Особенности разнообразия и развития насекомых в зависимости от условий среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности разнообразия и развития насекомых в зависимости от условий среды

1. Общая характеристика дыхательной системы насекомых

Трахейная система насекомых не только вводит в тело насекомого воздух, но и распределяет его по всем органам тела: своими разветвлениями она пронизывает все его части. Все тело представляет как бы легкое: дыхательная функция крови если и не исключена вполне, все же чрезвычайно снижена. Воздух распространяется по трахейной системе путем диффузии. Параллельно со снабжением органов и тканей кислородом по трахейной системе происходит и выделение воды; чем сильнее процесс дыхания тем сильнее и испарение; для предотвращения чрезмерного испарения каждое дыхальце обладает замыкательным аппаратом, который дает доступ воздуху в трахейную систему лишь постольку, поскольку организму требуется кислород: при росте активности насекомого и повышении температуры повышается обмен веществ, повышается потребность в кислороде и соответственно дольше трахейная система остается открытой.

При особенно значительной активности открытой трахейной системы оказывается мало: появляются приспособления, проветривающие трахейную систему; продольная и дорзо-вентральная мускулатура тела, сокращаясь и расслабляясь, ведет к сокращению и увеличению объема тела, а вместе с тем и трахейной системы, что в свою очередь ведет к выдыханию и вдыханию воздуха; количество выдыхаемого воздуха увеличивается в тех случаях, когда в трахейной системе имеются участки с тонкими стенками; всего чаще такие участки принимают форму объемистых мешков, наполняющихся при вдыхании и спадающихся при выдыхании; такие трахейные пузыри (мешки) имеются у всех хороших летунов: чем энергичнее полет насекомого, тем сильнее развиты пузыри трахейной системы.

2. Особенности дыхания насекомых в связи с образом жизни

У водных насекомых, дышащих атмосферным воздухом, вырабатываются дополнительные приспособления в виде углублений и выростов на поверхности тела и покрова из волосков, которые служат резервуарами запаса воздуха и путями, проводящими воздух. Так, у водного клопа гладыша (Notonecta) вдоль нижней поверхности брюшка имеется слабо выраженное парное вдавливание, отороченное рядами щетинок, что является приспособлением для удержания запаса воздуха.

Однако у насекомых распространены и случаи дыхания исключительно кислородом, растворенным в воде. При этом, если некоторые стигмы и остаются открытыми, они служат исключительно для вывода использованных при дыхании газов; обычно же все каналы трахейной системы, примыкающие к стигмам, зарастают; воспринимают же воздух из окружающей воды соответственно измененные участки поверхности тела.

Дыхание кислородом, растворенным в воде, весьма распространено у личинок. В этом случае обычно появляются специальные тонкостенные выросты, преимущественно на брюшке, которые получают общее название жабр. Особым распространением пользуются трахейные жабры, т.е. тонкостенные выросты тела с разветвлениями трахейной системы внутри них. В таких случаях трахейная система, очевидно, лишь распределяет воздух, не воспринимая его извне (многие жуки, поденки, стрекозы, веснянки, сетчатокрылые, двукрылые, ручейники).

Дыхательная система насекомых ярко отражает их приспособленность к наземному образу жизни. У настоящих водных членистоногих имеется жаберное дыхание, при котором используется кислород, растворенный в воде. Но все большие группы членистоногих, перешедших к жизни на суше, дышат посредством трахей. К трахейнодышащим членистоногим относятся насекомые, многоножки и паукообразные. Но даже некоторые наземные ракообразные (в частности, мокрицы) предприняли попытку перейти к трахейному дыханию.

Трахейная система образована серией впячиваний стенки тела, которые многократно ветвятся до мельчайших трубочек, опутывая все внутренние органы и ткани насекомых. За исключением головы и переднегрудного сегмента, остальные сегменты груди и брюшка насекомых несут по паре сообщающихся с внешней средой отверстий (дыхалец), от которых начинаются трахеи. Дыхальца расположены по бокам сегмента, и каждое служит клапаном, так как снабжено одной или двумя створками, к которым крепятся один-два небольших мускула. Двигая створки, эти мышцы регулируют размер отверстий, а значит и просвет трахей. Трахейные стволы и все их ветвления имеют характерную спиралевидную выстилку из жесткой кутикулы. Поэтому даже мельчайшие трубочки не спадаются, сохраняя просвет и поддерживая циркуляцию кислорода, углекислого газа и водяного пара внутри тела.

