До середины ХХ века палеонтологи считали большой удачей найти ископаемое насекомое. Эти организмы очень редко попадали в палеонтологическую летопись, так как их просто не умели искать. Когда ученые научились определять останки насекомых в древних породах, выяснилось, что насекомые всегда играли важнейшую роль в формировании земной биосферы.
О том, когда и как появились насекомые, рассказывает кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории палеоэнтомологии Палеонтологического института РАН Кирилл Еськов.
–Обычно, когда речь заходит о палеонтологии, первыми в голову приходят динозавры, вторыми, наверное, питекантропы с неандертальцами. А между тем все они сравнительно редкие малочисленные, а самую большую роль в наземном сообществе много сотен миллионов лет играют, конечно же, насекомые. Кирилл расскажите, пожалуйста, когда появились на земле насекомые.
– Я просто хотел бы сразу же сделать ремарку по вашего вступления. Надо сказать, что есть один палеонтологический объект, который опять-таки известен всем и по степени популярности недалек от него – это мухи в янтаре, как вы помните. Различные инклюзы в янтарях – это вещь, которая известна всем. Можно вспомнить фильм «Парк Юрского периода», можно вспомнить, стихи Ломоносова, посвященные муравью, который увяз в янтаре и стал драгоценным. Так что все-таки и у нас есть объекты, которые известны широкой публике, а не только узким специалистам. Что касается насекомых, когда они появились, самые ранние находки – это каменноугольный период (геологический период в верхнем палеозое 360—286 миллионов лет назад). Я имею ввиду крылатых насекомых, потому что есть еще и бескрылые насекомые. Что это насекомые, мало кто знает. Есть паразитические насекомые, вши или блохи – это насекомые, предки которых имели крылья, потом они их лишились, но есть и насекомые, которые крыльев никогда не имели. Например, так называемые чешуйницы (Lepisma saccharina). Под ванной иногда живут такие длинные торпедообразные насекомые с маленькими хвостиками, быстро бегают, серебристые как капельки. Они, конечно, древнее крылатых, но они очень редко встречаются в палеонтологической летописи.
– Насекомые плохо сохраняются в геологических пластах?
– Нет, вообще-то насекомые сохраняются очень хорошо в палеонтологической летописи. Хитин, которым покрыто насекомое, это достаточно прочная вещь. Но насекомые – они маленькие, их трудно разглядеть. Более того, окаменевшие ископаемые насекомые, когда их научились искать как следует, оказались одной из самых массовых групп.
Насекомые сохраняются не только в янтаре, но и просто в камнях – это тоже достаточно распространенное явление. Но по-настоящему рывок по изучению ископаемых насекомых начался в 1930-х годах, до этого они действительно считались редкой экзотикой, чуть ли не в кунсткамеру каждое.
Наземные экосистемы на самом деле - это мир, который составлен в основном растениями и насекомыми, а все остальное, начиная от динозавров и кончая людьми и даже мышами – это только макушка пирамиды и в общем мелочь, которая в балансе природы не очень большую роль играет. Растения искать умеют давно и, более того, есть растения, особенно важные для палеонтологии тем, что у них есть споры и пыльца, которые летают везде. То есть, нет такого водоема, куда бы не залетали споры и пыльца. Поэтому если научиться точно идентифицировать пыльцу и споры, то это дает палеонтологам замечательный способ реконструкции ландшафтов.
Потому что обычно, что попадает в палеонтологическую летопись? В палеонтологическую летопись попадают только зверушки, которые обитают вблизи стоячих водоемов. Для того, чтобы попасть в палеонтологическую летопись, зверушка должна утонуть, ее должно занести осадком, который имеет определенные характеристики, чтобы были определенные условия по наличию, отсутствию кислорода и отсутствие тех зверушек, которые бы ворошили этот осадок, то есть нужно сочетание целого количества случайностей. Но ведь попадаются только те зверушки, которые либо ведут полуводный образ жизни, либо те, кто подходит близко к берегу. Практически весь мир древесных обитателей, в палеонтологическую летопись почти что не попадает, то есть нужно редчайшее совпадение случайностей. А у растений ситуация другая. У растений, понятно, попадают в летопись макроостатки, большие остатки, то, что действительно растет в приречных местах обитания. Но при этом споры и пыльца могут в водоем попадать и дальше попадать в палеонтологическую летопись и от тех растений, которые растут вдали от водоемов. То есть о растениях, о растительном мире мы знаем лучше, чем о животном мире.
