Текст книги "Причуды эволюции"

Каким было самое крупное паукообразное за всю историю планеты

Пауками любят пугать в книгах фэнтези и ужастиках. Вид у них действительно не самый привлекательный. Но нас хотя бы радует, что в наше время и в умеренном климате пауки очень маленькие. Пауки, не обладая скелетом, практически не оставляют следов в истории нашей планеты. Не получится изучить паука по скелету, как, скажем, динозавров. И материал по паукам с древних времен накоплен крайне скудный. И все-таки кое-какая информация сохранилась. Кроме отпечатков, до ученых спустя миллионы лет дошли прекрасно сохранившиеся в янтаре экземпляры. У них, в отличие от современных пауков, был длинный хвост. Ученые, тщательно изучив останки, пришли к выводу, что этот хвост был необходим пауку, чтобы собирать информацию об окружающем мире.

Первые же паукообразные появились 380 миллионов лет назад. Тогда пауки тоже могли производить паучий шелк. Однако не плели из него паутину, а использовали для заворачивания яиц и строительства жилищ. И только спустя сотни миллионов лет эволюции пауки научились использовать секрет своих желез, чтобы плести паутину. В длину они не превышали трех сантиметров. Самый крупный паук в истории планеты – вероятно, наш с вами современник – голиаф-птицелов из предыдущей главы. Но вот до самого крупного паукообразного в истории планеты ему очень далеко.

В период между 350 и 450 миллионами лет назад на поверхности планеты доминировали гигантские скорпионы. Самые крупные из них вырастали до одного метра. Лидером был так называемый бронтоскорпио. Он же, по-научному, Brontoscorpio anglicus. Но и этот скорпион еще не рекордсмен. В океане жили монстры и пострашнее. Более 400 миллионов лет назад высшим звеном в пищевой цепочке были ракоскорпионы.

Ракоскорпионы – братья паукообразных, так как относятся к одному с ними подтипу – хелицеровые. Вот этот монстр – самый крупный ракоскорпион якелоптерус (Jaekelopterus rhenaniae). С гордостью носит титул самого крупного членистоногого в истории нашей планеты. То есть обошел не только пауков, но и насекомых с многоножками. В длину вырастал до 2,6 метра. Довольно проворный и с хорошим зрением. Как и современные мечехвосты, он имел специфические глаза. Они усиливали контрастность объектов, что было важно в условиях плохой видимости. Предпочитал мелководье.

А возможны ли гигантские пауки в теории? Например, как знаменитая паучиха Шелоб из «Властелина колец». Крайне маловероятно. По крайней мере, не в условиях нашей планеты. Во-первых, ограничения из-за отсутствия скелета. Растущий паук не смог бы пережить даже первую линьку: его панцирь не меняется в размере, и паук его сбрасывает. Во-вторых, что более важно, у пауков питательные вещества и кислород доставляются к клеткам особым образом.

Пауки дышат через отверстия в нижней части брюшка. Воздух медленно транспортируется в каждую клетку организма. Так же и с водой. И чем больше размер паука (соответственно, больше клеток), тем быстрее идет потеря воды и ощущается нехватка кислорода. Так что, даже если бы паук сумел пережить линьку, он бы задохнулся или погиб от обезвоживания. В более влажном климате, насыщенном кислородом, шансов увеличиться в размерах у пауков было бы больше. А вот у их двоюродных братьев – насекомых и многоножек – такой шанс был. И они им воспользовались!

Почему сейчас нет крошечных зверей и гигантских насекомых

На нашей планете уже существовали гигантские насекомые и многоножки. Например, гигантские артроплевры, которые вырастали в длину до двух с половиной метров. По мнению ученых, гигантские многоножки были всеядны, хотя и предпочитали растительную пищу. Съедали до тонны растительности в год.

Еще более известные – гигантские стрекозы с размахом крыльев до 65 сантиметров. Но это было в доисторические времена, и больше таких насекомых не появилось. В чем же причина? Период господства гигантских насекомых был недолгим – они вымерли в палеозое 298 миллионов лет назад и даже не застали динозавров.

