Текст
Светлана Ястребова
Если на Земле наступит апокалипсис, в живых останутся не люди. К невыносимым условиям могут приспособиться прежде всего бактерии. Они начинали жизнь на Земле, они же её и закончат. Но, быть может, и среди более сложных организмов есть кто-то, способный выжить практически в любых условиях?
Тихоходка - водный обитатель, которому неплохо и без воды
Где живёт: луга, пруды, озёра, пустыни, горячие источники, ледники, морское дно
Где выживет: пустыни, вулканы, ледники, открытый космос
Тардиграды, водяные медведи, тихоходки - это всё они. Для этих родственников насекомых и пауков поговорка «тише едешь - дальше будешь» работает безотказно. Взрослая тихоходка не вырастает крупнее 1,5 мм и чаще всего бывает не больше десятой доли миллиметра длиной. От тех, кто только что вылупился, такие животные отличаются лишь размером: число клеток у них не увеличивается, зато сами клетки растут во все стороны.
Название «водяной медведь» за характерную манеру двигаться дал этим животным Ладзаро Спалланцани - биолог, который опроверг зарождение жизни из неживой материи. И хотя многих, кроме уж самых отъявленных скептиков, его опровержение убедило, возможно, всё пошло бы иначе, если бы он пытался доказать свою правоту с помощью тихоходок. Они хоть и зарождаются, как и все остальные, из яиц, но прекрасно выживают в тех нечеловеческих условиях, которые не могут выдержать инфузории и червячки.
После того как тихоходок стали находить в горячих источниках и на морском дне, учёные задумались, не могут ли эти животные выдержать ещё более неприятные условия. В 1998 году в журнале Annual Review of Physiology вышла статья, где было показано, что тихоходки демонстрируют признаки жизни после 10 лет летаргии в сухом мху. В 2006 другая статья пополнила копилку фактов, рассказав ещё и о том, что один экземпляр из частной коллекции пошевелил лапкой после 120 лет в полной сухости. Однако эксперты усомнились в том, что это было проявление жизнедеятельности, а не зрительная иллюзия.
В том же 1998 году японцы Кунихиро Секи и Масато Тоёсима поместили обезвоженных тихоходок двух видов в микроконтейнеры, которые затем опустили в жидкий перфторуглеводород. Тихоходки 20 минут находились под давлением 600 мегапаскаль - в 6 раз больше, чем на дне Марианской впадины. После того как водяных медведей привели в чувства, оказалось, что 80 % животных одного и 95 % животных другого вида выжили. Все известные бактерии умирают ещё при давлении 200 мегапаскаль.
Однако самые впечатляющие способности тихоходок проявились, когда в 2007 они слетали на околоземную орбиту на биоспутнике Фотон-М3. Там взрослые водяные медведи и их яйца 10 дней провисели в ящичке на наружной стенке спутника без защиты от вакуума, прямого солнечного излучения и температуры открытого космоса (-272 °С). После такого испытания выжили 68 % животных, большинство затем вполне благополучно размножались. Яйца тихоходок, побывавшие в открытом космосе, по жизнеспособности вообще не отличались ото всех остальных. Бактерии, кстати, такой выносливостью не отличаются. А почему так могут тихоходки, пока непонятно.
Антарктический криль - жертва глобального потепления
Где живёт: приполярные воды около Антарктиды
Где выживет: в холодной морской воде (-1,3–3 °C), подо льдом
Ради кого действительно стоит остановить глобальное потепление, так это ради антарктического криля. Эти маленькие рачки длиной не больше мизинца в сумме весят больше, чем любой другой вид животных - 500, если не 700 миллионов тонн. Ими кормятся киты, тюлени, пингвины, альбатросы, рыбы-бородатки и даже кальмары. Сам антарктический криль безобиден для всех, кроме микроскопических водорослей.
В то время как большинство животных любит тепло и плохо себя чувствует, если первый снег выпадет не вовремя, антарктический криль страдает от того, что ему не дают сидеть подо льдом. Три четверти площади, на которой живут эти рачки, на зиму покрывается слоем льда. За счёт глобального потепления (и мы , есть оно или нет) эта зона постоянно сужается. Меж тем, личинкам антарктического криля для продолжения развития в какой-то момент обязательно надо закрепиться в норке или пещерке. Учитывая то, что эти рачки живут не у берегов и не у дна, а в толще воды в открытом океане, поры в ледяных пластах - это единственное, что хоть как-то может им помочь.
Конечно, если конец света пройдёт по сценарию глобального потепления, антарктическому крилю не выжить. Однако в случае ядерной зимы необычным рачкам вполне есть на что надеяться.
Помпейский червь - любитель числа 42
Где живёт: гидротермальные источники в Тихом океане
Где выживет: в морской воде до +50 °C
В отличие от антарктического криля, помпейский червь любит погорячее. Тридцать лет назад, когда это животное только открыли, думали, что червь, сидящий в трубочке у подводной горячей струи, в отличие от жителей злополучных Помпей, выдерживает температуру воды +60 °C и выше. Правда, проверить это в лаборатории было довольно трудно, потому что червь умирал, как только давление воды на него падало ниже определённой цифры.
Полтора года назад помпейского червя всё-таки вытащили из океана, не снижая давления, и поселили в Университете Пьера и Марии Кюри. Там аквариумы с несколькими животными нагрели до +55 °C, после чего все подопытные скоропостижно скончались. Молекулярно-биологические анализы показали, что помпейские черви не выжили бы в этих условиях даже в теории: у них просто нет механизмов защиты от таких температур. Конечно, такую термозащиту этим животным могли бы дать бактерии-симбионты, но их наличие в теле червя-экстремала пока не доказано достоверно.
