Триста миллионов лет назад Земля выглядела иначе. Континенты собрались в один огромный массив — Пангею. В экваториальной части росли густые болотистые леса. Из-за высокого содержания кислорода в воздухе часто вспыхивали пожары. В воде было полно рыбы, на суше господствовали земноводные, рептилии и ползучие членистоногие, а в небе летали насекомые небывалых размеров.

Среди них были гигантские поденки с размахом крыльев 45 сантиметров и огромные стрекозы, чей размах достигал 70 сантиметров. Впервые их окаменевшие отпечатки нашли в мелкозернистых породах в Канзасе в США почти сто лет назад.

Долгое время ученые считали, что секрет гигантизма кроется в воздухе. В 1980-х годах геохимики разработали метод, позволяющий восстанавливать состав атмосферы далекого прошлого. Они выяснили, что 300 миллионов лет назад кислорода в воздухе было примерно на 45% больше, чем сейчас. В 1995 году вышло исследование, где авторы связали высокий уровень кислорода с появлением гигантских насекомых. Логика была простой: насекомые дышат не легкими, а системой трахей — тонких трубочек, которые пронизывают все тело и доставляют кислород прямо к клеткам. Крупному насекомому нужно много кислорода, особенно если речь идет о полете. А значит, для жизни таких гигантов нужна была более насыщенная кислородом атмосфера. Эта теория казалась стройной и долгое время считалась общепринятой.

Что показала современная микроскопия

Международная группа ученых под руководством Эдварда Снеллинга из Университета Претории (ЮАР) решила перепроверить эту гипотезу. Они использовали мощный электронный микроскоп, чтобы изучить, как размер тела насекомого связан с устройством его дыхательной системы. Исследование опубликовано в журнале Nature. 

Исследователи обратили внимание на трахеолы — самые тонкие веточки трахей, которые подходят непосредственно к летательным мышцам. Они обнаружили неожиданную закономерность. У большинства видов насекомых трахеолы занимают очень мало места в мышцах — всего один процент или даже меньше. И это правило работало даже для тех самых гигантских стрекоз, живших 300 миллионов назад. Строение их дыхательной системы не выдавало никакой «кислородной зависимости».

Профессор Роджер Сеймур из Университета Аделаиды (Австралия) приводит сравнение: «Капилляры в сердечной мышце птиц и млекопитающих занимают примерно в десять раз больше места, чем трахеолы в летательных мышцах насекомых. Если бы транспорт кислорода действительно был ограничивающим фактором, у эволюции был бы огромный потенциал увеличить количество трахеол. Но этого не произошло».

Если не кислород, то что?

Новые данные убедительно показывают: диффузия кислорода в трахеолах летательных мышц не может быть тем самым ограничением, которое не позволяло насекомым оставаться гигантами после того, как уровень кислорода в атмосфере снизился.

Конечно, у этой теории еще остаются сторонники. Некоторые ученые возражают: возможно, поток кислорода ограничен не в трахеолах, а в других частях дыхательной системы, и этот вопрос требует дальнейшего изучения. Тем не менее теперь исследователям придется искать другие объяснения тому, почему гигантские стрекозы и поденки исчезли, а их современные потомки такие маленькие.

Среди возможных причин называют хищничество. Когда на Земле появились первые позвоночные животные, способные летать, насекомые-гиганты лишились своего преимущества. Еще одна версия связана с биомеханическими ограничениями самого экзоскелета: возможно, скелет насекомого просто не способен выдержать слишком большой вес, и законы физики ставят естественный предел их росту.