Главная проблема насекомых – у них принципиально другая сердечно-сосудистая система. Их гемолимфа находится в полости и не разносится по сосудам. Кислород в ткани у насекомых переносит развитая система трахей. И скорость попадания кислорода из воздуха в гемолимфу зависит от концентрации кислорода в воздухе. Чем кислорода больше, тем этот процесс эффективнее. Отсюда приходим к логичному выводу – 300 миллионов лет назад концентрация кислорода была гораздо выше! По оценкам ученых, доля кислорода в воздухе в то время достигала 35 % по сравнению с нынешними 21 %.

Есть и второе ограничение – экзоскелет. Насекомые сбрасывают его и наращивают новый. Сделать это гигантам очень трудно. Сейчас потребность в экзоскелете велика, так как хищников вокруг много. Раньше же естественных врагов у крупных насекомых не было. Да и как его сбросишь, если давно перерос? Конечно, и сейчас есть гигантское насекомое – палочник, который вырастает до 35 сантиметров. Но ему удается обойти физические ограничения, потому что он очень-очень тонкий.

Интересный факт

Горбатки – уникальные насекомые, отличительной чертой которых является «шлем». Это причудливый вырост на спине, происхождение которого долго было загадкой для ученых. «Шлемы» горбаткам очень полезны. С их помощью они защищаются от насекомых-паразитов. Также «шлемами» они отпугивают насекомых-хищников, ведь эта конструкция увеличивает их габариты. Часто «шлем» по размерам превосходит само насекомое. Причем вид «шлема» сильно различается в зависимости от места обитания горбатки. Иногда он может напоминать опасного муравья или осу. В общем, что-то максимально страшное для потенциального хищника. У некоторых горбаток «шлем» служит для маскировки.

Позднее ученые выяснили, что «шлем» вырос из зачатков крыльев. Эти дополнительные крылья были не нужны, потому и не развились. Зато из них появились наросты причудливой формы, которые оказались полезными для выживания. Интереснейший пример эволюции, который показывает, как в природе даже самое бесполезное может неожиданно пригодиться!

А что с млекопитающими? Почему бы им не уменьшиться до размеров муравьев? Тут есть другие ограничения по физическим параметрам, но уже с нижней границы. Млекопитающие теплокровны. И чем меньше размер, тем больше меняется отношение тепловых потерь к производству тепла.

Крошечные млекопитающие не смогли бы есть так быстро, чтобы сохранить нужную температуру. Теоретически можно было бы стать микрокоровой и постоянно жевать. Но на такую микрокорову нашлась бы масса хищников среди тех же насекомых. Они контролируют эту экологическую нишу гораздо эффективнее. А крошечный хищный зверь (условный микроволк) не смог бы найти себе питание в нужном количестве и неизбежно проиграл бы насекомым в борьбе за экологическую нишу. Поэтому нижний предел для млекопитающих – землеройка-бурозубка, длина которой 5 сантиметров, а вес всего 3 грамма. Землеройки всеядны, но предпочитают есть насекомых и их личинок. И питаться они вынуждены постоянно. Такие землеройки едят 78 раз в сутки! Бурозубки погибают без пищи всего через 6 часов.

Некоторые насекомые столь прекрасны, что хотелось бы, чтобы они были крупнее. Чтобы наслаждаться их видом и подкармливать сладостями. Да-да, я говорю о бабочках! Как же они получили свою красоту? Ведь это не самое выгодное свойство в природе. Яркие животные лучше заметны и могут стать добычей для хищников. Но не все так просто.

Яркость – сестра таланта! Если ты, конечно, бабочка

В детстве я всегда удивлялся, как в процессе эволюции у бабочек появились яркие крылья. Разве им не нужна маскировка против хищников? В природе окраска должна либо помогать животному скрываться за счет слияния с окружающей средой. Либо яркостью сигнализировать всем остальным: «Я – ядовит! Нельзя меня есть!»

Но в природе есть и куда более причудливые варианты. К примеру, бабочки. Большинство бабочек не ядовиты. Однако раскраска у многих из них очень яркая, и она действительно помогает им выживать в природе. Какие же стратегии они используют в борьбе с хищниками?

Бабочки проводят много времени среди ярких и разноцветных цветов, поэтому у некоторых видов разноцветные крылья служат камуфляжем. Например, лимонницу не так легко заметить на желтых цветках. Очевидное объяснение. Но оно затрагивает лишь небольшую часть этих насекомых.

