Taču, kāpēc tieši tad? Ja būsim objektīvi, tad arī tagad īstie sauszemes valdnieki neesam vis mēs ar saviem radiem – mugurkaulniekiem, bet gan tieši kukaiņi: tie pārspēj visas citas dzīvnieku grupas formu daudzveidības ziņā (vairāk nekā pusotra miljona aprakstītu sugu) un arī nozīmīgajā lomā Zemes ekosistēmās (tie ir barība, organisko atkritumu utilizatori un biomasa). Tomēr pēc akmeņogļu perioda viņi vairs nekad nav mēģinājuši, pēc ekologu izteiciena “pāriet uz liela izmēra klasi”, tas ir, sasniegt izmērus, kas līdzinātos maziem mugurkaulniekiem.
Varbūt, ka te lomu spēlē konkurence tieši ar pēdējiem, un putni (pagātnē vēl arī lidojošie reptiļi – pterozauri) nedeva un nedod mūsdienu spārēm izaugt līdz savu gigantisko senču – meganeiru izmēriem? Šī hipotēze nav visai pārliecinoša: lieta tāda, ka gigantiskie kukaiņi izzuda no Zemes virsmas 100 miljonus gadu senāk par laiku, kad parādījās pirmie, lidojošie zvīņneši. Citiem vārdiem sakot, par konkurenci runāt te ir visai grūti un, acīmredzot, te ir būtiski kaut kādi citi faktori.
Bet kā ir ar ķermeņu izmēriem kukaiņu radiniekiem: citiem posmkāju tipa pārstāvjiem: vēžveidīgajiem, zirnekļveidīgajiem, daudzkājiem – mūsdienu un izmirušajiem? Viņi ir daudz iespaidīgāki. Paši lielākie mūsdienu posmkāji ir Kamčatkas krabji (ja runā precīzi, tad tad tas nemaz nav krabis, bet gan milzu vēzis-vientuļnieks): ķermenis tāds kā liels pusdienu šķīvis, bet kāju izpletums – pusotrs metrs. Vēl lielāki ķermeņa izmēri (līdz 60 cm) ir šķēpastei – vienīgajam, līdz mūsdienām nodzīvojušam merostomu pārstāvim. Šķēpastes ir radinieki izmirušajiem vēžskorpioniem – eiripteridiem (Hibbertopterus un citiem), to agrīnā paleozoja pārstāvji 18 miljonus gadu (pirms 443 – 425 miljoniem gadu) bija paši lielākie posmkāju tipa pārstāvji šī tipa vēsturē: ķermenis garumā līdz 2 metriem, bet kopā ar spīlēm – pat <st1:metric2 metric_value="3" metric_text="metri">3 metri</st1:metric2>. Eiripteridu tiešie pēcteči ir mūsdienu skorpioni: var teikt, ka tie ir krietni sarāvušies vēžskorpionu pēcteči, kas pārgājuši uz dzīvi sauszemē, nomainot žaunas pret plaušām. Stop! Elpošanas tips... Un te uzreiz parādās interesantas likumsakarības.
KĀ KĻŪT PAR GIGANTU.
Ar žaunām elpojošo posmkāju (vēžveidīgo un merostomu) vidū pietiekoši lielas formas ir dzīvojušas, gan agrāk, gan dzīvo tagad. [Šeit varētu minēt vēl vienu izmirušu posmkāju apakštipu – trilobītveidīgos. Arī tiem lielākās sugas sasniedza pat 70 cm garumu – t.p.] Taču tajā pat laikā pie sauszemes posmkājiem, kas elpo ar trahejām, liela izmēra sugas eksistēja tikai karbona perioda beigās. Turklāt, šie giganti tad parādījās ne tikai kukaiņu vidū, kā meganeiras Meganeuropsis permiana un tām par medījumu kalpojušās diktioneiridas (tālas radinieces mūsdienu viendienītēm, piemēram, Asiodictya rossica baloža lielumā), bet arī daudzkāju vidū – tāda bija, piemēram, apmēram pusotru metru garā artropleira (Arthropleura). Toties pie zirnekļveidīgajiem, kas elpo nevis ar trahejām, bet gan ar “plaušu maisiem”, kas ir savdabīgas, uz iekšu iegrieztas žaunas, nekāds gigantisms tajā laikā netika novērots! Citiem vārdiem sakot, “karbona perioda gigantisms” ir raksturīgs tikai sauszemes posmkājiem, kas elpo ar trahejām.
