Похождения видов. Вампироноги, паукохвосты и другие переходные формы в эволюции животных

Поскольку насекомые – прямые потомки ракообразных, выходит, ракам покорилась третья, воздушная, стихия. Причем махать крыльями они, вероятно, научились раньше, чем летать. Крылья современных насекомых, в отличие от крыльев других летающих животных, – удивительный орган, в котором нет мускулов (мышцы располагаются только в самом основании крыла). Это двуслойные выросты грудной части внешнего скелета, пронизанные жилками, по самым широким из которых передаются нервные сигналы и может течь гемолимфа, содержащая дыхательные пигменты (тонкие жилки наполнены воздухом). Именно расходящиеся во всех направлениях жилки выполняют роль жестких шарниров разного сечения (от круглого до параболического), по которым крылья могут очень по-разному сгибаться (рис. 26.34). (Поэтому жилкование – форма, толщина и особенности ветвления жилок – служит основой для классификации насекомых.) Конструкция такого крыла сочетает в себе принципы рычага, колеблющейся аэродинамической плоскости и подвесного моста. Будучи рычагом, крыло передает усилия грудных мышц всей маховой поверхности. Как подвижная аэродинамическая плоскость, оно распределяет потоки воздуха, создавая подъемную силу, уравновешивающую вес насекомого, толкая тело вперед и сохраняя положительный угол атаки. А с подвесным мостом сходство проявляется в том, что крыло может гнуться и свертываться, не разрываясь на части. В дополнение у многих видов из нескольких отрядов в углу передней кромки крыла есть темное пятнышко – птеростигма. Эта утолщенная площадка смещает центр тяжести крыла в сторону набегающего потока воздуха, благоприятствуя скольжению и не позволяя «летательному аппарату» сорваться в пике. У некоторых высших насекомых, благодаря свертыванию и изгибанию при взмахе, крыло накапливает упругие силы, возвращающие ему исходную форму без лишних затрат энергии. Иначе говоря, летательный аппарат насекомых – с легкими, гибкими и прочными крыльями – как механизм гораздо экономичнее всего, созданного человеком для полета, но, увы, неповторим в доступных пока людям материалах.

Поскольку личиночная жизнь многих насекомых проходит в воде, одно время считалось, что крылья развились из жабр или дыхательных придатков ножек, которые эти насекомые использовали, чтобы парусить вдоль поверхности или даже грести ими. Однако водная жизнь этих существ, по мнению многих энтомологов, вторична. Так, почти у всех современных стрекоз личинки растут в воде, но в каменноугольном периоде они, возможно, бегали по суше. Согласно другим представлениям, мелкие древние насекомые могли использовать выросты грудных сегментов тела, чтобы с их помощью планировать. Однако планирующий полет вряд ли мог преобразоваться в машущий, поскольку не способствовал развитию каких-либо подвижных органов. Настоящие раки, конечно, не летали, но комплекс «генов для полета» у них уже был: он включал гены Ph-nub, Ph-apA и Ph-apB, Ph-vg, влиявшие на закладку боковых пластинок (плевр) и спинных щитков (тергитов) панциря. У насекомых сходные гены (nubbin, apterous, vestigial) отвечают за формирование крыльев. Значит, крылья могли образоваться, по крайней мере отчасти, из рачьих тергитов, плевритов и некоторых члеников конечностей, но не были связаны напрямую с жабрами, развитие которых, в свою очередь, определялось генами, задействованными у насекомых в развитии дыхательной системы. Сам плевральный вырост, вероятно, образовался отчасти за счет экзоподита (жаберной ветви конечности). Более того, действие данного генного комплекса проявляется не только на втором и третьем, но и на первом грудном сегменте, даже на члениках брюшка. И как мы видим, крылья действительно «пытались» там вырасти у некоторых каменноугольных насекомых. Впрочем, три пары крыльев не дают значительного прироста подъемной силы, поэтому у летающих насекомых осталось только две пары машущих придатков, а то и одна. Поскольку третья пара крыльев не понадобилась, тот же генный комплекс (не пропадать же добру) был использован для «рогов», которые развиваются на переднеспинке, например у навозных жуков и горбаток.

Изначально машущие движения могли потребоваться насекомым для другой, даже более важной на тот момент функции: поскольку уровень кислорода в конце девонского периода упал и плотность воздуха понизилась, им, вероятно, пришлось нагнетать воздух в дыхальца грудными выростами. При низкой плотности воздуха иначе повысить давление в дыхательных трубочках – трахеях – было сложно.