Интересный факт

Как вы думаете, почему бабочки часто сидят на крокодилах? На самом деле бабочки питаются крокодиловыми слезами. В тропиках это важный источник соли. Крокодилы с помощью слез избавляются от излишков соли в организме.

Некоторые бабочки токсичны или неприятны на вкус. У них развились яркие красочные крылья, чтобы трубить всем вокруг об этом факте и удерживать хищников от нападения. Лжедмитрий был не только у людей. Свои хитрости есть и в мире животных. Причем, в отличие от знаменитого самозванца, в природе выдавать себя за другого получается куда эффективнее.

Вы слышали о бабочках-монархах? Это насекомые, которые питаются ядовитым молочаем и сами становятся ядовитыми. Птицы, которые пытаются их съесть, сразу выплевывают бабочек, так как на вкус они ужасны. У монархов заметные ярко окрашенные крылья. Это сигнал для птиц, которые избегают монархов.

Бабочка наместник – наместник (англ. viceroy) не токсична и вполне съедобна. Но она эволюционировала, чтобы выглядеть как бабочка монарх (англ. monarch). Наместники абсолютно беззащитны, но никто их не ест!

Интересный факт

Бабочки пробуют растения на вкус лапками. Да-да, у них вкусовые рецепторы, аналогичные вкусовым сосочкам на языке человека, расположены на лапках.

Эти рецепторы в 200 раз сильнее человеческих. И нужно это не для питания. С их помощью бабочки «пробуют» среду, в которой будут отложены яйца. Им важно понять, нет ли тут токсинов или каких-либо вредных веществ, которые могут угрожать будущему потомству. Многие растения вырабатывают токсины, чтобы защититься от насекомых. И если бабочка ошибется с выбором – ее потомство погибнет. Будущим гусеницам потом этими листьями нужно питаться. Сами же бабочки не едят, они только пьют нектар с помощью специальных хоботков. Есть даже те, у кого хоботки атрофированы. И такие бабочки в принципе никогда не едят за всю свою жизнь. А питаются только жировыми запасами, которые они накопили, пока были гусеницами.

Они рискуют ради продолжения рода. Ведь многие бабочки получают преимущество в размножении – они выглядят более привлекательными половыми партнерами. Да, яркие бабочки с большей вероятностью будут съедены. Но они и с большей вероятностью передадут свои гены. Увеличение числа особей работает им на пользу. Значит, такое поведение и внешний вид закрепляются в эволюции.

Тот же механизм есть и у павлина. Хвост павлина крайне неудобный. Хищник может за него схватить! Да и бегать с лишним грузом не очень комфортно. Но хвост так привлекает самок павлина, что это дает ему преимущество и позволяет оставить больше потомства.

Бабочка павлиний глаз широко распространена в Европе и Азии. Наверняка вы ее видели в живой природе! Бабочка очень яркая, но ни под кого не маскируется, хорошо заметна хищнику издалека. В чем же ее фишка? Обратите внимание на пятна на крыльях. Они напоминают глаза! Потенциальный хищник принимает их за монстра – крупное и опасное животное! И не рискует нападать на эту бабочку, хотя она абсолютно беззащитна!

Что ж, мы рассмотрели самых ярких бабочек, которые в ходе эволюции стали пестрыми не просто так. А выработали свой яркий цвет как защитный механизм. Но есть и другие типы бабочек. Куда менее яркие, но оттого ничуть не менее интересные!

Эта бабочка – настоящий тропический генерал. Только украсила себя не звездами на плечах, а мухами! Зачем ей это нужно? По-русски бабочку называют серпокрылкой мухоносной. А по-научному – Macrocilix maia, которая принадлежит семейству серпокрылок. Этому семейству бабочек нужна защита, поживиться ими охотников хоть отбавляй. Тельце у серпокрылок тонкое, а вот крылья широкие. Обычно эти бабочки пытаются максимально слиться с внешней средой. Поэтому и крылья они «красят» под цвет древесного ствола. Но тропическая бабочка пошла по другому пути. Зачем маскироваться, если можно… вызвать отвращение! Красивая бабочка с крыльями кремового цвета придумала в ходе эволюции хитрый способ защиты. Она украсила крылья изображением двух мух. И (надеюсь, вы сейчас не за столом) вокруг этих мух – коричневый ореол. Издалека выглядит так, будто две мухи копаются в птичьем помете.