Исследование продолжили на выживших червях, и его результаты показали, что оптимальная температура воды для этого вида +42 °C. Вот уж для кого 42 действительно ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и всего остального!
У помпейского червя есть одна уловка. Пока его хвост находится в горячей воде, голова высовывается из трубки и попадает в поток с температурой всего +22 °C. Так что, возможно, если нагреть это животное до +60 °C не целиком, а только в районе хвоста, оно вполне сможет выжить. Как бы то ни было, по сочетанию давления и температуры, которое помпейский червь может выдержать, его с чистой совестью можно поместить в список мастеров выживания.
Бракониды - будущие главные убийцы Fallout
Где живёт: все континенты, личинки - в организмах других насекомых
Где выживет: суша при облучении до 1800 Грей
Гриллоблаттиды - ночные альпинисты
Где живёт: ледники на высоте нескольких километров, мох, пространство под камнями в горах
Где выживет: там же
Эмблемой Сибири (а может, и России вообще) вполне мог бы стать гриллоблаттид. Вот только дело в том, что это бескрылое насекомое не так-то просто заметить: оно живёт в горах на поверхности снега и льда в Сибири, Японии и США и очень не любит находиться где-то ещё, погибая даже от того, что его просто держат в руке. К тому же гриллоблаттиды активны в основном ночью. (Их кузены из отряда тараканосверчков, гладиаторы, были открыты совсем недавно - в 2002 году. Они любят куда более тёплые места и встречаются в скалах Намибии и Танзании, где охотятся на других насекомых.)
Гриллоблаттиды лучше всего чувствуют себя при температуре от +1 °С до +4 °C. Если становится холоднее, у них появляется шанс замёрзнуть, поэтому насекомые прячутся под слоем снега или льда. Питаются гриллоблаттиды тем, что найдут, но предпочитают трупы насекомых опавшим листьям или другой растительной пище. Правда, остаётся загадкой, как они находят еду, учитывая то, что никакие другие насекомые на ледниках не живут, да и растительность там явно скудная.
Голый землекоп - человек будущего?
Где живёт: норы в саваннах Восточной Африки
Где выживет: местности с низким содержанием кислорода и высоким содержанием углекислого газа в воздухе
К сожалению, наши ближайшие родственники, млекопитающие, хоть и отличаются умом, но устойчивостью к неблагоприятным условиям не блещут. Впрочем, есть одно исключение - маленький сморщенный грызун вида голый землекоп. Каким-то образом он смог достичь практически всех основных целей, которые сейчас стоят перед человечеством, и обошёлся при этом без огромного мозга и развитой цивилизации.
Семья голого землекопа - царство матриархата, но отнюдь не обитель толерантности. Размножаться в группе из нескольких десятков особей может только главная самка и парочка достойных самцов. Голые землекопы не чувствуют боли: они не замечают действие кислоты, и их слизистые не раздражает перец. На зависть медикам и пенсионерам, сердца этих грызунов не стареют, и живут они 30 лет - в 10 раз дольше, чем другие животные такого же размера. Землекопы никогда не болеют раком. К тому же эти зверьки прекрасно подходят для подземных городов будущего: они предпочитают вообще никогда не высовываться из нор на поверхность и переносят без потерь отсутствие кислорода длительностью до получаса. Для сравнения можно сказать, что мозг человека погибает после 5–10 минут кислородного голодания, а необратимые изменения в отдельных областях этого органа начинаются уже на 2–3 минуте такого состояния.
Сегодня, 6 октября, отмечается Всемирный день охраны мест обитаний животных. В честь этого праздника предлагаем вам подборку из 5 животных, которые избрали своим домом места с самыми экстремальными условиями.
Живые организмы распространены по всей нашей планете, и многие из них обитают в местах с экстремальными условиями. Таких организмов называют экстремофилами. К ним относятся бактерии, археи и лишь немногие животные. О последних мы рассказываем в этой статье. 1. Помпейские черви . Эти глубоководные многощетинковые черви, не превышающие 13 см в длину, – одни из самых устойчивых к высоким температурам животных. Поэтому не удивительно, что обнаружить их можно исключительно на гидротермальных источниках на дне океанов (), из которых поступает высокоминерализованная горячая вода. Так, впервые колония помпейских червей была обнаружена в начале 1980-х годов на гидротермальных источниках в Тихом океане близ Галапагосских островов, а позднее, в 1997 году, – недалеко от Коста-Рики и снова на гидротермальных источниках.
Обычно помпейский червь размещает свое тело в трубообразных структурах черных курильщиков, где температура достигает 80°C, а свою голову с перьеобразными образованиями он высовывает наружу, где температура более низкая (около 22°C). Ученые давно стремятся понять, как помпейскому червю удается выдерживать такие экстремальные температуры. Исследования показали, что в этом ему помогают особые бактерии, которые образуют на спине червя слой толщиной до 1 см, напоминающий шерстяное покрывало. Находясь в симбиотических отношениях, черви выделяют слизь из крошечных желез на спине, которой кормятся бактерии, а последние в свою очередь изолируют тело животного от высоких температур. Считается, что эти бактерии обладают специальными белками, делающими возможной защиту червей и самих бактерий от высоких температур. 2. Гусеница Gynaephora . В Гренландии и Канаде обитает мотылек Gynaephora groenlandica, известный своей способностью выдерживать крайне низкую температуру. Так, обитая в холодном климате, гусеницы G. groenlandica, находясь в спячке, могут переносить температуру до -70° C! Это становится возможным благодаря соединениям (глицерин и бетаин), которые гусеницы начинают синтезировать в конце лета, когда температура понижается. Эти вещества предотвращают образование кристалликов льда в клетках животного и тем самым позволяют ему не замерзнуть насмерть.
