Если же мы посмотрим на насекомых, то их крылья с самого начала исторического становления этого класса организмов были независимы в своей функции от ног. Прежде всего крыльям и полету насекомые обязаны своей систематической обособленностью. Это же определило основные особенности их образа жизни и роль в природе. Можно с полным правом сказать, что крылья создали насекомых, резко выделили их из всего разнообразия других беспозвоночных и, в частности, из членистоногих животных. А произошло это очень давно — во второй половине палеозоя, когда другие организмы — растения, беспозвоночные и позвоночные — делали первые, робкие шаги по завоеванию прибрежных участков суши — берегов морей, рек и озер.
Среди древнейших насекомых лучше всех летали такие, у которых личинки и нимфы жили и развивались во внутренних водоемах или в сырых прибрежных зарослях. Поэтому быстрый и продолжительный полет был необходим этим насекомым, по-видимому, только для расселения при поиске подходящих мест, в которых можно было бы отложить яйца. Такая необходимость становилась особенно острой при частом пересыхании внутренних водоемов как в течение сезонов, так и в результате исторических изменений климата и контуров суши, горообразования или, наоборот, постепенного разрушения и снижения гор.
Как же образовались крылья у насекомых? Наиболее распространенной точкой зрения на этот счет является та, что крылья — это увеличенные паранотальные выросты, видимо, складки на боках среднего и заднего сегментов торакса, первоначально образовавшиеся как выпячивания эластичных участков наружного покрова насекомых между более плотными участками спинной и боковой сторон этих сегментов. Конечно, такие выросты вначале не могли еще служить не только для настоящего полета, но даже для планирования при прыжках. Значение этих паранотальных выростов, возможно, состояло в том, что они защищали от засорения дыхальца, то есть отверстия на боках тела, через которые у насекомых воздух поступает внутрь тела, в систему дыхательных трубок — трахей. Это было необходимо при жизни в растительном мусоре, где насекомые, по-видимому, начали свою эволюцию, это же еще больше пригодилось взрослым насекомым при переползании или при перебегании из одних сырых мест в другие, подходящие для жизни и размножения.
Подобные миграции предки насекомых совершали нередко по сухой, сильно нагреваемой солнцем открытой местности, поскольку тогда высшие растения произрастали только вблизи берегов водоемов. Боковые выросты на тораксе насекомых, отклоняясь назад, достаточно надежно прикрывали дыхальца, препятствуя чрезмерной потере влаги при дыхании, они не позволяли попадать в дыхальца и мелкой сухой пыли, в большом количестве перегонявшейся ветром по не покрытой растительностью суше.
Только тогда, когда боковые выросты у насекомых на средней и задней части торакса в результате естественного отбора стали достаточно длинными и подвижными (способными то плотно прижиматься к телу, то приподниматься для улучшения вентиляции воздуха в трахеях), у них могли появиться новые функции, а именно: планирование в воздухе, регуляция направления прыжка, взмах. Дальше началась специализация и мощное развитие мускулатуры торакса, что обеспечило длительный активный полет насекомых.
Насколько существенно было приобретение насекомыми способности к полету, показывает тот факт, что как древние, так и современные их представители в большинстве летают. Так называемые первичнобескрылые насекомые в настоящее время относительно мало разнообразны — всего около трех тысяч известных видов, то есть меньше полпроцента живущих видов насекомых. Только немногие другие насекомые, когда-то имевшие крылатых предков, также стали постоянно бескрылыми. Это преимущественно мелкие или среднего размера формы. Одни из них живут в укромных сырых местах, например некоторые эмбии, тли или же зораптеры. Другие же, будучи паразитами, живут на теле крупных животных и передвигаются с места на место на более или менее значительные расстояния вместе со своими хозяевами. Таковы гемимериды, пухоеды, вши, некоторые клопы, бобровые блохи и настоящие блохи, а также некоторые паразитические мухи, с первого взгляда совершенно непохожие на мух, например овечий рунец.
Итак, совершенно бескрылых насекомых, у которых ни самки, ни самцы не могут летать, не так уж много, примерно 1,5–2 % всех видов класса. Обращает на себя внимание и то обстоятельство, что отряды нелетающих насекомых включают обычно меньше 1000 видов, тогда как отряды летающих в большинстве своем объединяют по крайней мере не меньше 2000–3000 видов, а некоторые, как прямокрылые, равнокрылые, клопы — десятки тысяч видов, бабочки, перепончатокрылые и двукрылые — каждый более 100 000 видов, а жуки даже более 250 000.
Помимо того, что у представителей каждого отряда и семейства насекомых крылья имеют особое строение, по которому легко можно выяснить степень родства между теми или иными представителями этих организмов, они имеют и очень разную форму, относительные размеры, плотность, рисунок и другие особенности. Вспомним хотя бы густую нежную сеточку из тончайших жилок на крыльях стрекоз, переливающих радугой, а иногда окрашенных в замечательные тона, или плотные удлиненные пластинки передних крыльев кузнечиков и саранчовых и аккуратно сложенные веером их широкие прозрачные задние крылья, или броню передних, часто ярко расцвеченных и богатых по скульптуре передних крыльев жуков, под которыми прячутся прозрачные с толстыми жилками задние крылья, или же, наконец, замечательные, сплошь одетые мелкими чешуйками широкие крылья бабочек, то очень пестрые, то со строгим рисунком из контрастных крупных пятен, а то сверкающие одноцветным голубым шелком или перламутром. Бесконечна фантазия природы! Но во всем этом разнообразии отражена эволюция насекомых, пути их приспособления к полету в самых разных условиях.
