Читать книгу Супермухи. Удивительные истории из жизни самых успешных в мире насекомых - Джонатан Бэлкомб - Страница 4

Своим успехом мухи во многом обязаны своему физическому строению. Начнем с того, что благодаря общим характеристикам мухи стали доминирующей формой жизни на планете. И как мы увидим позже, они крайне изящно дополнили «базовую комплектацию».

Прежде чем перейти непосредственно к мухам, давайте посмотрим, как устроен организм насекомого. Удивительно, но он работает примерно так же, как и у нас. Эволюция – превосходный инженер, а насекомые – результат чудесной миниатюризации. Когда я смотрю на крошечную мошку, подпрыгивающую вверх и вниз в рое спаривающейся мошкары, или на клеща (технически это не насекомое, а близкий родственник) – меньше точки в конце этого предложения, – ползущего по странице книги, я прихожу в восторг от того, насколько сложно устроенный и скоординированный механизм поместился в столь крошечную упаковку. У насекомых есть восемь общих с нами систем организма из десяти: нервная, дыхательная, пищеварительная, кровеносная, выделительная, мышечная, эндокринная и репродуктивная. Две оставшиеся системы, которые есть у нас, – скелет и кожа – заменены у насекомого экзоскелетом, состоящим из жестких пластин (склеритов), соединенных гибкими мембранами, что обеспечивает эффективную структурную поддержку и защиту для небольшого, но подвижного организма. Все эти системы работают согласованно, подобно группам музыкантов симфонического оркестра.

Гемолимфа (аналог крови) течет по открытой системе кровообращения по всему организму. За исключением случаев, когда гемолимфа проходит через спинной сосуд, находящийся примерно там, где должен быть позвоночник, она течет свободно, омывая внутренние органы, снабжая их кислородом, поступающим через дыхательную систему, и способствуя работе иммунитета. Вентиляционная (или дыхательная) система представляет собой сложную, разветвленную совокупность трубок – трахей, – на которых расположены открывающиеся наружу отверстия, называемые дыхальцами. Дыхальцы выстроены в линию и у некоторых крупных насекомых напоминают иллюминаторы на лодке. Поглощение кислорода и удаление углекислого газа осуществляется путем прямой диффузии в трахеолах, пересекающих внешнюю мембрану, входящих или выходящих из клеток. Организм насекомого работает активно, как кузнечные меха, и благодаря этому обмен происходит эффективно. Примерно так же работает наша диафрагма.

Системы работают благодаря пище, поступающей через пищеварительную систему, которая устроена во многом так же, как наша. Передняя кишка насекомого функционирует как желудок, отвечая за прием и хранение пищи. При приеме пищи слюнные железы смазывают ее, запуская процесс переваривания. У насекомых слюнные железы более универсальны, чем у нас. Некоторые, например, производят шелк, а другие – соединения, имитирующие гормоны роста растений и стимулирующие выработку защитной желчи, так называемого цецидия, вздутия, возникающего на стеблях или листьях. В средней кишке, как у нас в тонком кишечнике, происходит большая часть процессов переваривания и всасывания питательных веществ. Оттуда пища поступает в заднюю кишку, где экскременты насекомого накапливаются в мышечной прямой кишке и выводятся через задний проход.

На случай, если вам интересно, пукают ли насекомые, отвечу: да, они пукают. Газообразные продукты пищеварения нижней части системы должны куда-то уходить, и так же, как и у нас, выходом служит задний проход. К сожалению, я не знаю, слышно ли пукающих насекомых, но я бы не удивился, если бы мухи использовали анальные газы, скажем, для акустического или химического общения. Сельдь общается, выпуская пузырьки из ануса, а жуки-бомбардиры защищаются от хищников, выбрасывая кислоту из заднего прохода. Так что, если вы когда-нибудь услышите пукающую муху, пожалуйста, дайте мне знать.

В каждом офисе необходим ИТ-отдел. Нервная система насекомого представляет собой сеть нейронов, прикрепленных к брюшному нервному стволу. Вдоль него расположены нервные центры, называемые ганглиями. В голове находятся два основных узла: (1) мозг, обрабатывающий сенсорную информацию и формирующий поведение, и (2) подглоточный ганглий, плотный комок нервных клеток, обслуживающих органы чувств насекомого, ротовую часть, слюнные железы и мышцы шеи.

Что делает мух мухами

Теперь давайте разберемся, что такое мухи. Настоящие мухи принадлежат к отряду Двукрылых (Diptera, от греч. di = два, ptera = крылья), и это означает, что у его представителей не больше двух крыльев. Унаследованные от предков задние крылья модифицировались в пару булавовидных структур, называемых жужжальцами, они функционируют главным образом как стабилизаторы полета. У остальных летающих насекомых четыре рабочих крыла, за исключением жуков, чьи передние крылья стали прочными защитными щитками – надкрыльями[42].

Существует две основные группы Двукрылых. В подотряд Nematocera (Длинноусые) входят, как правило, небольшие, хрупкие двукрылые, такие как комары, долгоножки и мошки. Несмотря на то что свое название они получили благодаря длинным усикам (учитывая, что название rhinoceros (носороги) переводится как «носовой рог», nematocera переводится как «нитевидные рога»), вы легко опознаете муху из этого подотряда по изящному, хрупкому виду. Подотряд Brachycera (Короткоусые) включает более коренастых, крепких мух с короткими усиками. Наша старая знакомая домашняя муха и каллифориды, чьи личинки поселились у меня на груди, относятся к Brachycera.

Строение мухи (© Bob’s bugs, http://www.bobs-bugs.info/bug-basics-anatomy/)

Мухи действительно очень многообразны. Они бывают самых разных форм и размеров, и каждая удивительно приспособлена к определенному образу жизни. Ктыри должны быть быстрыми и крепкими, чтобы ловить жертву в воздухе; самые крупные из них вырастают до семи сантиметров в длину. Несколько взрослых особей самой маленькой в мире мухи (с которой мы познакомимся в четвертой главе) поместились бы на булавочной головке, и, по моим оценкам, потребовались бы десятки тысяч особей этого вида, чтобы сравняться по массе с мухой-ктырем.

Наша антипатия к мухам непонятна, если учесть, насколько они красивы. Я первый признаю, что личинки не особенно эстетичны, но именно негативные ассоциации с мухами – грязь, разложение, зудящие укусы, инфекции – формируют наше восприятие этих насекомых. Не поддавайтесь беспокойству, навязанному обществом, и вы увидите, что некоторые мухи входят в число самых красивых творений, созданных природой: изысканная симметрия, отливающее металлическим блеском тельце, небесно-голубые, зеленые или золотые щитки, расположенные поперек грудной клетки и сужающегося брюшка, блестящие крылья как будто бы сделанные из паутины, где каждая щетинка и жилка на крыльях словно нарисованы любящей рукой художника по костюмам. Если серьезно, то многие, даже и кусачие, мухи представляют собой произведения искусства. У некоторых комаров на ногах «надеты» элегантные черные пушистые гетры, а фасетки на больших глазах слепней расположены так, что складываются в психоделические узоры из света и цвета. Несмотря на значительную конкуренцию со стороны бабочек и жуков[43] (представителей отдельных отрядов насекомых: Чешуекрылых и Жесткокрылых, соответственно), на обложку третьего тома (Насекомые) второго издания всеобъемлющей и значимой «Энциклопедии жизни животных» Гржимека поместили журчалку (Metasyrphus americanus), или, если конкретнее, муху в пыльце, имитирующую осу на цветке.

Стремясь познакомиться с мухами на биологической станции Арчболд (ABS) в Юго-Центральной Флориде, я встретил энтомолога Марка Дейрупа. Арчболд – это заповедник площадью 21 км², состоящий в основном из характерных для Флориды сухих зарослей кустарника. Станция была основана в 1941 году американским зоологом и филантропом Ричардом Арчболдом. Сейчас там работают более 60 сотрудников и множество волонтеров. Флора и фауна этой природной жемчужины включают в себя несколько редчайших видов Северной Америки, считающихся наиболее тщательно изученными на Земле, кроме того, они превосходно задокументированы.

Семидесятилетний Дейруп работает на станции ABS уже 35 лет. Он очень энергичен, выглядит на шестьдесят. Как и Стивен Маршалл, этот человек талантлив и трудолюбив, однако его достижения часто остаются не замеченными обществом. Впервые я встретил его имя, когда снял с полки книгу «Поразительные насекомые Флориды» (Florida’s Fabulous Insects) в местной библиотеке в Бойнтон-Бич недалеко от меня. Это удивительно живое описание жизни насекомых с красивыми фотографиями, неизменно сопровождающими увлекательную прозу Дейрупа.

Мы встретились в его просторной лаборатории, и Дейруп метнул мне по столу пару увесистых книг под названием «Руководство по неарктическим двукрылым» (Manual of Nearctic Diptera), тома I и II. Открыв наугад, я увидел утонченные рисунки отдельных частей мух. У каждой щетинки было название (к счастью, у более тонких волосков их не было). Дейруп указал на пару грудных щетинок на спинке мухи. «Это субапикальные щитковые щетинки. Они могут быть направлены параллельно, как здесь [мне они напомнили бивни моржа], или скрещены, как тут [пара скрещенных сабель], и их расположение имеет решающее значение при определении вида мухи».

Существует причина, по которой в текстах по анатомии и систематике насекомых огромное количество подробных линейных рисунков внутренних органов, рисунков щетинок и гениталий: мух так много, что некоторые родственные виды почти идентичны. Чтобы определить вид мухи, нужно иметь своего рода определитель, называемый «ключом». Шаг за шагом пользователь отвечает на да/нет вопросы (например: это насекомое или нет?), каждый из которых более специфичен, чем предыдущий. Если все идет хорошо, то процесс определения завершается определенным признаком, характерным для данного семейства, рода или вида. Например, если вы правильно отвечали на вопросы и у вашей мухи есть шпора на средней голени ноги, то это бекасница из семейства Rhagionidae. В книге Стива Маршалла о мухах есть целый раздел, посвященный сбору и хранению двукрылых, и там приводятся 10 таких отдельных «ключей» для определения мух на уровне семейства.

Использование расположения щетинок для определения вида – очень важный инструмент, поэтому у него даже есть свое название: хетотаксия. Рисунок прожилок на крыльях мух тоже специфический, и у каждой есть название и характерное расположение, часто имеющее таксономическую ценность. Если вы пытаетесь определить вид личинок, у которых, как правило, щетинок мало или вообще нет, можно сосредоточиться на расположении и характеристиках дыхалец. И несмотря на знание этих деталей, не считайте, что мы полностью разобрались с анатомией мух. Наше восприятие мух и восприятие мух друг другом сильно отличаются. «Мы понятия не имеем, зачем существуют девять десятых того, что мы видим у насекомых, – сказал мне Дейруп, – потому что мухи функционируют на другом уровне. Просто удивительно, как много у насекомых особенностей строения поверхности покровов и различных структур и как мало мы знаем о том, что все это значит».

Почти всегда на крыле

Мухи неспроста получили свое название: по-английски они называются flies, или летающие[44]. Они искусные воздушные гимнасты: могут неподвижно парить в воздухе, летать задом наперед и приземляться вверх ногами. Вполне возможно, что большинство животных на Земле, находящихся в полете в определенный момент времени, – мухи. Даже жуки, единственная группа, которая (в настоящее время) превосходит мух по разнообразию, более склонны к жизни на земле. Если вы наблюдали за жуками, вы наверняка заметили их общее нежелание взлетать, в отличие от гиперстремительных мух.

Небольшой размер насекомого дает два больших преимущества для полета[45], чем объясняется тот факт, что насекомые начали летать за 150 миллионов лет до всех остальных существ. Во-первых, законы физики диктуют, что чем меньше крыло, тем больше ударов в минуту им можно совершить. Во-вторых, более легкое тело маневреннее. Мы можем махать руками примерно три раза в секунду, в то время как у самой маленькой птицы число ударов в секунду достигает ста. Домашняя муха машет крыльями со скоростью 345 ударов в секунду[46], комар – до 700 ударов, а крошечная кровососущая мошка, только представьте себе, – 1046 ударов![47] Парадоксально, но при наличии маленьких крыльев такая скорость не просто возможна, но и обязательна. Чем меньше насекомое, тем чаще оно должно махать крыльями, чтобы создавать достаточную аэродинамическую силу и оставаться в воздухе. Мухи – обладатели самых мощных летательных мышц на планете с поправкой на размер. А об их маневренности слагают легенды. Несмотря на свои огромные глаза[48], большеголовая муха (одна из семейства Большеглазок; Pipunculidae) способна продолжать лететь в тесном сложенном сачке для насекомых объемом с чайный пакетик.

