Когда тараканы были большими

Размеры насекомых ограничены количеством кислорода в воздухе

Алексей Паевский 12.10.2006, 13:30

Если доля кислорода в атмосфере вырастет, резко увеличатся размеры насекомых. К такому выводу пришли американские физиологи, изучая дыхательную систему жуков.

Помните ли вы гигантского комара, сотворенного Александром Приваловым в повести Стругацких «Понедельник начинается в субботу»? Как показывают проведенные под руководством Александра Кайзера из Среднезападного университета в Глендэйле (Аризона, США) исследования, такие твари вполне могли бы нас беспокоить, если в нашей атмосфере увеличить долю кислорода.

Кайзеру с коллегами, судя по всему, удалось понять, почему приблизительно 300 млн лет назад, в конце палеозойской эры, в каменноугольном периоде, насекомые достигли гигантских размеров.

Работа «Отсутствие гигантов сегодня: трахеальная доставка кислорода в конечности ограничивает размеры жуков» опубликована в сборнике «Comparative Physiology 2006: Integrating Diversity».

Ученые связали факт наличия гигантских насекомых в тот период (например, стрекоз с размахом крыльев 70 см) с тем, что содержание кислорода в воздухе во время предпоследнего периода палеозойской эры — карбона — составляло целых 35% против 21% сейчас.

Группа Кайзера решила проверить свою догадку на живом материале — на жуках.

Хотя жуков в палеозое еще не было, дыхательная система у них устроена так же, как у летавших тогда стрекоз. Дыхательные органы насекомых — сложная система ветвящихся воздухоносных трубок — трахей, заканчивающихся тончайшими капиллярами — трахеолами. Воздух поступает в трахейную систему через дыхальца по бокам тела и непосредственно достигает тканей и клеток тела.

Кайзер использовал жуков, потому что, во-первых, их легче изучать в лаборатории, а во-вторых, они более разнообразны по размерам. Группа Кайзера изучала рентгеновскими методами систему трахей жуков размером от 3 мм (Tribolium castaneum) до 3,5 см (Eleodes obscura).

Размеры трахеальной системы с увеличением размера насекомого растут. Но, как выяснили исследователи, не пропорционально, а на 20% быстрее.

При этом в теле насекомого есть несколько «узких» мест — в тех точках, где лапки сходятся с телом. Оказывается, при росте размеров наступает момент, когда трахеальная система нужного размера просто не может поместиться в данной точке. Высчитанный таким способом группой Кайзера максимальный теоретический размер жука оказался равен 15 см. Это соответствует размерам самого крупного из известных жуков: Titanus giganteus из Южной Америки вырастает до 15–17 см.

В палеозойскую же эру при тех же самых пропорциях тела насекомые могли себе «позволить» расти больше: ведь при большей концентрации кислорода в воздухе нужна менее мощная дыхательная система для достаточного снабжения организма кислородом.

Следовательно, если сегодня долю кислорода в воздухе увеличить до палеозойских величин, людям пришлось бы гонять по своей квартире полуметровых прусаков, а комар Стругацких оказался бы страшной реальностью.