Однако это не единственная особенность вида. Если для превращения из яиц во взрослую особь мотылькам большинства других видов требуется около месяца, развитие G. groenlandica может занять от 7 до 14 лет! Столь медленный рост Gynaephora groenlandica объясняется экстремальными условиями окружающей среды, в которых насекомому приходится развиваться. Интересно, что большую часть своей жизни гусеницы Gynaephora groenlandica проводят именно в спячке, а остальное время (около 5% своей жизни) они посвящают поеданию растительности, например, почек арктической ивы. 3. Нефтяные мухи . Это единственные из известных науке насекомых, которые могут жить в сырой нефти и питаться ей. Этот вид впервые был обнаружен на ранчо Ла-Брея в Калифорнии, где находится несколько битумных озер.
Авторы: Michael S. Caterino & Cristina Sandoval. Как известно, нефть является весьма токсичным веществом для большинства животных. Однако, будучи личинками, нефтяные мухи плавают вблизи нефтяной поверхности и дышат через особые дыхальца, которые выступают над нефтяной пленкой. Мухи поедают большое количество нефти, но главным образом насекомых, которые попадают в неё. Иногда кишечник мух бывает полностью заполнен нефтью. До сих пор учеными не описано брачное поведение этих мух, а также то, где они откладывают яйца. Тем не менее предполагается, что это происходит не внутри нефтяного бассейна.
Битумное озеро на ранчо Ла-Брея в Калифорнии. Интересно, что температура нефти в бассейне может достигать 38°C, однако личинки легко переносят эти изменения. 4. Артемии . Расположенное в северо-западной части американского штата Юта Большое Соленое озеро обладает соленостью, достигающей 270 промилле (для сравнения: самое соленое море Мирового океана - Красное море - имеет соленость только 41 промилле). Крайне высокая соленость водоема делает его непригодным для жизни всех живых существ в нем, кроме личинок мух-береговушек, некоторых водорослей и артемий – крошечных ракообразных.
Последние, к слову, обитают не только в этом озере, но и в других водоемах, соленость которых не ниже 60 промилле. Эта особенность позволяет артемии избежать сожительства с большинством видов хищников, таких как рыбы. Эти ракообразные обладают сегментированным телом с широким листоподобным придатком на конце, и обычно не превышают 12 миллиметров в длину. Их широко используют в качестве корма для аквариумных рыб, а также разводят в аквариумах. 5. Тихоходки . Эти крошечные создания, не превышающие 1 миллиметра в длину, - самые устойчивые к высоким температурам животные. Они обитают в разных местах планеты. Например, их находили в горячих источниках, где температура достигала 100°C, и на вершине Гималаев, под слоем толстого льда, где температура была гораздо ниже нуля. А вскоре удалось выяснить, что эти животные способны не только переносить экстремальные температуры, но и обходиться без пищи и воды более 10 лет!
Ученые выяснили, что в этом им помогает способность приостанавливать свой метаболизм, входя в состояние криптобиоза, когда химические процессы в организме животного приближаются к нулевому уровню. В этом состоянии содержание воды в организме тихоходки может упасть до 1%! А кроме того, способность обходиться без воды во многом зависит от высокого уровня особого вещества в организме этого животного - невосстанавливающегося сахара трегалозы, который защищает мембраны от разрушения. Интересно, что, несмотря на то что тихоходки способны жить в местах с экстремальными условиями, многие виды можно найти в более мягкой среде, например, в озерах, прудах или на лугах. Тихоходки наиболее распространены во влажной среде, во мхах и лишайниках.
У низших насекомых, которые живут только во влажных местах, кутикула проницаема
для воды и газов, они дышат всей поверхностью тела. Кожное дыхание играет важную
роль и в жизни личинок, обитающих в воде, в сырой почве, в тканях растений.
У большинства других насекомых - особая респираторная (дыхательная) система. Все
их тело пронизано тончайшими канальцами или трубочками-трахеями. Они ветвятся
многократно, переплетаются друг с другом. Воздух попадает в трахеи через
крохотные отверстия - дыхальца. Они располагаются на боках тела насекомого, на
груди и брюшке. Их может быть десять пар (у взрослых) либо всего одна пара (у
некоторых личинок).
Воздух через дыхальца и далее по трахеям распространяется путем простой
диффузии. Даже большие гусеницы получают таким простым способом весь необходимый
им кислород. Но наиболее активные насекомые, быстро бегающие или летающие,
нагнетают воздух в трахеи дыхательными движениями брюшка. Оно то расширяется, то
сжимается. При расширении воздух засасывается в трахеи.
Когда брюшко сжимается, особые клапаны закрывают дыхальца и воздух наружу не выпускают. Он проталкивается дальше по трахейной системе, наполняет воздушные мешки, расширения трахей. Дыхальца открываются и закрываются не одновременно, а в такой слаженной последовательности, что воздух беспрепятственно и в определенном порядке буквально прокачивается через все тело насекомого.
Температура тела насекомых
У птиц и млекопитающих особые физиологические «механизмы» поддерживают температуру тела на определенном, оптимальном для каждого вида уровне, в пределах от 34 до 42 градусов, у кого как. Насекомые такими способностями не обладают: они холоднокровные животные. Тело их разогревается или охлаждается в зависимости от того, тепло или холодно вокруг них, в окружающей среде. Однако для наиболее активных из шестиногих летунов такое утверждение не вполне справедливо.
