Похождения видов. Вампироноги, паукохвосты и другие переходные формы в эволюции животных - Андрей Юрьевич Журавлёв

Весьма необычные способности выработались у настоящих стрекоз. У них хорошо развита прямая летательная мускулатура, благодаря чему каждое из четырех крыльев может двигаться независимо от остальных. Палеозойские протострекозы, к которым, например, относятся Meganeuropsis и его сородичи, когда-то расправлявшие крылья на 0,7 м, так летать еще не умели. Ныне стрекозы, эти прожорливые хищники, легко маневрируют и, не меняя положения тела, перемещаются и вбок, и задом наперед. Да и разворачиваются они на месте в три-четыре раза быстрее, чем, например, жуки. Правда, пируэты требуют постоянных энергетических затрат, вот и мечутся теперь коромысла над гладью озер, расставив свой ловчий сачок из лапок для поимки зазевавшихся бабочек, мух, даже других стрекоз.

Наилучшие летуны появились среди самых молодых групп. Точнее говоря, совершенствование формы полета породило эти новые группы – перепончатокрылых (осы, пчелы), бабочек и двукрылых (мухи, комары, москиты). Появились они в мезозойскую эру, а наиболее продвинутые формы – в кайнозойскую. Все эти насекомые по своей биомеханике двукрылы и летают, обычно расположив тело под острым углом к поверхности земли. У них либо существенно сократились размеры задних крыльев (у настоящих двукрылых превратившись в жужжальца – орган ориентации в пространстве), либо обе пары в полете сливаются в единую несущую плоскость. Еще одним важным новшеством некоторых насекомых стала рассинхронизация нервных импульсов и сокращения маховых мускулов. Казалось бы, что в этом хорошего? Дело в том, что при синхронной работе системы «нервный импульс – взмах крыла», несмотря на огромную скорость прохождения нервного сигнала, разогнаться невозможно: не более сотни маховых циклов в секунду. Асинхронная мышечная система срабатывает, словно к ней приложили мощный кардиостимулятор: один сигнал – и крылья трепещут (до 500, даже до 1000 циклов в секунду), пока не последует команда отмены. Это одна из самых метаболически активных систем из всех, что существуют в природе.

Есть бабочки, которые ведут преимущественно дневной образ жизни. Благодаря большой площади крыльев и теплоемкости чешуек (они быстро разогреваются под солнечными лучами до 37–45 ℃), эти существа парят, используя теплые восходящие потоки, и могут перелетать на огромные расстояния во время сезонных миграций. Другие бабочки предпочитают сумеречное время и прогреваются сами за счет высокой частоты взмахов. Бражники способны даже зависать над цветком, высасывая нектар без посадки.

Так же неподвижно «застывают» в воздухе некоторые двукрылые. При высокой частоте взмахов (у мелких комариков до 1000 циклов в секунду и больше) они летают и вбок, и задом наперед, совершают кульбиты, пролетая вверх ногами и садясь на поверхность снизу. Причем любые маневры совершают за считаные миллисекунды. Среди прочих «технических» достижений двукрылых следует назвать относительную независимость левого и правого крыла (одно может совершить полный маховый цикл, а другое – замереть) и автоматический контроль угла атаки. В освоении воздушного пространства с ними могут сравниться разве что перепончатокрылые, тоже машущие с частотой до 200 и более циклов в секунду. Почему-то широко распространилась ложная идея, что, согласно классическим законам аэродинамики, шмели к полету совершенно не приспособлены. На самом деле это совсем не так: шмели – одни из лучших летунов! Полет у столь активных насекомых, как уже сказано, очень энергоемок, поэтому самые маневренные из них перешли на высококалорийную пищу – нектар, растительные соки и кровь.

