Еволюція комах - Біологія у питаннях та відповідях
Еволюція комах
Порівняйте між собою комах та їх передбачуваних предків - кільчастих хробаків. Як Ви думаєте, які основні відмінності комах від кільчастих черв'яків спричинили інші відмінності в їх організації? Висуніть гіпотезу, в якому порядку виникали відмінності; як поява одних спричиняла інші; від яких чинників середовища чи взаємозв'язків у організмі залежав цей процес.
Передбачається, що кільчасті черв'яки, подібні до сучасних багатощетинкових, могли бути предками всіх членистоногих. Комахи, ймовірно, сталися не безпосередньо від кільчастих хробаків, а від багатоніжкоподібних предків вже після їхнього виходу на сушу. Специфічні особливості комах виникли пізніше, ніж загальні для всіх членистоногих ознаки, що відрізняють їх від кольчеців. Дуже характерна для членистоногих ознака - наявність хітинових покривів, досить міцних і нерозтяжних. Ця ознака виникла, безсумнівно, ще в період життя у воді (хітиновий зовнішній скелет був уже у кембрійських форм, і ним володіють майже всі сучасні водні членистоногі). Ймовірно, поява зовнішнього скелета була пов'язана з підвищеною небезпекою, що походить від хижаків. Поява міцного зовнішнього скелета, який часто мав у древніх членистоногих вид панцира, знизило ефективність пересування за рахунок згинання тіла і повністю виключило можливість руху за рахунок перистальтики. Значно велику роль під час руху стали грати кінцівки. Зміна методу руху вимагало і перебудови мускулатури. Замість шкірно-м'язового мішка розвинулася пучкова мускулатура, що забезпечує складні та різноманітні рухи відділів тіла та кінцівок. Хітиновий покрив забезпечував місце прикріплення м'язів (всупереч поширеній думці, у багатьох членистоногих добре розвинений і внутрішній.хітиновий скелет, який також служить для прикріплення м'язів). Наявність скелета уможливила і поява членистих важільних кінцівок. Для забезпечення швидкості рухів кінцівок, які з багатьох члеників, виникли поперечно-смугасті м'язи. Ускладнення будови ніг призвело до розширення їх функцій. У кільчастих черв'яків пародії служать для плавання (повзання) і дихання і ніколи не беруть участь у захопленні їжі. На противагу цьому практично у всіх членистоногих захоплення їжі здійснюється кінцівками. Спочатку, мабуть, всі тулубові ноги брали участь у захопленні їжі, проштовхуючи її харчовою борозенкою до рота. Однак незабаром найближчі до рота ніжки, втративши рухову функцію, спеціалізувалися на проштовхуванні їжі в рот, а потім і її захоплення і подрібнення. Це призвело до важливих наслідків — утворення відділів тіла, насамперед голови. При розвитку потужної мускулатури «жувальних кінцівок, що накопичилися» навколо рота, знадобився і потужний скелет для прикріплення м'язів; у зв'язку з цим кілька передніх сегментів зливаються, утворюючи у частини членистоногих (у тому числі багатоніжок та комах) цільну, добре відокремлену головну капсулу. Голова несе й органи почуттів — антени (ймовірно, також видозмінені кінцівки) і очі. Декілька передніх гангліїв, зливаючись, утворюють головний мозок, складніший (за складом), ніж у кільчастих черв'яків. Поява зовнішнього скелета і пов'язаний із цим розпад шкірно-м'язового мішка, мабуть, були причиною суттєвих змін та деяких інших органів. Насамперед редукується загалом (вторинна порожнина тіла), одна з головних функцій якого у аннелід – опора для шкірно-м'язового мішка. У нижчих форм загалом ще повно представлений під час ембріонального розвитку та відіграє важливу роль уорганогенез. У різних випадках за рахунок нього формуються м'язи (у тому числі серце), клітини жирового тіла, клітини гемолімфи, органи виділення, стінки статевих залоз. Стає незамкненою кровоносна система. Очевидно, причин тут кілька. По-перше, стінки кровоносних судин у анелід формуються за рахунок стінок цілого і шкіряного мішка, так що при їх розпаді зникають і судини. По-друге, у проштовхуванні крові по капілярах у анелід важливу роль відіграють перистальтичні скорочення мускулатури; у членистоногих такий спосіб здійснення кровотоку стає неможливим. Щоправда, у них