Эффективность продуцирования, трахейное дыхание и размеры

[Ван]

Получается, что наибольших размеров среди насекомых могли достичь только быстролётные, имеющие большие воздухозаборники, обеспечивающие принудительную вентиляцию. Стрекозы, стало быть, предельно реализовали этот принцип.

[Макроассемблер]

Получается, что наибольших размеров среди насекомых могли достичь только быстролётные, имеющие большие воздухозаборники, обеспечивающие принудительную вентиляцию. Стрекозы, стало быть, предельно реализовали этот принцип.

Существует гипотеза, что первичное назначение крыльев как раз и заключалось в принудительной вентиляции.

>Но зато и противогаз нужен сразу на всё тело!
Это крупный недостаток. Если позвоночное отравить или окурить дымом, то частицы в некоторой мере отфильтруются, а потом жидкость с ядом и частицы выплюнутся со слизью. У насекомых трахеи сухие, а трахеолы слепые, их быстро забьет частицами пыли и дыма, а ядовитый газ дойдет до трахеол.

Хорошая мысль. Наверняка это где-то подтверждено экспериментально, надо поискать. Только как это связано с размерами, не совсем понятно.

Никак не могу согласится. Черепахи покоя не дают. Их вполне можно рассматривать как существа с внешним скелетом, Невижу почему невозможно насекомое подобных размеров по причине тяжести внешнего скелета. Но их нет и не было никогда. А самые крупные насекомые жили при максимальном насыщении атмосферы кислородом, если палеонтологи нам не врут . Дело все-же именно в дыхании мне кажется.

У черепах внутренний скелет никуда не исчезал, и они не должны совершать периодические линьки, в отличие от членистоногих. Иначе они не были бы достойны называться позвоночными 
Что скелет членистоногих хуже, чем позвоночных, проявляется в том - загляните в "размеры животных": пример с пауками. У членистоногих, как и у позвоночных, доля скелета в массе возрастает с увеличением размеров. И у крупнейших пауков доля скелета в массе такая же, как у млекопитающих, которые намного больше, чем эти крупнейшие пауки. Если экстраполировать эту зависимость в сторону возрастания масс, то скелет паука будет занимать недопустимо большую долю массы. Вдобавок он может сломаться при ударе о камень, что для внутреннего скелета менее вероятно.

[DNAoidea]

Черепахи покоя не дают. Их вполне можно рассматривать как существа с внешним скелетом,

каким это образом они с внешним? ну соединён у них внутренний скелет с панцирем, но ведь есть всё равно, да и панцирь так как хитиновый покров не покрывает - он только чехол и не более...

А самые крупные насекомые жили при максимальном насыщении атмосферы кислородом, если палеонтологи нам не врут . Дело все-же именно в дыхании мне кажется.

выводы палеонтологов на этот счёт как раз основаны на том, что насекомые были большие - так что могут и врать...

Пока наружные отверстия дыхалец относительно малы- вода не проникает в них, в эти тонкие капиляры. У крупного насекомого, с диаметром дыхалец в 5-10мм, например, есть думаю, полная возможность буквально "утонуть" банально попав под дождик, или поплавав в речке. Какая-то дополнительная система нужна отплевыватся-откашливатся. А если у мелких нас. дыхалец сотни, а то и тысячи, то у крупных сколько-ж быть должно? И при приличном объеме тела и диаметр дыхалец получится как-раз в пределах сантиметров уже. Ну, если вглубь воздух нужно подать не на миллиметры, а на 20-30см. например.

ну так и ноздри и рот тоже не маленькие... и ничего. К тому же ноздри не особо и закрываются под дождём - и что? тонем под дождём? дыхальца тоже могут закрываться, кстати...

[crdigger]

>кислород, связанный пигментом уже прекрасно "готов к употреблению" внутри клетки

>В капиллярах они движутся со скоростью 2 сантиметра в минуту, что дает им время передать кислород от гемоглобина к миоглобину. Миоглобин действует как посредник, принимая кислород у гемоглобина в крови и передавая его цитохромам в мышечных клетках.

>что насекомые были большие
  Еськов : они были большие в каменноугольном периоде, когда углерод уходил в землю и концентрация кислорода росла, она была значительно больше современной.

[Макроассемблер]

выводы палеонтологов на этот счёт как раз основаны на том, что насекомые были большие - так что могут и врать...

Большая концентрация кислорода в конце карбона и перми получила независимые (изотопные) подтверждения.
p.s. насчет позднего мела есть расхождения. кстати, какого размера были насекомые в это время?

[Neska]

ну так и ноздри и рот тоже не маленькие... и ничего. К тому же ноздри не особо и закрываются под дождём - и что? тонем под дождём? дыхальца тоже могут закрываться, кстати...

