§ 26. Насекомые

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ КЛАССА НАСЕКОМЫЕ

Класс Насекомые (Insecta) — самая грандиозная, процветающая и высокоорганизованная группа животных на планете Земля. Науке известно свыше одного миллиона современных видов насекомых, что составляет около 80% от общего числа всех описанных видов животных.

Размеры насекомых колеблются в невероятном диапазоне:

• Самые микроскопические представители — паразитические наездники-яйцееды (трихограммы), длина тела которых составляет всего около 0,2–0,25 мм (меньше многих инфузорий);
• Самые гигантские — южноамериканская бабочка совка агриппина с размахом крыльев до 30 см, жук-геркулес длиной до 17 см и палочники, достигающие более 35 см в длину.

Насекомые демонстрируют абсолютную экологическую пластичность, заселив практически все биотопы суши:

• Они обитают в верхних ярусах крон тропических лесов, в густом травянистом покрове и в толще почвы, пронизанной корнями растений;
• Насекомые выживают в экстремальных условиях: в безводной раскаленной пустыне Намиб живет жук-чернотелка, собирающий капли утреннего тумана спинкой; в глубинах подземных карстовых пещер обитают слепые жужелицы; на свободных ото льда скалах Антарктиды среди мхов и лишайников найдены бескрылые комары-звонцы;
• Вторично освоили водную стихию (водяные жуки-плавунцы, клопы-водомерки, личинки стрекоз и комаров);
• Миллионы видов ведут паразитический образ жизни в тканях культурных растений или на теле теплокровных позвоночных животных.

Главнейшим эволюционным ароморфозом, позволившим насекомым достичь невиданного расцвета на суше, стало появление крыльев и освоение активного машущего полета. Полет открыл доступ к воздушной среде: летающие насекомые встречаются на высоте нескольких километров, переносятся воздушными течениями через океаны и заселяют изолированные океанические острова.

ВНЕШНЕЕ СТРОЕНИЕ НАСЕКОМЫХ (НА ПРИМЕРЕ МАЙСКОГО ЖУКА)

Несмотря на колоссальное морфологическое разнообразие, все насекомые обладают четким единым планом внешнего строения. Их тело подразделено на три самостоятельных отдела: голову, грудь и брюшко.

Классическим примером анатомии насекомого служит майский жук (майский хрущ) — распространенный вредитель лиственных деревьев:

1. Голова насекомого:

Голова майского жука подвижно сочленена с грудью, слегка вдавлена в нее и защищена прочной хитиновой капсулой. На голове сосредоточены ключевые анализаторы и ротовой аппарат:

• Органы зрения: по бокам головы расположены два крупных сложных (фасеточных) глаза, обеспечивающих широкое мозаичное поле зрения;
• Органы обоняния и осязания: впереди глаз отходит одна пара усиков. У майского жука усики имеют характерные веерообразно расходящиеся пластинки на концах (пластинчатоусые). У самцов эти пластинки развиты значительно сильнее, чем у самок, что позволяет им чутко улавливать запах половых феромонов самки за сотни метров;
• Ротовой аппарат (грызущий тип): образован непарной верхней губой, парой верхних зазубренных челюстей (жвал), парой нижних челюстей со щупиками и непарной нижней губой со щупиками. Жвалами жук ловко отгрызает и перетирает жесткие края листьев березы и дуба.

Разнообразие ротовых аппаратов у насекомых:

В зависимости от пищевой специализации ротовые органы у разных отрядов претерпели глубокую эволюционную модификацию:

• Грызущий: для твердой пищи (жуки, тараканы, кузнечики);
• Сосущий: в виде длинного спирально свернутого хоботка для нектара цветов (бабочки);
• Колюще-сосущий: в виде полого тонкого стилета для прокалывания покровов и высасывания сока растений или крови (комары, клопы, тли);
• Лижущий (фильтрующий): с мягким хоботком для слизывания жидкой пищи (комнатные мухи);
• Грызуще-лижущий: с развитыми жвалами и вытянутым язычком для добычи нектара и формовки воска (медоносные пчелы, шмели).