з'являється серце, але дуже примітивне. Нарешті, зростання членистоногих може здійснюватися тільки за рахунок періодичних лінок, оскільки хітиновий покрив практично нерозтяжний (це ще одна важлива відмінність членистоногих). Линяння регулюється гуморальним шляхом, а всі клітини покривного епітелію (гіподерми) повинні омиватися гемолімфою. Такі основні відмінності членистоногих від аннелід, які властиві всім групам членистоногих і, ймовірно, всі розвинулися паралельно на самій здрі виникнення цього типу, у водному середовищі. Що ж сталося далі при виході предків комах на сушу? Потрібно відзначити, що багато з вищеописаних ознак були важливими преадаптаціями, що дозволили членистоногім освоїти сушу. Хітиновий покрив досить надійно оберігав тіло від висихання (треба було лише посилити його вологонепроникність, покривши воскоподібною речовиною); членисті кінцівки забезпечували пересування; наявність щелеп дозволяло харчуватися іншими способами, ніж неможливою на суші фільтрацією. І все ж таки перші наземні членистоногі зіткнулися з серйозними проблемами, які треба було вирішувати негайно. Головна з цих проблем - економія води. Хоча хітиновий покрив ізахищає тіло, неминучі втрати води при диханні та виділенні. Дихання завжди здійснюється через вологу поверхню, причому ця поверхня має бути досить великою, особливо при активному, рухливому способі життя. Якщо дихальна поверхня «вивернута» назовні (як зябра), то на суші тварина існувати не зможе. При виході на сушу у різних членистоногих, у тому числі й у предків комах, сформувалися за рахунок зовнішніх покривів дуже своєрідні органи дихання - трахеї, що мають вигляд вузьких пронизливих тіло трубок. Водні тварини як продукт азотистого обміну зазвичай виділяють аміак, який дуже токсичний і повинен бути розчинений у великій кількості води. Наземним тваринам така «розкіш» недоступна; наземні членистоногі екскретують сечову кислоту (або її похідні), менш токсичну та слабко розчинну у воді. При цьому більшість наземних членистоногих мають своєрідні органи виділення — мальпігієві судини. Вони впадають у задню кишку, де відбувається зворотне всмоктування води. Суттєво змінюються при виході на сушу та ознаки, пов'язані з розмноженням. Спочатку у членистоногих, що вийшли на сушу, освоїли грунт, ймовірно, зберігалося зовнішньо-внутрішнє запліднення, навіть більш примітивне, ніж у сучасних водних форм. Наприклад, у більшості багатоніжок і первиннобезкрилих комах самець відкладає сперматофор на землю (часто навіть без самки), а самка пізніше підбирає сперматофор своїм статевим отвором. Але при освоєнні відкритих наземних місцеперебування необхідно внутрішнє запліднення, яке характерне для крилатих комах. У примітивних водних форм з яйця виходить личинка (наприклад, наупліус), що має кілька сегментів. Навпаки, у примітивних наземних членистоногих із яйця зазвичайвиходить «зменшена копія» дорослого організму (можливо такий ембріонізований розвиток виник у предків сучасних комах ще до виходу на сушу). У міру освоєння суші яйця членистоногих набувають великих запасів жовтка і щільні покриви, що оберігають яйця від висихання. Зупинимося коротко на тих відмінностях від анелід, які виникли при появі «справжніх», крилатих комах. У них тіло чітко розділене на груди, що несе три пари ніг, і черевце, кінцівки якого редукуються або видозмінюються (наприклад, входять до складу статевого апарату). Відбувається концентрація черевного нервового ланцюжка, і у вищих форм усі її ганглії переміщуються в груди і навіть зливаються в один. Виникають складні фасеткові очі, та вдосконалюються інші органи почуттів. З'являються крила та ряд адаптацій, пов'язаних із польотом. Зрештою, виникає (мабуть, вдруге) непрямий розвиток, при якому личинки та дорослі особини часто не мають нічого спільного у зовнішньому вигляді та ведуть зовсім різний спосіб життя. Всі ці ознаки, мабуть, виникли у зв'язку з переходом від життя у ґрунті до більш рухливого способу життя на його поверхні та на рослинах. Надаємо читачеві самому подумати, в якій послідовності виникали ці ознаки і як вони взаємопов'язані один з одним.