Как на Земле появились гигантские насекомые?

Стрекозы эволюционировали в насекомых, размером с птиц, чтобы избежать кислородной переизбыточности, показывают результаты недавнего исследования

Хищные стрекозы, которые имели размеры современных чаек, заполняли небо 300 миллионов лет назад, и долгое время ученые не могли понять, как и почему эти и другие насекомые стали настолько огромными.

Ведущая теория говорит о том, что древние жуки стали большими из-за избыточного количества кислорода в атмосфере Земли. Новое исследование предполагает, что кислород в больших дозах вреден и даже опасен: ранние насекомые вынуждены были адаптироваться и вырасти, чтобы избежать кислородного отравления.

«Мы думаем, что причина не только в том, что кислород воздействует на взрослые особи, но и в том, что кислород имеет еще большее воздействие на личинки, — говорит соавтор исследования Вилко Верберк из Плимутского университета в Великобритании. — Таким образом, изучение воздействия кислорода на личиночные формы насекомых могло бы привести к лучшему пониманию того, почему, во-первых, эти создания существовали, и, во-вторых, почему они исчезли».

Маленькие насекомые не могут управлять процессом газообмена

Исследование окаменелостей говорит о том, что гигантские стрекозы и огромные тараканы были обычными явлениями в каменноугольный период, который продолжался приблизительно от 359 до 299 миллионов лет назад.

В то время огромное количество обширных болотистых лесов в низменностях привело к тому, что уровень кислорода в атмосфере был приблизительно на 30-50 процентов выше, чем сейчас.

Согласно предыдущим теориям о гигантизме насекомых, эта богатая кислородом среда позволила взрослым особям насекомых вырастать до больших размеров, которые соответствовали их энергетическим потребностям.


Стрекозы, размером с чаек, были хозяевами неба сотни миллионов лет назад

В новом исследовании Верберк и его коллега Дэвид Билтон сосредоточились на том, как изменяющийся уровень кислорода воздействует на развитие личинок веснянок, которые, как и стрекозы, обитают в воде на начальном этапе жизни. Более высокая концентрация кислорода в воздухе означает более высокую концентрацию в воде.

Результаты показали, что личинки веснянки более чувствительны к кислородным флуктуациям, чем их взрослые особи, живущие на земле.

Причиной этому может быть то, что личинки насекомого, как правило, поглощают кислород непосредственно через оболочку их кокона, таким образом, они не контролируют количество поглощаемого газа. А взрослые насекомые могут регулировать свое потребление кислорода, открывая или закрывая подобные клапанам отверстия, расположенные на их туловищах, — их называют дыхальца.

Крайне важный для жизни кислород может быть ядовит в больших количествах: человек, подвергающийся переизбытку кислорода, может получить повреждение клеток, что вызывает проблемы со зрением, затрудненное дыхание, тошноту и судороги.

Вероятно, личинки многих древних насекомых также пассивно поглощали кислород в воде, не имея возможности регулировать его потребление, что очень опасно, когда уровень кислорода был настолько высоким.

Единственный способ уменьшить риск кислородной интоксикации – больший размер, так как большие личинки поглотят меньшее количество газа, относительно размеров их тел, чем маленькие личинки.

«Если вы становитесь больше, площадь поверхности вашего тела относительно объема становится меньше», — объяснил Верберк.

Снижение уровня кислорода привело к деградации строения насекомых?

Новая теория также объясняет, почему гигантские насекомые продолжили существование даже после того, как атмосферный уровень кислорода на Земле начал уменьшаться, говорит ученый.

«Если кислород инициировал активное увеличение массы тела, чтобы насекомые могли избежать отравления, то снижение уровня кислорода не будет означать моментальный фатальный исход, хотя постепенно существование крупных насекомых будет сводиться к минимуму, так как развитые взрослые особи, которым нужно большее количество кислорода, станут вялыми и неспособными к нормальному функционированию для выживания, — сказал Верберк. – Это, в конце концов, приведет к тому, что другие виды, более приспособленные, вытеснят гигантов»