Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №07 за 2010 год

Среда обитания — палеозойские тропические леса Представитель отдельного вымершего подотряда, к которому относятся самые крупные крылатые насекомые. Размах крыльев его представителей, живших в каменноугольном периоде, достигал метра. Подотряд дожил до конца пермского периода (251 миллион лет назад). Но в посткарбоновые времена его представители сильно измельчали. В отличие от современных стрекоз личинки меганеврид вели не водный, а наземный образ жизни. Меганевра была хищником, основной добычей ей служили диктионевриды.

Если бы насекомые были разумными существами и построили собственную цивилизацию, у них наверняка появилась бы собственная мифология. И в мифологии той, подобно нашей, наверняка поминалась бы — как Золотой век — стародавняя «Эпоха титанов», коим и принадлежала некогда Земля. Однако если античные титаны и циклопы всецело принадлежат к области человеческого воображения, то исполинские насекомые в прошлом действительно существовали, и нынешние стрекозы с полным на то основанием могут считать себя сильно измельчавшими потомками почти метровой меганевры. Наибольших размеров насекомые достигли в карбоновом, или каменноугольном, периоде палеозойской эры, то есть 360–299 миллионов лет назад.

Но почему именно тогда? По совести говоря, истинными владыками суши и сейчас являемся не мы с нашими родственниками-позвоночными, а именно насекомые: они превосходят все прочие группы животных и разнообразием форм (более полутора миллионов описанных видов), и ответственностью роли в наземных экосистемах (они и корм, и утилизатор органических отходов, и биомасса). Тем не менее после карбоновой эпохи они никогда не предпринимали попыток, по выражению экологов, «войти в крупный размерный класс» и достичь величины, сопоставимой с мелкими позвоночными.

Может быть, дело как раз в конкуренции с последними, и птицы (а в прошлом еще и летающие рептилии, птерозавры) не давали и не дают современным стрекозам дорастать до размеров своих гигантских пращуров — меганевр? Эта гипотеза не слишком убедительна: дело в том, что гигантские насекомые исчезли с лица Земли почти за 100 миллионов лет до появления первых летающих ящеров. Иными словами, конкурентное вытеснение тут предполагать весьма затруднительно, по-видимому, максимальный размер тела насекомых ограничивают какие-то иные факторы.

А как, кстати, обстоят дела с размерами тела у родственников насекомых, других представителей типа членистоногих: ракообразных, паукообразных, многоножек — современных и вымерших? Они намного внушительнее. Самым крупным современным членистоногим считается камчатский краб (строго говоря, это не краб, а гигантский рак-отшельник): тело величиной с большую обеденную тарелку, размах ног — до полутора метров. Еще больший размер тела (до 60 сантиметров в длину) имеет мечехвост — единственный доживший до наших дней представитель водных меростомовых. Мечехвост — родственник вымерших ракоскорпионовэвриптерид, раннепалеозойские представители которых в течение 18 миллионов лет (443–425 миллионов лет назад) были самыми крупными членистоногими в истории этого типа животных: тело длиной до двух метров, а с клешнями — до трех. Прямыми потомками эвриптерид являются наши современные скорпионы: можно сказать, что это сильно измельчавшие и перешедшие к жизни на суше ракоскорпионы, сменившие при этом жаберное дыхание на легочное. Стоп! Тип дыхания… А ведь тут сразу вырисовывается любопытная закономерность.

Диктионевриды

Вид — Asiodictya rossica Rohdendorf

Размах крыла — до 25 сантиметров

Среда обитания — палеозойские тропические леса Вымерший отряд насекомых, родственный дожившим до современности подёнкам (которые тоже известны с каменноугольного периода, правда, их размер не превышает пяти сантиметров). Диктионевриды и подёнки — единственные насекомые, у которых линька осуществляется не только на личиночной, но во взрослой (имагинальной) стадии. В конце каменноугольного периода диктионевриды были весьма разнообразны (их насчитывалось более двухсот видов) и достигали сорока сантиметров в размахе крыльев. Они дожили до пермского периода (299 миллионов лет назад), но сильно измельчали. Питались диктионевриды пыльцой первых голосеменных растений.

Как стать гигантом

Среди дышащих жабрами членистоногих (ракообразных и меростомовых) достаточно крупноразмерные формы наличествуют как в прошлом, так в настоящем. Между тем среди наземных членистоногих, дышащих трахеями, особи больших размеров существовали лишь в позднем карбоне. Причем эти гиганты появились тогда не только среди собственно насекомых, как меганевра или служившие ей добычей диктионевриды (отдаленные родственники современных подёнок, размером примерно с голубя), но и среди многоножек — таковой была, например, почти полутораметровая артроплевра. А вот среди паукообразных, которые дышат не трахеями, а «легочными мешками», представляющими собой, так сказать, ввернутые внутрь тела жабры, никакого гигантизма в ту пору не наблюдается! Иными словами, «карбоновый гигантизм» характерен только для трахейнодышащих наземных членистоногих.

Окаменелое крыло палеодиктиоптеры — родственницы стрекозы (каменноугольный период). Размер ее крыла мог достигать 45 сантиметров. Фото: JOHN T. FOWLER

Для тех, кто подзабыл школьный курс зоологии, напомним принципиальную разницу между жаберным и легочным дыханием, с одной стороны, и трахейным дыханием насекомых — с другой. При жаберном и легочном дыхании атмосферный кислород доставляется к клеткам тела омывающей их кровью (или ее функциональными аналогами). А вот «кровь» насекомых — гемолимфа — лишена дыхательных пигментов (вроде нашего ярко-красного гемоглобина или синего гемоцианина моллюсков) и не участвует в переносе кислорода. Поэтому их дыхание осуществляется при помощи трахей — ветвящихся трубочек, непосредственно соединяющих клетки внутренних органов с воздушной средой. Воздух внутри трахейной трубки неподвижен — принудительной вентиляции, как в различных типах легочных мешков, там нет, и приток кислорода внутрь тела, так же как и отток углекислого газа, происходит за счет диффузии при разнице парциальных давлений этих газов на внутреннем и внешнем концах трубки. Газ всегда устремляется из области высокого собственного давления в область низкого, именно благодаря этому механизму кислород поступает внутрь трахейной трубки, а углекислый газ выходит из нее. Такой механизм подачи кислорода жестко ограничивает длину трахейной трубки, максимальная протяженность которой (l) достаточно просто вычисляема «из физики». Поэтому максимальный размер тела самого насекомого не может превышать (в сечении) величины 2l, то есть при нынешнем уровне содержания кислорода в атмосфере — размеров куриного яйца: таковы самые крупные тропические жуки-голиафы. Так что явление «карбонового гигантизма» насекомых и трахейнодышащих многоножек заставляет предположить, что в те времена доля кислорода в земной атмосфере (и уровень его давления) была выше, чем ныне. Вопрос: почему? И шире — какими факторами вообще определяется содержание кислорода в атмосфере планеты?

Ракоскорпион 

Вид — Hibbertopterus

Размер — до 2 метров

Среда обитания — прибрежные морские воды Предельный размер А могли на Земле появиться насекомые еще больших размеров, чем известные науке? Нет. Как мы убедились, размер тела насекомого ограничен особенностями его дыхательной системы и содержанием кислорода в атмосфере планеты. В наше время концентрация этого газа составляет 21%. Но если этот показатель превысит 26%, то любая органика начнет самопроизвольно воспламеняться и избыток кислорода просто-напросто быстро выгорит. Так что все вернется на круги своя. Метровая меганевра — это, судя по всему, предел размеров тела для наземного насекомого. Ни толкиеновской Шелобы, ни ракопауков Стругацких в реальной жизни нам не встретить.

Болота — легкие планеты

Известно, что количество кислорода, создаваемого небиологическими процессами (например, разложением молекул воды под действием фотонов электромагнитного излучения), совершенно ничтожно. Почти весь свободный кислород планеты создан фотосинтезирующими организмами. Однако живые существа не только производят кислород, но и потребляют его в процессе дыхания. В биосфере осуществляется достаточно простая химическая реакция: nСО sub 2 /sub + nH sub 2 /sub O <==> (CH sub 2 /sub O) sub n /sub + nО sub 2 /sub . Читая ее слева направо, мы получаем фотосинтез (углекислый газ и вода превращаются в углеводные соединения и кислород), справа налево — дыхание (а также горение и гниение). Уровень содержания кислорода на планете стабилен потому, что прямая и обратная реакции взаимно уравновешиваются. Так что если мы попытаемся увеличить содержание свободного кислорода в атмосфере путем простого наращивания объема фотосинтезирующего вещества, то из этой затеи ничего не выйдет.