Кто такие насекомые

• Как насекомые дышат
• Терморегуляция у насекомых
• Зрение насекомых
• Осязание слух и другие чувства у насекомых

Насекомые составляют 70-75% всех живых существ, живущих на нашей планете. Давайте посмотрим внимательно на них.

Класс насекомых относится к типу членистоногих, который также включает ракообразных, пауков и многоножек. Тело насекомых обычно покрыто хитиновой оболочкой, которая может быть более или менее толстой. Эта оболочка называется кутикулой.

Тело насекомых делится на три отдела: голову, грудь и брюшко. Грудной отдел оснащен тремя парами ног, а у крылатых насекомых есть крылья. Дыхание осуществляется с помощью трахейной системы или всей поверхностью кожи.

Как насекомые дышат

Низшие насекомые, которые обитают только во влажных местах, дышат всей поверхностью тела благодаря своей кутикуле, проницаемой для воды и газов. Кожное дыхание также играет важную роль в жизни личинок, которые могут жить в воде, сырой почве или тканях растений.

Большинство других насекомых имеют особую респираторную (дыхательную) систему. Их тело пронизано тончайшими трубочками-трахеями, которые многократно ветвятся и переплетаются друг с другом. Воздух попадает в трахеи через крошечные отверстия — дыхальца, расположенные на боках тела насекомого, на груди и брюшке. У взрослых насекомых может быть до десяти пар дыхальцев, а у некоторых личинок — всего одна пара.

Воздух, проходя через дыхальца и далее по трахеям, распространяется путём простой диффузии. Даже крупные гусеницы получают весь необходимый им кислород таким простым способом. Однако наиболее активные насекомые, быстро бегающие или летающие, нагнетают воздух в трахеи с помощью дыхательных движений брюшка. Оно то расширяется, то сжимается, засасывая воздух в трахеи. Когда брюшко сжимается, особые клапаны закрывают дыхальца, не выпуская воздух наружу. Воздух проталкивается дальше по трахейной системе, наполняя воздушные мешки и расширения. Дыхальца открываются и закрываются не одновременно, а в такой слаженной последовательности, что воздух беспрепятственно прокачивается через всё тело насекомого.

Терморегуляция у насекомых

У птиц и млекопитающих особые физиологические механизмы поддерживают температуру тела на определённом уровне, оптимальном для каждого вида, в пределах от 34 до 42 градусов. Насекомые не обладают такими способностями, так как являются холоднокровными животными. Их тело разогревается или охлаждается в зависимости от температуры окружающей среды. Однако для наиболее активных шестиногих летунов это утверждение не совсем справедливо.

Было установлено, что крылья насекомых работают наиболее эффективно при температуре 38-40 градусов. Их мышцы сокращаются с очень высокой скоростью: у пчел — до 200 взмахов в секунду, у обычных комаров — до 600, а у мелких комариков-мокрецов — до 1000 раз в секунду! Во время работы выделяется тепло. Мышцы и грудка насекомого, в которой они находятся, быстро разогреваются до оптимальной температуры.

Некоторые насекомые перед полетом, сидя на месте, быстро-быстро трепещут крыльями. Например, бражники могут разогревать свой «мотор» таким образом в течение нескольких минут, и за это время температура внутри их грудки повышается до 32-36 градусов, даже если окружающий воздух значительно холоднее.

Другой и главный источник тепла — это, конечно, солнце. Жизнедеятельность насекомых полностью зависит от него. Температура в грудке шмеля быстро повышается от 28 градусов (когда он сидит в тени) до 41,6 (на солнце) и быстро падает, если его снова пересадить в тень. Как известно, шмели имеют густое опушение на теле. «Подстриженный» шмель (с удаленными волосками) остывает в тени гораздо быстрее лохматого.

Мелкие чешуйки, покрывающие крылья и все тело (даже ножки) бабочек и мотыльков, помогают сохранять тепло, полученное от работы мышц или от солнца. Под чешуйками находится тонкий слой воздуха, который служит достаточной теплоизоляцией для такого маленького животного, как насекомое. При определенных условиях опыта у сиреневого бражника с неповрежденными чешуйками температура тела на 17 градусов выше окружающего воздуха. Если же чешуйки удалить, то только на восемь градусов.

