Огромные доисторические насекомые озадачивают ученых
Истинная причина огромных размеров древних насекомых стала еще более загадочной.
Триста миллионов лет назад Земля выглядела совсем не так, как сегодня. Континенты были объединены в единый материк, называемый Пангеей. Вокруг экватора доминировали обширные угольные болотистые леса. Уровень кислорода в атмосфере был намного выше, чем сейчас, и лесные пожары случались часто.
Жизнь процветала во всех средах. Океаны были полны рыбы, а на суше обитали амфибии, ранние рептилии, ползающие членистоногие и даже гигантские тараканы. Над всем этим насекомые господствовали в небе, и некоторые из них достигали невероятных размеров.
Гигантские стрекозы и грифоны
Среди этих летающих насекомых были виды, похожие на подёнок, с размахом крыльев 45 см и гигантские стрекозы, достигающие 70 см в длину. Эти огромные насекомые, часто называемые «грифонами», были впервые обнаружены по отпечаткам окаменелостей, сохранившимся в мелкозернистых осадочных породах Канзаса почти столетие назад.
Долгое время ученые считали, что эти гигантские насекомые могли существовать только потому, что уровень кислорода в атмосфере был примерно на 45% выше, чем сегодня. Это давнее объяснение теперь оспаривается новыми исследованиями.
Кислородная теория размеров насекомых
В 1980-х годах ученые разработали методы реконструкции состава древних атмосфер. Эти методы выявили период повышенного уровня кислорода около 300 миллионов лет назад.
В исследовании 1995 года, опубликованном в журнале Nature, этот богатый кислородом период был связан с появлением гигантских насекомых. Исследователи предположили, что более крупным насекомым требуется больше кислорода, и что более высокая концентрация кислорода в атмосфере делает их размеры возможными.
Эта идея основывалась на том, как дышат насекомые. Вместо легких насекомые используют трахеальную систему — сеть разветвленных воздушных трубок, которые проходят по всему телу и заканчиваются крошечными структурами, называемыми трахеолами. Кислород перемещается по этим трахеолам путем диффузии, двигаясь по градиентам концентрации, чтобы достичь летательных мышц.
Поскольку диффузия становится менее эффективной на больших расстояниях, ученые предположили, что сегодня низкий уровень кислорода не сможет поддерживать существование насекомых таких огромных размеров. Другими словами, считалось, что гигантские летающие насекомые невозможны в современных атмосферных условиях.
Новое исследование ставит под сомнение давно устоявшееся объяснение
Новое исследование, опубликованное в последнем номере журнала Nature, предлагает иную точку зрения. Исследовательская группа под руководством Эдварда (Неда) Снеллинга из Университета Претории использовала мощную электронную микроскопию для изучения взаимосвязи размера тела и количества трахеол в летательных мышцах насекомых.
Исследователи обнаружили, что трахеолы занимают лишь около 1% или менее летательных мышц у большинства видов насекомых. Эта закономерность, по-видимому, сохраняется и применительно к массивным грифонам, жившим 300 миллионов лет назад, включая тех, длина которых составляла 60 см и более.
Эти результаты позволяют предположить, что летательные мышцы насекомых не ограничены уровнем кислорода в атмосфере. Поскольку трахеолы занимают так мало места, насекомые потенциально могут увеличить их количество без существенных структурных ограничений.
Доказательства на примере современных животных
«Если атмосферный кислород действительно ограничивает максимальный размер тела насекомых, то должны быть доказательства компенсации на уровне трахеол», — сказал ведущий автор исследования Эдвард (Нед) Снеллинг, доцент факультета ветеринарной науки Университета Претории. «Некоторая компенсация происходит у более крупных насекомых, но в масштабах всего мира она незначительна».
Исследователи также сравнили насекомых с позвоночными. У птиц и млекопитающих капилляры в сердечной мышце занимают примерно в десять раз больше места, чем трахеолы в летательных мышцах насекомых.
«Для сравнения, капилляры в сердечной мышце птиц и млекопитающих занимают примерно в десять раз больше места, чем трахеолы в летательных мышцах насекомых, поэтому должен существовать большой эволюционный потенциал для увеличения инвестиций в трахеолы, если транспорт кислорода действительно ограничивает размер тела», — сказал профессор Роджер Сеймур из Университета Аделаиды.
Загадка, до сих пор не разгаданная
Некоторые ученые утверждают, что кислород может ограничивать размер насекомых в других частях тела или на более ранних стадиях транспорта кислорода. Поэтому идея о том, что кислород ограничивает максимальный размер насекомых, не была полностью отвергнута.
Однако новые данные ясно показывают, что диффузия кислорода внутри трахеол летательных мышц не является лимитирующим фактором. Исследователям необходимо будет изучить другие объяснения того, почему насекомые когда-то вырастали до таких размеров.
Возможные факторы включают повышенное хищничество со стороны позвоночных или физические ограничения, связанные с прочностью экзоскелета насекомых. На данный момент причина появления и исчезновения гигантских насекомых остается открытым и интригующим вопросом.