Если у вас нет сачка, то наглядный пример мастерства мух – это поведение влюбленного самца мухи в полете, высматривающего пролетающую самку. Как-то раз апрельским утром, исследуя естественные заросли кустарника в Южной Флориде, я столкнулся с одним из таких самцов, зеленой падальницей, парящей над тропинкой примерно на уровне глаз. Насекомое длиной в сантиметр выглядело практически неподвижным, его словно подвесили на невидимой нитке. Он казался почти безразличным к моему присутствию. Двигаясь медленно, я смог приблизиться к нему так, чтобы он был примерно в 30 см от моего лица, и тогда он отодвинулся ровно настолько, чтобы сохранить это минимальное расстояние. Я медленно вытянул руку и оказался всего в 10 см от него, после чего он отреагировал на меня. Если я внезапно поднимал руку, муха быстро удалялась, а затем через две или три секунды снова материализовывалась, всегда в одном и том же месте. И смотрел он всегда в одном и том же направлении, в данном случае на запад. Его крылья, бьющиеся сотни раз в секунду, издавали слабый низкий звук. Несколько раз он внезапно улетал, хотя я не делал никаких движений, и я заметил, что эти исчезновения обычно сопровождались звуком другого пролетающего мимо насекомого. Несколько других самцов парили поблизости, и я подозреваю, что этот самец отгонял конкурентов или надеялся перехватить пролетающую самку[49].

Для того чтобы зависнуть в воздухе на открытой местности, нужно постоянно подстраиваться и приспосабливаться, тогда можно компенсировать небольшие порывы ветра и воздушные потоки. В телесериале Life in the Undergrowth («Жизнь в микромире»), снятом BBC, камера замедленной съемки фиксирует самца мухи-журчалки, парящего в свете солнечных лучей на британском лугу. И там действительно видно размытые крылья мухи, угол которых она меняет независимо друг от друга, чтобы удержаться на месте. Ведущий Дэвид Аттенборо стреляет из игрушечного ружья, чтобы продемонстрировать бдительность и быстроту журчалки. Когда горошина проносится мимо, муха мгновенно разворачивается и пускается в погоню. Это невероятное сочетание дальновидности и ловкости, хотя в данном случае она ошибочно принимает горошину за другое насекомое.

Изучением полета мух активно занимаются прикладные физика, энергетика и робототехника. Чтобы быть на передовой в области полетов, мухи применяют высокотехнологичное оборудование. Генерирование частоты 100 или более ударов в секунду выходит за физиологические пределы скорости возбуждения нервной ткани. По этой причине верхние пределы полета мухи достигаются не только за счет нервного контроля; они происходят благодаря особенностям строения мышц и механизмам соединения частей крылового аппарата двукрылых[50].

В ходе эволюции у мух образовался комплекс из системы рычагов, точек опоры, крошечных выступов на жилках крыльев, механизмов сокращения мышц и системы, очень похожей на ручное сцепление в трансмиссии автомобиля, связанной с чем-то вроде коробки передач, которая позволяет мухам управлять каждым крылом по отдельности. Частота взмахов крыльями синхронизируется с помощью скутеллума, или щитка среднеспинки, который механически соединяет крылья друг с другом, тогда как выпуклая нижняя часть груди (субэпимеральный гребень) соединяет и координирует каждое крыло с соответствующим жужжельцем. При этом «механизм сцепления», соединяющий щиток с каждым крылом, может быть задействован (или не задействован) с обеих сторон; и таким образом крылья могут двигаться независимо друг от друга, что повышает маневренность. А «коробка передач», которая расположена в основании каждого крыла и состоит из трех структур, работающих подобно переключению передач в автомобиле, и регулирует амплитуду биения крыльев от низкой до высокой.