Стрекозы — активные летуны, и их мышцы, приводящие в движение крылья, также должны поддерживать определенный тепловой режим. Однако на их гладкой кутикуле нет никаких чешуек или густой поросли волосков. У стрекоз термоизоляция другого типа: воздушные мешки, расширения трахей, располагаются под хитиновым грудным панцирем довольно плотно друг к другу.

У каждого вида насекомых есть свои температурные границы, как оптимальные, так и критические. Некоторые насекомые активны уже при нескольких градусах тепла, даже при нуле (например, личинки веснянок и комаров, обитающие в водоемах тундры), а некоторые виды даже могут жить на снегу. Другие же активны только при температуре 20–30 градусов.

Для прусака, распространённого домашнего таракана, температура выше 42 градусов уже губительна. Однако личинки некоторых комаров-звонцов живут и не умирают в горячих источниках Йеллоустонского парка, температура воды в которых составляет 49–51 градус. А личинки африканского комара полипедилюма иногда находили даже в источниках с температурой 60–70 градусов.

Прусак, неприятный сосед, становится не способен двигаться уже при температуре 7 градусов тепла, если незадолго до этого он жил при температуре 30 градусов. Если же он пожил хотя бы один день при 15 или 36 градусах тепла, то теряет подвижность соответственно при 2 и 9,5 градусах.

Насекомые, зимующие в северных широтах, неделями переносят морозы до минус 20–40 градусов и не погибают. Конечно, они не активны в это время, проводя зиму в глубокой спячке. Как показали исследования, жидкость в клетках их тела не замерзает. Почему? Возможно, промерзанию препятствуют вещества, образующиеся осенью в их тканях и действующие как антифриз в радиаторе автомобиля. Концентрация некоторых веществ, например, глицерина, в крови зимующих насекомых повышена, у некоторых до 20 процентов. Однако неясно, сами ли эти вещества обеспечивают морозоустойчивость живых клеток, или они лишь побочный продукт тех физиологических процессов, которые протекают в тканях насекомого, готовящегося к анабиозу.

Зрение насекомых

Насекомые воспринимают свет тремя способами: всей поверхностью тела, простыми глазками и сложными фасеточными глазами.

Опыты показали, что гусеницы, личинки водяных жуков, тли, жуки, даже слепые пещерные, мучные черви, тараканы и многие другие насекомые чувствуют свет всей поверхностью тела. Свет проникает через кутикулу к голове и вызывает соответствующие реакции в воспринимающих его клетках мозга.

Самые примитивные простые глазки можно встретить у личинок некоторых комаров. Они представляют собой пигментные пятна с небольшим количеством светочувствительных клеток (иногда их всего две или три). У личинок пилильщиков (отряд перепончатокрылых) и жуков глазки более сложные: они содержат от пятидесяти и более светочувствительных клеток, палочек, которые прикрыты сверху прозрачной линзой — утолщением кутикулы.

С каждой стороны головы личинки жука-скакуна расположено шесть глазков, два из которых значительно больше остальных. В этих больших глазках содержится 6 тысяч зрительных контактов клеток. Хорошо ли они видят? Едва ли они способны передать в мозг впечатление о форме предмета. Однако приблизительные размеры увиденного два больших глазка засекают неплохо.

Личинка сидит в вертикальной норке, вырытой в песке. С расстояния в 3-6 сантиметров она замечает жертву или врага. Если проползающее близко насекомое не больше 3-4 миллиметров, личинка хватает его челюстями. Когда же оно больше, личинка прячется в норку.

Пять-шесть простых глазков на каждой стороне головы гусениц содержат всего по одной «ритинальной палочке» — зрительному элементу — и прикрыты сверху линзой, способной концентрировать свет.

Каждый глаз в отдельности не дает представления о форме наблюдаемого предмета. Однако в опытах гусеница проявляла поразительные способности. Вертикальные предметы она видит лучше, чем горизонтальные. Из двух столбов или деревьев она выбирает более высокое и ползет к нему, даже если заклеить черной краской все ее простейшие глазки, оставив лишь один. В каждый данный момент он видит лишь точку света, но гусеница вертит головой, рассматривая единственным глазом поочередно разные пункты предмета, и этого достаточно, чтобы в ее мозгу сложилась приблизительная картина увиденного. Конечно, неясная и нечеткая, но все же показанный ей объект гусеница замечает.