Пару ноздрей легче держать над поверхностью воды, нежели все тело - это раз, и захлапывать на время, если они оказываются под водой - это два. Таким же образом регулировать десятки (сотни? тысячи?) дыхалец - невероятно сложно. Если по брюхо в воде - половину надо постоянно держать закрытыми - и как тогда дышать?

[Илья]

Giant Insects Might Reign If Only There Was More Oxygen in the Air
"The study found that the tracheae of the larger beetles take up a greater proportion of their bodies, about 20% more, than the increase in their body size would predict, Kaiser said. This is because the tracheal system is not only becoming longer to reach longer limbs, but the tubes increase in diameter or number to take in more air to handle the additional oxygen demands."

Насчет тысяч дыхалец - у насекомых максимум может быть по паре дыхалец на сегмент, причем у высших - и того меньше. У высших мух (журчалок) - всего две пары.
http://www.earthlife.net/insects/anatomy.html
"The number of spiracles an insect has is variable between species, however they always come in pairs, one on each side of the body, and usually one per segment. Some of the Diplura have eleven pairs, with four pairs on the thorax, but in most of the ancient forms of insects, such as Dragonflies and Grasshoppers there are two thoracic and eight abdominal spiracles. However in most of the remaining insects there are less; so that Hoverflies, Syrphidae, have only two pairs, both of which are on the thorax and none on the abdomen while many Mosquito larvae and aquatic Beetle larvae have only one abdominal pair of spiracles. Many insects have valves that allow them to close their spiracles, thus preventing water loss."

И еще:
http://www.entomologija.ru/page.php?id=259
"Ток воздуха сквозь дыхальца произвольно регулируется насекомым и может быть полностью прекращен; кроме того, дыхальца предохраняют трахеи от засорения. Дыхальца приобретают сложное строение, в них развиваются запирательный и фильтрующий аппараты. Только у примитивных бескрылых и веснянок дыхальца могут представлять простые отверстия. В остальных случаях покровы около трахейного отверстия впячиваются и утолщаются, образуя преддверие - атриум, в который открывается трахея, и стигмальную пластинку - перитрему, которая наподобие рамки окружает отверстие дыхальца. За счет перитремы и атриума развиваются 3 аппарата: наружный и внутренний замыкательные аппараты и фильтрующий аппарат. Следует отметить, что наружный замыкательный аппарат свойственен больше грудным дыхальцам, тогда как внутренний - брюшным.

Фильтрующий аппарат присутсвует в дыхальцах с внутренним замыкательным аппаратом. Его функция состоит в предохранении дыхательных путей от засорения. состоит из разветвленных волосков, которые отходят от стенок атриума и составляют вентиляционную решетку."

[Илья]

В общем как насчет крысы со сквозной системой трахей - две дырки на морде и две на заднице?

[DNAoidea]

Вот что пишет Еськов про кислород в Перми:

Поэтому существование в карбоне таких гигантов, как стрекоза-меганевра или основная ее добыча - диктионевриды размером с голубя (рисунок 36), заставляет предположить, что в те времена парциальное давление кислорода в земной атмосфере было заметно выше, чем ныне - как оно и должно быть при захоронении больших количеств неокисленного углерода.

то есть по нему выходит - единственное свидетельство о большом кол-ве кислорода в атмосфере - это гиганские насекомые.
Его же утверждение:

Воздух внутри трахейной трубки неподвижен - принудительной вентиляции, как в различных типах легочных мешков, там нет, и приток кислорода внутрь тела (так же, как отток углекислого газа) происходит за счет диффузии при разнице парциальных давлений этих газов на внутреннем и внешнем концах трубки.

не учитывает наличия воздушных мешков
однако там же, он приводит интересные соображения:

Очевидное преимущество особей, способных к дальнему и точному прыжку и к контролю за положением тела в воздухе обусловило развитие крыльев. Зачатки крыльев в виде боковых пластинчатых выростов на грудных сегментах возникали именно у крупных насекомых, т.к. при малых размерах увеличение поверхности тела невыгодно (и длина прыжка, и особенно его точность уменьшается из-за влияния ветра).

то есть может быть - большие размеры - всего лишь далеко зашедшее приспособление к более точному полёту-парению... летали они тогда все явно не как нынешние шершни...
да и потом - относительно гигантов того времени - по картинкам не трудно заметить, что эти все гиганты не столько велики сколько длинные, поэтому поперечное сечение их тела (а важно в конце концов именно это) не так уж и превышает (если превышает вообще) нынешних жуков-голиафов, которые обладают куда более компактным телосложением

[Neska]

Giant Insects Might Reign If Only There Was More Oxygen in the Air
"The study found that the tracheae of the larger beetles take up a greater proportion of their bodies, about 20% more, than the increase in their body size would predict, Kaiser said. This is because the tracheal system is not only becoming longer to reach longer limbs, but the tubes increase in diameter or number to take in more air to handle the additional oxygen demands."

