Части ротового аппарата насекомых

Строение головы и ротового аппарата у различных видов насекомых. a, усики; c, фасеточный глаз; lb, нижняя губа; lr, верхняя губа; md, жвалы (верхние челюсти); mx, максиллы (нижние челюсти).

 

Основные части ротового аппарата насекомых — верхняя губа, пара жвал (верхних челюстей), подглоточник (hypopharynx), две максиллы (нижние челюсти) и нижняя губа. У разных видов эти составные части различаются по форме и размеру, у многих видов некоторые из частей утрачены. Особенности строения ротового аппарата позволяют насекомым использовать различные источники пищи (см. рисунок):

(A) В исходном виде (у наиболее примитивных насекомых, и, например, у кузнечика) сильные жвалы и максиллы используются для кусания и жевания.

(B) Медоносная пчела использует нижнюю губу для сбора нектара, а жвалами дробит пыльцу и разминает воск.

(C) У бабочки верхняя губа уменьшена, жвалы отсутствуют, максиллы образуют хоботок.

(D) У самок комаров верхняя губа и максиллы образуют трубку, жвалы используются для протыкания кожи.

Какой разумный дизайнер, имея возможность спроектировать трубочку для питья коктейля любой формы и из любого материала, стал бы изготавливать ее методом перековывания пары вилок? Кто стал бы делать шприц, вытягивая и заостряя «челюсти» пассатижей? Это — характерный и узнаваемый стиль естественного отбора, «слепого часовщика», мастера по подгонкам и переделкам, но никак не разумного и всемогущего дизайнера, которому доступны любые материалы и любые технические решения.

 

Рудименты

См. также: Рудиментарные органы

Рудиментами называются органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюционного развития организма. Рудименты также можно определить как структуры, редуцированные и обладающие меньшими возможностями по сравнению с соответствующими структурами у других организмов. Многие рудиментарные органы не являются совершенно бесполезными и выполняют какие-нибудь второстепенные функции. Если рудимент и оказывается функциональным, то он выполняет относительно простые или малозначимые функции с помощью структур, очевидно предназначенных для более сложных целей. Отсутствие функций не является необходимым критерием рудиментарности. Такие органы крайне распространены в природе.

Например, птичье крыло — крайне сложная анатомическая структура, специально приспособленная для активного полета, но крылья страусов не используются для полета. Эти рудиментарные, хотя и достаточно сложно устроенные (как и у других птиц) крылья могут использоваться для сравнительно простых задач, таких как поддержание равновесия на бегу и привлечение самок — с тем же успехом можно приспособить микроскоп для заколачивания гвоздей. Таким образом, специфическая сложность крыльев страуса неадекватна простоте задач, для которых эти крылья используются, и именно поэтому эти крылья называют рудиментами. В числе других нелетающих птиц с рудиментарными крыльями — галапагосские бакланы (Phalacrocorax harrisi), киви и какапо. Для сравнения, крыло пингвина имеет большое значение, действуя в качестве плавника, а значит — не может считаться рудиментом.

Какапо — нелетающий новозеландский попугай. Вот что пишет о нем Ричард Докинз в книге «The greatest show on earth«:

Его летающие предки, очевидно, жили настолько недавно, что какапо все еще пытается летать, хотя уже не имеет средств, чтобы добиться успеха в этом начинании. По словам бессмертного Дугласа Адамса (в книге Last Chance to See), это чрезвычайно толстая птица. Взрослый какапо весит около шести или семи фунтов, а его крылья годны лишь для того, чтобы помахать ими немного для равновесия, когда ему кажется, что он может обо что-то споткнуться. Но о полете не может быть и речи. К сожалению, он, похоже, не только забыл, как летать, но и забыл, что он забыл, как летать. Сильно взволнованный какапо иногда вскарабкивается на дерево и прыгает оттуда, после чего он летит как кирпич и обрушивается на землю бесформенной грудой.

Впрочем, другие авторы иначе описывают прыжки какапо: по их мнению, он использует свои слабые крылья в качестве парашюта, и они позволяют ему даже немного планировать, так что он падает не совсем вертикально, а под углом до 45⁰. В таком случае к нему приложимы те же рассуждения, что и к страусу: налицо использование «микроскопа для забивания гвоздей».

Примеры рудиментов:

· Глаза у некоторых пещерных и роющих животных, таких как протей, слепыш, крот, астианакс мексиканский (Astyanax mexicanus, слепая пещерная рыба). Эти глаза либо вообще ничего не видят, либо способны лишь отличать свет от тьмы (см.: 'Blind' mole can still tell night from day) и часто скрыты под кожей.

· Малая берцовая кость у птиц.

