Цивилизация
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.