Простые глазки, которые можно увидеть у личинок насекомых, встречаются и у многих взрослых особей. Однако, главным органом зрения у последних являются так называемые сложные, или фасеточные, глаза, расположенные по бокам головы.

Эти сложные глаза состоят из множества удлиненных простых глазков, называемых омматидиями. В каждом омматидии находится светочувствительная клетка, соединенная нервом с мозгом. Поверх клетки расположен удлиненный хрусталик, окруженный непроницаемым для света чехлом из пигментных клеток. Сверху оставлено лишь небольшое отверстие, прикрытое прозрачной кутикулярной роговицей, которая является общей для всех омматидиев, плотно прилегающих друг к другу.

Количество омматидиев в одном фасеточном глазе может варьироваться от 300 у самок светлячков до 17 000 у бабочек и от 10 000 до 28 000 у различных стрекоз.

Каждый омматидий передает в мозг только одну точку из сложной окружающей насекомое картины мира. Из множества отдельных точек, увиденных каждым из омматидиев, в мозгу насекомого складывается мозаичное «панно» предметов ландшафта.

У ночных насекомых, таких как светлячки, другие жуки и мотыльки, эта мозаичная картина оптического видения, так сказать, более смазана. Ночью пигментные клетки, отделяющие омматидии сложного глаза друг от друга, сокращаясь, стягиваются кверху, к роговице. Лучи света, попадающие в каждую фасетку, воспринимаются не только светочувствительной клеткой, но и клетками, расположенными в соседних омматидиях. Это позволяет более полно улавливать свет, которого не так уж много в ночном мраке.

Днем же пигментные клетки заполняют все промежутки между омматидиями, и каждый из них воспринимает только те лучи, которые концентрирует его собственный хрусталик. Иными словами, «суперпозиционный» глаз ночных насекомых днем функционирует как «аппозиционный» глаз дневных насекомых.

Не менее важна, чем количество фасеток, другая их особенность — угол зрения каждого омматидия. Чем он меньше, тем выше разрешающая способность глаза и тем более мелкие детали наблюдаемого объекта он может увидеть. У омматидия уховертки угол зрения составляет 8 градусов, а у пчелы — 1 градус. Подсчитано, что на каждую точку в мозаичной картине увиденного уховерткой у пчелы приходится 64 точки. Следовательно, мелкие детали наблюдаемого предмета глаз пчелы улавливает в десятки раз лучше.

Однако в глаз с меньшим углом зрения проникает и меньше света. Поэтому величина фасеток в сложных глазах насекомых неодинакова. В тех направлениях, где нужна более яркая видимость и не так важно точное рассматривание деталей, располагаются более крупные фасетки. У слепня, например, в верхней половине глаза фасетки заметно крупнее, чем в нижней. Подобные же четко разделенные арены с разновеликими омматидиями есть и у некоторых мух. У пчелы иное устройство фасеток: их угол зрения в направлении горизонтальной оси тела в два-три раза больше, чем по вертикали.

У жуков-вертячек и самцов-поденок по существу два глаза с каждой стороны, один с крупными, другой с мелкими фасетками.

Помните, как гусеница, рассматривая предмет всего одним глазом (другие были замазаны краской), могла, о, однако, составить известное, хотя и очень грубое, представление о его форме? Она, вертя головой, рассматривала весь объект по частям, а запоминающий аппарат мозга складывал в единое впечатление все увиденные в каждый данный момент точки. Так же поступают и насекомые с фасеточными глазами: рассматривая что-либо, они вертят головой. Сходный эффект достигается и без поворота головы, когда наблюдаемый объект движется или когда летит само насекомое. На лету фасеточные глаза видят лучше, чем в покое.

Пчелы обладают удивительной способностью удерживать в поле зрения предмет, который мелькает 300 раз в секунду. Наш глаз не смог бы заметить даже в шесть раз более медленное движение.

Насекомые лучше видят близкие предметы, чем дальние. Они страдают близорукостью, и четкость их зрения значительно уступает нашей.

Интересно, какие цвета различают насекомые? Опыты показали, что пчелы и падальные мухи видят самые коротковолновые лучи спектра (297 миллимикрон), которые присутствуют в солнечном свете. Ультрафиолет, который наш глаз не воспринимает, видят также муравьи, ночные бабочки и, вероятно, многие другие насекомые.