Tiem, kas ir aizmirsuši skolas zooloģijas kursu, atgādinu principiālu atšķirību starp žaunu un plaušu elpošanu no vienas puses un kukaiņu traheju elpošanu no otras puses. Žaunu un plaušu elpošanā ķermeņa šūnām atmosfēras skābekli piegādā tās apskalojošās asinis (vai arī to funkcionāls analogs). Bet kukaiņu “asinis” - hemolimfa – ir bez elpošanas pigmentiem (tādiem kā mūsu koši sarkanais hemoglobīns vai molusku zilais hemocianīns) un nepiedalās skābekļa piegādē. Tāpēc kukaiņi elpo ar trahejām – zarotām caurulītēm, kas pa tiešo savieno iekšējo orgānu šūnas ar atmosfēras skābekli. Gaiss trahejas caurulītes iekšienē ir nekustīgs – piespiedu ventilācijas, kā dažāda veida plaušu maisos, tur nav. Skābekļa pieplūde organisma iekšienei un ogļskābās gāzes izvadīšana notiek pateicoties difūzijai, kas rodas šo gāzu parciālā spiediena starpības dēļ abos trahejas caurulīšu galos. Gāze vienmēr plūst no vietas, kur augsts spiediens, uz vietu, kur tas ir zems, un tieši pateicoties tam skābeklis vienmēr plūst uz organisma iekšieni, bet ogļskābā gāze - pretējā virzienā.
Tāds skābekļa piegādes mehānisms strikti ierobežo traheju caurulīšu garumu, ko viegli izskaitļot “pēc fizikas”. Tāpēc maksimālais paša kukaiņa lielums nevar būt lielāks par diviem maksimālajiem trahejas garumiem, tas ir – pie mūsdienu skābekļa satura atmosfērā – ne lielāks par vistas olu: tieši tik lielas ir arī lielākās tropu goliātvaboles. Tā nu iemesls kukaiņu un arī ar trahejām elpojošo daudzkāju “karbona gigantismam” ir jāmeklē apstāklī, ka tajos laikos Zemei bija cita atmosfēra un arī tās atmosfēras spiediens bija cits. Jautājums: kāpēc? Vai plašāk: kādi faktori ietekmē skābekļa saturu Zemes atmosfērā?
PURVI – PLANĒTAS PLAUŠAS.
Ir zināms, ka skābekļa daudzums, ko rada nebioloģiski procesi (piemēram, ūdens molekulu sadalīšanās elektromagnētiskā starojuma rezultātā), ir absolūti niecīgs. Gandrīz visu atmosfēras brīvo skābekli rada fotosintezējoši organismi. Taču dzīvie organismi, ne tikai rada skābekli, bet arī patērē to elpošanā. Biosfērā eksistē pietiekami vienkārša ķīmiska reakcija: nCO2 + nH2O <=> (CH2O)n +nO2. Lasot to no kreisās uz labo, iegūstam fotosintēzi (ogļskābā gāze un ūdens pārvēršas ogļūdeņraža savienojumos un skābeklī), ja lasām no to no labās uz kreiso, tad – elpošanu (arī degšanu un pūšanu). Skābekļa saturs atmosfērā ir stabils tāpēc, ka tiešā un apgrieztā reakcija savstarpēji līdzsvarojas. Tā kā, ja mēs censtos palielināt skābekļa saturu atmosfērā, palielinot fotosintezējošās vielas apjomu, no tā nekas nesanāktu. [Toties pretējais process gan izdodas, attīstīto valstu rūpniecība jau sen patērē vairāk skābekļa, nekā spēj saražot šo valstu daba, skābekļa daudzums gaisā pagaidām nemainās tikai tāpēc, ka visās valstīs rūpniecība nav tik attīstīta, lielās valstis dzīvo uz mazo valstu skābekļa rēķina – t.p.]