В эволюции насекомых четко выявляются две тенденции изменения летательного аппарата. Одна из них — это разделение функции передних и задних крыльев. Передние крылья оставили за собой древнюю защитную функцию, задние же совершенствовались для полета. Так произошло у тараканов, богомолов, прямокрылых, уховерток, у большинства цикад, у клопов и жуков.
Другая тенденция, которая выявилась в строении летательного аппарата очень многих отрядов насекомых, — это утончение пластинки как передних, так и задних крыльев: они стали одинаково прозрачными, перепончатыми. У большинства этих насекомых в той или иной степени наметился переход к двукрылости. При этом основную функцию полета стали выполнять передние крылья, прокладывающие насекомому путь в воздухе. Задние же крылья уменьшились, более или менее прочно скрепились с передними при помощи складочки, крючочков или шипиков, а у представителей отряда двукрылых — комаров и мух — задние крылья вообще исчезли, они превратились в небольшие булавовидные придатки-жужжальца, выполняющие роль органов равновесия при полете.
Учитывая малые абсолютные размеры насекомых, скорость их полета оказывается очень большой. Так, у стрекоз она достигает примерно 30 метров в секунду, или почти 100 километров в час, а у бабочек-бражников — 15 метров в секунду, или более 50 километров в час. Если бы самолет соответственно своим размерам двигался с той же относительной скоростью, то он за секунду пролетал бы 120 километров, что почти в десять раз больше второй космической скорости у поверхности Земли! Даже метеориты, влетающие в верхние слои атмосферы, редко движутся так быстро.
Очень многие насекомые проводят в воздухе значительное время. Здесь встречаются друг с другом самцы и самки пчел, муравьев, комаров и бабочек, а другие насекомые, особенно мухи, выбирают для себя наиболее подходящие условия температуры и влажности и словно висят в воздухе на одном месте где-нибудь под кроной дерева или около лампы под потолком. С помощью крыльев насекомые покрывают большие расстояния в поисках и сборе пищи. Например, не так уж быстро летающие шмели за день пролетают до 50 километров, а другие, в частности крупные стрекозы или степные одиночные пчелы, — в несколько раз большее расстояние.
Но среди насекомых немало видов, которые хотя и подолгу держатся высоко над землей, однако передвигаются пассивно, их переносят потоки воздуха. Это так называемый «воздушный планктон», насыщающий в хорошие солнечные и теплые дни слой атмосферы над лугами, лесами или степью до высоты в один-два километра. Эти насекомые оказываются основной пищей высоко летающих в небе ласточек и стрижей. Особенно широко рассеивает и далеко переносит ветер летающих самок и самцов термитов, мелких цикадок и тлей, некоторых мелких жуков, в том числе короедов и навозников, а из перепончатокрылых — орехотворок и роящихся крылатых муравьев. Эти насекомые со слабым полетом нередко играют очень большую роль в природе.
Они пожирают все
Казалось бы, насекомые питаются в общем так же, как позвоночные, то есть схватывают добычу или отгрызают часть растения, мельчат порцию пищи, смачивают ее слюной, проглатывают, переваривают и усваивают. И ферменты, расщепляющие сложные органические вещества пищи на более простые, легко проникающие через стенки кишечника в кровь, у насекомых тоже в большинстве подобны имеющимся у позвоночных — это протеазы, липазы, карбогидразы. И все же насекомые в отношении выбора пищи и специализации питания имеют ряд таких особенностей, которые не свойственны позвоночным животным.
Основная пища насекомых — это живые растения или их остатки; почти 80 % всех видов питаются ими. Особенно разнообразны насекомые, питающиеся нежной ассимилирующей тканью живых зеленых растений — листьями и побегами. Эти части растений всегда расположены открыто, так как выполняют свою «космическую» роль созидания органических веществ из минеральных. Они почти не защищены, содержат много воды, белков и углеводов и поэтому особенно привлекательны для насекомых. А сухость воздуха, так же, как и высокое расположение этой пищи над поверхностью почвы, не препятствие для насекомых. Хитиновые покровы насекомых хорошо защищают их от испарения влаги, а полет позволяет им питаться не только травами и листьями кустарников, но и листьями в кронах самых высоких деревьев.
Насекомые, единственные из всех животных, в большом количестве используют в пищу листву деревьев. Ни млекопитающие, например ленивцы, обезьяны, сумчатые, жирафы и слоны, ни беспозвоночные, такие, как растительноядные клещики, не поедают столько листвы деревьев и кустарников, сколько насекомые.