Комар. Фото: Eli Christman
Установлено, что крылья насекомых работают наиболее эффективно при температуре 38-40 градусов. Их мышцы сокращаются в очень быстром темпе: взмахи крыльев следуют у пчелы, например, до 200, у обычных комаров - до 600, а у мелких комариков - мокрецов - до 1000 раз в секунду! При всякой работе выделяется тепло. Сами мышцы и грудка насекомого, в которой они помещаются, быстро разогреваются до оптимального «рабочего режима».
Но и перед полетом некоторые насекомые, сидя на месте, быстро-быстро трепещут крыльями. Бражники нередко прогревают таким способом свой «мотор» несколько минут, и за это время температура внутри их грудки повышается до 32-36 градусов, даже если воздух вокруг значительно холоднее.
Другой и главный источник тепла - это, конечно, солнце. Жизнедеятельность насекомых зависит от него полностью. Быстро, за пять минут, температура в грудке шмеля повышается от 28 градусов (когда он сидит в тени) до 41,6 (на солнце) и быстро падает, если снова пересадить его в тень.
Шмель. Фото: Thomas Quine
Как известно, шмель весьма лохматый, его тело густо поросло волосками. «Подстриженный» шмель (с удаленными волосками) остывает в тени гораздо быстрее лохматого. Мелкие чешуйки, которыми покрыты крылья, да и все тело (даже ножки) бабочек и мотыльков, сохраняют тепло, полученное от работы мышц либо от солнца. Под чешуйками залегает тонкий слой воздуха - достаточная теплоизоляция для такого малого животного, как насекомое. При определенных условиях опыта у сиреневого бражника с неповрежденными чешуйками температура тела на 17 градусов выше окружающего его воздуха. Если чешуйки удалить - только на восемь градусов.
Стрекозы - активные летуны. Следовательно, тепловой режим мышц, приводящих в движение крылья, и у них должен поддерживаться на определенном уровне. Однако никаких чешуек или густой поросли волосков на их гладкой кутикуле нет. У стрекоз термоизоляция другого типа: воздушные мешки, расширения трахей, располагаются под хитиновым грудным панцирем довольно плотно друг к другу.
У каждого вида насекомых свои температурные пределы, оптимальные и критические. Одни и при нескольких градусах тепла активны, даже при нуле (например, обитающие в водоемах тундры личинки веснянок и комаров) и ниже (некоторые живущие на снегу), другие только при 20-30 градусах тепла. Для таракана прусака температура 42 градуса уже губительна. Личинки же некоторых комаров-звонцов живут и не умирают в горячих источниках Северной Америки (в Иеллоустонском парке), температура воды в которых 49-51 градус. А личинок африканского комара полипеди-люма находили иногда даже в источниках с температурой 60-70 градусов.
Упомянутый прусак, неприятный наш сожитель, уже при семи градусах тепла не способен двигаться, если незадолго перед тем жил он при температуре 30 градусов. А когда поживет хотя бы один день при 15 или 36 градусах тепла, то теряет подвижность соответственно при 2 и 9,5 градуса.
Зимующие в северных широтах насекомые неделями переносят морозы в минус 20-40 градусов и не погибают (они, конечно, не активны, в глубокой спячке проводят зиму). Как показали некоторые исследования, жидкость, заключенная в клетках их тела, при этом не замерзает. Почему? Возможно, промерзанию препятствуют какие-то вещества, образующиеся осенью в их тканях и действующие как антифриз в радиаторе автомобиля. Концентрация некоторых веществ, глицерина например, в крови зимующих насекомых повышена, у иных до 20 процентов. Не ясно только, сами ли эти вещества обеспечивают морозоустойчивость живых клеток, или они лишь побочный продукт тех физиологических процессов, которые протекают в тканях готовящегося к анабиозу насекомого.
Яйца насекомых
Жизнь свою насекомые начинают из яиц, вид и форма которых весьма разнообразны,
но все они богато наделены желтком - питательным продуктом, потребляя который
развивается эмбрион. Вода и кислород ему не менее необходимы.
У некоторых насекомых, бабочек и мотыльков, например, яйца укрывает сверху
толстая и плотная оболочка. Ее выделяют особые железы яйцекладущей самки,
подобно тому, как это происходит и с куриным яйцом. Но оболочка эта проницаема
для воды. Если же наступят слишком сухие дни, яйца бабочек, чтобы сохранить
запасы влаги, выделяют особые воскоподобные вещества: те тонким, но уже
водонепроницаемым слоем покрывают яйцевую оболочку изнутри.
У саранчи и водяных жуков «скорлупа» яиц тонка и непрочна. Она легко рвется. Но
чтобы этого не случилось, эмбрион уже на самых ранних стадиях развития укрепляет
ее, изнутри покрывая яйца плотной дополнительной оболочкой. Она состоит из
хитина, как и внешние покровы насекомых.
Еще Реомюр в XVIII веке заметил: только что отложенные яйца многих насекомых
быстро впитывают воду и разбухают почти вдвое. А у пустынной саранчи и больше
чем вдвое. Саранча, размножаясь в сезон дождей, закапывает их в сырой песок.
Однако это разбухание - процесс вполне контролируемый. Влага поступает в яйцо в
одном особом месте - в гидропиле, и, как только яйцо достаточно напитается
водой, ее впитывание тут же прекращается. Яйца некоторых наездников, попав в
тело хозяина, разбухают в тысячу раз!
Если воды в яйце недостаточно, развитие приостанавливается. Вынужденный покой бывает весьма длительным - до 270 дней, например, у ногохвостки, зеленого сминтура. Яйца саранчи могут пролежать обезвоженные даже три с половиной года. И не погибают! Как только в нужной мере напитаются водой, тут же начинают быстро развиваться. Через пару недель из них выходят личинки.