· У человека к рудиментам относятся:

o хвостовые позвонки;

o у некоторых людей имеется рудиментарная хвостовая мышца extensor coccygis, идентичная мышцам, двигающим хвост у других млекопитающих. Она прикрепляется к копчику, но, поскольку копчик у человека практически не может двигаться, эта мышца для человека бесполезна.

o волосяной покров туловища,

o специальные мышцы arrectores pilorum, которые у наших предков служили для «поднятия шерсти дыбом» (это полезно для терморегуляции, а также помогает животным выглядеть крупнее — для устрашения хищников и конкурентов). У людей сокращение этих мышц приводит к «гусиной коже», что едва ли может иметь какое-то адаптивное значение.

o три ушные мышцы, которые позволяли нашим предкам шевелить ушами. Встречаются люди, умеющие пользоваться этими мышцами. Это помогает животным с большими ушными раковинами определять направление на источник звука, но у человека данная способность может использоваться только для забавы.

o морганиевы желудочки гортани,

o червеобразный отросток слепой кишки (аппендикс). Многолетние наблюдения показали, что удаление аппендикса не оказывает значимого влияния на продолжительность жизни и здоровье людей, если не считать того, что после этой операции люди в среднем чуть реже болеют колитом (Coyne, 2009).

o хватательный рефлекс у новорожденных (детенышам обезьян он помогает держаться за шерсть матери).

o икота: это рефлекторное движение мы унаследовали от своих далеких предков — амфибий. У головастика данный рефлекс позволяет быстро пропустить порцию воды через жаберные щели. И у человека, и у головастика этот рефлекс контролируется одним и тем же отделом мозга и может быть подавлен одними и теми же средствами (например, вдыханием углекислого газа или расправлением грудной клетки). Подробнее об этом и других следах нашего эволюционного прошлого см. в статье Нила Шубина (известного палеонтолога, первооткрывателя тиктаалика) Fish out of water.

o лануго: волосяной покров, развивающийся у человеческого эмбриона почти на всем теле, кроме ладоней и ступней, и исчезающий незадолго до рождения (недоношенные дети иногда рождаются с лануго).

· У многих видов жуков, таких как Apterocyclus honoluluensis, крылья лежат под сросшимися надкрыльями. Многие другие виды насекомых, недавно утратившие способность к полету, такие как водяной скорпион Nepa cinerea, имеют внешне вполне нормальные крылья, которыми никогда не пользуются.

· У некоторых змей, в том числе у питона, имеются рудиментарные задние конечности.

Рудиментарные задние ноги у питона Python regius

· Остатки волосяного покрова и тазовых костей у некоторых китообразных. У зародышей китообразных иногда формируются вибриссы (чувствительные волоски на морде), которые впоследствии исчезают. Кроме костей таза, у некоторых китов сохраняется рудиментарная бедренная кость и даже совсем маленький хрящевой (не окостеневающий) остаток большой берцовой кости. У китов к этим рудиментам могут крепиться кое-какие мышцы, у самцов к ним прикреплены пещеристые тела пениса. Однако если эти кости были специально созданы «разумным дизайнером» для выполнения подобных второстепенных функций, совершенно непонятно, зачем было придавать этим костям столь глубокое онтогенетическое и структурное сходство (гомологию) с тазом и костями задних конечностей наземных млекопитающих.

Рудименты таза и костей задней конечности у молодого самца гренландского кита (Balaena mysticetus). Из статьи Thewissen et al., 2009. From Land to Water: the Origin of Whales, Dolphins, and Porpoises.

 

Атавизмы

См. также: Атавизм

Атавизмом называется появление у особи признаков, свойственных отдаленным предкам, но отсутствующих у ближайших. Появление атавизмов объясняется тем, что гены, отвечающие за данный признак, сохранились в ДНК, но не функционируют, так как подавляются действием других генов.

Примеры атавизмов:

· Хвостовидный придаток у человека;

· Сплошной волосяной покров на теле человека;

· Добавочные пары молочных желез;

· Задние ноги у китов;

· Задние плавники у дельфинов;

· Задние ноги у змей;

· Дополнительные пальцы у лошадей;

· Возобновление полового размножения у ястребинки волосистой и у клещей семейства Crotoniidae.

Яркий пример атавизма: дельфин с задними конечностями. Из статьи Thewissen et al., 2009. From Land to Water: the Origin of Whales, Dolphins, and Porpoises.

 

Аргументы в пользу эволюции тут те же, что и для рудиментов. Эволюционное объяснение рудиментов и атавизмов состоит в том, что органы (признаки), ставшие бесполезными для организма, не утрачиваются в одночасье, а могут сохраняться в течение миллионов лет, постепенно редуцируясь и разрушаясь под грузом мутаций (отбор перестает отбраковывать мутации, нарушающие развитие данного признака, и эти мутации начинают свободно накапливаться, но процесс этот очень медленный). По ходу дела, естественно, редуцирующийся орган может приобрести новые функции. Даже если внешнее проявление признака полностью утрачено, в геноме еще долго могут сохраняться фрагменты генетических «программ», обеспечивавших развитие данного признака у предков. При особых обстоятельствах (мутации, экстремальные воздействия на развивающийся эмбрион) эти программы могут иногда «сработать» — и тогда мы получаем атавизм.

Например, все современные птицы беззубы, но они произошли от зубастых предков. В соответствии с этим у куриного эмбриона можно вызвать такое нарушение нормального хода развития, что у него в челюстях сформируются зачатки зубов (см.: Mutant Chicken Grows Alligatorlike Teeth).

Еще один пример: у современных млекопитающих отсутствуют ребра на поясничных позвонках. Однако у далеких предков современных млекопитающих — примитивных мезозойских зверей, так же как и у их еще более далеких предков, зверозубых ящеров, ребра на поясничных позвонках имелись. Как выяснилось, мутации гена Hox10 могут приводить к появлению поясничных ребер у мышей, т.е. к типичному атавизму. Подробнее см. в заметке: Новая палеонтологическая находка проливает свет на раннюю эволюцию млекопитающих.