Лето, комары, мухи… Особенно много надоедливых существ в траве, в тени деревьев. И это не случайно, утверждают ученые: крылатое племя и растения с давних времен развивались вместе. Их взаимной эволюции посвящен проект молодого палеонтолога, отмеченный грантом Президента РФ…
До чего дошла наука! Оказывается, о том, что представляли собой насекомые, которые обитали в давние времена и от которых почти ничего не осталось, ученые могут узнать по остаткам растений той поры. В природе ведь, говорят они, все взаимосвязано. Среди тех, кто восстанавливает сложные цепи развития живого мира, — старший научный сотрудник Палеонтологического института им. А.А.Борисяка РАН кандидат биологических наук Дмитрий ВАСИЛЕНКО. Его работа “Коэволюция насекомых и растений в экосистемах палеозоя и при переходе от палеозоя к мезозою” получила в этом году государственную поддержку.
Истоки успеха, считает обладатель гранта Президента РФ для молодых российских ученых, следует отнести еще к тем годам, когда он заинтересовался этой темой во время учебы в Забайкальском госуниверситете.
— Если посмотреть на геологическую карту Забайкалья, — говорит Дмитрий Владимирович, — то бросается в глаза ее пестрота, что свидетельствует о сложном строении земной коры в этом регионе. Здесь нет многокилометровых монотонных разрезов и в то же время немало естественных обнажений осадочных горных пород с многочисленными остатками растений и животных разных эпох. Одно из мест, которое меня особенно заинтересовало, — Черновские Копи вблизи Читы. Там в захоронениях часто встречаются листья с различными повреждениями и новообразованиями, очень похожими на современные яйцекладки насекомых и связанные с ними характерные наросты (галлы). Природа этих объектов ясна лишь в общих чертах, а важные детали практически не изучены. Почему они массово встречаются только в этом месте? Можно ли определить, какое насекомое в ту давнюю пору оставило отметины на растении? Что даст сравнение с повреждениями, характерными для нашего времени? Ведь за десятки миллионов лет изменялись и флора и фауна.
К сожалению, далеко не все членистоногие, обитавшие в древние геологические эпохи, доступны для изучения. Вероятность захоронения растений более высока, и их остатки часто обильны. Означает ли это, что велик шанс встретить формы повреждений, специфичные для неизвестных вымерших групп насекомых? Уже потом, постепенно погружаясь в тему, я выяснил, что эти объекты практически не исследованы не только в Черновских Копях или других местах Забайкалья, но и по всей России. Да и в мире их активное целенаправленное изучение началось недавно, поэтому информации было мало. Правда, наиболее пытливые зарубежные и отечественные ученые и раньше анализировали, фиксировали эти данные, но в основном по случайным находкам.
Я специально изучил Черновские Копи и еще более 20 юрских и меловых местонахождений в Забайкалье, Западной Сибири, на Дальнем Востоке для поиска свидетельств взаимодействий насекомых и растений. Такой поиск дал материал для кандидатской диссертации, которую я защитил в 2007 году в Палеонтологическом институте РАН. Конечно, мне не удалось получить ответы на все интересовавшие меня вопросы. Напротив, проблем стало значительно больше. Выявились новые аспекты и закономерности, требующие дальнейшего изучения. Но, главное, стало очевидно, что ископаемые свидетельства таких взаимодействий — это не экзотические случайные находки, а потенциально ценный рабочий материал. Он позволяет еще с одной стороны взглянуть на совместную эволюцию двух ключевых компонентов наземных экосистем. В юрском и меловом периодах уже существовали почти все современные группы насекомых. Поэтому и следы, оставленные ими на растениях, во многом похожи на сегодняшние. К тому же, как оказалось, они довольно часто встречаются в захоронениях, нужно только знать, что искать.
Иное дело, значительно более древние — каменноугольный и пермский периоды. В то время обитали совсем другие насекомые и растения, да и сама суша имела облик, значительно отличающийся от той, что была в мезозое, а тем более сейчас. Однако находки следов характерных взаимодействий того времени единичны.
— Что представляют собой древние остатки, которые вы изучаете, и в каком виде их находят?
— Чтобы древний организм оказался в руках палеонтолога, он должен попасть в условия, обеспечивающие его погребение толщей осадка (ила, глины, песка) и дальнейшее сохранение. Наиболее благоприятные условия — на дне водоемов. Затем должны произойти сложные физические и химические преобразования, в результате которых донный осадок с остатками животных и растений значительно уплотнится, а сами объекты законсервируются (процесс так называемой фоссилизации). Как правило, насекомые сохраняются в виде тонких отпечатков, на которых при наиболее благоприятных условиях фоссилизации легко распознаются многие их внешние особенности. Это позволяет изучить строение тела или крыла, почти как в работе с современными видами. Растительные остатки доходят тоже в виде отпечатков (в основном листья), но могут иметь и объемную форму. Она получается, когда органическое вещество замещается минеральным, в итоге появляются трехмерные каменные фрагменты стволов и ветвей.
