Еволюция на насекомите - въпроси и отговори по биология
Еволюция на насекомите
Сравнете насекомите с техните предполагаеми предци - пръстеновидни червеи. Какво мислите, какви са основните разлики между насекомите и пръстеновидните, довели до други различия в организацията им? Изложете хипотеза за реда, в който са възникнали разликите; как появата на едно доведе до друго; от какви фактори на околната среда или взаимоотношения в организма зависи този процес.
Предполага се, че анелидите, подобно на съвременните полихети, могат да бъдат предци на всички членестоноги. Насекомите вероятно не са еволюирали директно от пръстеновидни червеи, а от подобни на стоножки предци, след като са кацнали. Специфичните особености на насекомите се появяват по-късно от чертите, общи за всички членестоноги, които ги отличават от пръстените. Много характерен признак за членестоногите е наличието на хитинови обвивки, които са доста здрави и неразтегливи. Тази особеност несъмнено е възникнала през периода на живот във водата (хитиновият външен скелет е присъствал вече в камбрийските форми и почти всички съвременни водни членестоноги го притежават). Може би появата на външния скелет се дължи на повишената опасност от хищници. Появата на силен външен скелет, който често има формата на черупка в древните членестоноги, намалява ефективността на движение поради огъване на тялото и напълно изключва възможността за движение поради перисталтиката. Крайниците започнаха да играят много по-голяма роля в движението. Промяната на начина на движение изисква преструктуриране на мускулите. Вместо кожно-мускулна торбичка се развиха снопови мускули, осигуряващи сложни и разнообразни движения на частите на тялото и крайниците. Хитиновата обвивка осигурява място за прикрепване на мускулите (противно на общоприетото схващане, много членестоноги също имат добре развита вътрешнахитинов скелет, използван също за прикрепване на мускулите). Наличието на скелета направи възможно появата на ставни лостови крайници. За да се осигури скоростта на движение на крайниците, състояща се от много сегменти, възникнаха набраздени мускули. Усложняването на структурата на краката е довело до разширяване на техните функции. При анелидите параподиите се използват за плуване (пълзене) и дишане и никога не участват в улавянето на храна. Обратно, при почти всички членестоноги храната се улавя от крайниците. Първоначално, очевидно, всички крака на багажника са участвали в улавянето на храната, избутвайки я по жлеба за храна към устата. Въпреки това, скоро краката, които са най-близо до устата, след като са загубили двигателната си функция, се специализират в избутването на храна в устата, а след това в нейното улавяне и смилане. Това доведе до важни последствия - до образуване на части от тялото, преди всичко главата. С развитието на мощни мускули на дъвкателните крайници, "натрупани" около устата, е необходим и мощен скелет за прикрепване на мускулите; във връзка с това няколко предни сегмента се сливат, образувайки при някои членестоноги (включително стоножки и насекоми) цяла, добре изолирана капсула на главата. Главата също така носи сетивните органи - антени (вероятно също представляващи модифицирани крайници) и очи. Няколко предни ганглия, сливащи се, образуват мозъка, по-сложен (по състав) от този на анелидите. Появата на външния скелет и свързаното с него разпадане на кожно-мускулната торбичка, очевидно, са били причина за значителни промени и в някои други органи. На първо място, целомът (вторична телесна кухина) се редуцира, една от основните функции на която при анелидите е опора за кожно-мускулната торбичка. При нисшите форми цялото все още е напълно представено по време на ембрионалното развитие и играе важна роля ворганогенеза. В различни случаи благодарение на него се образуват мускулите (включително сърцето), мастните телесни клетки, хемолимфните клетки, отделителните органи и стените на половите жлези. Кръвоносната система става отворена. Явно има няколко причини. Първо, стените на кръвоносните съдове в анелидите се образуват от стените на целома и кожно-мускулната торбичка, така че съдовете също изчезват, когато се разпадат. Второ, перисталтичните мускулни контракции играят важна роля при изтласкването на кръвта през капилярите в пръстеновидните червеи; при членестоногите този метод на притока на кръв става невъзможен. Вярно, имат сърце, но