2. Грудь и двигательный аппарат:

Грудь насекомого состоит из трех массивных сегментов: переднегруди, среднегруди и заднегруди. Каждый из трех грудных сегментов несет с брюшной стороны по одной паре ног. Таким образом, у всех взрослых насекомых имеется строго три пары ходильных ног (всего 6 ног). Каждая нога состоит из сочлененных члеников (тазика, вертлуга, бедра, голени и членистой лапки с коготками) и приводится в движение быстрыми поперечно-полосатыми мышцами.

Крылья и полет:

Крылья насекомых — это боковые складки покровов средне- и заднегруди. Они пронизаны жесткими трубчатыми жилками, внутри которых проходят дыхательные трахеи и нервы.

• У жуков (отряд Жесткокрылые) передняя пара крыльев преобразована в твердые, сильно склеротизированные надкрылья (элитры). В полете надкрылья распахиваются в стороны и служат несущими плоскостями, а в покое плотно смыкаются на спине, надежно защищая нежное мягкое брюшко и тонкие перепончатые летательные крылья второй пары;
• У бабочек, стрекоз, пчел и ос обе пары крыльев перепончатые и одинаково участвуют в полете;
• Вторично бескрылые насекомые (вши, блохи) полностью утратили крылья в связи с адаптацией к паразитизму в шерсти животных и складках одежды.

3. Брюшко:

Брюшко майского жука состоит из восьми подвижно сочлененных сегментов. Оно не несет ходильных ног. На боках каждого сегмента расположены крошечные входные дыхательные отверстия — дыхальца. Внутри брюшка сосредоточена основная масса внутренних органов пищеварительной, выделительной и половой систем.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МАЙСКОГО ЖУКА

Внутренняя анатомия насекомых демонстрирует высочайшую физиологическую специализацию:

Полость тела и жировое тело:

Полость тела смешанная (миксоцель). Все промежутки между органами заполнены рыхлой беловатой тканью — жировым телом. Жировое тело служит складом питательных веществ (жиров, гликогена, белков) для питания организма во время зимовки и метаморфоза, а также связывает конечные токсичные продукты обмена. При окислении жиров выделяется метаболическая вода, позволяющая жуку обходиться без питья.

Пищеварительная система:

Пищеварительный тракт сквозной и подразделяется на отделы:

1. Ротовое отверстие с протоками слюнных желез -> глотка -> тонкий пищевод;
2. Мускульный желудок: изнутри выстлан твердыми хитиновыми зубцами, которые при сокращении мышечных стенок перетирают проглоченные кусочки листьев;
3. Средняя кишка: под действием пищеварительных ферментов происходит химическое расщепление и всасывание питательных веществ в кровь;
4. Задняя кишка: в ней происходит обратное всасывание воды в организм, после чего сухие непереваренные остатки выбрасываются через анальное отверстие.

Дыхательная система (трахеи):

У насекомых сформировалась уникальная и совершенная дыхательная система — трахейная. По бокам груди и брюшка расположены парные дыхальца с клапанными аппаратами. От дыхальцев внутрь тела отходят крупные воздушные стволы, ветвящиеся на миллионы тончайших воздухоносных трубок — трахей, оплетающих все внутренние органы и проникающих внутрь отдельных мышечных клеток. Кислород воздуха доставляется непосредственно к тканям в газообразном виде без участия кровеносной системы.

Кровеносная система (незамкнутая):

В связи с мощным развитием трахей кровеносная система насекомых крайне упрощена. Она состоит из длинной мускулистой многокамерной трубки — спинного сердца, лежащего в верхней части брюшка над кишечником, и отходящей от него вперед головной аорты. Сердце сокращается волнами от заднего конца к переднему, выталкивая прозрачную или желтоватую гемолимфу в голову. Из аорты гемолимфа изливается в щели миксоцеля, омывает органы и через боковые отверстия с клапанами (остии) возвращается в сердце.

