Содержание статьи:
Триста миллионов лет назад наша планета выглядела совсем иначе. Огромный суперконтинент Пангея занимал почти всю сушу. Вблизи экватора простирались бескрайние болотистые леса, а уровень кислорода в воздухе был заметно выше сегодняшнего. В таких условиях жили удивительные создания — гигантские насекомые, рядом с которыми нынешние стрекозы кажутся карликами. Некоторые из них достигали размаха крыльев в 70 сантиметров. Долгое время считалось, что именно высокое содержание кислорода позволяло этим существам вырастать до таких размеров. Однако недавнее исследование ставит эту теорию под сомнение.
Необычные находки в древних породах
Первые отпечатки гигантских насекомых учёные обнаружили ещё около ста лет назад в штате Канзас. Тонкозернистые осадочные породы сохранили очертания существ, похожих на подёнок и стрекоз. Размах их крыльев достигал 45, а то и 70 сантиметров. Этих древних летунов назвали «гриффинфлаями» — из-за внушительного вида. Находки вызвали множество вопросов. Почему в те времена насекомые были такими большими? Что позволяло им летать?
Почему наука долго верила в кислородную версию
В 80-е годы прошлого века исследователи научились восстанавливать состав древней атмосферы. Выяснилось, что около 300 миллионов лет назад кислорода в воздухе было примерно на 45% больше, чем сейчас. В 1995 году в престижном журнале Nature вышла работа, которая напрямую связала этот пик с гигантизмом насекомых. Объяснение выглядело логичным. У насекомых нет лёгких — они дышат через систему тончайших трубочек, называемых трахеями. Кислород проникает по ним к мышцам путём диффузии. На больших расстояниях этот процесс замедляется. Поэтому, рассуждали учёные, при низком уровне кислорода крупные насекомые просто не смогли бы обеспечить свои мышцы энергией для полёта. Высокое же содержание газа в атмосфере снимало это ограничение.
Новые данные: трахеолы почти не мешают
Недавно группа исследователей под руководством Эдварда (Неда) Снеллинга из Университета Претории решила перепроверить эту гипотезу. Они применили мощные электронные микроскопы, чтобы изучить, как размер тела насекомого связан с количеством самых мелких дыхательных трубочек — трахеол — в его лётных мышцах. Оказалось, что у подавляющего большинства видов трахеолы занимают не более одного процента объёма мышцы. И даже у тех самых гигантских древних стрекоз эта доля остаётся крошечной. Если бы кислород действительно был главным ограничением, то природа должна была бы «втиснуть» в мышцы намного больше дыхательных трубочек. Но этого не произошло.
Подсказка от птиц и млекопитающих
Сравнение с позвоночными животными окончательно укрепило позицию учёных. У птиц и млекопитающих капилляры в сердечной мышце занимают примерно в десять раз больше места, чем трахеолы в лётных мышцах насекомых. Иными словами, эволюция могла бы легко увеличить количество трахеол, если бы транспорт кислорода на самом деле тормозил рост. Раз этого не произошло, значит, дело не в газе.
«Если бы атмосферный кислород действительно устанавливал предел максимальному размеру тела насекомых, то должны были бы наблюдаться следы компенсации на уровне трахеол, — объяснил ведущий автор исследования Эдвард Снеллинг. — У более крупных насекомых некоторая компенсация всё же есть, но она ничтожна в общей картине».
Главная загадка остаётся неразгаданной
Некоторые специалисты полагают, что кислород всё же мог влиять на размер насекомых на других этапах дыхания — например, на уровне поступления воздуха в трахеи. Полностью отказываться от этой идеи пока рано. Но новые данные ясно показывают: диффузия внутри лётных мышц точно не была ограничением. Это означает, что учёным придётся искать другие объяснения. Среди возможных причин — давление со стороны хищников: возможно, в определённый период у насекомых было меньше естественных врагов, и они могли позволить себе крупные размеры. Другой вариант — физические ограничения самого экзоскелета: при определённой массе хитиновый панцирь просто не выдержал бы веса. Пока ни одна из этих версий не доказана.
Впрочем, одно можно сказать точно: триста миллионов лет назад небо над болотистыми лесами Пангеи бороздили огромные стрекозоподобные существа. Они исчезли, но отпечатки их крыльев до сих пор будят воображение. Новое исследование, опубликованное в Nature, не даёт окончательного ответа, но заставляет пересмотреть устоявшиеся взгляды. Похоже, что причины гигантизма насекомых гораздо сложнее, чем просто обилие кислорода. И эта тайна ждёт новых открытий.