Для птиц, питающихся насекомыми, такие мухи отвратительны. Они считают (и не без основания), что такие мухи могут быть переносчиками болезней, и не нападают на них. Для надежности в ходе эволюции бабочка переняла и характерный специфический запах. В принципе, камуфляж для насекомых – распространенная история. Слиться с корой дерева, притвориться листиком. Ядовитые насекомые используют яркий окрас, чтобы птицы знали, что связываться с ними опасно. Но вот такой откровенный вызов – явление в природе очень редкое.

Это как будто ты богатый, идешь ночью по криминальному району и боишься грабителей. Можно поигрывать пистолетом в руках, но есть риск, что задержит полиция. Можешь нарастить бицепсы – но если у грабителей бицухи не меньше и есть кастет? Все просто – притворись бомжом. Никто не тронет!

Южноамериканская бабочка-листокрылка превосходно имитирует мертвые, засохшие листья. Бабочка даже имитирует следы укусов насекомых! «Ну наконец-то идеальный камуфляж», – скажете вы и будете правы! Фантастическая маскировка, на зависть любому разведчику.

Любопытно, что такой окрас крыльев у бабочек только с нижней стороны. Складывая крылья, она маскируется под сухую листву. Идеально имитирует лист, включая прожилки и рельеф. Даже вблизи трудно заметить эту бабочку! А вот с внешней стороны листокрылка похожа на обычную яркую бабочку. У нее красивые крылья ярких расцветок с металлическим блеском.

Стекляннокрылая бабочка (greta oto) в ходе эволюции выработала уникальный механизм камуфляжа – прозрачные крылья! Живет на территории Латинской Америки, предпочитает тропические леса. Крылья выглядят очень тонкими, «воздушными». Однако впечатление обманчиво. Это одна из самых сильных бабочек в природе – может спокойно унести предмет, который в 40 раз превышает ее вес.

Кроме того, эти бабочки еще и выносливы. Очень любят путешествовать и пролетают до 20 километров в день со средней скоростью 13 километров в час. Красивыми в мире насекомых бывают не только бабочки. Хотите поспорить? Давайте! Начнем с этих красавцев жуков, которые всем нам знакомы с детства.

Почему божья коровка яркая и не маскируется

Яркая окраска божьих коровок напоминает потенциальным хищникам: «Я очень невкусная!» Насекомое выделяет едкую гемолимфу, крайне неприятную на вкус для птиц. Большую опасность, чем хищники, для божьих коровок представляют некоторые виды грибов, которые на них паразитируют.

Хищные виды божьих коровок полезны для человека – они эффективно борются с вредителями сельхозкультур. Очень любят есть тлю.

Божьи коровки ведут себя довольно нагло – они откладывают яйца прямо в колонии тли. И их личинки сразу получают кормовую базу. Поэтому для ученых они представляют особый интерес, чтобы разрабатывать естественные способы борьбы с вредителями. Однако бывают и божьи коровки – вредители. Например, вид божьих коровок Henosepilachna vigintioctomaculata, которые живут на Дальнем Востоке, в Китае, Японии и т. д., – опасен для картофеля. Они наносят вред картофелю не меньше колорадского жука.

Божья коровка может укусить! Но вы этого даже не заметите. Оказывается, божьи коровки пробуют на вкус любую новую поверхность. Но крайне аккуратно. Это будет не столько укус, сколько щипок челюстями. Она пытается понять, не вкусное ли вы насекомое? И как поймет, что нет, – потеряет к вам всякий интерес.

Есть такое заболевание – Coccinellidae. Это иррациональная боязнь божьих коровок. Что довольно странно, ведь это весьма безобидное насекомое (если вы, конечно, не фермер с картофельной плантации где-нибудь в Китае). При виде божьих коровок больные этим заболеванием резко вскакивают и убегают. И у них могут начаться панические атаки. Удивительно, но у страдающих от Coccinellidae, как правило, нет боязни других насекомых! Самый распространенный в нашей полосе вид божьих коровок имеет семь точек. Кстати, число пятен у божьих коровок не имеет никакой связи с возрастом. Это просто особенность каждого вида.

