Гигантские стрекозы когда-то парили в небе Земли. Новое исследование опровергает учебную теорию о причинах их вымирания

( MENAFN- The Conversation) Насекомые впервые поднялись в воздух примерно 350 миллионов лет назад — примерно на 200 миллионов лет раньше, чем птицы впервые захлопали крылья.

К концу каменноугольного периода, 300 миллионов лет назад, некоторые летающие насекомые стали гигантскими. Огромные насекомые, похожие на стрекоз и называемые грифинфлай (griffinflies), имели размах крыльев 70 см — в пять раз больше, чем у крупнейших современных стрекоз.

Эти гигантские насекомые жили в эпоху, когда атмосфера Земли содержала больше кислорода, чем сегодня: около 30% против современных 21%.

Поскольку крупные летающие насекомые существовали в условиях высокого содержания кислорода, ученые предположили, что им требовались такие высокие внешние уровни кислорода, чтобы обеспечивать быстрое сгорание энергии во время полета.

В новом исследовании, опубликованном сегодня в Nature, мы изучили мышцы десятков современных летающих насекомых и сделали удивительное открытие: нет причин, по которым грифинфлай не смог бы выжить в атмосфере сегодняшнего дня.

Строение дыхательной системы насекомых при полете

Полёт требует энергии больше, чем бег или плавание, потому что машущий крыльями летун должен постоянно работать против гравитации, чтобы оставаться в воздухе.

Соответственно, полётные мышцы потребляют много кислорода, а скорость потребления кислорода возрастает примерно пропорционально массе летуна. Самая высокая скорость потребления кислорода на грамм среди любых известных тканей наблюдается у летающей пчелы.

К полётным мышцам кислород подводится через «трахеальную систему» — древовидную разветвлённую систему воздушных трубок, которые приводят к самым мелким ответвлениям, называемым «трахеолами» (tracheoles), где кислород поступает в мышечную ткань.

Каждая трахеола — тупиковый конец, то есть кислород, доставленный в мышцу, перемещается главным образом за счёт диффузии. Сначала он диффундирует через воздух внутри каждой трахеолы, а затем — через саму мышечную ткань.

Старая гипотеза

В современных насекомых уровни кислорода рядом с митохондриями, которые потребляют кислород и обеспечивают работу полётной мышцы, очень близки к нулю. Это означает, что структура трахеальной системы была просто достаточной, чтобы снабжать достаточным количеством кислорода.

Более крупному насекомому требовалось бы больше кислорода, что означало бы большую движущую силу для диффузии, а это, в свою очередь, означало бы больше кислорода в атмосфере Земли.

Идея о том, что структура и функция трахеальной системы насекомых ограничивают размер тела, господствовала в течение последних 30 лет и фигурирует в учебниках.

Наш интерес к этой теории возник 15 лет назад, когда мы посмотрели тонкие срезы полётной мышцы у саранчи. Трахеолы, появлявшиеся между и внутри мышечных волокон, были немногочисленны и занимали лишь около 1% площади по сравнению с митохондриями, которые занимали примерно 20%.

Новые данные

Сначала мы думали, что всё, что должно сделать насекомое, чтобы увеличить доставку кислорода, — это увеличить число трахеол. В конце концов, именно здесь кислород поступает к митохондриям.

Чтобы убедиться, что саранча не является исключением, и чтобы правильно понять эффект размера тела, мы измерили 44 вида летающих насекомых с разной массой тела и разными скоростями метаболизма. Проект потребовал пять лет и 1,320 трансмиссионных электронных микрофотографий.

Но результаты были по сути теми же: трахеолы занимали лишь около 1% поперечного сечения полётных мышц независимо от размера тела. В отличие от этого, заполненные кровью капилляры в полётной и сердечной тканях некоторых птиц и млекопитающих занимают около 10% площади.

Это показывает, что есть достаточно возможностей увеличить число и объём трахеол, не ослабляя мышцу. Следовательно, структура трахеальной системы не является важным ограничением размера тела.

Данные, полученные на развивающихся насекомых, показывают, что насекомые могут увеличивать число трахеол в полётных мышцах при более низких уровнях кислорода, и они передают эту особенность своим потомкам. Вывод таков, что размер тела летающих насекомых никогда не ограничивался структурой или функцией их трахеальных систем.

Нет физиологической причины, по которой насекомые размером с грифинфлай не могли бы летать в атмосфере сегодняшнего дня. И всё же их сегодня не существует.

Более простые причины могут заключаться в том, что более крупные виды животных более подвержены вымиранию, чем более мелкие — а 300 миллионов лет назад у грифинфлай не было хищников ни среди птиц, ни среди млекопитающих, за которыми нужно было бы следить.

MENAFN25032026000199003603ID1110907650