Гигантские насекомые древности: кислород не виноват — новая теория рушит устоявшийся миф

Триста миллионов лет назад Земля была другим миром. Континенты образовывали суперматерик Пангею. Плотные угольные болотные леса покрывали экваториальные области. Земноводные, ранние рептилии, рыбы и членистоногие процветали. А в воздухе летали чудовищные насекомые с размахом крыльев, который сегодня кажется невозможным.

Долгие годы учёные были уверены, что знают причину их гигантских размеров.

Теория, которая казалась незыблемой

Связь между гигантскими насекомыми и атмосферным кислородом стала общепринятой в конце двадцатого века. В 1980-х годах исследователи разработали методы, позволяющие реконструировать состав древней атмосферы. Исследование 1995 года, опубликованное в журнале Nature, показало: уровень кислорода достиг пика около 300 миллионов лет назад, что совпадает с появлением в летописи окаменелостей гигантских насекомых. Ученые предположили, что повышенная концентрация кислорода позволила им вырасти намного крупнее современных видов.

Теория фокусировалась на том, как дышат насекомые. В отличие от млекопитающих, у них нет лёгких. Вместо этого они используют сеть крошечных наполненных воздухом трубочек, называемых трахеями, которые доставляют кислород непосредственно к тканям и мышцам путём диффузии. Ученые долгое время считали, что этот процесс накладывает строгие физические ограничения на размер насекомого. По мере роста существа предполагалось, что кислород будет транспортироваться менее эффективно по его телу, особенно к мышцам крыльев, которым требуется много энергии.

Что показало новое исследование

Новое исследование, проведённое под руководством Эдварда Снеллинга из Университета Претории, изучило мышцы крыльев насекомых с помощью мощной электронной микроскопии. Команда проанализировала, как плотность трахей меняется в зависимости от размера тела у разных видов.

Оказалось, что трахеи занимают лишь около одного процента или менее объёма мышц крыльев у большинства насекомых. Даже когда исследователи применили эти измерения к гигантским доисторическим видам, относительное пространство, необходимое для транспорта кислорода, осталось небольшим. «Если атмосферный кислород действительно устанавливает предел максимального размера тела насекомых, то должны быть доказательства компенсации на уровне трахей», — сказал Снеллинг. «Некоторая компенсация у более крупных насекомых происходит, но она незначительна в общей схеме вещей».

Исследование предполагает, что гигантские насекомые могли бы развить больше трахей, не сталкиваясь с серьёзными структурными проблемами. Эта идея ослабляет представление о том, что доставка кислорода к мышцам крыльев ограничивала их размер.

Что могло быть настоящей причиной

Исследователи указывают на другие возможные объяснения гигантизма. Одно из них — давление со стороны хищников-позвоночных. Возможно, насекомые стали крупнее, чтобы защитить себя от первых рептилий, которые охотились на них. Другое — механические ограничения, накладываемые самим экзоскелетом. Возможно, существует предел, до которого может вырасти членистоногое, прежде чем его внешний скелет перестанет справляться с нагрузкой.

Профессор Роджер Сеймур из Университета Аделаиды, участвовавший в исследовании, провёл сравнение с позвоночными. Он отметил, что капилляры в сердечной мышце птиц и млекопитающих занимают примерно в десять раз больше относительного пространства, чем трахеи в мышцах крыльев насекомых. То есть эволюционный потенциал для наращивания трахей у насекомых огромен, если бы транспорт кислорода действительно был ограничивающим фактором.

Вопрос, который остаётся

После десятилетий исследований учёные до сих пор не понимают, почему гигантские насекомые когда-то процветали и почему они в конце концов исчезли. Кислород, возможно, и не был главной движущей силой. Но если не он, то что? Давление хищников, границы прочности хитинового панциря или нечто, о чём палеонтологи ещё даже не подумали? Ответа пока нет. Гигантские стрекозы с размахом крыльев как у ворон всё ещё ждут своего настоящего объяснения.