Случается, что и при достаточной влажности яйца насекомых не развиваются, обмен
веществ в них почти прекращается, наступает так называемая диапауза -
обязательная стадия покоя.
Комары из рода эдес часто откладывают яйца в наполненные водой пазухи листьев, в
дупла деревьев, даже в консервные банки - словом, в микроводоемы, которые быстро
пересыхают. Пока в них есть вода, яйца комаров развиваются быстро, и обычно
эмбрион успевает созреть до стадии вполне сформированной личинки. Затем, когда
«водоем» пересохнет, личинка впадает в длительную спячку, чтобы пробудиться и
выйти из яйца, как только вновь (а это случается обычно следующей весной)
упомянутые микроводоемы наполнятся водой.
У другого комара-полипедилюма из семейства хирономид, личинки которых в обиходе именуются мотылем, - способность переносить засуху еще более поразительна. Личинки его живут в Западной Африке во всякого рода лужах, обычно в выбоинах, среди скал. В сезон дождей они полны водой, но очень скоро пересыхают. Тогда высыхают и личинки комаров, и так основательно, что, кажется, лишь тонкая шкурка от них осталась. Но в этой «шкурке» таится всемогущая искра жизни: если личинку охладить до минус 190 градусов и продержать при этой температуре три дня, она не умрет. Можно на минуту окунуть ее в кипяток - все равно выживет! Понятно, что африканский зной ей и подавно не страшен, когда, слегка зарывшись в ил, неподвижная и обезвоженная, личинка ждет сезона новых дождей.
Но вернемся к яйцам насекомых. Развиваясь, они дышат. Кислород у некоторых, у яиц саранчи, например, проникает под оболочку диффузно по всей ее поверхности. Но у большинства насекомых развивающееся яйцо обеспечивает кислородом особый респираторный, дыхательный механизм. Обычно это губчатая выстилка внутренней поверхности оболочки яйца. Поры ее заполнены белковым веществом, которое жадно усваивает, словно впитывает в себя, кислород из воздуха. Тонкие канальцы соединяют это вещество с поверхностью яйца.
У водяных скорпионов, клопов непа и ренатра яйца погружены в ткани водяных
растений. Наружу торчат только два длинных выроста, похожие на рога или усы: они
пористые и заполнены веществом, усваивающим кислород.
Яйца многих насекомых, словно в пакеты, упакованы в оотеки. Оотека саранчи
образуется из пенистой жидкости, которую выделяет яйцекладущая самка. Жидкость
окружает яйца, цементирует вокруг них землю, получается плотная капсула, которую
называют кубышкой. Оотека жука-водолюба - овальный шелковистый кокон с длинным
отростком, который наподобие трубы торчит вверх из воды. Сама оотека приклеена
снизу к листу водного растения. Через «трубу» поступает в оотеку, к яйцам,
воздух.
Оотеки богомолов похожи на еловые шишки, а рыжего таракана - на туго набитый
кошелек. Сходство довершает слегка зазубренный шов на одной из длинных сторон
оотеки, напоминающий замок «молнию» кошелька. Яйца лежат в оотеке аккуратными
рядами, верхними концами к шву. Здесь у яиц возвышаются небольшие бугорки. Они
пористы и заполнены усваивающим кислород веществом. Два небольших «рожка» на
респираторных бугорках яиц упираются снизу в шов оотеки, как раз в те его места,
где тончайшие канальцы пронизывают оотеку насквозь. По ним воздух поступает к
дыхательной системе яиц.
Развивающийся эмбрион буквально плавает в жидкости, наполняющей яйцо. Когда он
совсем сформируется, то начинает заглатывать эту жидкость. Все это можно
разглядеть при небольшом увеличении, через лупу например, если оболочка яйца
прозрачна, как у стрекоз, бабочек, постельных клопов, вшей и многих других
насекомых. Видно, что рот и глотка эмбрионов на манер насоса работают
беспрерывно: глотают и глотают амниотическую жидкость яйца. Их тело «разбухает»
буквально на глазах, и вскоре эмбрион заполняет все яйцо. Внутри его нет уже
никакой жидкости, лишь тонкая прослойка разделяет оболочку и упирающиеся в нее
хитиновые покровы готовой выйти из яйца личинки.
Вылупление
Еще незадолго перед тем обильно напитанные водой, хитиновая кутикула и все ткани
личинки теперь быстро подсыхают, наружный скелет личинки становится твердым.
Упираясь им изнутри в оболочку яйца, дергаясь рывками из стороны в сторону,
всеми силами старается она прорвать стены своего заключения. Яйцо лопается, и
личинка выходит из него.
Но не у всех так. Яйца саранчи, например, как мы уже знаем, укреплены изнутри
цементирующими выделениями эмбриона и не поддаются давлению стремящейся наружу
личинки. Тогда вступают в действие ферменты хитиназа и протеиназа, растворяющие
оболочку яйца. Их выделяют железы первого сегмента брюшка личинки.
Не всегда оболочка рвется где попало, у многих насекомых предусмотрены определенные зоны: отделенные круговым швом крышки на вершине яйца либо продольные швы. Здесь «скорлупки» яиц более тонки. Да и личинки действуют по-разному: у комариных, например, особые «яйцевые зубы» - прочные шипы на голове, похожие на рожки, - дырявят и рвут изнутри оболочку яйца. Гусеницы грызут ее челюстями, а у личинок мух есть особые крючья во рту.
