiptera problem', a long-standing and hotly debated issue in insect phylogenetics.

Rapid, accurate insect identification is the first and most critical step of pest management and vital to agriculture for determining optimal management strategies. In many instances, classification is necessary within a short developmental window. Two examples, the tobacco budworm, Chloridea virescens, and bollworm, Helicoverpa zea, both have <5 days from oviposition until hatching. H. zea has evolved resistance to Bt-transgenic crops and requires farmers to decide about insecticide application during the ovipositional window. The eggs of these species are small, approximately 0.5 mm in diameter, and often require a trained biologist and microscope to resolve morphological differences between species. In this work, we designed, built, and validated a machine learning approach to insect egg identification with >99% accuracy using a convolutional neural architecture to classify the two species of caterpillars. A gigapixel scale parallelized microscope, referred to as the Multi-Camera Array Microscope (MCAM™), and automated image-processing pipeline allowed us to rapidly build a dataset of ~5500 images for training and testing the network. In the future, applications could be developed enabling farmers to photograph eggs on a leaf and receive an immediate species identification before the eggs hatch.

Abstract Larval insects use many methods for locomotion. Here we describe a previously unknown jumping behavior in a group of beetle larvae (Coleoptera: Laemophloeidae). We analyze and describe this behavior in Laemophloeus biguttatus and provide information on similar observations for another laemophloeid species, Placonotus testaceus . Laemophloeus biguttatus larvae prelude jumps by arching their body while gripping the substrate with their legs over a period of 0.22 ± 0.17s. This is followed by a rapid ventral curling of the body after the larvae releases its grip that launches them into the air. Larvae reached takeoff velocities of 0.47 ± 0.15 m s-1 and traveled 11.2 ± 2.8 mm (1.98 ± 0.8 body lengths) horizontally and 7.9 ± 4.3 mm (1.5 ± 0.9 body lengths) vertically during their jumps. Conservative estimates of power output revealed that not all jumps can be explained by direct muscle power alone, suggesting Laemophloeus biguttatus uses a latch-mediated spring actuation mechanism (LaMSA) in which interaction between the larvae’s legs and the substrate serves as the latch. MicroCT scans and SEM imaging of larvae did not reveal any notable modifications that would aid in jumping. Although more in-depth experiments could not be performed to test hypotheses on the function of these jumps, we posit that this behavior is used for rapid locomotion which is energetically more efficient than crawling the same distance to disperse from their ephemeral habitat. We also summarize and discuss jumping behaviors among insect larvae for additional context of this behavior in laemophloeid beetles.

Abstract Supplemental feeding can increase the overall health of animals but also can have variable effects on how animals defend themselves against parasites. However, the spatiotemporal effects of food supplementation on host-parasite interactions remain poorly understood, likely because large-scale, coordinated efforts are difficult. Here, we introduce the Nest Parasite Community Science Project, which is a community-based science project that coordinates studies with bird nest box “stewards” from the public and scientific community. This project was established to understand broad ecological patterns between hosts and their parasites. The goal of this study was to determine the effect of food supplementation on eastern bluebirds ( Sialia sialis ) and their nest parasite community across the geographic range of the bluebirds from 2018–2021. We received 646 nests from 68 stewards in 26 states in the eastern United States. Nest box stewards reported whether or not they fed their bluebirds mealworms or suet, then followed the nesting success of the birds (number of eggs laid and hatched, percent hatched, number and percent fledged). We then identified and quantified parasites in the nests. We found that food supplementation increased fledgling numbers and proportional fledging success. The main nest parasite taxa were parasitic blow flies ( Protocalliphora sialia ), but a few nests contained fleas ( Ceratophyllus idius, C. gallinae, Orchopeas leucopus ) and mites ( Dermanyssus spp. and Ornithonyssus spp.). Blow flies were primarily found at northern latitudes, where food supplementation affected blow fly abundance. However, the direction of this effect varied substantially in direction and magnitude across years. More stewards fed bluebirds at southern latitudes than at northern latitudes, which contradicted the findings of other community-based science projects. Overall, food supplementation of birds was associated with increased host fitness but did not appear to play a consistent role in defense against these parasites across all years. Our study demonstrates the importance of coordinated studies across years and locations to understand the effects of environmental heterogeneity, including human-based food supplementation, on host-parasite dynamics. Studies during a single year or considering only a single population might not provide the necessary data to develop management strategies for species.

Abstract Decaying wood, while an abundant and stable resource, presents considerable nutritional challenges due to its structural rigidity, chemical recalcitrance, and low nitrogen content. Despite these challenges, certain insect lineages have successfully evolved saproxylophagy (consuming and deriving sustenance from decaying wood), impacting nutrient recycling in ecosystems and carbon sequestration dynamics. This study explores the uneven phylogenetic distribution of saproxylophagy across insects and delves into the evolutionary origins of this trait in disparate insect orders. Employing a comprehensive analysis of gut microbiome data, encompassing both previously published datasets and newly generated data, from both saproxylophagous insects and their non-saproxylophagous relatives, this Hypothesis paper discusses the broader phylogenetic context and potential morphological, physiological, and symbiotic adaptations necessary for this dietary specialization. The study proposes the “Detritivore-First Hypothesis,” suggesting an evolutionary pathway to saproxylophagy through detritivory, and highlights the critical role of symbiotic gut microbiomes in the digestion of decaying wood. The article aims to provide a deeper understanding of the macroevolutionary landscape and mechanisms underpinning the multiple origins and distribution of saproxylophagy in insects.