Триста миллионов лет назад наша планета выглядела как декорация к фантастическому фильму. Континенты слились в суперконтинент Пангею, экватор которой был покрыт бескрайними угольными болотами. Но самой поразительной чертой той эпохи были обитатели небес: гриффинфлаи (древние родственники стрекоз) с размахом крыльев до 70 сантиметров и поденки размером с крупную птицу.
Десятилетиями в научном сообществе господствовала теория, объясняющая этот феномен: в палеозое уровень кислорода в атмосфере был примерно на 45% выше нынешнего. Считалось, что именно избыток кислорода позволил насекомым преодолеть физиологический барьер роста. Однако новое исследование от международной группы ученых, опубликованное в журнале Nature, ставит эту догму под сомнение.
Ловушка дыхательной системы
Насекомые дышат не легкими, а через сложную систему ветвящихся трубок — трахей, которые заканчиваются микроскопическими трахеолами. Кислород поступает к клеткам мышц путем диффузии. Долгое время биологи полагали, что при современных 21% кислорода в атмосфере ткани гигантского насекомого просто «задохнулись» бы: кислород не успевал бы проникать вглубь огромного тела в нужной концентрации, чтобы питать энергозатратные летательные мышцы.
Команда под руководством Эдварда Снеллинга из Университета Претории использовала высокомощную электронную микроскопию, чтобы выяснить, как размер тела влияет на плотность трахеол в мышцах. Исследователи обнаружили неожиданный факт: у большинства видов насекомых трахеолы занимают лишь 1% или менее от объема летательной мышцы.
Математическое моделирование показало, что эта закономерность сохраняется и для древних гигантов. Это означает, что если бы насекомым не хватало кислорода, эволюция могла бы легко «добавить» новые дыхательные пути в мышцы, так как свободного места там предостаточно.
Для сравнения: капилляры в сердце птиц и млекопитающих занимают в 10 раз больше относительного пространства, чем трахеолы в мышцах насекомых. Если бы транспорт кислорода действительно был лимитирующим фактором, насекомые обладали бы колоссальным эволюционным потенциалом для наращивания дыхательной сети.
Кто виноват в измельчании?
Новые данные убедительно доказывают: диффузия кислорода в мышцах не была тем барьером, который определял предельный размер насекомых. Теория «кислородного ограничения» серьезно пошатнулась. Теперь ученым предстоит искать другие причины, по которым насекомые современности стали крошечными по сравнению со своими предками.
Среди основных «подозреваемых» — появление эффективных хищников-позвоночных (птиц и летучих мышей), которые быстро истребляли крупных и неповоротливых насекомых, а также биомеханические ограничения экзоскелета, который при чрезмерном росте становится слишком тяжелым для нормального передвижения.
Биологи: пчелы выбирают цветы так же, как люди — рестораны
Ученые узнали, как ночные муравьи находят дорогу по Луне
Находка в янтаре: клещи использовали муравьев как такси 99 млн лет назад
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX