Как насекомые и пауки приспособились к жизни на суше

Насекомые и пауки (членистоногие) изначально «водного происхождения», но очень рано и очень успешно освоили сушу. Их приспособления можно удобно разобрать по главным проблемам наземной жизни: как не высохнуть, чем дышать, как двигаться без поддержки воды, как размножаться без воды и как справляться с температурой и поведением на суше. При этом у насекомых и пауков есть общие решения (как у членистоногих), и есть разные — потому что они дышат и устроены не одинаково.

1) Защита от высыхания: «герметичная упаковка»

Плотный наружный покров (кутикула)

И насекомые, и пауки «упакованы» в наружный скелет — кутикулу. Она состоит из хитина и белков и образует прочный панцирь. Это сразу решает две задачи:

защищает тело и внутренние органы;
сильно уменьшает испарение воды через поверхность.

Восковой слой

У насекомых наружный слой кутикулы часто дополнительно пропитан восками. Именно этот восковой «лак» резко снижает потерю воды и позволяет жить даже в очень сухих местах (пустыни, степи, сухие помещения).

У пауков тоже есть водоотталкивающие покрытия и структура кутикулы, уменьшающая испарение, но у них важную роль играет еще и поведенческая экономия воды (прятаться днем, охотиться ночью, жить в норах/убежищах).

2) Дыхание на суше: как получать кислород без жабр

Насекомые: трахейная система

Главное наземное приспособление насекомых — трахеи. Это сеть трубочек, которые открываются наружу через дыхальца (стигмы) и доставляют воздух прямо к тканям.

Кислород идет «по трубам» к клеткам почти без участия крови.
Дыхальца умеют закрываться, чтобы уменьшать потерю воды.
У многих насекомых есть ритмическая вентиляция: они «прокачивают» воздух движениями брюшка.

Это очень эффективно, но накладывает ограничение: крупным организмам сложнее обеспечить все ткани кислородом только через трубочки. Поэтому гигантизм у насекомых возможен лишь при особых условиях (например, при более высоком содержании кислорода в древние эпохи).

Пауки: книжные легкие и/или трахеи

У пауков встречаются:

книжные легкие — камеры с множеством тонких пластинок, похожих на страницы книги. Кровь проходит рядом, и газообмен идет через тонкие стенки.
у части пауков есть и трахеи, иногда вместе с книжными легкими.

То есть пауки чаще используют «легочную» схему (с участием крови), а насекомые — «трубопровод» напрямую к тканям.

3) Опора и движение: как ходить без воды и не «расплющиться»

Наружный скелет и членистые конечности

На суше нельзя «держаться» за счет плавучести, поэтому нужна жесткая опора. Кутикула работает как экзоскелет, а членистые ноги дают:

устойчивую ходьбу/бег;
возможность прыгать, рыть, лазать, хватать добычу.

Специальные лапки и сцепление

У насекомых часто есть:

коготки, подушечки, волоски, позволяющие удерживаться на гладких поверхностях;
у некоторых — присоски или микроструктуры для прилипания.

У пауков:

коготки и щетинки на лапках;
у многих — способность лазать по гладким поверхностям за счет микроворсинок (сухая адгезия).

4) Вода и выделение: как экономить влагу и выводить отходы

Выведение азота без потери воды

В воде можно выводить аммиак (он токсичен, но легко растворяется). На суше аммиак выводить невыгодно — с ним теряется много воды. Поэтому наземные членистоногие перешли на более «сухие» формы отходов:

Насекомые в основном выделяют мочевую кислоту — густую/кристаллическую, почти без воды.
- Главный орган — мальпигиевы сосуды, которые забирают продукты обмена из крови (гемолимфы) и сбрасывают их в кишечник.
- В задней кишке активно обратно всасывается вода и соли.
Пауки чаще выделяют гуанин (и другие малорастворимые соединения), тоже почти «сухим» способом.
- Работают мальпигиевы сосуды и/или коксальные железы (у разных групп по-разному).

Поведенческая экономия воды

И насекомые, и пауки:

выбирают убежища с более высокой влажностью;
активны в сумерки/ночью;
могут пережидать засуху в неподвижном состоянии.

5) Размножение без водной среды: «внутреннее оплодотворение» и защищенные яйца

Внутреннее оплодотворение

Для суши важнейшее — чтобы сперматозоиды не плавали в воде.

У насекомых оплодотворение внутреннее: сперма передается при спаривании, часто хранится самкой в специальных органах.
У пауков сперма обычно переносится не напрямую половым органом, а через специальные структуры: самец делает сперматофор/наносит сперму на паутину и затем вводит ее в самку педипальпами.

Яйца с оболочками

Чтобы эмбрион не высох, яйцо должно быть защищено.

У насекомых яйца имеют оболочки, уменьшающие испарение; у многих есть кладки в защищенных местах, коконы, капсулы.
У пауков яйца чаще в коконе из паутины, который защищает от высыхания и врагов; самка нередко охраняет кокон.

6) Питание и освоение суши: разнообразие ротовых аппаратов и охота

Насекомые: «конструктор» ротовых аппаратов

На суше доступно море разных ресурсов: листья, древесина, нектар, другие животные, падаль. У насекомых ротовые органы эволюционировали в десятки вариантов:

грызущий (жуки, кузнечики),
колюще-сосущий (клопы, комары),
лижущий/сосущий (мухи, бабочки) и т.д.

Это сильно расширило ниши и сделало насекомых сверхуспешными.

Пауки: хищничество и наружное пищеварение

Пауки почти все хищники:

ловят добычу активной охотой или сетью;
вводят яд и пищеварительные ферменты, частично «растворяют» добычу снаружи и затем высасывают питательную жидкость.
Это эффективно на суше, где много насекомых и других мелких животных.

7) Температура и сезонность: как жить при жаре, холоде и перепадах

Поскольку членистоногие — холоднокровные (температура тела сильно зависит от среды), на суше им нужны:

поведение: греться на солнце или прятаться в тень, менять время активности;
диапауза/зимовка: замедление обмена и развитие устойчивых стадий (яйцо, куколка, взрослое состояние);
защитные вещества: у некоторых — «антифризы» (сахара/спирты) для переживания холодов.

8) Особо важное преимущество насекомых: полет

Хотя это не обязательное условие «жизни на суше», полет дал насекомым огромный плюс:

быстрое расселение,
уход от хищников,
поиск пищи и партнеров,
освоение разрозненных местообитаний.

Пауки не летают, но некоторые расселяются «парашютиком» (баллонинг): выпускают нити паутины и переносятся ветром.

Итог

Общие ключевые приспособления насекомых и пауков к жизни на суше: водонепроницаемая кутикула, экономное выделение азотистых отходов, внутреннее оплодотворение, защита яиц, членистые конечности и поведенческие стратегии против пересыхания и температурных стрессов.

Главные различия:

насекомые дышат в основном трахеями (воздух прямо к тканям) и имеют невероятное разнообразие способов питания плюс часто — полет;
пауки чаще используют книжные легкие (и/или трахеи), в основном хищники, используют яд и паутину, а их размножение и забота о яйцах часто связаны с коконами и охраной.