Небеса 145 миллионов лет назад были полем битвы между летающими насекомыми и древнейшими формами птиц, и выжили только самые ловкие. Древние гигантские цикады развили более гибкие крылья, чтобы перехитрить хищников, что положило начало тому, что ученые описывают в исследовании, опубликованном в Science Advances, как «гонку вооружений в воздухе». Результаты могут пролить свет на то, как различные летающие насекомые приобрели современную форму крыльев.
Гигантские цикады, принадлежащие к семейству Palaeontinidae, являются древними родственниками современной версии этих неуклюжих, жужжащих насекомых. Они жили в лесах по всему миру со среднего триасового периода, около 240 миллионов лет назад, пока не вымерли в позднем меловом периоде, около 150 миллионов лет спустя. Некоторые вырастали до 15 сантиметров в длину — примерно вдвое больше современных цикад — и, вероятно, питались древесным соком. Исследователи ранее заметили, что гигантские цикады, жившие в триасовом и юрском периодах, имели крылья, отличающиеся от крыльев тех, что жили в меловом периоде, но было непонятно, почему. Палеоэнтомолог Бо Ван из Нанкинского института геологии и палеонтологии и его команда решили разгадать эту тайну.
Исследователи посетили музеи по всему миру, чтобы сфотографировать и измерить окаменелые останки образцов, представляющих 73 из 88 древних видов, принадлежащих как к ранним, так и к поздним Palaeontinidae. Они обнаружили, что у ранних гигантских цикад были широкие, округлые передние крылья и выступающие задние крылья, тогда как у более поздних живых образцов мелового периода были более треугольные передние крылья и значительно меньшие задние крылья, похожие на современных цикад.
Команда также использовала измерения, чтобы вычислить, как эти формы повлияют на три параметра полета — скорость, эффективность и маневренность — на основе хорошо известных аэродинамических принципов, почерпнутых из изучения самолетов и других летающих животных. В целом, они обнаружили, что более треугольные и узкие крылья меловых цикад позволяли им летать почти на 40% быстрее, с примерно на 20% большей мощностью, при этом используя на 26% меньше энергии по сравнению с их юрскими родственниками. Все это позволило бы им достигать более высоких скоростей и выполнять более быстрые маневры.
Хотя анализ исследования довольно прост, говорит Джейн Ванг, биофизик из Корнелльского университета, это хорошая отправная точка для того, чтобы начать определять, какие аспекты крыльев насекомых были отобраны, чтобы сделать их лучшими летунами. «Мы действительно не имели большого представления о том, как они летали».
Но что изначально заставило древних цикад изменить форму крыльев? Когда исследователи реконструировали, как эти насекомые, скорее всего, были связаны друг с другом на основе формы их крыльев, они пришли к выводу, что крупный переход в форме произошел около 145 миллионов лет назад, когда ранние птицы начали доминировать в небе. Это говорит о том, что эти изменения в форме крыльев цикад стали результатом «гонки вооружений в воздухе», чтобы убежать от голодных клювов.
Находка «является самым близким к машине времени, которая у нас есть, чтобы попытаться понять эволюцию поведения в полете», — говорит палеоэнтомолог Джессика Уэр из Американского музея естественной истории. Но она указывает, что и другие факторы, помимо появления более проворных птиц, включая конкуренцию с другими насекомыми, также могли сыграть свою роль. Джейн Ванг соглашается: «Я думаю, что это правдоподобный, но слишком упрощенный аргумент».
Бо Ванг говорит, что его не беспокоит скептицизм. «Нет другого объяснения» эволюционному сдвигу, говорит он.
В любом случае, говорит Уэр, она надеется, что работа поспособствует большему количеству исследований эволюции полета насекомых на основе ископаемых. Например, изучение форм крыльев вымерших видов стрекоз или златоглазок улучшит наше понимание того, какие условия привели к появлению современных версий, которые порхают сегодня. «Это вопрос, который мы задаем не только цикадам», — говорит она. «Это касается всех летающих насекомых».
