Им 250 миллионов лет

Очень долго, от самого начала образования Земли как планеты, суша была почти необитаема. Жизнь существовала преимущественно в морях и океанах, в устьях рек и в лагунах. Только некоторые низкоорганизованные существа - водоросли, бактерии и, может быть, лишайники - покрывали тонкой пленкой сырые скалы.

Но пришло время, когда среди выбросов водорослей на морских берегах и в низовьях рек появились первые наземные растения и животные. Их было еще совсем немного - это водорослеподобные кустики псилофитов, мелкие рачки, кольчатые черви, моллюски, а из позвоночных животных - примитивные амфибии. У всех у них в процессе жестокого естественного отбора формировались сходные приспособления к жизни на суше и прежде всего - к потреблению кислорода непосредственно из атмосферы. А для этого необходимо было иметь особые органы дыхания, находящиеся не на поверхности тела, так как в этом случае они быстро высыхали бы, а погруженные внутрь. И такие органы в виде легких появились у земноводных, моллюсков, паукообразных и мокриц. Возникли в это время и насекомые, дышащие при помощи трахей - тонких сильно ветвящихся трубочек, через которые кислород воздуха поступает к каждому участку тела насекомого, а наружу выделяется ненужный организму углекислый газ.

Это произошло 250 миллионов лет назад. Чтобы наглядно представить себе, как давно это было, изобразим историю культуры человечества, начиная с древнейших государств Ближнего Востока, линией длиной в один сантиметр. Тогда та эпоха, когда появились первые насекомые, должна составлять более полукилометра.

И несмотря на, казалось бы, столь огромное прошедшее с той поры время, древние насекомые (как целые, так и их части, попавшие в осадочные слои земной коры 220-240 миллионов лет назад, а именно в конце палеозойской эры) очень мало отличались от современных. Тогда ужо были и тараканы, и стрекозы,...

(В книге-источнике отсутствуют страницы: 7-10)

...Далее, малые размеры позволяют насекомым и некоторым другим животным длительно существовать на месте, питаясь одним экземпляром растения или же в значительном слое однородной живой листвы от нижних ветвей до вершин деревьев. Это способствует их пищевой специализации, питанию одним видом растений, что в большинстве случаев оказывается выгодным, поскольку облегчает и ускоряет механическую и химическую обработку пищи. Итак, мелкие растительноядные животные при минимуме движений и соответственно небольшом расходе энергии могут добыть и использовать максимум пищи.

Рис. 3. Навозные жуки, как и другие насекомые, одеты сплошным панцирем

Расход энергии у мелких животных уменьшается и вследствие того, что им не нужно преодолевать гравитацию и большие силы инерции. Последнее обеспечивает возможность легко и мгновенно менять скорость и направление движения.

Конечно, малая величина имеет и известные недостатки, прежде всего, быструю потерю телом животного тепла и влаги. Но избыток пищи, а также интенсивное поглощение солнечных лучей восполняют потерянное животным тепло, тогда как влажность пищи или же содержание в сухой пище химически связанной воды компенсируют испарение. К тому же при небольшом теле животные легко могут укрыться от холода и сухости в почву, в рыхлые растительные остатки или в ткани живых растений, где они находят нередко оптимум не только влаги, но и питания. Но при слишком малых размерах тела молекулярные силы уже не помогают животному, а начинают действовать во вред ему. Поэтому наиболее мелкие насекомые двигаются мало, часто их просто переносит ветром, они предпочитают селиться в более постоянных условиях питания, температуры и влажности, то есть в среде не такой уж характерной для суши. Возможно, но этой причине средние размеры насекомых больше, чем средние размеры позвоночных животных.

Итак, размеры насекомых (и не только растительноядных, но и питающихся животной пищей) не случайны, они обусловлены совместным действием ряда физических и биологических факторов, определяющих выгодность наблюдающихся размеров этих организмов.

Теперь перейдем к рассмотрению особенностей наружных покровов насекомых. Оказывается, что свойственная насекомым прочность этих покровов, наличие у них "наружного скелета" в значительной мере связаны с небольшими размерами тела. В воздушной среде, то есть при сильном действии гравитация, насекомые из-за малых размеров вполне могут иметь такой скелет - он является и легким и в то же время очень прочным. Наружный скелет надежно предохраняет внутренние органы насекомых от механических повреждений при движениях, а в ряде случаев и от врагов. Но, что самое основное, такой покров хорошо защищает небольшое тело насекомого от испарения воды в окружающую среду и от вредных химических веществ. Ведь вследствие малой величины тела площадь его поверхности у каждого насекомого относительно очень велика. Поэтому, если бы у насекомых не было почти сплошного панциря, одевающего все тело, химические вещества, в том числе и вода, свободно, быстро и бесконтрольно проникали бы внутрь тела, так же как и терялись бы им.