Божья коровка – не единственный цветастый оригинал в мире жуков. Есть еще один любопытный представитель, который умеет… менять цвет! Наш следующий герой тоже похож на крупное животное, куда больше чем корова. Ведь он – настоящий дракон, изрыгающий пламя!

Жук-бомбардир: огнедышащий дракон среди животных

Может ли животное развить способность дышать огнем, как дракон? Может, если это жук-бомбардир! Насекомые – лакомый кусок для других животных. По сути, это концентрированный белок, поэтому и звери, и птицы, и рептилии с удовольствием ими питаются. Поэтому каждое насекомое в ходе эволюции выработало свой защитный механизм. Уникальный в своем роде пример – жук-бомбардир, самые крупные представители которого вырастают до 3 сантиметров. Он не умеет мгновенно взлетать, покидая опасное место. Поэтому вынужден принимать защиту боем. Он защищается как дракон, – из желез выстреливает горячей смесью химических веществ. В момент выстрела температура этой смеси вырастает до 100 °C. А во время выстрела слышен громкий хлопок. Что удивительно – струя бьет точно в цель. У жука есть несколько резервуаров с химическими жидкостями, которые выделяют железы. В момент опасности он выплескивает их в единый резервуар, где происходит мгновенная химическая реакция. Далее жидкость выстреливает во врага со скоростью 10 метров в секунду.

Обычные враги жука – насекомые покрупнее – сгорают заживо в этой жидкости. Ее достаточно, чтобы ликвидировать муравья или прогнать лягушку. Животные покрупнее просто получают ожоги. Для человека жук-бомбардир серьезной угрозы не представляет. Самое опасное, что может ждать, – небольшие ожоги, которые заденут верхние слои кожи. Слишком уж он маленький для того, чтобы навредить человеку. Интересно, что механизм появления этого жука с точки зрения эволюции пока изучен слабо. Нет четкого понимания, как он сформировался. На Западе этого жука любят приводить в пример богословы. Такой сложный организм, по их мнению, не мог произойти в ходе эволюции, и его создал Бог. Ученые возражают: несмотря на то что в науке есть белые пятна, разобраться в них – вопрос времени.

Наш следующий персонаж знаком многим не понаслышке. Ведь это таракан – сосед человека. Эволюционно максимально прокачан и потому уничтожить его крайне трудно!

Интересный факт

Помните «живую песочную яму» из «Звездных войн»? Этого монстра зовут Сарлакк. И он скопирован с реального персонажа из мира насекомых – муравьиного льва.

Муравьиные львы – довольно крупные насекомые. Взрослые особи похожи на стрекозу с размахом крыльев 15 сантиметров.

Чтобы стать таким крупным насекомым, личинке нужно много есть. Поэтому личинки муравьиного льва выкапывают такую воронку и сидят на дне с открытым ртом.

В эти воронки попадают насекомые – чаще всего муравьи, за что «лев» и получил такое название. Они скатываются по стенкам воронки прямо в пасть хищника.

Броня крепка и лапки наши быстры

Тараканы очень живучи. Это известно каждому, кто пытался прихлопнуть их. Ученые досконально изучили характеристики таракана и теперь по их подобию производят эффективных и устойчивых роботов.

Тараканы выиграли эволюционный джекпот – многие особенности их генетики, репродуктивного цикла и физических характеристик играют важную роль в их живучести! Главная их особенность – твердые, но гибкие экзоскелеты. Все знают о силе муравьев, но у тараканов – своя сила, и ничуть не менее впечатляющая. Они чрезвычайно устойчивы к раздавливанию. Тараканы могут выдерживать нагрузки, в 900 раз превышающие массу их тела.

Экзоскелет таракана состоит из твердых гибких пластин, соединенных эластичными мембранами. Благодаря такой конструкции он перераспределяет давление, когда на него, например, наступили. По модели таракана даже строят экспериментальных мини-роботов. Весит такой робот менее одной десятой грамма и при этом может выдерживать вес около 60 килограммов, что в 1 миллион раз превышает его собственный вес.