Краткая история насекомых. Шестиногие хозяева планеты - Александр Храмов

Зачем же насекомым понадобилось отказываться от дополнительных конечностей? Чем меньше ног, тем меньше площадь контакта с поверхностью и, соответственно, тем слабее трение и выше скорость передвижения. Умение же быстро бегать – важнейший навык в мире, который кишит хищниками. Когда надо бежать совсем быстро, то даже шесть ног – это слишком много. Записи сверхскоростных видеокамер показали, что бегущий американский таракан, чтобы ускориться, сначала переходит на четырехногий бег, поднимая переднюю пару ног, а когда нужно рвануть изо всех сил, он несется уже только на двух задних ногах, как заправский спринтер[9].

Сразу можно спросить: а что мешало тогда насекомым сократить число ходильных ног до четырех? Почему они остановились именно на шести? Ведь игуаны, лошади, гепарды обходятся четырьмя ногами, а страусы и люди – и вовсе двумя. Это далеко не праздный вопрос. В последние годы инженеры работают над созданием миниатюрных роботов, которых можно будет использовать для поиска людей под завалами или даже для колонизации других планет. Предполагается, что прототипом таких устройств выступят насекомые. Но чтобы это стало возможным, необходимо разобраться в особенностях их шестиногого передвижения.

Одно соображение лежит на поверхности: благодаря наличию шести конечностей у насекомых появляется возможность в каждый момент ходьбы использовать три точки опоры. Движущееся насекомое опирается на субстрат тремя ногами: передней и задней с одной стороны тела и средней – с другой. Потом оно опускает на землю другие три конечности и делает шаг вперед. Известно, что три точки опоры – это необходимый минимум для устойчивости: на табуретке с тремя ножками усидеть легко, но если одну из них убрать, то сделать это сможет разве что акробат. Если бы у насекомых было всего по четыре ноги, то при каждом шаге они превращались бы в такие неустойчивые двуногие табуретки.

Позвольте, скажете вы, но ведь именно так и передвигаются четвероногие животные. Лошадь, бегущая рысью, попеременно опирается на две ноги: сначала на левую переднюю и правую заднюю, потом на правую переднюю и левую заднюю. Почему же какой-нибудь маленький легкий жучок больше заботится о своей устойчивости, чем большая тяжелая лошадь? Проблема в том, что из-за разницы в размерах один и тот же окружающий мир для насекомых и для позвоночных выглядит совершенно по-разному. Для лошади луг, по которому она бежит, – это практически ровная поверхность. Для жука тот же луг – экстремально пересеченный ландшафт. Представьте себе руфера, который всю жизнь карабкается по небоскребам Манхэттена. Точно так же чувствуют себя насекомые, когда на их пути встают «небоскребы» из травы, камней или деревяшек. В этой ситуации наличие шести ног становится обязательным.

Ходьба[10] с попеременной опорой на три ноги необходима насекомым, чтобы взбираться по отвесным поверхностям, таким как стебли и листья, и при этом не соскальзывать вниз. Здесь вступает в дело адгезия – межмолекулярное взаимодействие, возникающее между лапками насекомого и субстратом за счет тонкой прослойки жидкости. Если положить один влажный кусочек стекла на другой, то разлепить их будет очень непросто. Этот же эффект используют и насекомые. На лапках у них есть подушечки, из которых при каждом шаге выделяются крошечные капельки жира, обеспечивающие приклеивание к опорной поверхности. Но слишком сильно приклеивать ногу нельзя, иначе при следующем шаге не оторвешь ее от субстрата. Из-за этого адгезивная сила каждой отдельно взятой конечности ограниченна. Поэтому если бы при каждом шаге вес тела насекомого перекладывался на две ноги вместо трех, то возникающей адгезии было бы недостаточно, чтобы удержать его от падения. Четвероногость подходит только тем насекомым, которым не нужно никуда забираться.

Например, бессяжковые (Protura) – примитивные первичнобескрылые насекомые, которые всю жизнь проводят в почве, где просто некуда залезать и неоткуда падать, – ходят на четырех конечностях вместо шести: передняя пара ног у них вытянута вперед и используется вместо антенн. У самцов некоторых видов фиговых ос (Agaonidae) средняя пара ног уменьшилась до крошечного рудимента. Этим бескрылым созданиям, которые живут и умирают в плодах инжира, где и развернуться-то негде, тоже нет никакого смысла быть шестиногими (рис. 2.2). А вот самки тех же видов выбираются во внешнюю среду и потому сохранили все три пары ног. Сложно представить в природе что-то более плоское, чем зеркальная гладь пруда. Бегающие по ней водомерки тоже фактически четырехноги: передняя пара конечностей у них короткая и служит лишь для захвата добычи. А вот богомолы, в отличие от водомерок, продолжают использовать свои хватательные ноги для передвижения, ведь им приходится лазать среди травы и ветвей – тут без шести ног не обойтись.

Остается только гадать, где, когда и как предки насекомых сделались шестиногими. В палеонтологической летописи насекомые появляются в полностью готовом виде: ногохвостки из Райни как две капли воды похожи на своих современных родичей. Палеонтологам так и не удалось найти какие-либо промежуточные формы, связывающие насекомых с другими группами членистоногих. Исключение – таинственные вингерчелликусы (Wingertshellicus backesi) из раннего девона Германии, жившие около 405 млн лет назад, примерно тогда же, когда и риниеллы. Грудные сегменты этих довольно крупных (длиной до 7 см) членистоногих несли три пары ходильных конечностей. Однако за грудью у них тянулось длинное-предлинное брюшко, состоявшее из 35–45 сегментов с коротенькими ножками по бокам (рис. 2.3). Ничего подобного нет даже у самых примитивных насекомых, чье брюшко включает не более 10–11 сегментов. Хотя вингерчелликусов нельзя причислить к настоящим насекомым, некоторые считают, что они были близки к их предкам. Однако более вероятно, что вингерчелликусы представляли собой независимую тупиковую ветвь членистоногих. Интересно, что находки вингерчелликусов происходят из морских отложений, т. е. с шестиногостью членистоногие начали экспериментировать еще в воде.

* Haas F. et al. Devonohexapodus bocksbergensis, a new marine hexapod from the Lower Devonian Hunsrück Slates, and the origin of Atelocerata and Hexapoda // Organisms Diversity & Evolution. 2003. Vol. 3. P. 39–54.

* * *

Из-за отсутствия палеонтологических данных предположения о предках насекомых приходится строить лишь на основе генетики и сравнительной анатомии. Долгое время в качестве ближайшего родича насекомых ученые рассматривали многоножек. Однако многочисленные молекулярные исследования, проведенные за последние 20 лет, показали, что генетически к шестиногим гораздо ближе ракообразные. Помимо сходства на генетическом уровне, у насекомых и ракообразных нашли ряд общих черт в строении нервной системы. Поэтому сейчас многие ученые помещают насекомых вместе со всевозможными раками и рачками в единую группу Pancrustacea – «панракообразные» (от греч. pan – «всецелый, всеобъемлющий»). Получается, насекомые – это просто-напросто сильно видоизмененные наземные ракообразные, «летающие креветки», как образно выражается отечественный палеоэнтомолог Дмитрий Щербаков.