Другое дело в степях, пустынях, тундрах, саваннах и на высокогорных лугах, где многочисленные растительноядные позвоночные — копытные, грызуны, а в теплых странах и черепахи — уничтожают почти столько же зеленых частей растений, сколько и насекомые. Этим и объясняется, что растительноядные позвоночные, питающиеся зеленью, наиболее разнообразны и обильны только в безлесных ландшафтах суши. Насекомые же, питающиеся хлорофиллоносной тканью растений, равномерно распределены в пределах всего «зеленого экрана» континентов и островов, опускаясь вместе с ним к самой поверхности земли в безлесных местностях и поднимаясь в кроны деревьев в лесах.
Конечно, листья и побеги растений в какой-то мере защищены от насекомых ядовитыми, клейкими или смолистыми веществами, а также густым опушением. Однако это спасает растения не во всех случаях, а есть насекомые, которым свойственно употреблять в пищу даже листья, содержащие сильные яды, например алкалоиды. Нет почти растений, которыми не питались бы те или иные виды насекомых.
Только современные мхи и папоротники насекомые почти совершенно игнорируют. Этот факт очень примечателен. Он, может быть, указывает на то, что в далекой древности, еще в девоне, когда мхи и папоротники господствовали среди наземных растений, уже имевшиеся в те времена насекомые ими не питались. Приспособление же насекомых к использованию листьев живых растений началось позже — в карбоне и перми — и было первоначально связано с голосемянными растениями, подобными современным гинкго, хвойным и саговникам. А еще позже, во второй половине мезозойской эры, насекомые начали все больше и больше связывать свою судьбу с покрытосемянными растениями, образовывавшимися из древних голосемянных постепенно и незаметно для насекомых.
В процессе длительного эволюционного приспособления очень многие современные растения приобрели своеобразную способность противостоять вредному воздействию листогрызущих насекомых. У этих растений, например у дубов, распустившиеся весной листья в значительной мере объедают гусеницы бабочек, личинки пилильщиков и жуки. Но вскоре, когда листогрызущие насекомые в большинстве своем уже закончили питание и личиночное развитие до следующего года, растения образуют новые листья. Таким образом, растения, развивая дополнительное количество листвы с расчетом на ее поедание насекомыми, нейтрализуют их вредное влияние.
Иная картина в вечнозеленых, постоянно хорошо увлажняемых тропических лесах, где повреждение насекомыми листьев растений, в том числе и деревьев, очень незначительно. Этим растения обязаны мириадам муравьев и других хищников, круглый год, днем и ночью нападающих на насекомых, открыто живущих на листьях.
Больше всего страдают от насекомых хвойные деревья в тайге, особенно после пожаров и неумелой вырубки деревьев. Муравьев и других насекомоядных животных в тайге недостаточно, хвоегрызущие насекомые на осветленных участках леса, где много солнца и теплее, размножаются очень быстро, поэтому они сильно повреждают хвою, которая не успевает восстанавливаться. Деревья слабеют, их питание ухудшается, древесина начинает подвергаться нападению различных древоядных насекомых. В результате хвойные леса гибнут на больших площадях, особенно такие ценные, как кедровые и сосновые.
В общем, самые различные насекомые исключительно широко используют в пищу зеленые части растений. Почти 60 % всех видов насекомых земного шара питается листьями и в меньшей мере хвоей. При этом хлорофиллоносной тканью питаются представители таких отрядов, которые включают особенно большое число видов. К ним относятся прямокрылые, равнокрылые — цикады, листоблошки и тли, многие клопы, разнообразные жуки — долгоносики, листоеды, хрущи и другие, подавляющее большинство бабочек, пилильщики и некоторые другие перепончатокрылые, а также многие двукрылые.
Другая существенная пища насекомых — это остатки опавших листьев и хвои, гниющие плоды и древесная труха. Около 10 % всех насекомых, главным образом первичнобескрылые, тараканы, термиты, некоторые клопы, очень многие жуки и двукрылые, питаются растительными остатками. Хотя видовое разнообразие этих насекомых не столь велико, как питающихся зеленью, меньшая у них и пищевая специализация — они хорошо усваивают остатки самых разных растений, но общая численность особей таких насекомых в природе, пожалуй, сравнима с численностью зеленоядных, а часто и превышает ее.
Возможность широкого использования насекомыми подобной, казалось бы, малопитательной пищи объясняется прежде всего тем, что в кишечнике насекомых имеется богатый набор симбиотических микроорганизмов, расщепляющих трудноусваиваемые вещества, особенно клетчатку. При этом насекомые частично могут переваривать и симбионтов, получая таким образом белки, жиры и витамины. Кроме того, немалое значение для питания насекомых, потребляющих растительные остатки, имеют сапротрофные грибы и бактерии, особенно хорошо развивающиеся во влажном растительном мусоре.
Если мы учтем то обстоятельство, что другие наземные беспозвоночные — кольчатые и плоские черви, нематоды и мокрицы, клещи, кивсяки и брюхоногие моллюски питаются растительными остатками только в сырых местообитаниях, а позвоночные вообще отказываются от такой пищи, то становится очевидным большое значение насекомых в переработке этих органических веществ.