Даже учитывая все механизмы для подъема, мухи не ушли бы далеко без баланса и рулевого управления. Система равновесия человека, в отличие от мухи, находится в ушах. Мухи балансируют и управляют жужжальцами и рудиментами второй пары крыльев, которые я упоминал ранее. Во время полета жужжальца двигаются как барабанные палочки: бьют с той же скоростью, что и крылья, но, как правило, в противофазе. Они действуют как гироскопы, качаясь вверх, когда крылья опускаются, и наоборот. Если муха отклоняется от курса, переворачивается или меняет высоту во время полета, жужжальца изгибаются у основания, при этом сохраняя первоначальную плоскость движения. Специальные нервные клетки улавливают повороты[51], позволяя мухе корректировать ориентацию.

Несмотря на название отряда Двукрылых, у некоторых мух вообще нет крыльев. У их предков они были, но, подобно нелетающим птицам на островах, где нет хищников, мухи утратили крылья, поскольку на протяжении многих поколений образ жизни сделал их наличие совершенно бессмысленным и даже излишним. Показательный пример: паразитирующие на летучих мышах мухи-кровососки. Если всю свою жизнь вы проводите, ползая, как краб, по телу летучей мыши, вам не нужно самостоятельно взлетать, чтобы добраться из одного места в другое, за вас это сделают летучие мыши. Перебраться с одного хозяина на другого можно в тот момент, когда летучие мыши собираются вместе и сидят, плотно прижавшись друг к другу, как они довольно часто делают. Итак, мух-кровососк, паразитирующих на летучих мышах (стреблид и мух-паучниц или никтерибиид), насчитывается – что не может не удивлять – 511 известных видов в двух семействах, и они постепенно теряли крылья на протяжении тысячелетий. Я видел некоторых из них, изучая летучих мышей, когда учился в университете, и, если бы мне никто не сказал, я бы никогда не подумал, что это мухи.

Если вы задавались вопросом о способности мух преодолевать гравитацию и ходить по окнам и потолку, то это возможно благодаря двум или трем подушечкам на каждой лапке, называемым пульвиллами. От каждой из них отходят тысячи трубочек, заканчивающихся очень гладкой плоской подушечкой. Когда-то считалось, что пульвиллы работают как присоски, но сейчас известно, что они похожи скорее на липучки. Крошечные капли клейкого вещества, состоящего из сахаров и масел, просачиваются через эти трубочки, и муха прикрепляется даже к самой гладкой поверхности благодаря силе молекулярного притяжения. Муха ходит, меняя угол наклона подушечек лап, чтобы ослабить фиксацию[52]. Домовые гекконы используют тот же трюк, охотясь на насекомых и бегая по стенам и потолкам.

Быстрота мух и их наглость, с которой они не двигаются с места или тут же возвращаются, несмотря на наши усилия отогнать их, отчасти объясняются использованием тех самых щетинок и волосков, о которых мы узнали во время нашего визита к Марку Дейрупу. Основание каждого фолликула иннервировано, это делает муху чувствительной к мельчайшим изменениям воздушного потока. Такая система раннего предупреждения помогает мухе обнаружить приближающегося врага[53], и это объясняет, почему муху так трудно прихлопнуть.

Когда ученые внимательно изучили, как летают комары, то обнаружили кое-что новое. При помощи восьми камер замедленной съемки удалось рассмотреть полет под различными углами и создать трехмерную модель движений крыльев писклявого насекомого, степень подвижности которых ничтожные 40°, что почти вдвое меньше, чем у пчелы. Этого поверхностного движения должно быть недостаточно, чтобы комар летал, используя только разгонный вихрь (воздушный карман, который помогает создавать подъемную силу). Благодаря камерам удалось разглядеть второй вихрь на задней части крыльев. Поскольку задняя линия крыла повторяет траекторию передней, она улавливает вихревой след предыдущего взмаха, повторно используя энергию. Это обеспечивает дополнительный подъем, за счет которого комар и доставляет нам неприятности. Благодаря второму вихрю энергия экономится за счет уменьшения размера траектории, которую должно пройти каждое крыло. При скорости 700 ударов в секунду это дает значительную экономию.