Насчет тысяч дыхалец - у насекомых максимум может быть по паре дыхалец на сегмент, причем у высших - и того меньше. У высших мух (журчалок) - всего две пары.
http://www.earthlife.net/insects/anatomy.html
"The number of spiracles an insect has is variable between species, however they always come in pairs, one on each side of the body, and usually one per segment. Some of the Diplura have eleven pairs, with four pairs on the thorax, but in most of the ancient forms of insects, such as Dragonflies and Grasshoppers there are two thoracic and eight abdominal spiracles. However in most of the remaining insects there are less; so that Hoverflies, Syrphidae, have only two pairs, both of which are on the thorax and none on the abdomen while many Mosquito larvae and aquatic Beetle larvae have only one abdominal pair of spiracles. Many insects have valves that allow them to close their spiracles, thus preventing water loss."

Es tut mir Leid, doch diesen Text fuer mich ueberhaupt kein Argument ist, weil ich eigentlich Englisch spreche nicht. Wenn Sie am russischen Forum etwas schreiben moechten, sollen entweder auf Russisch schreiben oder mindestens weitere Uebersetzung geben. Nicht Wahr?

[Илья]

В первой ссылке: рассчеты показывают, что при увеличении размеров, трахеи увеличиваются на 20% быстрее. Это справедливо во всяком случае для жуков.

По второй ссылке я и так кратко дал перевод.

Вообще форум научный, а английский - чуть ли не официальный язык науки, и инфу соответственно найти в 10 раз легче и быстрее, чем на русском.
К тому же, гугл совсем неплохо переводит.

[Роман Джиров]

Черепахи покоя не дают. Их вполне можно рассматривать как существа с внешним скелетом,

каким это образом они с внешним? ну соединён у них внутренний скелет с панцирем, но ведь есть всё равно, да и панцирь так как хитиновый покров не покрывает - он только чехол и не более...

Не утрируйте, пожалуйста. Я пишу "можно рассматривать"(для примера), а не "являются". Будь черепаха насекомым, прочности ее панциря вполне достаточно для наружного скелета существа подобного размера. Следовательно, достигать подобных размеров насекомым мешает отнюдь не вес наружного скелета, который увеличится при подобных размерах(как у черепах), это единственное, что я хочу показать этим примером, а отнюдь не пытаюсь доказать, что: "у черепах скелет наружный".

[Gilgamesh]

Т.е. функциональный аналог. А если слабое звено - конечности? Тут сходства уже нет.

[Роман Джиров]

да и потом - относительно гигантов того времени - по картинкам не трудно заметить, что эти все гиганты не столько велики сколько длинные, поэтому поперечное сечение их тела (а важно в конце концов именно это) не так уж и превышает (если превышает вообще) нынешних жуков-голиафов, которые обладают куда более компактным телосложением

А это важный момент- поперечное сечение тела. "Рост вдлинну", без утолщения, тоже имеет пределы, обусловленные общей механической прочностью тела. Все то-же дыхание, проблема подачи воздуха внутрь тела на сколько-нибудь значительную глубину.
По моему мнению, главное ,чего не хватает насекомым для увеличения размеров- гемоглобиноподобного пигмента. Появись такой- и трахеи уже не нужно дотягивать до каждой клетки, система резко упрощается, трахеи могут быть сосредоточены вблизи поверхности тела, здесь может образоватся ткань, специализированная на дыхании, а вглубь тела кислород доставит ток гемолимфы. Сразу-же открывается возможность для существенного увеличения размеров тела. Дальнейшая возможная эволюционная специализация- автономный дыхательный орган в каждом сегменте, или- один сегмент может стать специализированным "легким", выполняя эту функцию для всего организма.

[Роман Джиров]

Т.е. функциональный аналог. А если слабое звено - конечности? Тут сходства уже нет.

Конечности- да, без дополнительного развития внутреннего скелета проблема непреодолима на мой взгляд. Какое-то внутреннее гибкое подкрепление скелета нужно. Любое сочленение, не обязательно между члениками конечностей, а и между сегментами тела должно быть и прочным и гибким одновременно. Пока они маленькие- все нормально, хитин и гнется и выдерживает нагрузку, а увеличить размер- гаплык, либо потеря подвижности, либо прочности сочленения, и выходов из ситуации не вижу. Размер таки имеет значение. Нет пути для насекомых в крупный размер или у меня фантазия недоразвита.
ЗЫ. Может сочленить края каждого сегмента с соседним внутренним суставоподобным выростом, и перенести механическую нагрузку на эту часть, а поверхность тела в районе сочленения покрыть пластинами хитина наподобие мехов гармошки?