Краткая история насекомых. Шестиногие хозяева планеты - Александр Храмов

Конвергентные признаки могут возникать у организмов, живущих на разных планетах или в разные эпохи, как те же ихтиозавры и дельфины. Но иногда малородственные группы вступают в фазу конвергентной эволюции практически одновременно под воздействием одних и тех же обстоятельств своего времени. Для человеческой истории это довольно типичная ситуация. Как известно, бывает время, когда разные изобретатели параллельно работают над созданием одного и того же устройства. Так и получается, например, что каждая уважающая себя страна чествует своего собственного изобретателя радиосвязи (в России это Попов, в Италии Маркони, в Германии Герц, в США Эдисон – список можно продолжать довольно долго). Точно так же бывает, что разные живые существа, словно сговорившись, начинают экспериментировать с одним и тем же букетом адаптаций. В этой связи советский палеонтолог Леонид Татаринов говорил о «маммализации», т. е. о независимом появлении признаков млекопитающих у зверообразных рептилий. Аналогично имела место и «артроподизация», когда кембрийские беспозвоночные разными путями пытались превратиться в членистоногих. Отечественный палеоботаник Валентин Красилов много писал о феномене «ангиоспермизации», под которым он понимал возникновение отдельных черт цветковых растений в параллельных линиях мезозойских голосеменных.

Нечто похожее произошло и с членистоногими во время колонизации сухопутных пространств. Предки насекомых, многоножек и паукообразных, каждый стартовав со своим особым набором признаков, стали изменяться в общем направлении. Некоторые считают также, что скорпионы осваивали сушу отдельно от остальных паукообразных. Короче, это была одна большая драма, состоявшая из нескольких самостоятельных сюжетных линий. В науке ее называют террестриализацией (от лат. terra – «земля»). Все участники этой драмы должны были решить одну и ту же главную проблему – защититься от высыхания. Ведь членистоногие – неважно, раки, насекомые или пауки – это мелкие создания с непропорционально большой поверхностью тела по отношению к его объему, что при наземном образе жизни чревато значительными потерями воды. Водосберегающих технологий существует не так уж и много, поэтому каждую из них независимо друг от друга опробовали разные группы сухопутных членистоногих.

Например, насекомые предотвращают избыточное испарение с помощью эпикутикулы – наружного воскового слоя на покровах тела. В этом они не слишком оригинальны: эпикутикулой обзавелись также пауки с иксодовыми клещами, которым приходится проводить много времени на солнце. Всю важность эпикутикулы для членистоногих можно увидеть, если обвалять жука или таракана в каком-нибудь порошке из мелких твердых частиц, счищающих эпикутикулярный воск подобно наждачной бумаге. Через считаные часы такое насекомое умрет от обезвоживания. Не случайно зерно и другие продукты питания во многих странах Африки и Азии раньше было принято покрывать золой или пеплом для защиты от насекомых-вредителей. Это же средство прекрасно подходит для борьбы с блохами и вшами – достаточно хорошенько посыпать золой волосы и щели в доме. О таком способе борьбы с эктопаразитами знали еще в Древнем Египте. Кстати, вполне возможно, что посыпание головы пеплом в знак скорби или раскаяния, которое практиковали библейские персонажи вроде царицы Эсфири, также восходит к этой сугубо гигиенической процедуре. Посыпая себя пеплом, кающийся грешник показывает, что он столь же жалок и презренен, как последний завшивленный нищий[19]. Первоначальный смысл этого жеста забылся, но католики до сих пор во время мессы в Пепельную среду, с которой начинается Великий пост, подходят к священнику, чтобы тот возложил им на голову горсть пепла…

Как только у насекомых появилась непроницаемая эпикутикула, они утратили способность к покровному дыханию, т. е. к поглощению кислорода всей поверхностью тела. Поэтому у них возникли специализированные дыхательные органы – трахеи, представляющие собой разветвленные трубочки, по которым воздух, втягиваясь через наружные отверстия-дыхальца, поступает к мышцам и внутренним органам. Трахеи – это не что иное, как впячивания внешних покровов. Как и наружная поверхность тела, изнутри крупные трахейные стволы выстланы хитиновой кутикулой, которая сбрасывается при линьках. Можно сказать, что предки насекомых как бы спрятали внутрь тела участки покровов, ранее отвечавшие за дыхание, а все, что осталось снаружи, закрыли непроницаемым слоем воска. Для кислорода характерна более высокая скорость диффузии, чем для водяного пара. Поэтому за то время, пока кислород движется из атмосферы по трахеям вглубь тела, молекулы воды не успевают выйти в обратном направлении. Но трахейная система, как и эпикутикула, не является прерогативой насекомых. Трахеи есть и у многих паукообразных, иногда в сочетании с легочными мешками. Дыхание с помощью трахей характерно и для многоножек, которых на основании этого признака ранее объединяли с насекомыми в группу трахейнодышащих (Tracheata). Но затем стало понятно, что наличие трахей – это просто результат конвергенции, а не свидетельство общего происхождения.

У ногохвосток, как и у других наиболее примитивных насекомых – бессяжковых и двухвосток (Diplura), эпикутикула отсутствует. Зачем, если они все равно живут во влажной почве, где нет угрозы засохнуть? Поэтому многие ногохвостки и бессяжковые отказались от трахей и дышат всей поверхностью тела. Вполне возможно, что примерно такой же образ жизни вел и общий предок всех насекомых – почва была для него промежуточной ступенькой от жизни на литорали к жизни на открытых просторах суши. За время почвенного этапа эволюции первые насекомые утратили все адаптации к водной стихии, превратившись в исключительно наземных существ. Любые органические остатки в почве быстро разлагаются из-за повышенной активности грибов и бактерий, поэтому у мелких почвенных организмов с тонкими покровами просто нет шансов сохраниться в виде окаменелостей. Ногохвостки из Райни дошли до наших дней благодаря исключительным обстоятельствам – горячие минеральные источники нечасто встречаются на Земле. А вот следующие по возрасту ногохвостки были найдены только в меловых янтарях: почти на 300 млн лет эти существа исчезают из палеонтологической летописи! С ископаемыми находками бессяжковых и двухвосток дело обстоит еще хуже, хотя и они, несомненно, имеют очень длинную и древнюю историю. Поэтому стоит ли удивляться, что палеонтологи ничего не могут сказать о самых первых этапах исторического развития насекомых?

* * *

После окончания Гражданской войны в США Нью-Йорк рос как на дрожжах. Ежегодно в его порту с трансатлантических пароходов сходили сотни тысяч иммигрантов – ирландцев, немцев, итальянцев, и у многих из них не было денег на дальнейшую дорогу. В итоге за неполных 100 лет население Нью-Йорка выросло более чем в 10 раз: с 515 000 в 1850 г. до 6,9 млн в 1930 г. Из-за этого город постоянно сталкивался с дефицитом питьевой воды. Властям приходилось прокладывать все новые водопроводы и проектировать все новые водохранилища. Для создания одного из них в 1919 г. было начато строительство дамбы на реке Шохари рядом с городком Гилбоа, в 200 км к северо-западу от Нью-Йорка. При зачистке площадки рабочие извлекли на поверхность десятки каменных пеньков конической формы. То были основания стволов кладоксилеевых папоротников – древнейших деревьев на Земле. Если в раннем девоне, как доказывают находки из Райни, вся растительность была еще низкорослой, то в среднем девоне (около 380 млн лет назад) в Гилбоа уже рос самый настоящий лес, кроны которого поднимались на 6–8 м.