Рожденный ползать летать не может, но может планировать

Щетинохвостка. Три хвостовые нити (справа), из-за которых эти насекомые получили свое название, важны для «управляемого воздушного спуска» древесных щетинохвосток, но имеются также и у наземных видов, один из которых изображен здесь. Фото © A. Staudt с сайта www.delattinia.de

Известно, что обитание в кронах тропических лесов привело к развитию летных способностей у самых неожиданных групп животных — например, лягушек и змей. Этот список недавно пополнился примитивными бескрылыми насекомыми — щетинохвостками. Упав или прыгнув с дерева, они маневрируют в воздухе и снова садятся на деревья. Именно так могли выглядеть первые воздушные опыты насекомых в девонском лесу.

Первые находки крыльев насекомых относятся к девонскому периоду. Десятки миллионов лет — до появления первых летающих позвоночных — насекомые оставались единственными хозяевами воздушной среды. Выдержав давление насекомоядных птерозавров, птиц и, позднее, летучих мышей, они по-прежнему процветают. Крыло насекомых и его мышечный привод устроены чрезвычайно сложно (см.: Insect flight), но промежуточных форм между примитивными бескрылыми насекомыми и их крылатыми родичами не найдено ни в современной фауне, ни среди ископаемых. Поэтому происхождение полета насекомых остается одной из загадок эволюции.

Согласно «древесной» гипотезе, выдвинутой еще в XIX веке, предки крылатых насекомых обитали на растениях высоко над землей. Прыжок или падение были для них простейшими способами спастись от хищника, так как летающих хищников тогда еще не было. Естественный отбор сохранял формы с более благоприятными аэродинамическими свойствами — например, с небольшими боковыми лопастями, — что постепенно привело к эволюции воздушного планирования, а затем и машущего полета. Эта гипотеза аналогична древесной гипотезе происхождения полета птиц от лазящих форм, подобных археоптериксу.

Реконструкция гипотетического предка крылатых насекомых, выполненная А. Г. Пономаренко, иллюстрирует «древесную» гипотезу происхождения полета. Крыловидные зачатки служили для воздушного планирования, с помощью которого эти насекомые, питавшиеся на верхушках растений, спасались от преследователей. Рис. из книги «Историческое развитие класса насекомых»

Как и в случае с птицами (см.: Птицы научились летать, взбегая по склонам?, «Элементы», 25.01.2008), «древесной» гипотезе происхождения крыльев у насекомых сравнительно недавно была предложена альтернатива. «Водная» гипотеза предполагает, что первичные крылья возникли у водных насекомых как парус или мотор для скольжения по поверхности воды. Именно такое поведение наблюдается у некоторых современных поденок и веснянок (см.: J. Marden, M. Kramer. Surface-Skimming Stoneflies: A Possible Intermediate Stage in Insect Flight Evolution, PDF, 1,4 Мб).

До недавнего времени считалось, что необходимая промежуточная ступень «древесного» сценария, а именно планирование, среди современных насекомых не сохранилась: ныне живущие крылатые виды пользуются активным машущим полетом. Однако несколько лет назад группа американских ученых обнаружила, что у некоторых видов муравьев, гнездящихся в кронах тропических лесов Перу и Панамы, бескрылые рабочие особи, прыгающие или падающие с веток, ухитряются более чем в 80% случаев приземлиться на ствол родного дерева (см.: Yanoviak et al. Directed aerial descent in canopy ants, а также видео).

Если даже такие внешне не приспособленные к полету существа, как бескрылые муравьи, способны к воздушным маневрам, то новое сообщение тех же авторов уже не выглядит удивительным. Они обнаружили, что обитающие в тех же тропических кронах щетинохвостки (Archaeognatha) тоже способны к «управляемому воздушному спуску», то есть планированию в отсутствие несущих плоскостей. Примечательно здесь то, что эта древнейшая группа насекомых отделилась от общего эволюционного ствола насекомых еще до приобретения крыльев.

Следует оговориться, что традиционно щетинохвостками называли две группы примитивных бескрылых насекомых: собственно щетинохвосток, о которых здесь идет речь, и так называемых чешуйниц, которые ныне считаются самостоятельной ветвью. Одной из особенностей щетинохвосток в узком смысле является способность прыгать, резко изгибая и распрямляя заднюю часть тела. Среди примерно 350 современных видов щетинохвосток большинство живет на земле и между камнями. Они питаются растительными остатками или соскребая с субстрата лишайники, грибки и налет микроскопических водорослей. Биология немногочисленных древесных видов изучена плохо, и об их воздушных способностях до сих пор никто не подозревал.

В экспериментах, проведенных в Перу, Панаме и Габоне, древесные щетинохвостки, сброшенные с высоты более 15 м в отсутствие ветра, примерно в 90% случаев приземлялись на ствол дерева. После начальной фазы неконтролируемого падения они выравнивали положение тела и переходили к более плавному пикированию, головой вперед, маневрируя в направлении ближайшего ствола (см. видео). Ампутация хвостовых нитевидных придатков приводила к ухудшению пилотажа. По-видимому, они служат рулями и стабилизаторами.

Интересно, что из небольшого числа видов щетинохвосток, использованных в опытах, это поведение наблюдалось только у видов, живущих на деревьях. Однако исследователи не сообщают о каких-либо отличиях в наружном строении древесных форм, которые могли бы улучшать их летные качества. Авторы также протестировали на летучесть небольшое количество чешуйниц, внешне весьма схожих с щетинохвостками, но не обнаружили способностей к планированию даже у того вида, который был собран на деревьях. Правда, эти чешуйницы живут под корой и, по-видимому, им реже приходится падать. С другой стороны, воздушные способности щетинохвосток могут быть связаны с их умением прыгать, отсутствующим у чешуйниц.

Новые наблюдения, разумеется, еще не являются доказательством «древесной» гипотезы происхождения полета у насекомых. Однако они впервые дают живую модель для исследования биомеханики и нейрофизиологии планирования у насекомых, и, что особенно ценно, — насекомых архаичных, бескрылых. Ведь, как полагают авторы, способность к маневрированию в воздухе появилась уже у общего предка крылатых насекомых и щетинохвосток, то есть до возникновения машущего полета. Планирование древесных щетинохвосток может служить наглядной иллюстрацией того, как проходили первые воздушные опыты древних насекомых.

Источник: Stephen P. Yanoviak, Michael Kaspari, Robert Dudley. Gliding hexapods and the origins of insect aerial behaviour // Biology Letters. Published online 18 March 2009, doi:10.1098/rsbl.2009.0029.

Роман Ракитов

Последние новости: Биология, Эволюция, Палеонтология, Роман Ракитов

19 мая Эволюция видов в сообществе идет не так, как в монокультуре

15 мая Обилие редких мутаций в генофонде человечества существенно превышает современные оценки

3 мая Доказано древнее происхождение белых медведей

18 апреля Дрожжи занимаются сексом не от хорошей жизни

11 апреля «Прекрасный король в перьях» — новый динозавр из Китая

9 апреля В эволюции бактерий горизонтальный генетический обмен играет ту же роль, что и половое размножение у высших организмов

8 апреля Озеро Восток и его обитатели

30 марта Истребление древними охотниками крупных животных Австралии привело к необратимым изменениям природных экосистем

29 марта Кого кусали древние блохи?

23 марта Экспансия растительноядных млекопитающих началась задолго до вымирания динозавров

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):