Если бы насекомые были разумными существами и построили собственную цивилизацию, у них наверняка появилась бы собственная мифология. И в мифологии той, наверняка упоминался бы — как Золотой век — стародавняя «Эпоха титанов». Однако если античные титаны и циклопы всецело принадлежат к области человеческого воображения, то исполинские насекомые в прошлом действительно существовали, и нынешние стрекозы с полным на то основанием могут считать себя сильно измельчавшими потомками почти метровой меганевры.
Наибольших размеров насекомые достигли в карбоновом, или каменноугольном, периоде палеозойской эры, то есть 360–299 миллионов лет назад. Тем не менее после карбоновой эпохи они никогда не предпринимали попыток, по выражению экологов, «войти в крупный размерный класс» и достичь величины, сопоставимой с мелкими позвоночными.
Среди дышащих жабрами членистоногих достаточно крупноразмерные формы наличествуют как в прошлом, так в настоящем. Между тем среди наземных членистоногих, дышащих трахеями, особи больших размеров существовали лишь в позднем карбоне. Причем эти гиганты появились тогда не только среди собственно насекомых, как меганевра, но и среди многоножек — таковой была, например, почти полутораметровая артроплевра. А вот среди паукообразных, которые дышат не трахеями, а «легочными мешками», представляющими собой, так сказать, ввернутые внутрь тела жабры, никакого гигантизма в ту пору не наблюдается! Иными словами, «карбоновый гигантизм» характерен только для трахейнодышащих наземных членистоногих.
При жаберном и легочном дыхании атмосферный кислород доставляется к клеткам тела омывающей их кровью. А вот «кровь» насекомых — гемолимфа — лишена дыхательных пигментов (вроде нашего ярко-красного гемоглобина или синего гемоцианина моллюсков) и не участвует в переносе кислорода. Поэтому их дыхание осуществляется при помощи трахей — ветвящихся трубочек, непосредственно соединяющих клетки внутренних органов с воздушной средой. Воздух внутри трахейной трубки неподвижен — принудительной вентиляции нет.
Газ всегда устремляется из области высокого собственного давления в область низкого, именно благодаря этому механизму кислород поступает внутрь трахейной трубки, а углекислый газ выходит из нее. Такой механизм подачи кислорода жестко ограничивает длину трахейной трубки, максимальная протяженность которой (l) достаточно просто вычисляема «из физики». Поэтому максимальный размер тела самого насекомого не может превышать (в сечении) величины 2l, то есть при нынешнем уровне содержания кислорода в атмосфере — размеров куриного яйца: таковы самые крупные тропические жуки-голиафы.
Так что явление «карбонового гигантизма» насекомых и трахейнодышащих многоножек заставляет предположить, что в те времена доля кислорода в земной атмосфере (и уровень его давления) была выше, чем ныне.
Уровень содержания кислорода на планете стабилен (как он таким стал — тема отдельного поста) потому, что прямая и обратная реакции взаимно уравновешиваются. Сместить химическое равновесие можно, лишь выводя из реакции один из ее продуктов. В нашем случае — добиться увеличения выхода О2 в атмосфере можно, лишь необратимо изымая из нее восстановленный углерод. Таким образом, производство кислорода биосферой начинает превалировать над потреблением ею же этого газа, только если происходит захоронение в осадках (то есть изъятие из биологического круговорота) неокисленного органического вещества. Карбоновый (каменноугольный) период и есть время образования колоссальных запасов каменного угля, то есть время активного процесса захоронения в осадках и изъятия из биологического круговорота огромных масс неокисленного углерода — что незначительно
(в % соотношении) подняло количество кислорода, но дало значительный толчок к эволюции насекомых.
А самые неоспоримые доказательства того, что богатая кислородом среда приводит к гигантизму, дают опыты над фруктовыми мушками. Если они живут в атмосфере с чуть более высоким давлением и уровнем содержания кислорода, уже в пятом поколении мушки становятся на 15 процентов крупнее и тяжелее первого поколения.
Но что же потом привело к падению уровня кислорода до современных параметров и вслед за этим сокращению размеров насекомых? А ответ прост — Великое Пермское вымирание — самое массовое вымирание за всю историю жизни на планете. Потребовалось колоссальное количество кислорода для окислительных процессов в останках.
Пермское вымирание — является одной из крупнейших катастроф биосферы в истории Земли, которая привела к вымиранию 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных. Катастрофа стала единственным известным массовым вымиранием насекомых в результате которого вымерло около 57 % родов и 83 % видов всего класса насекомых. Ввиду утраты такого количества и разнообразия биологических видов восстановление биосферы заняло намного более длительный период времени по сравнению с другими катастрофами.