Одновременно с крыльями у палеозойских насекомых развивались и летательные мышцы, и это могло выручать их в условиях холодного климата, связанного с каменноугольным-раннепермским оледенением. До сих пор ранним холодным утром, прежде чем отправиться на поиски пищи, крупные шмели и жуки прогревают тело за счет сокращения мышц, связанных с крыльями; сами летательные придатки при этом остаются неподвижными.

Другим важным эволюционным достижением насекомых стало развитие с полным превращением, когда из яйца вылупляется личинка, совершенно непохожая на имаго (взрослую форму). Она и питается, как правило, совершенно иначе. Личинка растет, окукливается, а затем, вместо червячка с ножками, похожего больше на ксенузию с челюстями, чем на свое «второе я», появляется изящное крылатое существо: бабочка, жук, пчела, муха (на худой конец – во всех смыслах этого выражения). Не так давно считалось, что все органы личинки при этом буквально растворяются и взрослое насекомое слагается заново. На самом деле метаморфоз – явление сложное и, что происходит под непроницаемой оболочкой куколки, без компьютерной томографии в режиме замедленной съемки не понять. Некоторые органы (дыхательные трахеи, мозг) наследуются взрослым насекомым; другие (мускулы) служат основой для формирования более мощных и разнообразных мышечных тяжей; третьи (крылья, ножки) образуются из особых клеточных закладок; четвертые исчезают полностью (кишечник, который может больше и не появиться). Причем основные трансформации, скажем, в куколке синей падальной мухи, занимают 0,5 % всего времени развития (полтора часа из пары недель).

Остатки самых древних гусеницеподобных существ происходят из верхнекаменноугольных (311–303 млн лет назад) лагерштеттов Мэзон-Крик (Srokalarva) и Оснабрюк (Metabolarva). На личинках хорошо различимы не только сегменты тела, но и антенны, треугольные жвалы и многочисленные ножки, причем более развитые, чем, например, у гусениц. Это были медлительные растительноядные существа – в отличие от личинок ряда современных жуков и сетчатокрылых, весьма подвижных хищников. Количество сегментов грудного отдела и брюшка у них такое же, как у современных форм, и брюшные ножки укороченные. Можно предположить, что развитие подобных личинок было вызвано сходным взаимодействием генов Hox-комплекса: подавлением экспрессии гена distalless за счет усиления действия abdominal-A и ultrabithorax.

Все первые крылатые насекомые, возникшие в начале – середине каменноугольного периода (стрекозы, тараканы, прямокрылые, а также обширная группа палеодиктиоптер), развивались из личинок, похожих на имаго.

К концу каменноугольного периода появились первые насекомые с полным превращением, представлявшие отряды скорпионниц и жуков. Возникшие в пермском периоде вислокрылки парасиалиды (Parasialidae) и наносиалиды (Nanosialidae) в начале мезозойской эры дали начало верблюдкам и перепончатокрылым, а скорпионницы – двукрылым. В юрском периоде от ручейников произошли бабочки. Если продолжать дальнейшее повествование о насекомых, оно превратится в многосерийный и нескончаемый спин-офф основной рачьей истории. Поэтому вернемся к настоящим ракам.

Среди вымерших ракообразных встречается множество загадочных форм. И это не те, от кого остались неопределимые кусочки карапакса, а очень хорошо сохранившиеся – со всеми конечностями и глазами – окаменелости. И все равно их невозможно отнести ни к одной известной группе. Например, из семи видов нижнедевонского морского лагерштетта Хунсрюк (Германия, 405–395 млн лет назад), известных во многих деталях, благо пиритизация эти детали сохранила, описано пять совершенно разных видов ракообразных, и ни один из них ни на кого не похож. Немало исчезнувших групп были большими и вполне успешными, что не мешает им оставаться загадкой для палеонтологов и зоологов. Это, например, циклиды (Cyclida; от греч. κυκλοζ – круг и ειδοζ – вид), тилакоцефалы (Thylacocephala; от греч. θυλακοζ – мешок и κεϕαλη – голова)