Рисунок 1 - Трахейная система

Вентиляция дыхательной системы достигается за счет скоординированной работы дыхальцевых клапанов. Например, у саранчи во время вдоха открываются 4 передних дыхальца (два грудных и два первых брюшных), а 6 задних закрываются, затем на время закрываются все дыхальца, после чего следует выдох: 4 передних остаются закрытыми, а 6 задних открываются. У насекомых с плотными покровами вентиляция усилена за счет специальных дыхательных движений, тогда как гусеницы и многие другие мелкие личинки их не производят. Дыхательные движения совершаются большей частью сегментами брюшка, но, например, у плавунца и водолюба в них вовлекаются и грудные сегменты. В большинстве случае активным является сокращение брюшка, т.е. выдох. Оно происходит за счет сокращения систем продольных и поперечных мышц брюшного отдела. Расширение брюшка и вдох часто проходят пассивно в силу эластичности наружных покровов и внутренних органов.

Специальной модификацией трахейной системы являются воздушные мешки. У многих хорошо летающих насекомых трахейные стволы образуют расширения, диаметр которых во много раз превышает диаметр этих стволов. Это и есть воздушные мешки. Помимо своего размера, они отличаются от нормальных трахей отсутствием спирального утолщения. Поэтому их полость спадается при выходе из них воздуха. Сжатия и расширения воздушных мешков происходят пассивно под действием мускулатуры, осуществляющей дыхательные движения, при которых меняется объем тела и давление на них передается через кровь и внутренние органы. Воздушные мешки также служат для увеличения объема воздуха, циркулирующего в дыхательной системе, их сравнивают с кузнечными мехами. Они особенно сильно развиты у хорошо летающих насекомых, (например у пчел), тогда как у нелетающих форм (в частности у рабочих муравьев) их размеры заметно меньше.

Рисунок 2 - Модификация трахейной системы

Кислорода насекомые потребляют немного. Они вообще экономно устроены: механизм выделений у них таков, что, испражняясь, они почти не теряют влагу (их испражнения в большинстве случаев обезвожены). При недостатке влаги насекомые способны добывать ее из собственных жировых запасов.

Восьмой и девятый признаки связаны с ростом и развитием насекомых. Закованное в хитиновый панцирь тело насекомых не способно ровно и постепенно расти, как это происходит, например, у птиц, зверей и человека. Природа создала для всех членистоногих другой способ роста - скачками, при помощи линек. Личинка стрекозы, например, выходит из яйца размером около 3-4 мм, а к концу личиночной стадии вырастает до 4,5 см, несколько раз сбрасывая при этом свою хитиновую «одежду».

Перед скачком роста насекомое перестает есть, становится вялым, забирается в укромный уголок. Телу, которое все время питалось, становится тесно в прежнем «футляре». Он наконец лопается. Обычно это происходит на спине грудного отдела. Теперь насекомому предстоят две тяжелые операции: вылезти из ставшего тесным футляра, извлекая усики и ноги, и отсидеться в укромном месте. Сжатое старым панцирем тело должно расправиться до нужных размеров, а нежные покровные ткани должны превратиться в новый, уже более крупный хитиновый панцирь. Хитин быстро твердеет и на воздухе, и в воде; насекомое же с мягкими покровами беззащитно. Вот почему при линьке ему требуется укромный уголок.

3. Особенности приспособления насекомых к наземному образу жизни

1) Тело взрослых насекомых разделено на голову, грудь и брюшко. На голове находятся пара членистых усиков, ротовые органы (пара верхних челюстей, пара нижних челюстей, нижняя губа), пара сложных фасеточных глаз, у многих имеется также 1-3 простых глазка.

2) В зависимости от характера питания ротовой аппарат может быть различного типа: а) грызущий (тараканы, жуки) б) сосущий или колющесосущий (вши, клопы, комары, блохи); в) лижущий (цветочные, комнатные и питающиеся падалью мухи).

3) Строение усиков очень разнообразно - нитевидные, щетинковидные, пильчатые, гребенчатые, булавовидные, пластинчатые. С их помощью насекомые различают запахи. Они выполняют и роль органов осязания.

4) Два сложных фосеточных глаза расположены по бокам от головы (у стрекоз, слепней занимают большую часть поверхности головы). Большинство насекомых слепы к красному цвету, но хорошо видят ультрафиолетовое излучение.