У вполне развитых эмбрионов вшей «яйцевые зубы», острые шипы, располагаются
сбоку на их теле. Личинка энергично вертится под оболочкой яйца, режущие шипы на
ее кутикуле расположены прямо против кольцевого шва, отделяющего крышечку яйца
от прочей его поверхности. Они скребут по шву, который становится все тоньше и
тоньше. Затем личинка, всосавшая уже всю жидкость внутри яйца, энергично
заглатывает ртом имеющийся в нем воздух и выпускает его через анальное
отверстие. Таким образом, у заднего ее конца создается повышенное давление. Под
его напором личинка выползает из яйца, приподнимая головой крышечку.
Так или иначе, личинка насекомого выбралась из яйца. Она питается и растет. Но
растет урывками лишь в определенные периоды своей жизни. Прочный наружный скелет
членистоногих не позволяет им увеличивать размеры тела. Только во время линьки,
когда старые хитиновые доспехи сброшены, а новые еще мягки и растяжимы, животное
может расти. Насекомые, за очень малыми исключениями, растут только в стадии
личинки. Взрослые не линяют и, следовательно, не растут (кроме немногих
исключений: например, щетинохвосток, поденок).
Линек у личинок высших насекомых обычно 4- 5, иногда и 20 (например, у цикад). А их жизнь до превращения во взрослое насекомое длится от нескольких дней (около десяти у комнатной мухи) до 3-4 лет у майского жука. А у одного жука из рода бупрестис иногда продолжается и 51 год.
Как известно, из правил бывают исключения. Наиболее впечатляющий пример такого
исключения - матки в гнездах термитов. Уже взрослые и половозрелые, они
продолжают расти. Но увеличивается только брюшко, распираемое многими тысячами
созревающих яиц. Размеры головы, груди, ног, скованных прочным и толстым
хитином, остаются прежними, но брюшко все полнеет и полнеет, раздувается,
пухнет: в длину увеличивается в восемь раз и больше, а его поверхность - в
пятьдесят раз!
Растягивается эластичная перепонка, соединяющая толстые щитки брони - склериты.
Растягивается так сильно, что склериты заметны на толстом вздувшемся брюшке, как
маленькие темные островки.
Мягкая кутикула гусениц складчатая и неплотно прилегает к телу, поэтому они
могут расти и между линьками, но до известного предела, пока складки кутикулы не
растянутся и тело гусеницы не заполнит весь объем наружного скелета. Так
называемые гормоны линьки - вещества, содержащиеся в жидкости, которая заполняет
промежуток между старой кутикулой и новой, образовавшейся под ней, - растворяют
мягкие покровы гусениц почти на 90 процентов, и гусеница при линьке сбрасывает
очень тонкую кожицу.
У насекомых с твердым панцирем «гормоны линьки» растворяют кутикулу только в
определенных местах, которые заметны в эту пору в виде тонких белых линий на
голове и груди. Вдоль этих линий и рвется старый панцирь.
Закончившее линьку насекомое обычно окрашено бледно. Вскоре, примерно через час,
покровы его темнеют и приобретают свойственную виду окраску. Но новая кутикула
еще долго - несколько дней или даже недель - остается мягкой. В это время
насекомое быстро растет. У жуков только через три недели после метаморфоза
толщина кутикулы увеличивается до свойственной взрослому насекомому нормы:
нарастают новые слои хитина, втрое и больше увеличивается их массивность.
Щетинохвостки, один из отрядов низших насекомых, выходят из яиц во всем похожие
на взрослых, только ростом меньше. От рождения и до смерти ни их внешний вид, ни
образ жизни по существу не меняется. Когда насекомые достигнут определенного
размера, наступает половозрелость. Самки откладывают яйца, затем снова линяют.
Так чередуются у них яйцекладки и линьки, которых бывает и пятьдесят! Поэтому и
рост свой, даже после того, когда обретут половозрелость, некоторые
щетинохвостки увеличивают втрое.
Если нет необходимого корма, личинка перестает расти. Но линьки не у всех
прекращаются. Пробовали содержать без пищи личинку жука из рода трогодерма. Она
регулярно линяла, но не росла, а, наоборот, словно усыхала. В начале опыта длина
ее была около восьми миллиметров. К концу пятого года вынужденной голодовки рост
ее уменьшился в восемь раз, а вес - в шестьсот!
Бывает, что корма достаточно только для поддержания жизни, но не роста. Личинка
североамериканского жука эбуриа в таком случае остается живой в сухом дереве, по
крайней мере, сорок лет (В. Унглесворт).
Долгие месяцы, иногда годы могут жить насекомые в стадии глубокого покоя, или
диапаузы. Наступает она при неблагоприятных условиях: в наших широтах - зимой, в
пустынях и тропиках - в сухой сезон. Тогда всякий рост прекращается, обмен
веществ падает до самого низкого уровня, накопленные в теле резервы (в основном
жир) поддерживают жизнь в покоящемся насекомом.
Насекомые могут впадать в диапаузу на разных стадиях развития: одни покоятся в
виде яиц, другие - личинок, куколок и даже взрослых (например, колорадские
жуки).
У куколки бабочки эриогастер (из семейства коконопрядов) диапауза длится 2-3 года. Но рекорд принадлежит одной галлице: ее личинка, закопавшись в землю и окутав себя коконом, лишь через восемнадцать лет окукливается и превращается во взрослого комара.
Но это исключительные случаи. Многие насекомые в наших широтах в стадии диапаузы
лишь перезимовывают. Примером может служить всем известная бабочка-капустница.
За лето две, а если оно жаркое, то и три генерации сменяют друг друга: из яиц
выходят гусеницы, растут, окукливаются, превращаются в бабочек, которые снова
откладывают яйца. Но в сентябре развитие у куколок останавливается и наступает
диапауза. Как узнают они, что близится зима?
Оказывается, главную роль играет длина светового дня. Когда световой день
становится 12 часов и меньше, наступает диапауза. Можно искусственным освещением
продлить световой день, тогда диапаузы не бывает, и куколка продолжает
развиваться.