Насекомые имеют крылья, они летают и при этом, соответственно, падают в водоемы. Падают, тонут, оседают на дно и соответственно имеют шансы захорониться, даже если они не живут вблизи водоема. Насекомые очень разнообразны, это самая большая группа животных в мире, насекомых больше, чем всех прочих животных вместе взятых, причем намного больше.
– Насколько больше насекомых, чем всех других животных?
– Считается, что сейчас известно около полутора миллионов видов. Позвоночные изучены все практически, а у насекомых мы знаем в лучшем случае половину существующего разнообразия. Гигантский спектр экологических ниш освоен насекомыми. И поэтому для реконструкции ландшафтов насекомые необыкновенно важны. Они, во-первых, довольно точно привязаны к местам обитания, очень разнообразны, хорошо попадаются в палеонтологическую летопись. И поэтому для реконструкции древних ландшафтов ископаемые насекомые - это вещь бесценная, чем дальше, тем больше наши представления о ландшафтах экосистемы былых времен начинают основываться на данных по ископаемым насекомым.
– Такое разнообразие насекомых было на протяжении всего существования нашей Земли?
– Видовое разнообразие вообще растет. Оно сокращается в моменты кризисов, которые были на Земле несколько раз, но в целом суммарное разнообразие всех групп живых организмов имеет тенденцию к увеличению.
Но насекомые отличаются от всех остальных, они выбрали замечательную экологическую нишу. Практически в своем размерном классе у них не имеется реальных конкурентов. И они умеют все. Они могут быть хищниками, они первыми, вообще говоря, освоили настоящую фитофагию, то есть питание зелеными частями растений и вообще живыми зелеными растениями. У них великолепная физиология, которая целиком приспособлена к жизни в таком размерном классе. У них есть физиологические преимущества, например, трахейное дыхание. Мы дышим легкими, то есть должны закачать воздух в легкие, кислород, который содержится в этом воздухе, должен раствориться в тканевых жидкостях, в крови, в частности, и вступить в соединение с гемоглобином, этот гемоглобин должен быть доставлен через кровяное русло к клеткам, которые его потребляют. В клетках продолжаются сложные обменные процессы. То есть нам нужна кровеносная система, в которую накладывается масса ограничений. Насекомые решили эту проблему гениально просто. Насекомое дышит через трубку, которая называется трахея. Это ветвящиеся трубочки, которые ветвятся до того, что в конце концов каждая отдельная трахея соединяется с каждой единичной клеткой. То есть каждая клетка тела насекомого соединена напрямую с поверхностью. И не нужен посредник в виде крови, и всей сложной физиологии.
При таком дыхании выпадает целая система органов, но жестко лимитирует размер. Такая система, основанная на прямой диффузии, работает только для очень маленьких животных.
– Но были и довольно крупные насекомые, как же они дышали?
– Да, и это замечательно. В каменноугольном периоде существовали очень крупные насекомые, например, стрекоза-меганевра (Meganeura) – 70 сантиметров в размахе крыльев, некоторые ученые считают, что даже до метра. Были очень крупные многоножки – до метра величиной, такие сосиски ползали. В том-то и дело, что они тоже трахейнодышащие.
В каменноугольный период, в то время, когда происходит захоронение огромного количества углерода не окисленного, то есть когда закладываются запасы угля, из атмосферы изымается огромное количество углерода, и атмосфера очень богата кислородом. Об этом же говорит так называемый обратный парниковый эффект. Это как раз время очень крупных оледенений. СО2 - один из главных парниковых газов, убран из атмосферы, в этот момент существует мощное покровное оледенение, все южное полушарие в это время обмерзшее. Соответственно, больше кислорода в атмосфере, выше его давление, поэтому можно было жить этим прямо-дышащим насекомых – они могли расти. Потом ситуация в атмосфере поменялась, содержание кислорода вернулось к тем долям, которые сейчас, и больше таких огромных насекомых не появлялось. Насекомое индикатор состава атмосферы – индикатор наличия кислорода.
Это были серьезные изменения содержания кислорода, заметно больше, чем те изменения количества СО2, которые сейчас наблюдаются. Сегодняшние изменения – вообще несерьезные. Чтобы среагировать уменьшением или увеличением кисрода изменением размера, насекомым нужны временные интервалы в миллионы лет. Поэтому когда за последние двести лет увеличилось количество СО2, этого просто никто не заменил.
