Насекомые сначала научились падать, а уже потом -- летать

О том, как насекомые освоили полет, ученым рассказали бескрылые представители этого класса -- древесные прыгающие щетинохвостки. Наблюдая за их поведением, Стефен Яновиак (Stephen P. Yanoviak) – энтомолог из Арканзасского университета в Литтл-Роке (University of Arkansas at Little Rock) с коллегами предположил, как у насекомых появились крылья.

Происхождение крыла у насекомых остается загадкой для ученых, так как в их распоряжении нет ископаемых переходных форм. Одна гипотеза (наземная) говорит, что крыло возникло из грудных выростов древних шестиногих беспозвоночных. В соответствии с другой (водной), крыло развилось из жабр водных организмов после того, как они попали на сушу.

Древесные прыгающие щетинохвостки (Archaeognatha) – одни из самых примитивных, древних насекомых, сохранившиеся до нашего времени. Они живут в тропических лесах, где служат пищей для муравьев, пауков и птиц. Щетинохвостки сидят на ветвях и стволах деревьев и при приближении хищника спрыгивают вниз.

Насекомый десант

Стефен Яновиак изучал древесных щетинохвосток в Перу, в Панаме и Габоне. Энтомологи слегка посыпали насекомых оранжевым порошком, чтобы их было лучше видно, и помещали в пластиковый стаканчик, держа его на расстоянии 1-2 метра по горизонтали от ствола дерева. Все это происходило под пологом тропического леса на высоте не менее 15 метров.

Вытряхивая щетинохвосток из стаканчика, ученые отслеживали при помощи видеокамеры траекторию полета насекомых. Все опыты проводились в полный штиль.

Щетинохвостки какое-то время свободно падали, а затем начинали планировать и в результате приземлялись на ствол ближайшего дерева. Успешность планирования ученые оценивали в процентах насекомых, которые долетели до дерева. Еще одним показателем служил индекс крутизны вертикального снижения (отношение величины преодоленного расстояния по горизонтали к высоте, на которую насекомое за это время опустилось).

В качестве контроля биологи использовали других щетинохвосток под названием сахарные чешуйницы. Они живут не на деревьях, а недалеко от земли. У них тоже есть три щетинки на хвосте, более короткие. Эти насекомые планировать не могли и беспомощно падали вниз.

Аэродинамика на щетинках

Древесным щетинохвосткам хвостовые щетинки помогают контролировать свое перемещение в воздухе. Щетинки выполняют функцию руля и выравнивают положение тела насекомого относительно центра тяжести. Чтобы оценить их роль, ученые подвергли некоторых щетинохвосток обрезанию. Они калечили насекомых по-разному: отрезали левую щетинку, центральную или правую, укорачивали все наполовину и, наконец, оставляли все щетинки нетронутыми, но отрезали головные антенны.

Успех планирования щетинохвосток с ампутированными щетинками сравнивали с результатом контрольных насекомых. Контрольные достигали ближайшего дерева в 90%, а у ампутантов успех снижался в разной степени -- в зависимости от того, что им отрезали. Хуже всего пришлось тем, у кого все щетинки обрезали наполовину – они достигали цели лишь в 40% случаев.

Индекс крутизны вертикального снижения у контрольных насекомых составлял в среднем 0,4, а у ампутированных он снижался до 0,18. Это означало, что они планировали вниз намного более круто.

Как появились крылья

Биологи полагают, что планирование и маневрирование с использованием хвостовых щетинок лежало в основе эволюции полета у насекомых. Древним бескрылым насекомым, жившим в девонском периоде, приходилось спрыгивать со стволов древесной растительности, достигавших пятиметровой высоты. Так что необходимо было научиться аэродинамике.

Эти бескрылые насекомые дали начало летающим, считают авторы работы. Летуны, по-видимому, появились в позднем палеозое с расцветом разнообразия наземных экосистем. Под пологом древнего леса располагались органы размножения растений и грибов – спорангии, привлекающие насекомых как источник пищи. Хочешь достать – научись летать. К тому же в это время появилось много насекомоядных хищников, от которых приходилось спасаться.

Ученые считают, что их исследование доказывает правоту наземной гипотезы происхождения крыла. Боковые грудные выросты, по-видимому, оказались еще более удобными для полета, чем хвостовые щетинки. Хотя при этом, говорят ученые, крылья могли играть и другую роль – например, служить для терморегуляции.

Статья опубликована в журнале Royal Society’s Biology Letters.