Особенности организма насекомых некоторых видов позволяют: сохранять жизнь после замерзания и оттаивания; населять горячие источники с температурой воды +500С; долгое время жить без воды за счет окисления запасенных питательных веществ; выживать в глубоком вакууме и часами находиться в чистом углекислом газе; жить в солевом рассоле, сырой нефти и т.д.
Конечно, в холодных и сухих районах, а также в таких критических для жизни условиях проживают представители немногих видов насекомых. Однако именно они своим примером с наглядностью демонстрируют, какими поистине феноменальными возможностями наделены, казалось бы, совсем беззащитные существа. Больше того, как и многие другие животные, насекомые именно не «выживают» в такой сложной и суровой среде, а живут в ней той полноценной жизнью, особенности которой внесены в их генетическую программу. Рассмотрим это на некоторых примерах.
Холодоустойчивость насекомых
Некоторые насекомые относятся к покорителям и постоянным обитателям горных вершин. В седловине Эльбруса на высоте 5300 м можно увидеть стрекоз и крапивниц. А оседло живущие мухи, жуки, тли бабочки, саранчовые обнаружены в Гималаях даже на высоте 6000 м над уровнем моря. Питаются они пыльцой растений и органическими остатками, которые приносят горные бризы. Живут насекомые под камнями, в почве, в редких пятнах высокогорных растительных ковров и даже в снегу. Но особенно много их у кромки тающего льда, где большая влажность и легче найти корм, приносимый талой водой. Для нормальной жизни и воспроизводства сверчки одного из видов обязательно поселяются именно на горной местности, покрытой снегом, так как устройство их организма рассчитано только на среду обитания с пониженной температурой. А проживающая в северных широтах и высоко в горах бабочка желтушка наделена удивительным свойством живорождения, что очень озадачило в свое время энтомологов, поскольку для бабочек это не характерно. Предполагается, что живорождение помогает ее потомству завершить развитие в течение короткого лета этих мест.
Блоха изотома обитает исключительно на поверхности вечных снегов. Каждую ночь организм этого крошечного насекомого подвергается самым жестоким испытаниям, однако насекомое снова и снова демонстрирует великолепную способность жить в предельно суровых условиях. Оно полностью замерзает, как только заходит солнце, но благодаря своей темной окраске также быстро оттаивает в теплых утренних лучах. Ожив, блоха изотома продолжает заниматься всеми насущными жизненными проблемами, осуществляя реализацию своей наследственной программы, которую и передаст потомкам. Недавно энтомологи обнаружили, что комары-дергуны некоторых видов тоже способны жить и продолжать свой род в таких экстремальных условиях, которые, казалось бы, несовместимы с жизнью. Они обитают в трещинах и тоннелях ледников на высоких склонах Гималаев. Это насекомое наделено таким превосходным организмом, что прекрасно чувствует себя и не замерзает при –160С. А самка комара даже проявляет активность в зимний период, когда в горах свирепствуют морозы. Как дергуны живут и продолжают род при столь низких температурах, и каковы физиологические особенности их организма комаров этого вида пока ученым не ясно.
Около 40 видов насекомых (комары, шмели, жуки, дневные и ночные бабочки) живут за Северным Полярным кругом – там, где есть цветковые растения. Благодаря северному типу организма комары некоторых разновидностей играют особо важную роль в холодных арктических пустынях и зоне тундры. Их самцы и самки, перелетая от цветка к цветку, питаются нектаром и попутно опыляют растения. Ведь в тундре и тайге практически нет пчел. В Заполярье опылением цветков заняты и шмели. Их организм хорошо оснащен для работы в холодных краях. Активная работа мышц и лохматая теплая шубка шмеля обеспечивают нагрев его тела до +370С при наружной температуре воздуха 00С. Это тепло образуется во время полета за счет химических реакций, происходящих в мускулах.
Организм не только жителей высокогорий, но и обитателей мхов и лишайников антарктических островов, например жуков определенных видов, способен не разрушаться при быстром охлаждении почти до – 400С. Их генетическая программа управляет уникальным минипроизводством глицеринового масла и других особых веществ, действие которых подобно действию известного автомобильного антифриза. Такими же спасительными веществами наделены некоторые виды земноводных и других холодоустойчивых представителей животного мира. А жуки и мухи, обитающие на Аляске, наделены замечательной способностью выдерживать даже температуры до –600С. Насекомые, конечно, замерзают, но их организм обустроен таким образом, что кристаллы льда образуются только снаружи, не повреждая клеток, органов и тканей.
От влажных тропиков до безводных пустынь
Для несметного количества насекомых экологической нишей служат тропические леса, занимающие немалую часть земной поверхности. Ветви деревьев, начиная с высоты не ниже 15 м, так тесно переплетены между собой и плотно обвиты лианами, что сквозь образуемую крону почти не пробивается свет. Полог леса, толщина которого порой составляет 30 м, заселен такими животными, как обезьяны, птицы, мыши, лягушки, насекомые и даже земляные черви (!). Здешние обитатели тут рождаются, растут, живут активной полноценной жизнью и умирают. Причем многие из них за всю свою жизнь никогда не касаются земли. А насекомые обитают на всех «этажах» леса: в земле, листовой подстилке, в стволах деревьев, в глубине тропического полога и на самом верхнем ярусе леса – на ветвях и листьях этой так называемой «крыши мира».