Наружный покров тела насекомых состоит из нескольких слоев. Основу его составляет прокутикула из хитина и белков. Она эластична, очень стойка против действия щелочей, спиртов, эфиров и слабых кислот. При соединении с дубильными веществами белки прокутикулы сильно уплотняются и гибкость ее уменьшается - образуется прочный панцирь. Такое уплотнение прокутикулы характерно для больших участков наружного покрова, между которыми она остается эластичной. Все ото обеспечивает подвижность частей тела насекомых - головы, челюстей, усиков, ног, крыльев, отделов средней части тела- торакса, а также сегментов брюшка. Максимально тело насекомых состоит из 200-250 подвижных частей, но обычно эластичные Промежутки между некоторыми из них исчезают, отдельные части как бы сливаются между собой и поэтому количество подвижных участков тела уменьшается нередко до 60-80.

Наиболее уплотнен покров тех участков тела насекомых, которые непосредственно соприкасаются с окружающей средой, особенно на голове, на тораксе, отчасти на брюшке и на ногах. Уплотнение покрова головы и торакса у насекомых, кроме того, вызвано и тем, что изнутри к нему прикрепляются многочисленные мышцы, приводящие в движение челюсти, крылья и ноги.

У открыто живущих насекомых прокутикула покрыта снаружи тончайшим слоем эпикутикулы, в состав которой входят воск и липоиды. Благодаря этим веществам эпикутикула не смачивается водой и не пропускает воду через себя. Это имеет огромное значение для защиты открыто живущих насекомых от высыхания. У насекомых, обитающих в почве и в воде, эпикутикула, как правило, отсутствует.

Наконец, под прокутикулой расположен слой гиподермальных клеток, то есть собственно кожа, в процессе многократно повторяющейся линьки, образующая каждый раз новый наружный скелет, состоящий из неклеточных прокутикулярного и эпикутикулярного слоев. Так как в момент линьки насекомые лишаются прочного панциря, защищающего от испарения, вредных химических веществ и врагов, то линяют они обычно во влажных укромных местах - в щелях, в почве, под камнями или в лесной подстилке.

Одно из замечательных свойств и преимуществ наружного скелета у насекомых заключается не только в том, что он одновременно совмещает в себе опору для внутренних органов и их защиту от внешних нежелательных воздействий, но и в том, что он непосредственно контактирует с внешней средой. Тем самым функции внутренних органов насекомых оказываются вне случайных помех со стороны внешней среды. Нечто подобное мы встречаем и у позвоночных, у которых легко травмируемые органы заключены в череп и грудную клетку. Но при этом у насекомых, как и у других членистоногих, наружный скелет выполняет и разнообразнейшие динамические функции. Например, сильно уплотненные челюсти успешно выполняют функцию добывания и механической обработки пищи, даже весьма твердой. Утолщение и уплотнение скелета передних голеней позволяют насекомым легко продвигаться в толще глинистой почвы. За счет своеобразного устройства участков наружного покрова насекомые издают громкие звуки, привлекающие особей противоположного пола или же отпугивающие врагов. Такие звуки издают кузнечики, сверчки и медведки, саранчовые, цикады и некоторые другие насекомые (жуки, водные клопы и даже бабочки).

Бесконечное разнообразие окраски насекомых связано прежде всего с неодинаковым химическим составом, плотностью и тонкой внутренней структурой наружного скелета. На поверхности скелета у насекомых обычны и различные неровности - от мельчайших ямок и штрихов до мощных и причудливых выростов на голове, переднее пинке, щитке, ногах или брюшных сегментах. Нередко поверхность тела насекомых густо покрыта волосками или чешуйками. Как окраска, так и скульптура покровов насекомых имеют важное и разнообразное значение в их жизни. Окраска покровов у насекомых регулирует тепловой обмен тела с внешней средой, защищает их от врагов или же помогает некоторым из них опознавать особей своего вида.

Самое важное при всем этом заключается в том, что у насекомых и других членистоногих открываются почти неограниченные эволюционные возможности для формообразования, причем их внутренние органы как бы устраняются от необходимости сколько-нибудь быстро эволюционировать. Этим в какой-то мере можно объяснить исключительно большое систематическое разнообразие насекомых (отчасти и других членистоногих - ракообразных, клещей, пауков), их легкую приспособляемость к исторически изменяющимся условиям, высокую специализацию ротового аппарата, ног и крыльев, а также очень полное овладение насекомыми наземной средой. В общем следует сказать, что эволюция насекомых идет в значительной море за смет изменения их наружного скелета. Поэтому, если судить по внутреннему строению, то класс насекомых в основном соответствует классам позвоночных животных, но если оценивать огромное различие частей наружного скелета насекомых и процесс его образования в индивидуальной жизни этих животных, то класс насекомых, пожалуй, соответствует всем тетраподам, то есть амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим вместе взятым. Причем не исключено, что к ним нужно присоединить и остальных хордовых животных; таким образом, класс насекомых будет почти равноценен типу хордовых и в то же время гораздо богаче видами.