Супермухи. Удивительные истории из жизни самых успешных в мире насекомых

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.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Deyrup 2005, p. 112.

2

Песчаные мушки – по-русски мокрецы (Ceratopogonidae); оленьи мухи (Hippoboscidae, гл. обр., Lipoptena cervi, известная русскому читателю как лосиная вошь), обыкновенные мухи (кусаются представители рода Stomoxys, по-русски жигалки). – Прим. пер.

3

В английском словосочетание sandflies многозначно, так называют и мокрецов, и москитов (Phlebotominae). Поскольку говорится о лейшманиозе, тут речь идет о москитах. Москиты – не тропические насекомые, живут в аридных районах: Турция, Иран, Средняя Азия. – Прим. пер.

4

На 12 февраля 2020 г. поиск по слову Drosophila по базе данных Национальной медицинской библиотеки PubMed выдает 107 760 посещений.

5

McGavin 2000.

6

Grzimek 2003.

7

MacNeal 2017.

8

Grzimek 2003.

9

Margonelli 2018, p. 10.

10

Farnham 2018.

11

Gorman 2017.

12

“Hotspot for Midges Proves to Be Fertile Ground,” Nature 454 (August 13, 2008): 815. https://doi. org/10.1038/454815f (accessed June 24, 2019).

13

Marshall 2012.

14

Zlomislic 2019.

15

В оригинале – roundworm, Coenorhabditis elegans – круглый червь, но из совсем другого семейства, чем аскариды. – Прим. пер.

16

McNeill 2018.

17

Whitman et al. 1998.

18

ДНК-баркодинг – направление исследований, основанное на идентификации каждого вида по определенным генетическим маркерам (генам). – Здесь и далее, если не указано иное, прим. науч. ред.

19

Hebert et al. 2016.

20

Вероятно, речь идет о роде Arachnocampa, у которого, к сожалению, нет русского названия.

21

Африка к югу от Сахары, Афротропический регион.

22

Teale 1964.

23

Marshall 2012.

24

MacNeal 2017.

25

Linevich 1963, cited in Armitage et al. 1995.

26

Согласно исследованию, опубликованному в 2019 году, личинки другой мухи, галлицы, прыгают еще дальше, используя систему фиксации, похожую на липучку, которая позволяет им прыгать на длину, в 36 раз превышающую длину тела. Так они убегают от опасности. «Они накапливают упругую энергию, изгибаясь всем телом в петлю и создавая давление на часть тела, формируя своего рода временную “ногу”. Чтобы не двигаться во время упругой нагрузки, они помещают две области, покрытые микроструктурами, друг против друга; вероятно, они служат своего рода липучкой». Личинки проделывают этот трюк неоднократно, и это в десятки раз эффективнее, чем ползание. См. реферат G. M. Farley et al., “Adhesive Latching and Legless Leaping in Small, Worm-like Insect Larvae,” Journal of Experimental Biology 222, no. 15 (August 2019), https://jeb.biologists.org/content/222/15/jeb201129

27

Когда книга готовилась к печати, еще одна муха на две минуты приземлилась на самую заметную поверхность в зале во время телевизионных дебатов вице-президента: на седую короткую стрижку кандидата от республиканцев Майка Пенса.

28

Davidoff and King 2017.

29

http://www.dw.com/en/fly-ruins-german-domino-world-record-attempt/a– 44955761

30

Klein 2007.

31

Berenbaum 2003.

32

Stinson 2013.

33

The blackfly song – YouTube

34

http://www.youtube.com/watch?v=02TUsZzF6es

35

Bonham Carter 1965.

36

Howard 1905.

37

От лат. vomo, vomui, vomitum, vomere – «извергать» или, возможно, от англ. vomit – «рвота». Каллифора тошнотная или рвотная.

38

Вероятно, отсылка к англ. mortician – «гробовщик» или лат. mors, mortis – «смерть».

39

McGavin 2000.

40

https://www.youtube.com/watch?v=VWYRXP5ojBc

41

http://www.telegraph.co.uk/news/2017/04/12/organisms-named-famous-people-pictures/

42

Есть исключения, например, многие скорпионницы и веерокрылые.

43

Grzimek 2003.

44

Слово «муха» происходит от лат. корня musca, или муха.

45

Sverdrup-Thygeson 2019.

46

Lauck 1998.

47

Sjöberg 2015.

48

Marshall 2012.

49

Стоит отметить, что у некоторых видов экологические и поведенческие привычки могут различаться в разных регионах. Представителям рода Lucilia в наших широтах такое поведение не свойственно.

50

Описанные автором структуры помогают координировать работу крыльев и их маневренность, а на скорость взмахов влияет способность асинхронных мышц совершать не одно сокращение, а несколько.

51

Oldroyd 2018.

52

Chinery 2008.

53

Chinery 2008.