Старение у насекомых (класс Insecta)

Рекордсмен по количеству видов животных — насекомые (Insecta), один из классов типа Членистоногих (Arthropoda). Ныне описано 1 070 781 вид насекомых с 17 203 ископаемыми видами, включительно. Но, общее количество видов насекомых по разным оценкам составляет примерно от 2 млн до 8 млн видов (Chapman, 2006). В целом из числа всех видов многоклеточных Metazoa, населяющих Землю, насекомые составляют 70%. Трудно отыскать на Земле место, где нельзя было бы встретить представителей этого огромного класса. Насекомых можно встретить на огромных высотах, доходящих до уровня 5000 метров, населяют они и безжизненные пустыни, где практически никогда не бывает дождей, не говоря уж об отсутствии какой-либо растительности. Глубокие пещеры, в которых нет ни солнечного света, ни условий для питания и существования живых организмов — это тоже места обитания насекомых, встретить их можно далеко за Полярным кругом, и даже на Антарктиде, где кроме безжизненных скал и льда, казалось бы, нет ничего.

В отличие от червей нематод эти твари имеют очень сложный эволюционный дизайн, который не уступает по сложности, например, человеку.

Эволюционный дизайн имаго (взрослых) насекомых характеризуется рядом «неповторимых» признаков. В первую очередь это малый размерный класс, который обусловлен средой обитания и свойствами наружного скелета имаго, которые накладывают ряд ограничений.

Наружный скелет обеспечивает защиту и опору, а требования к опоре, скажем так, в воздушной среде одни, а в водной среде совсем другие. Если верить Википедии (Крупнейшие организмы, 2014), то самыми крупными видами насекомых считаются: палочник Phobaeticus chani обитающий на острове Борнео с длинной тела 35,7 см; жук дровосек-титан (Titanus giganteus) из Южной Америки, достигающий длины до 167 мм; южноамериканский жук-геркулес (Dynastes hercules) с длиной тела до 171 мм; самым тяжелым насекомым в мире считается жук голиаф (Goliathus regius) весом до 80–100 грамм. Другими словами самые большие насекомые совпадают размерами и весом с самыми маленькими млекопитающими. Птицы также характеризуются малым размерным классом, но все виды птиц в сравнение с большинством видов насекомых — гиганты.

Особый механизм быстрого транспорта O₂ внутри организма, который у насекомых обеспечивается не путем конвекции в жидкости (крови), а путем диффузии в газе. Дыхательная система насекомых состоит из трубочек (трахей), которые пронизывают все тело. Так как коэффициент диффузии O₂ в воздухе примерно в 10 000 раз больше, чем в воде, то эта система обеспечивает достаточное снабжение тканей кислородом без помощи крови. Тем не менее, у многих высокоподвижных насекомых усиление вентиляции в дыхательной системе достигается путем активного накачивания воздуха в главные стволы трахейной системы, т. е. путем использования конвекции. Даже такое мелкое насекомое, как плодовая мушка (Drosophila), активно вентилирует грудные сегменты, чтобы усилить снабжение кислородом мышцы крыльев при полете.

Возникают риторические вопросы: поскольку у насекомых кровь не участвует в транспорте O₂, а диффузия с увеличением расстояния идет все медленнее, то не связаны ли ограничения в размерах насекомых с особенностями их дыхательной системы? Не потому ли все насекомые имеют мелкие размеры? Быть может, эта гипотеза имеет право на существование. Общеизвестно, что в те времена, когда O₂ в атмосфере было намного больше (30–35%) чем ныне, летающие насекомые имели огромные размеры, например, ископаемое Meganeuropsis permiana длинной около 43 см (Mitchell, Lasswell, 2005).

Среди почти 2 миллионов видов насекомых максимальная продолжительность жизни более 10 лет зафиксирована только для десятка видов (цикады). Видовой рекорд максимальной продолжительности жизни для насекомых — 60 лет (самка королева термитов).

Королева термитов

Insecta эволюционно намного моложе Nematoda. 400 млн. лет тому назад от общей линии, ведущей от примитивных трилобитов одновременно с примитивными ракообразными, отделилась ветвь, перешедшая к жизни на суше. Эти существа были общими предками многоножек и Insecta, которые эволюционно утратили жабры и приобрели трахейное дыхание. Ранние этапы эволюции трахейных изучены еще очень плохо. Но нам точно известно, что одна, и теперь наиболее многочисленная фила Insecta приспособилась к полёту. Самый древний отпечаток тела насекомого [подкласс Крылатые насекомые], вероятно предка подёнок, датируется под занавес Карбона, то есть 312 млн. лет тому назад. Способность к полёту, проблемы с доставкой O₂ плюс ограничения связанные с наружным скелетом ставят проблему точного «соблюдения» видоспецифических размеров особи, следовательно, её жизнеспособности.

Insecta в своём «эволюционном стремлении к совершенствованию» возрастзависимого самоубийства «не успокоились». В настоящее геологическое время в ряде филетических линий Insecta независимо возникает феномен афагии, или неспособность к питанию. У взрослых насекомых отсутствует рот или недоразвит кишечник. Это гарантированно приводит к смерти в течение нескольких дней. К сему дню этим процессом охвачено больше половины видового разнообразия Insecta. Думаю, что афагизация результат плейотропии, но раз возникнув, она начинает обуславливать однократное размножение, безусловно ускоряя темп эволюции, что в конечном результате даёт неоспоримые преимущества в отдалённой эволюционной перспективе. Как результат класс Insecta чемпион по видовому разнообразию среди наземных животных.

Автор: А. Бойко. Из: «Contra spem spero. В поисках утраченного бессмертия». М. 2016.