Чувствительность к противоположному концу спектра у насекомых различна. Пчела не различает красный свет, который для неё словно черный. Самые длинные волны, которые она еще воспринимает, составляют 650 миллимикрон (граница между красным и оранжевым). Осы, которых приучили прилетать за кормом на чёрные столики, путают их с красными. Некоторые бабочки, такие как сатиры, также не различают красный цвет. Однако другие бабочки, например, крапивница и капустница, способны различать его. Рекорд, однако, принадлежит светлячку: он видит темно-красный цвет с длиной волны в 690 миллимикрон, на что не способны другие исследованные насекомые.

Для человеческого глаза самая яркая часть спектра — жёлтая. Опыты с насекомыми показали, что у некоторых зелёная часть спектра воспринимается глазом как самая яркая, у пчелы — ультрафиолетовая, а у падальной мухи наибольшая яркость отмечалась в красной, сине-зелёной и ультрафиолетовой полосах спектра.

Несомненно, бабочки, шмели, некоторые мухи, пчелы и другие насекомые, посещающие цветы, различают цвета. Но насколько хорошо и какие именно, мы ещё мало знаем. Необходимы дополнительные исследования.

С пчелами были проведены наиболее многочисленные опыты. Пчела видит окружающий мир, окрашенный в четыре основных цвета: красно-желто-зелёный (не как каждый из этих цветов по отдельности, а вместе, как единый, неведомый нам цвет), затем сине-зелёный, сине-фиолетовый и ультрафиолетовый. Как объяснить, что пчелы прилетают и на красные цветы, такие как маки? Они, а также многие белые и жёлтые цветы отражают много ультрафиолетовых лучей, поэтому пчела их видит. В какой цвет окрашены эти цветы для её глаз, нам неизвестно.

У бабочек цветовое зрение более близко к нашему, чем у пчелы. Мы уже знаем, что некоторые бабочки, такие как крапивница и капустница, различают красный цвет. Ультрафиолет они видят, но он не играет для них такой большой роли, как в зрительных восприятиях пчелы. Наиболее привлекают этих бабочек два цвета — сине-фиолетовый и жёлто-красный.

Разными методами было доказано, что и многие другие насекомые различают цвета, особенно цвета растений, на которых они кормятся или размножаются. Некоторые бражники, жуки-листоеды, тли, шведские мушки, сухопутные клопы и водяной клоп гладыш — вот далеко не полный перечень таких насекомых. Интересно, что у гладыша только верхняя и задняя часть глаза обладает цветовым зрением, нижняя и передняя — нет. Почему так, непонятно.

Помимо способности видеть ультрафиолетовые лучи, глаза насекомых обладают ещё одним свойством, которого лишены наши глаза — чувствительностью к поляризованному свету и способностью ориентироваться по нему. Не только фасеточные глаза, но и простые глазки, как показали опыты с гусеницами и личинками перепончатокрылых, способны воспринимать поляризованный свет. Рассмотрев под электронным микроскопом глаза некоторых насекомых, учёные обнаружили в ретинальной светочувствительной палочке молекулярные структуры, действующие, очевидно, как поляроид.

Некоторые наблюдения последних лет убеждают, что ночные насекомые обладают органами, улавливающими инфракрасные лучи.

Осязание слух и другие чувства у насекомых

По всему телу насекомого расположены мельчайшие органы чувств, которые играют важную роль в его жизни. Эти органы состоят всего из одной чувствительной клетки и нерва, который соединяет её с мозгом. Некоторые из них лишь касаются нижней части кутикулы, в то время как другие выходят на поверхность через микроскопически малое отверстие.

Местами, например, на усиках, ногах или вокруг рта, множество клеток объединяются в один большой орган. Над этим органом часто растут щетинки и волоски, которые моментально реагируют на малейшее прикосновение. Эти щетинки способны улавливать даже слабые дуновения воздуха, что позволяет насекомым замечать даже незначительные изменения в окружающей среде.

Каждый, кто ловил мух, знает, что это занятие не из простых. Муха не только видит, но и чувствует колебания воздуха, вызванные приближающейся рукой. Однако, если между рукой и мухой поставить стекло, она подпустит руку на более близкое расстояние, хотя и будет отлично видеть её.

Предполагается, что эти же щетинки помогают насекомым избегать столкновений в полете со встречными предметами. Завихрения воздуха около препятствий, ощущаемые щетинками, предупреждают о возможной опасности. Однако, почему насекомые так часто натыкаются на прозрачные стёкла?