Ķīmisko līdzsvaru izjaukt var tikai izņemot no aprites vienu no tās produktiem. Mūsu gadījumā, O2 daudzuma palielināšana iespējama tikai regulāri izņemot no aprites atjaunoto oglekli (CH2O)n vai tā atvasinājuma formu.
Tādā veidā, biosfēras skābekļa ražošana sāk prevalēt pār šīs pašas gāzes patēriņu tikai tādā gadījumā, ja nogulsnēs nonāk neoksidētas, tas ir, no bioloģiskās aprites izņemtas organiskās vielas. Šis secinājums liekas visai paradoksāls un pretī runājošs ierastiem priekšstatiem. “Mežs ir planētas plaušas” - šo saukli dabas aizsardzības propaganda jau sen ir padarījusi par neatņemamu tās sastāvdaļu, taču tikai retais iedomājas par to, ka sabalansētā kopumā (piemēram, tropiskajā mežā) skābeklis tiek patērēts tieši tikpat daudz, cik tas tiek saražots. Ja ko var saukt par “planētas plaušām”, tad tie ir purvi, jo tieši purvos notiek neoksidētas organikas uzkrāšanās.
Karbona (akmeņogļu) periods arī ir laiks, kad veidojās kolosālas akmeņogļu iegulas, tas ir nogulsnēs uzkrājās neoksidētas, no bioloģiskās aprites izņemtas, organiskās vielas un, attiecīgi, no bioloģiskās (ģeoķīmiskās) aprites tika izņemts milzīgs neoksidēta skābekļa daudzums.
KĀ TUR, SENAJOS IGUAPO?
Vēlīnais paleozojs ir laikmets ar spēcīgi izteiktu klimatisku zonējumu, kas līdzīgs mūsdienām. Senajos, poliem tuvajos kontinentos: Dienvidu puslodes Gondvānā un Ziemeļu - Angarīdā eksistēja ledāju klājumi, bet ainava kaut kur atgādināja meža tundru. Bet toreizējā, ekvatoriālajā zonā izvietotajām Eiropā, Ziemeļamerikā un Ķīnā klimats bija karsts un mitrs – tropisks. Atzīmēsim, ka šāds globālā klimata tips bija sastopams tikai 20% no planētas vēstures; pārējā laikā (piemēram, mezozojā pirms 251 – 65 miljoniem gadu) klimata zonējums bija izteikts vāji un temperatūras starpība starp ekvatoriālajiem un poliem tuviem rajoniem faktiski neizgāja ārā no pašreizējās starpības starp subtropisko un mēreno zonu. Paleozoja tropiskie meži Eiramerikas apgabalā sastāvēja galvenokārt no gigantiskiem sporaugiem: staipekņiem jeb lepidofītiem (mūžzaļiem, daudzgadīgiem zāļu klājiem), kosām un dažādām kokveida papardēm. Tieši tur arī dzīvoja gigantiskie kukaiņi un daudzkāji. Šo mežu ekoloģiskā struktūra bija visai īpatna un mūsdienu dabā tai nav analoga: staipekņveidīgie un kosveidīgie augi ar gariem stumbriem (līdz 40 m) vārda tiešākā nozīmē stāvēja “līdz ceļiem” seklās, ar organiskām atliekām pārpildītās ūdenskrātuvēs. Taču tie nebija mūsdienu tipa purvi, kur koki aug pa virsu kūdru veidojošajai organiskajai masai, bet paši koki auga cauri šai organiskajai masai un daudzus metrus biezajam kritalu slānim. Šo kokveidīgo sporaugu galvenās fotosintezējošās virsmas bija nevis lapas (diezgan nožēlojama “slotiņa” gandrīz četrdesmit metrus augstas “nūjas” galā), bet gan biezā, zaļā miza, kas periodiski atlupa un veidojās no jauna. Pēc analoģijas ar mūsdienu lapkrišu mežiem šos karbona mežus reizēm dēvē par “mizkrišu” mežiem. Šajā sacaurumotajā klājienā eksistēja bagāta posmkāju, tajā skaitā arī gigantisku posmkāju, fauna. Uzskata, ka visi tie dzīvoja amfibiotiski, tas ir, līdzīgi mūsdienu iguapo – tā sauc to Amazones tropisko mežu daļu, kas gandrīz pusgadu atrodas vairāku metru dziļos palu ūdeņos.