5) Грудь состоит из 3-х сегментов, к каждому с брюшной стороны прикрепляется по паре ног. В зависимости от образа жизни они могут сильно видоизменяться: а) чаще всего ходильного или бегательного типа; б) прыгательного типа (у кузнечиков, саранчи, блох); в) копательного типа (у медведок); г) гребные или плавательные (у жука-плавунца).

6) У летающих насекомых по 2 и 3 или только по 2 сегменту груди прикреплены крылья. Их форма и строение различны. У жуков передние крылья сильно хитинизированы и превращены в твердые толстые надкрылья, не участвующие в полете. У мух, комаров развиты только передние крылья, а задние превращены в жужжальца - органы равновесия. Некоторые (вши, блохи и др.) утратили обе пары крыльев в связи с переходом к паразитическому образу жизни.

7) Брюшко состоит из 6-10 сегментов. Они отделяются друг от друга насечками (отсюда название класса). В нем находится большая часть внутренних органов. На конце брюшка у самок развит яйцеклад, служащий для откладки яиц. У некоторых (у пчел, ос, муравьев) яйцеклад превратился в жало, имеющие внутри проток ядовитой железы. У самца на конце брюшка находится копулятивный аппарат.

8) Пищеварительная система представлена ротовой полостью, в которую впадают слюнные железы, далее глотка, длинный пищевод, большой зоб, мышечный желудок. У насекомых, питающихся твердой пищей, желудок имеет толстые мускулистые стенки и несет изнутри хитиновые зубцы или пластинки, с помощью которых пища измельчается и проталкивается в среднюю кишку. Стенки средней кишки внутри покрыты железистым эпителием, выделяющим пищеварительные ферменты (печень и др. железы отсутствуют). Здесь происходит всасывание питательных веществ. Непереваренные остатки пищи поступают в заднюю кишку (здесь из них отсасывается вода), а экскременты выбрасываются наружу через анальное отверстие.

У гусениц бабочек, личинок ручейников и перепончатокрылых слюнные железы преобразованы в шелкоотделительные, или прядильные, вырабатывающие шелковистую нить для изготовления кокона, защитных образований и др. целей.

9) Органы выделения - мальпигиевы сосуды - представляют собой трубочки, слепо замкнутые на свободном конце и открывающиеся в кишечник на границе между средней и задней кишкой. Их число колеблется от 2 до 200. Мочевая кислота и другие продукты выделения поступают в кишечник и с непереваренными остатками удаляются наружу. Освободившиеся при этом вода обратно возвращается в кровь, способствуя экономному расходованию воды.

11) Кровеносная система насекомых из-за сильно разветвленной трахейной системы развита слабее, чем у других членистоногих. Кровь обеспечивает лишь доставку питательных веществ к тканям и органам, а также транспортировку продуктов обмена веществ к органам выделения. Дыхательная функция ей не свойственна. Кровеносная система незамкнутого типа и представлена трубкообразным сердцем, расположенным на спинной стороне брюшка. В сердце имеется несколько способных пульсирующих камер, в каждую из которых открывается пара отверстий, снабженных клапанами. Через эти отверстия внутрь сердца поступает кровь (гемолимфа). От сердца отходит ваеред один кровеносный сосуд - аорта. Кровь поступает в сердце от заднего конца к переднему, затем поступает в аорту и из нее изливается в полость головы, затем в промежутки между органами. Кровь бесцветная или зеленовато-желтая, редко красная.

12) Между внутренними органами насекомых расположена рыхлая ткань - жировое тело, имеющее беловатую, желтоватую или зеленоватую окраску. Его клетки накапливают запасные питательные вещества - жиры, белки и углевод гликоген. Эти запасы расходуются на развитие яиц во время зимовки. Кроме того клетки жирового тела поглощают продукты обмена (соли мочевой кислоты и др.), выполняя тем самым выделительную функцию.

13) Насекомые - раздельнополые животные. Органы размножения находятся в брюшке. У самок развиты пара трубчатых яичников, яйцеводы, придаточные половые железы, семяприемник и нередко яйцеклад. У самцов - пара семенников, семяпроводы, семяизвергательный канал, придаточные половые железы и копулятивный аппарат. Размножаются только половым путем, большинство откладывает яйца, есть и живородящие виды - у них самки рождают живых личинок (тли, оводы и др.). Оплодотворение внутренние. Самки откладывают во внешнюю среду оплодотворенные яйца. Развитие происходит с неполным и полным преврещением.