Важнейшая физиологическая особенность: гемолимфа насекомых не содержит дыхательных пигментов (гемоглобина) и не участвует в переносе кислорода и углекислого газа! Ее функции ограничены транспортировкой питательных веществ, гормонов и продуктов выделения.

Выделительная система:

Органами выделения служат мальпигиевы сосуды — пучок многочисленных тонких слепо замкнутых трубочек, расположенных в полости тела на границе средней и задней кишки. Они всасывают из гемолимфы токсичные продукты азотистого распада и осаждают их в виде кристаллов труднорастворимой мочевой кислоты. В задней кишке вода почти полностью всасывается обратно в гемолимфу, что позволяет насекомым сберегать влагу даже в сухом климате.

Нервная система и органы чувств:

Состоит из крупного головного мозга (надглоточного узла), подглоточного узла и брюшной нервной цепочки. У общественных насекомых со сложным поведением (пчел, муравьев) головной мозг достигает крупных размеров за счет так называемых «грибовидных тел», обеспечивающих ассоциативные реакции и обучение.

Размножение:

Насекомые строго раздельнополы. У самок имеются парные яичники и семяприемник (куда самец вводит сперматозоиды при спаривании); у самцов — парные семенники. Оплодотворение внутреннее. Взрослые насекомые (имаго) никогда не растут и не линяют.

РОСТ И РАЗВИТИЕ НАСЕКОМЫХ: ПОЛНОЕ И НЕПОЛНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ

Поскольку жесткая кутикула взрослого насекомого не способна растягиваться, рост особи происходит исключительно на стадии личинки. По характеру постэмбрионального развития всех крылатых насекомых делят на две фундаментальные группы:

1. Развитие с неполным превращением (гемиметаболия — 3 стадии):

Процесс включает всего три последовательные фазы: яйцо -> личинка -> взрослое насекомое (имаго).

• Из яйца выходит личинка (нимфа), внешне очень похожая на взрослую особь: она имеет сложные фасеточные глаза, аналогичный ротовой аппарат и схожие конечности, однако отличается меньшими размерами, отсутствием крыльев (есть лишь зачатки) и недоразвитой половой системой;
• Личинка живет в той же среде, питается той же пищей, что и взрослое насекомое, активно растет и периодически линяет;
• После последней линьки формируются полноценные крылья, и личинка превращается в половозрелое имаго без стадии куколки;
• Представители: прямокрылые (кузнечики, саранча, медведки), клопы, тараканы, богомолы, стрекозы, вши.

2. Развитие с полным превращением (голометаболия — 4 стадии):

Процесс включает четыре резко обособленные фазы: яйцо -> личинка -> куколка -> взрослое насекомое (имаго).

• Из яйца выходит червеобразная личинка (у бабочек — гусеница), которая кардинально отличается от взрослого насекомого строением, отсутствием фасеточных глаз и крыльев, а также грызущим ротовым аппаратом;
• Личинка интенсивно питается, накапливает огромные запасы белков и жиров в жировом теле и многократно линяет. Личинка и имаго занимают разные экологические ниши и питаются разной пищей (например, гусеница майского жука живет в почве и грызет корни сосен, а взрослый жук объедает листья берез; гусеница бабочки грызет капусту, а бабочка пьет нектар цветов), что полностью исключает пищевую конкуренцию между поколениями;
• Достигнув предельных размеров, личинка прекращает питаться, сбрасывает шкурку и превращается в неподвижную куколку;
• Под защитной оболочкой куколки происходит фантастическая перестройка организма: старые личиночные органы растворяются (гистолиз), а из скоплений эмбриональных клеток (имагинальных дисков) заново формируются крылья, фасеточные глаза, длинные ноги и сложные системы органов взрослого насекомого;
• Из лопнувшей куколки выходит крылатое взрослое насекомое (имаго);
• Представители: жесткокрылые (жуки), чешуекрылые (бабочки), двукрылые (мухи, комары), перепончатокрылые (пчелы, муравьи, осы, шмели), блохи.