Tieši piejūras zemienēs, ko aizņēma lepidofītu meži-ūdenskrātuves, arī notika galvenie ogļu veidošanās procesi. Mežzinību speciālisti uzskata, ka lepidofītiem dabiskā koku bojāeja, pretstatā mūsdienu mežiem, kuros visvairāk iet bojā jaunie koki, notika augšanas vēlākās stadijās. Tas ir visi koki vienlaikus izauga un tad gandrīz vienlaikus arī aizgāja bojā. Šis neritmiskais (te ir, te nav) kritalu veidošanās process un mirušās organikas milzīgais apjoms detrīta barības ķēdē organismiem, kas no tā pārtika, radīja milzīgas utilizācijas grūtības. No otras puses, preterozijas īpašības šiem mežiem, pretstatā mūsdienu mežiem, bija visai vājas, bet ūdensšķirtnes tika izskalotas ļoti intensīvi. Pierādījums tam, ka nav vai ir ļoti vāji attīstīta augu valsts ūdensšķirtnēs, ir tas, ka ļoti bieži atrod šā laika pārakmeņojumos veselus kokus ar visām saknēm. Tas notiek tad, ja pēkšņi notiek katastrofiski plūdi vai dubļu straumes (seljes) pārklāj augu dzīvu. Rezultātā, liels un nevienmērīgs kritalu veidošanās process karbona mežos-ūdenskrātuvēs kopā ar augsto erozijas līmeni (kas nodrošina biomasas ātru apglabāšanu) noveda pie tā, ka ievērojams organiskā oglekļa daudzums neatgriezeniski tika izvadīts no ekosistēmas un pārvērtās akmeņogļu krājumos. Tieši šie procesi arī ļāva uz Zemes rasties gigantiskajiem kukaiņiem.
Bet vai uz Zemes varētu rasties kukaiņi vēl lielāki, nekā tie ir pazīstami zinātnei?
Nē. Kā jau mēs pārliecinājāmies, kukaiņa izmērus ierobežo tā elpošanas sistēmas īpatnības un skābekļa saturs planētas atmosfērā. Mūsu laikā šīs gāzes koncentrācija ir ap 21%, taču, ja tā šo rādītāju paaugstina pāri 26%, tad jebkura organika sāks pašaizdegties un liekais skābeklis vienkārši izdegs. [Varbūt te ir atminējums mīklainiem, no vēstures zināmiem cilvēku pēkšņas pašaizdegšanās gadījumiem. Kādas slimības vai saindēšanās rezultātā cilvēka organismā pēkšņi pieaug skābekļa daudzums... – t.p.] Tā kā viss atgriezīsies pie normas. Metru garā meganeira, acīmredzot ir maksimālais lielums virszemes kukainim. Ne Tolkina Šelobas, ne Strugacku vēžzirnekļus mums reālajā dzīvē nesastapt.