Первые, известные науке крылатые насекомые относятся к каменноугольному периоду (более 320 миллионов лет назад). Видный российский палеоэнтомолог Александр Расницын пришел к выводу, что они произошли от существ, обитавших на деревьях и питавшихся содержимым спорангиев (органов, производящих споры растений). В поисках пищи и при нападении хищников они были вынуждены прыгать с ветки на ветку, на другое дерево или на землю. При этом преимущество получали те из них, которые дальше и точнее перескакивали. Это привело сначала к возникновению боковых пластинчатых отростков, а затем и полноценных крыльев. То есть растения сыграли ключевую роль в эволюции крылатых насекомых.
Но и насекомые внесли не менее значительный вклад в эволюцию растений. На это указывал другой крупный отечественный палеоэнтомолог Владимир Жерихин. Свои заключения он строил на таких выводах. Известно, что верхний наиболее плодородный слой почвы постоянно подвергается водной эрозии. Попросту говоря, смывается дождевыми потоками в реки, озера и другие водоемы. Это давно уже могло привести к утрате плодородия существенной части земель, несмотря на усиленные меры, которые принимаются в борьбе с таким природным явлением. Не происходит же это, в частности, потому, что природа придумала свой способ защиты. Микроэлементы и другие полезные вещества возвращаются в почву насекомыми, которые выводятся из личинок в водной среде. Разлетаясь подчас на большие расстояния от места своего появления на свет, они несут с собой на сушу и эти ценные частицы. Каждая из них почти ничего не весит: что может унести комар? Но оказывается, что масса веществ, перенесенных таким образом за сезон из одного озера, может измеряться тоннами.
В конце палеозоя — начале мезозоя, когда появились многочисленные насекомые с водными личинками, такой перенос мог стать решающим в обогащении почв пустынных водоразделов и умножении на них растений. Затем уже и сама растительность препятствовала катастрофическому смыву веществ грунта. К тому же территории заселялись живыми существами, в том числе теми же насекомыми. Формировались новые экосистемы. В результате их совместного эволюционирования появились столь привычные сегодня насекомые-опылители и цветковые растения.
Оценить особенности пищевых или других связей в древних экосистемах можно разными способами. Например, по строению ротового аппарата живых существ или изучая содержимое их кишечника. А биоповреждения позволяют зафиксировать сам факт использования растений, а также понять, как флора реагирует на такое вмешательство, какие ее части наиболее привлекательны для насекомых и насколько существенен ущерб, наносимый ими. Это могут быть как простые следы питания листьями — объедания и погрызы, так и микроскопические проколы, оставшиеся после потребления растительных соков. Наиболее сложный тип биоповреждений — галлы. Галл — разрастание тканей листьев или стеблей вокруг развивающейся личинки. Растение подкармливает паразита, но сохраняет себя от полного уничтожения. Исторический аспект этого явления еще до конца не изучен, но ископаемые галлы не так редки и, возможно, помогут пролить свет на некоторые вопросы.
А вот, например, стрекозы не потребляют растительные ткани, но многие из них откладывают яйца в листья или стебли. Ископаемые яйцекладки — единственный палеонтологический объект, позволяющий проследить изменения в их взаимоотношениях с растениями.
Недавно в каменноугольных отложениях Хакасии были найдены одни из древнейших в России остатков насекомых. Несмотря на то что их собирали специально, количество было небольшим. На многочисленных листьях растений выявили два типа яйцекладок, вероятно, принадлежащих двум различным группам стрекоз, которых, однако, не обнаружили. То есть мы зафиксировали наличие этих групп, но остатков самих насекомых не нашли.
Кроме того, раньше считалось, что дугообразная форма яйцекладки более продвинутая в эволюционном отношении, чем линейная, так как встречалась только в относительно молодых отложениях. Мы показали, что эти два типа существовали уже около 305 миллионов лет назад, причем одновременно.
— Как вы ведете свои исследования, используете ли какое-то специальное оборудование?
— На первый взгляд наша работа может показаться несложной. Мы получаем материал, обрабатываем его, анализируем с учетом сопутствующих данных и всего, что известно в этой области. Откуда берем материал? Бывает, из музейных коллекций: изучаем хранящиеся там годы отпечатки листьев с надеждой обнаружить то, что нас интересует. Но для объективной и представительной выборки нужны свежие поступления. Поэтому по два, а то и по четыре раза в год ездим в экспедиции. Маршруты самые разные: регионы Центральной России, Красноярский край, Забайкалье, Дальний Восток и даже Монголия (благодаря Совместной российско-монгольской палеонтологической экспедиции).
Разумеется, наша работа невозможна без качественных световых микроскопов и фототехники. В последнее время все чаще используем электронную сканирующую микроскопию. Некоторые объекты можно заметить только после специальной подготовки образца и изготовления из него препарата. Если говорить об обеспеченности оборудованием и поддержке экспедиционных исследований, конечно, Палеонтологический институт предоставляет уникальные возможности своим сотрудникам. А президентский грант открывает в этом отношении еще большие перспективы. Значительную часть выделенных денег планирую потратить на приобретение современной исследовательской техники, которая поможет на самом высоком уровне выполнить все, что предусмотрено рассчитанным на два года проектом. Но и после этого грант, по сути дела, продолжит действовать — закупленное оборудование ведь останется у нас, а значит, и работа будет вестись с большей отдачей, чем раньше.
Беседовал Василий ЯНЧИЛИН
Нет комментариев