Комахи спочатку навчилися падати, а вже потім - літати
На хвостових щетинках можна непогано планувати, навіть не маючи крил. Щоб довести це, ентомологи влаштували комахою «десант без парашутів».
Про те, як комахи освоїли політ, вченим розповіли безкрилі представники цього класу - деревні стрибають щетинохвістки. Спостерігаючи за їх поведінкою, Стефен Яновіак (Stephen P. Yanoviak) - ентомолог з арканзаська університету в Літтл-Рок (University of Arkansas at Little Rock) з колегами припустив, як у комах з'явилися крила.
Походження крила у комах залишається загадкою для вчених, так як в їх розпорядженні немає копалин перехідних форм. Одна гіпотеза (наземна) говорить, що крило виникло з грудних виростів древніх шестиногих безхребетних. Відповідно до іншої (водної), крило розвинулося з зябер водних організмів після того, як вони потрапили на сушу.
Деревні стрибають щетинохвістки (Archaeognatha) - одні з найбільш примітивних, древніх комах, що збереглися до нашого часу. Вони живуть в тропічних лісах, де служать їжею для мурах, павуків і птахів. Щетинохвістки сидять на гілках і стовбурах дерев і при наближенні хижака зістрибує вниз.
комах десант
Стефен Яновіак вивчав деревних щетинохвосток в Перу, в Панамі і Габоні. Ентомологи злегка посипали комах помаранчевим порошком, щоб їх було краще видно, і поміщали в пластиковий стаканчик, тримаючи його на відстані 1-2 метри по горизонталі від стовбура дерева. Все це відбувалося під пологом тропічного лісу на висоті не менше 15 метрів.
Щетинохвістки якийсь час вільно падали, а потім починали планувати і в результаті приземлялися на стовбур найближчого дерева. Успішність планування вчені оцінювали у відсотках комах, які долетіли до дерева. Ще одним показником служив індекс крутизни вертикального зниження (відношення величини подоланого відстані по горизонталі до висоти, на яку комаха за цей час опустилося).
В якості контролю біологи використовували інших щетинохвосток під назвою цукрові чешуйніци. Вони живуть не на деревах, а недалеко від землі. У них теж є три щетинки на хвості, коротші. Ці комахи планувати не могли і безпорадно падали вниз.
Аеродинаміка на щетинках
Деревним щетинохвістки хвостові щетини допомагають контролювати своє переміщення в повітрі. Щетинки виконують функцію керма і вирівнюють положення тіла комахи щодо центра ваги. Щоб оцінити їх роль, учені піддали деяких щетинохвосток обрізання. Вони калічили комах по-різному: відрізали ліву щетинку, центральну або праву, укорочували все наполовину і, нарешті, залишали все щетинки недоторканими, але відрізали головні антени.
Успіх планування щетинохвосток з ампутованими щетинками порівнювали з результатом контрольних комах. Контрольні досягали найближчого дерева в 90%, а у ампутантів успіх знижувався в різному ступені - в залежності від того, що їм відрізали. Найгірше довелося тим, у кого все щетинки обрізали наполовину - вони досягали мети лише в 40% випадків.
Індекс крутизни вертикального зниження у контрольних комах становив в середньому 0,4, а у ампутованих він знижувався до 0,18. Це означало, що вони планували вниз набагато більш круто.
Як з'явилися крила
Біологи вважають, що планування і маневрування з використанням хвостових щетинок лежало в основі еволюції польоту у комах. Давнім безкрилим комахою, що жив в девонського періоду, доводилося зістрибувати зі стовбурів деревної рослинності, що досягали п'ятиметрової висоти. Так що необхідно було навчитися аеродинаміці.
Вчені вважають, що їх дослідження доводить правоту наземної гіпотези походження крила. Бічні грудні вирости, мабуть, виявилися ще більш зручними для польоту, ніж хвостові щетини. Хоча при цьому, кажуть вчені, крила могли грати і іншу роль - наприклад, служити для терморегуляції.