Когда мы представляем себе древних насекомых, то в воображении возникают огромные стрекозы, парящие среди каменноугольного ландшафта.
Но оказывается, не все насекомые в то время были такими гигантами. В их тени до сих пор оставались мелкие представители этого класса.
По понятным причинам их было очень трудно обнаружить, и они ускользали от внимания палеонтологов. Теперь ученые доказали, что 300 млн лет назад мелкие насекомые жили и, более того, представляли собой невиданное до сих пор разнообразие видов.
Международная группа энтомологов из Франции, Германии, Чехии, США и России опубликовала свое открытие в последнем выпуске журнала Nature. Среди авторов статьи российские ученые Александр Кирейчук из Зоологического института РАН в Санкт-Петербурге и Александр Прокин из Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН.
Как и многие другие открытия новых видов, происходящие в наше время, оно до поры до времени лежало в коллекциях музеев Франции и Германии, на полке коллекции в Музее естественной истории в Париже . А некоторые экземпляры собраны всего лишь в прошлом году. Мелких насекомых ученым удалось обнаружить после того, как они пересмотрели под микроскопом мельчайшие кусочки камней каменноугольного периода, найденных на территории Франции и Германии. На камнях из музейной коллекции содержались отпечатки взрослых особей и личинок. Все эти существа были мелкими, с размахом крыльев от 4 до 14 мм.
Эта вымершая группа насекомых оказалась чрезвычайно разнообразна по числу видов.
Происхождение основных групп насекомых до сих пор остается предметом дискуссий у специалистов, которые теперь проверяют энтомологические знания молекулярно-генетическими данными. Но даже недавно проведенный молекулярно-генетический анализ оставил довольно большое расхождение в датировке возникновения большой группы насекомых (клада Holometabola, насекомые с полным превращением, которые в жизненном цикле проходят через стадии личинки, куколки и имаго) – от середины девонского периода средней девонской эпохи (391 млн лет назад) до поздней пенсильванской эпохи пенсильванского времени карбона (311 млн лет назад).
В течение этого времени условия на нашей планете сильно изменялись, температура снижалась, а суша покрывалась лесами.
Сведения о насекомых этого периода до сих пор были неполны, и среди существовавших находок были некоторые, претендовавшие на общего предка всех Holometabola. Теперь же знания об энтомофауне того далекого времени существенно расширились.
Среди изученных экземпляров энтомологи описали представителя предков перепончатокрылых (муравьи, пчелы, осы), жуков, группы Paraneoptera, включающей сеноедов, вшей, трипсов и клопов, и группы Polyneoptera, к которой относятся веснянки, уховертки, прямокрылые (кузнечики, саранча) и тараканы.
Основной вывод, сделанный энтомологами из анализа музейных окаменелостей, состоит в том, что около 300 млн лет назад на нашей планете одновременно жили самые разнообразные насекомые. Ученые думают, что этот взрыв разнообразия был, вероятно, связан с эпизодами вызванной ледником сухости климата и сменой растительности.
Биологи считают, что в каменноугольном периоде сосуществовали как очень крупные насекомые, с размахом крыльев до 30 см, так и очень мелкие, с размахом крыльев 4 мм и меньше. В то же время ныне живущие насекомые по размаху крыльев находятся где-то посередине.
Подробнее об открытии «Газете.Ru» рассказал участник исследования и соавтор статьи в Nature, главный научный сотрудник Зоологического института и профессор Национального музея естественной истории в Париже, доктор биологических наук Александр Кирейчук.
— Какое значение имеет ваше открытие большого разнообразия мелких насекомых в карбоне?
— Долгое время в отложениях карбона находились только крупные крылатые насекомые, называемые палеоптероидными и полинеоптероидными, и считалось, что мелкие насекомые, относящиеся к другим надотрядам, появились позднее — только в пермском периоде, следующем за каменноугольным. Это обстоятельство находило и физические объяснения, связанные с содержанием углекислого газа в атмосфере, которое определяло особенности физиологии дыхания насекомых. В последние годы начали публиковаться отдельные сведения, не согласующиеся с такой трактовкой. В статье, которая вышла в Nature, описаны мелкие насекомые, которых следует относить к группам, считавшимся более молодыми. В ней описаны четыре вида из московского века среднего карбона и один вид из гжельского века верхнего карбона.
Это показывает, что последние не столь уж молоды и возникли в карбоне, но какое-то время находились в тени процветающих в то время крупных палеоптероидных и полинеоптероидных насекомых.
— Являются ли эти насекомые непосредственными предками современных насекомых?
— В задачи систематики входит и определение уровня родства между отдельными группами организмов. Описанные формы достаточно обособлены от всех ныне живущих групп, и поэтому для каждой из них предложено новое семейство. Тем не менее все эти семейства принадлежат к эволюционным линиям, ведущим к отрядам, очень многочисленным в современной фауне.
Являются ли вновь описанные группы непосредственными предками современных групп, говорить пока очень сложно.
Большинство из них, по-видимому, были ветвями филогенетического древа, которые вымерли до мезозоя. То есть в данном случае можно говорить лишь об относительном родстве, которое прояснится по мере проведения дальнейших исследований мелких насекомых карбона и их квалифицированного описания.
— Как проходили исследования в составе международной группы авторов?
— Я являюсь главным научным сотрудником Зоологического института РАН в Петербурге, а также профессором Национального музея естественной истории в Париже. И поэтому время от времени провожу исследования во Франции. Изученные экземпляры происходят из французских захоронений, которые хранятся в Национальном музее естественной истории (один отпечаток) и Геологическом музее Деказвиля (три отпечатка), хотя отпечатки одной описанной в статье личинки, хранящиеся Шелербергском музее Писберга (Нижняя Саксония), найдены в антраците Германии.
Современные палеонтологические исследования в большинстве случаев проводятся благодаря усилиям многих специалистов, потому что они предполагают использование знаний из многих областей биологии и геологии.
Кроме того, нередко приходится использовать оборудование, которое требует высококвалифицированного обслуживания. Даже сбор материала для исследований представляет достаточно квалифицированное дело, требующее хорошего знания и большого многолетнего опыта. И не всегда можно определить долю участия в подготовке публикации каждого из соавторов. Именно этим объясняется привлечение исследователей разных стран. Первичные описания были подготовлены моим парижским коллегой профессором Андре Нелем (три вида) и мной (два вида), однако другие коллеги из разных стран внесли существенный вклад в отдельные описания и сделали многие существенные уточнения, позволившие подготовить обобщающую статью, интересную для широкой научной общественности и опубликованную в Nature, тогда как самое главное — описания и их обсуждение, интересные большей частью для специалистов, — помещено в дополнительные материалы.
— Российская Академия наук сейчас переживает стадию реформы. Как этот процесс влияет на Зоологический институт, в котором вы работаете?
— Я пока слежу за происходящим в ЗИНе на расстоянии, но ситуация весьма тревожная и в этом старейшем академическом институте страны, имеющем огромнейший авторитет во всем мире, который был заслужен многими достижениями и большим вкладом в отечественную и мировую науку...