Щетинки выполняют важную роль в полёте, но её пока не до конца понятно. Можно заставить крылатое насекомое «летать на месте», если привязать или приклеить к нему ниточку и направить на него струю воздуха. Но если щетинки смазать краской, например, у саранчи, она не сможет долго продержаться в таком полёте. Она сложит крылья и неподвижно повиснет на ниточке.

Щетинки способны ощущать мельчайшие колебания воды, что позволяет водяным насекомым узнавать о приближении хищников или жертв, на которых они охотятся сами. У клопа гладыша, который плавает вниз спиной, между основаниями усиков «зажат» небольшой пузырёк воздуха. Щетинки на усиках клопа удерживают этот пузырёк и постоянно чувствуют напряжение, вызванное его стремлением оторваться и взмыть вверх, к поверхности воды. По этому напряжению, как полагают некоторые исследователи, гладыш определяет своё положение в окружающем пространстве: вверх спиной он повёрнут или нет.

Некоторые наиболее тонкие волоски на теле насекомых способны улавливать и звуковые колебания. Это было доказано на гусеницах: если эти волоски удалить или брызнуть на них водой, гусеница не реагирует на звук. С неповреждёнными волосками гусеница слышит звуки определённых частот.

У сверчка основные органы слуха находятся на передних ножках, а вспомогательные — на церках, придатках на конце брюшка. У других прямокрылых и у тараканов эти выросты на конце брюшка, церки, тоже несут волоски, ощущающие различные звуковые колебания.

В основании усиков насекомых, между вторым сегментом и остальной частью усиков, находятся особые джонстоновы органы. Их основное назначение — контроль за полётом: регистрация скорости и направления. Но у некоторых насекомых, например, у комаров, джонстоновы органы воспринимают и звук. Усик вибрирует в унисон со звуковыми колебаниями определённого тона. Джонстонов орган возбуждается и передаёт в мозг соответствующие сигналы.

Наиболее специализированные органы слуха насекомых — тимпанальные. Они построены по типу нашей барабанной перепонки, колебания которой передаются слуховым нервам. Обычно тимпанальные органы располагаются по обеим сторонам брюшка сразу за тораксом (то есть грудкой) или на нём самом. Это характерно для многих бабочек и мотыльков, цикад, саранчи и некоторых водяных клопов. Однако у кузнечиков и сверчков они находятся на голенях передних ножек. Поворачивая в сторону звука одну или обе ножки, наделённые «ушами», они могут быстро и точно определять, в каком месте расположен источник звука.

Клетки, чувствительные к изменениям окружающей температуры, расположены на разных частях тела насекомых. Например, у тараканов теплочувствительные волоски находятся на лапках, а у клопов — на усиках.

Если поместить голодного клопа в банку и прижать к ней палец снаружи, он довольно быстро почувствует тепло, подползет и попытается через стекло уколоть ваш палец своим хоботком. Если же у него отрезать усики, то он уже не сможет этого сделать, так как не будет ощущать тепло.

Вкусовые органы насекомых, которые, подобно нашему языку, различают сладкое, соленое, горькое и кислое, находятся во рту, а также на усиках (например, у муравьев, пчел и ос) и на ножках (у многих мух, бабочек и пчел). К сахару эти органы в 200, а по некоторым данным — в 2000 раз более чувствительны, чем наш язык.

Личинки некоторых общественных насекомых, по-видимому, не обладают чувством вкуса. Корм для них выбирают взрослые особи. В опытах с осами было обнаружено, что взрослые особи выбирали только съедобные продукты, такие как мясной и фруктовый сок, сахарный сироп, а личинки — все, что им предлагали.

Органы очень тонкого обоняния располагаются у большинства насекомых на усиках и щупиках. Чувствительность насекомых к запахам значительно выше, чем у человека. Например, пчелы обнаруживают метилгептанон при концентрации в 40 раз меньшей, чем та, при которой его начинаем чувствовать мы.

Где находятся органы, позволяющие некоторым насекомым чувствовать земной магнетизм и электрическое поле, и какие они, пока неизвестно. Однако эксперименты с термитами, майскими жуками и мухами показали, что насекомые чувствуют это. В большинстве случаев подопытные насекомые располагались на горизонтальной поверхности так, что продольная ось их тела была повернута либо с востока на запад, либо с севера на юг.