Из насекомых в тропическом лесу преобладают бабочки, жуки, муравьи, термиты, цикады. Бабочки и жуки необычайно велики и красивы. Им дарована яркая окраска, чтобы с помощью ее находить свои пары, ведь иначе в гуще переплетенных ветвей насекомым невозможно ни увидеть, ни услышать друг друга. Существуют там и удивительные птицекрылые бабочки, гигантские крылья (30 см) которых позволяют в брачный сезон летать самцам и самкам выше сплошной кроны тропических деревьев.
Насекомые составляют и значительную часть жителей пустынь. Больше всего там муравьев, москитов, комаров, жуков-чернотелок и красивых златок, особенно черно-золотистого цвета. Все они прячутся от дневного зноя в глубоких норках, а выбираются на охоту только с наступлением темноты. Великолепные возможности организма и поведения демонстрируют жуки-чернотелки некоторых видов, обитающие в самых жарких и безводных районах пустыни. Благодаря инстинктивным поведенческим механизмам они отправляются ночью на вершины песчаных дюн, чтобы «испить влагу туманов». Опустив голову, жук поднимает брюшко кверху и поворачивается навстречу влажному ветру с моря. Влага, конденсируясь на его особой ребристой спинке, стекает насекомому прямо в рот.
От соленых вод до нефти
Представители большинства видов насекомых обитают на суше, но немало их проживает в самых разнообразных водных средах, в том числе и нетрадиционных. Так, особое устройство организма личинок некоторых видов комаров позволяет им прекрасно развиваться в горячих гейзерах, где могут еще жить лишь бактерии. Такую же способность проявляют зеленые стрекозы, молодые особи которых являются обитателями гейзеров с температурой воды +400С. Личинки комаров в массе способны размножаться и в солоноватых прибрежных водах Каспийского моря. А такие насекомые, как, например клопы некоторых видов, обладают всеми возможностями для нормальной жизни в океанах – Атлантическом и Тихом.
Дьявольский червь
Этот вид нематод обнаружен лишь недавно, в 2011 году. Ему нипочем всесокрушающее давление, недостаток кислорода и высокая температура. Места обитания червя расположены до 3,5 километров ниже поверхности планеты. Выбрав себе такой «дом», животное установило новый «мировой рекорд», улучшив прежнее «достижение» многоклеточных организмов сразу полтора километра. Черви проводят жизнь в полной темноте, поедая простейших бактерий и запивая их водой, возраст которой 12 тысяч лет.
Гималайский прыгучий паук
Прыгучий паук – полная противоположность дьявольского червя. Его «дом» расположен на высоте свыше 6,5 км над уровнем моря. Обычная «погода» для паука – чрезвычайно низкое атмосферное давление и температура, при которой замерзает все живое. Крошечные насекомые, которых заносят в горы ветра – единственная пища гималайского паука, да и та попадается не часто.
Бессмертная медуза
Кто из взрослых людей не хотел бы ненадолго вернуться в детство, когда все проблемы можно решить, поплакавшись в мамин подол? Оказывается это не фантастика, а естественный природный процесс. В соответствующих условиях эта похожая на светодиод или полицейскую "мигалку" медуза способна вернуться к младенческому состоянию, что делает ее практически бессмертной. Ученые пока не обнаружили каких-то ограничений на количество превращений. К сожалению, каждый раз, когда бессмертная медуза «впадает в детство», она становится очень уязвимой для насекомых и болезней, что ограничивает теоретическое бессмертие на практике.
Красный плоский короед
Это насекомое родом из северных районов Аляски и Канады, способно противостоять морозам до -150 градусов Цельсия. Организм жука производит природный антифриз, белок, который препятствует кристаллизации крови. Кроме того, в крови есть глицерин, который также останавливает замораживание.
Помпейский червь
Места обитания помпейского червя расположены на океаническом дне. Однако их главная способность не в том, что они успешно противостоят глубине и давлению. Червь живет в горячих термальных источниках, где температура воды достигает 80-100 градусов Цельсия. Свое тело он прячет в «домике», но голова торчит снаружи. В результате разница температуры окружающей среды для хвоста и головы составляет более 60 градусов.
Тихоходка
Микроскопические, длиной не более миллиметра животные способны выжить буквально везде. Для них не проблема ни широкий диапазон температур, от космического холода до 150 градусов Цельсия, ни давление, в 1200 раз превышающее атмосферное. Тихоходки способны десятилетиями обходиться без воды и выдерживают радиацию, в тысячу раз превышающую смертельные дозы для человека. В 2007 году люди отправили тихоходок в космос, чтобы найти пределы их живучести. Большинство животных успешно вернулись на Землю.
| Комментарии: 0 |
Александр Марков
Александр Марков, Яков Кротов
С христианской точки зрения
Человек происходит от обезьяны, а религия - от невежества? Или как? Где проходит граница между научным и христианским пониманием человека? Гость программы "С христианской точки зрения" - биолог Александр Марков. Ведёт программу Яков Кротов.
Трансгенные растения имеют тенденцию распространяться "сами по себе", это уже довольно известный факт. И именно как к факту к этому следует относиться. Как это происходит? И кто со всей определенностью может сказать, к чему это может привести? С этими и другими вопросами мы обратились заместителю директора по научной работе Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева Российской Академии наук, Владимиру Дылыковичу Цыдендамбаеву.
Многие люди испытывают невралгические боли в детском возрасте, но для молодых морских ежей рост означает выворачивание наизнанку. В новом исследовании выяснена ключевая роль распространенного и знакомого вещества гистамина для впечатляющего видоизменения, когда свободно плавающая личинка превращается в более привычную покрытую иглами взрослую особь, обитающую на морском дне.
Математики из Университета Аризоны разработали модель, которая позволяет объяснить особую спиральную структуру, которая часто встречается в живой природе - у подсолнухов, артишоков, капусты и других растений.
