Насекомые, или, по крайней мере, членистоногие существуют уже около 400 миллионов лет, что делает их одними из старейших наземных животных. Самые современные отряды насекомых могли появиться около 250 млн. лет назад, а некоторые современные семейства как минимум 120 млн. лет назад. Это довольно старые животные по сравнению с млекопитающими, которые появились только около 120 млн. лет назад, а современные отряды, не раньше чем 60 млн. лет. Однако, в отличие от некоторых древних обитателей (например, целаканта, латимерии) или растений (например, гинкго, гинкго билоба), не все они являются реликтами прежних времен. Многие из них эволюционировали относительно недавно и продолжают развиваться до сих пор.
Эволюция насекомых является сложной, и некоторые ее аспекты все еще обсуждаются. В качестве примера того, как появились эти удивительные существа, рассмотрим развитие общей формы тела насекомых: трех тагм, которую называются голова, грудь и брюшко.
В эволюции телесной формы насекомого есть пять основных ступеней:
- Первоначально организм был похож на червя, длинный и сегментированный. Этот предок насекомого имел вентральный рот и простую головоподобную структуру, называемую простомиум, который был главным органом чувств.
- На втором этапе организм приобрел придатки практически на всех сегментах тела. На простомиуме развиваются антенны.
- На третьем этапе начинается соединение протомиума с другими передними сегментами тела. Это положило начало сложному, композитному строению головы, обнаруженному у современных насекомых.
- На четвертом этапе сегменты туловища дифференцируются, образуя торакс (грудь), который становится сегментом тела, отвечающим за опорно-двигательный аппарат. Сегменты тела перед грудью развиваются в структуры, служащие для удобства кормления, в то время как сегменты тела позади торакса дифференцируются в брюшко со значительно уменьшенными придатками.
- Наконец, появляется составная голова, состоящая из переднего сегмента, объединенного в единое целое, но несущего придатки ротовой полости, образованные из нескольких сегментов тела. Ноги у насекомого отходили от груди, а у некоторых видов на груди также появились крылья. А вот брюшные придатки начали исчезать.
Об эволюции насекомых многое известно, так как много останков сохранилось в минеральных отложениях или янтаре. Когда насекомые погибали в озерах или морской среде, их тела оседали на дно и покрывались очень тонким слоем ила. Если они не разлагались и оставались нетронутыми в течение миллионов лет, то превращались в окаменелости. При обнаружении такой окаменелости можно рассмотреть слепок или отпечаток насекомого, на котором видна его форма и некоторый рельеф (например, прожилки на крыльях), но не окраску. Такая окаменелость называется оттиском.
Тем не менее, иногда остатки кутикулы сохраняются, поэтому некоторые аспекты цвета становятся очевидными, это называется сжатием. Хорошо сохранившиеся части насекомых - это жесткий экзоскелет. Участки экзоскелета соединены мягкой, мембранной тканью, что делает насекомых очень подвижными. Эти мягкие ткани плохо сохраняются, поэтому часто находят только кусочки животных, а не целые, неповрежденные тела.
Однако иногда все тело полностью замещается минералами, образуя трехмерный артефакт; это называется петрификация. Большинство доисторических насекомых было найдено как инклюзы в янтаре. Янтарь - древняя древесная смола. Когда эта смола была свежей, она была липкой, как и современные экссудаты хвойных пород. Иногда насекомые прилипали к поверхности тягучих соков деревьев и, в конечном счете, полностью поглощались смолой. В результате этого можно найти окаменелости которым 250 млн. лет. Янтарные включения часто бывают почти идеально детализированными, включая цвет, поэтому они исключительно ценны для изучения древней жизни.
Почему насекомые так успешно выживают, видоизменяются и эксплуатируют ресурсы по сравнению с другими формами жизни? Чрезмерное обилие и разнообразие насекомых поражает воображение, и несколько факторов, по-видимому, имеют первостепенное значение:
- Размер. Небольшой размер насекомых позволяет им эксплуатировать практически все пищевые ресурсы. Например, одно семя может полностью удовлетворить диетические потребности животного.
- Продолжительности жизни. Насекомые часто быстро развиваются (созревают). Это позволяет им воспользоваться преимуществами переходных ресурсов. Например, развитие личинок мухи может завершиться всего за 3-4 дня до исчезновения плодов, навоза или стоячей воды.
- Эксоскелет. План тела насекомых включает в себя верхний слой (покрытие), который обеспечивает структуру поддержки (эквивалентную скелету позвоночных животных), защиту (по существу это слой брони, который защищает от хищников) и устойчивость к потере влаги (покрытие имеет внешний слой воска). Это очень эффективная комбинация, делающая насекомых более прочными и выносливыми, чем большинство других животных.
- Крылья. Появление крыльев дало им необычайно хорошую возможность рассредоточиться, что позволило пользоваться переходными ресурсами, спасаться от хищников и находить партнёров. Пища, истребление и размножение являются основными факторами, определяющими изобилие животных. Никакие другие беспозвоночные не имеют крыльев, а лишь немногие другие животные, такие как птицы и летучие мыши. Многие предполагают, что эволюция крыльев у птиц и летучих мышей напрямую связана с их насекомоядными привычками.
- Эктотермия. Насекомые не имеют постоянной температуры тела, в отличие от млекопитающих и птиц. Эта особенность снижает их энергетические (пищевые) потребности, поскольку им не нужно сжигать калории для поддержания температуры тела, и позволяет им выживать длительное время без пищи в ненастную погоду.
- Диапауза. Насекомые могут находиться в состоянии замедленного развития, это означает, что их рост и размножение временно прекращается. Во время такой паузы метаболизм падает до очень низкого уровня, что позволяет им выдерживать длительные периоды ненастья и отсутствия пищи.
- Хеморецепция. Насекомые обладают высокоразвитыми химическими чувствами. В отличие от людей, которые зависят от зрения, мир насекомых в большей степени основан на запахах. То, что человек не сможет разглядеть в густой растительности насекомое сможет обнаружить с помощью своего острого обоняния. Таким образом, они необычайно хорошо приспособлены для поиска пищи и партнеров, а также для связи друг с другом, выпуская свои и обнаруживая чужие химические вещества.
- Эволюционное первенство. Организмы могут монополизировать ресурсы посредством эволюционного первенства. Одним организмам трудно вытеснить другие организмы, которые уже хорошо приспособились к определенной нише. Например, насекомые практически не добились прогресса в эксплуатации морских ресурсов, поскольку ракообразные и другие морские обитатели монополизировали эту среду. Точно так же, поскольку насекомые были одними из первых наземных существ, эксплуатирующих земную среду, другим организмам очень трудно вытеснить их из этой ниши обитания.
- Взаимодействие с цветковыми растения. Цветковые растения, или ангиоспермы, эволюционировали в то же самое время, что и насекомые. Трудно сказать, что было важнее в этой эволюции растений и насекомых, но очевидно, что между ними существует взаимозависимость. Безусловно, ангиоспермы обеспечивали ниши, которых не существовало ранее, позволяя насекомым видоизменяться.
Эволюция насекомых обеспечила их всем необходимым для развития и выживания. Почти идеальное строение тела, набор химических, физических и поведенческих свойства помогали им существовать тысячелетиями, а быстрое умение приспосабливается к окружающим условиям вместе со всем остальными плюсами обеспечить выживание насекомых еще на многие миллионы лет вперед.