много примитивно. И накрая, растежът на членестоногите може да се осъществи само чрез периодични линеения, тъй като хитиновото покритие е практически неразтегливо (това е друга важна разлика между членестоногите). Линеенето се регулира от хуморалния път и всички клетки на покривния епител (хиподерма) трябва да бъдат измити от хемолимфа. Това са основните разлики между членестоноги и пръстеновидни, които са характерни за всички групи членестоноги и вероятно всички са се развили паралелно в самото ядро на произхода на този тип, във водната среда. Какво се случи след това, когато предците на насекомите дойдоха на сушата? Трябва да се отбележи, че много от чертите, описани по-горе, са били важни предварителни адаптации, които са позволили на членестоногите да овладеят земята. Хитиновото покритие доста надеждно предпазва тялото от изсушаване (необходимо е само да се повиши устойчивостта му на влага, като се покрие с восъкоподобно вещество); ставните крайници осигуряват движение; наличието на челюсти направи възможно храненето по начини, различни от филтриране, което е невъзможно на сушата. И все пак първите сухоземни членестоноги са изправени пред сериозни проблеми, които трябва да бъдат решени незабавно. Основният сред тези проблеми е опазването на водата. Въпреки че хитиновото покритие ипредпазва тялото, неизбежна загуба на вода при дишане и отделяне. Дишането винаги се извършва през влажна повърхност и тази повърхност трябва да е достатъчно голяма, особено при активен, подвижен начин на живот. Ако дихателната повърхност е „обърната“ (като хрилете), тогава животното не може да съществува на сушата. Когато навлизат в сушата, различни членестоноги, включително предците на насекомите, се образуват поради външните капаци на много особени дихателни органи - трахеи, които приличат на тесни тръби, проникващи в тялото. Водните животни обикновено отделят амоняк като продукт на азотния метаболизъм, който е силно токсичен и трябва да се разтвори в големи количества вода. Сухоземните животни нямат такъв "лукс"; сухоземните членестоноги отделят пикочна киселина (или нейни производни), която е по-малко токсична и слабо разтворима във вода. В същото време повечето сухоземни членестоноги имат особени екскреторни органи - малпигиеви съдове. Те се вливат в задното черво, където водата се реабсорбира. Знаците, свързани с размножаването, също се променят значително, когато кацнат. Първоначално членестоногите, които са кацнали на сушата, овладявайки почвата, вероятно са запазили външно-вътрешно торене, дори по-примитивно, отколкото в съвременните водни форми. Например при повечето стоножки и първични безкрили насекоми мъжкият отлага сперматофора на земята (често дори в отсъствието на женската), а женската по-късно взима сперматофора с гениталния си отвор. Но при разработването на открити земни местообитания е необходимо вътрешно торене, което е характерно за крилатите насекоми. При примитивните водни форми от яйцето излиза ларва (например науплиус), която има само няколко сегмента. Напротив, при примитивните сухоземни членестоноги яйцата обикновеноизлиза „умалено копие“ на възрастен организъм (възможно е такова ембрионално развитие да е възникнало в предците на съвременните насекоми още преди да кацнат). С развитието на сушата яйцата на членестоногите придобиват големи запаси от жълтък и плътни обвивки, които предпазват яйцата от изсъхване. Нека се спрем накратко на тези разлики от пръстеновидните, възникнали с появата на "истински", крилати насекоми. Тялото им е ясно разделено на гръден кош, носещ три чифта крака, и корем, чиито крайници са редуцирани или модифицирани (например те са част от репродуктивния апарат). Има концентрация на вентралната нервна верига, а при по-високи форми всички нейни ганглии се преместват в гръдния кош и дори се сливат в едно. Появяват се сложни сложни очи и други сетива се подобряват. Появяват се крила и редица свързани с полета адаптации. Накрая възниква непряко развитие (вероятно вторично), при което ларвите и възрастните често нямат нищо общо по външен вид и водят напълно различен начин на живот. Всички тези признаци очевидно са възникнали във връзка с прехода от живот в почвата към по-подвижен начин на живот на нейната повърхност и върху растенията. Оставяме читателя сам да си помисли в каква последователност са възникнали тези знаци и как са взаимосвързани помежду си.