Таблица 1 - Размножение насекомых

Развитие, во время которого насекомое проходит 4 фазы (стадии), называют полным превращением. Развитие, во время которого насекомое проходит 3 фазы, называют неполным превращением. Развитие насекомых с превращением дает возможность лучше сохраняться в природе. Наибольшими преимуществами обладают насекомые с полным превращением: а) их личинки обычно используют другую пищу и часто живут в другой среде обитания, чем взрослые особи (например: майский жук и его личинки). Разное питание личинок и взрослых особей исключает конкуренцию между ними, дает возможность этим животным шире использовать кормовые условия, место обитания; б) могут переносить неблагоприятные условия среды на какой-либо одной из 4 фаз развития.

4. Особенности строения ног насекомых в зависимости от условий среды обитания

В зависимости от образа жизни насекомых их ноги могут быть специализированы. Кроме того, ноги некоторых насекомых могут выполнять и совсем странные, с нашей точки зрения, задачи: у кузнечиков на них расположены органы слуха, а у ряда бабочек - органы вкуса. Про жужелицу можно с полным основанием сказать, что ее ноги кормят. Она быстро бегает, скорее даже не бежит, а рыскает из стороны в сторону и все обследует усиками - ничего съедобного не пропустит.

У многих насекомых, живущих в воде, ноги превратились в совершенные весла: они опушены волосками. При движении в воде вперед волоски складываются, а когда насекомые идут назад, волоски встают дыбом, загребая воду. Такое мощное весло стремительно бросает тело насекомого вперед.

Так плавает плавунец окаймленный. Его тело имеет обтекаемую форму, все части плотно подогнаны друг к другу, на нем нет выступающих выростов. Семейство плавунцов включает 2500 видов, а в водоемах России обитает около 300 видов жуков этого семейства размером от 2-3 мм до 5 см. Личинки плавунцов, как и сами жуки, свирепые хищники.

У жука-вертячки все членики ног укоротились, две пары задних ног превратились в короткие ласты, позволяющие этому жуку достигать высоких скоростей движения и на поверхности воды, и в глубине, когда он ныряет. На Кавказе эти мелкие жучки успешно противостоят даже бурному течению горных рек.

В России встречается около 20 видов вертячек (из 1600 известных науке); некоторые из наших вертячек стали редкими и находятся под охраной. Личинки дышат жабрами и обитают на дне водоемов.

5. Особенности строения крыльев у насекомых

Крылья - тонкие, прозрачные, с переплетением жилок крылья жуков складываются и прячутся под хитиновыми надкрыльями - жесткими перевернутыми «лодочками» над брюшком. Когда жук взлетает, надкрылья приподнимаются, а крылья расправляются. У одних жуков надкрылья в полете раскрыты, приподняты, а вот у жука-бронзовки они в полете закрыты.

Крылья - величайшее приобретение насекомых в процессе эволюции. Бескрылых из шестиногих всего около 3000 видов; часть насекомых в процессе приспособления к особым условиям жизни потеряла крылья (например, постельный клоп, блохи), но всего таких не более 2% из 2 миллионов видов.

Зато крылатых огромное множество; бабочек более 100000 видов, жуков - 300000, а еще больше мух, комаров и стрекоз. Из всех членистоногих только насекомые обрели крылья. Причем, крылья у птиц, летучих мышей сформировались из передних конечностей, а у насекомых развились, не затрагивая их шестиногости.

Именно крылья позволили насекомым успешно освоить всю поверхность нашей планеты. У одних насекомых (жуков, например) передняя пара крыльев выполняет защитную функцию, а задняя нужна для полета. У других развились обе пары крыльев, они соединены, сцеплены между собой крючочками-шипиками (как у бабочек и стрекоз). А у третьих (комары, мухи) задние крылья вообще исчезли. Они превратились в отростки, выполняющие роль органов равновесия при полете; это как раз те органы, благодаря которым мухи при полете жужжат, а комары пищат.

Скорости полета многих насекомых удивительно высоки. Стрекозы развивают скорость до 30 км в час, бабочки бражники - более 50 км. Кроме того, многие мелкие насекомые благодаря малому весу и малой зависимости от силы тяжести способны вообще парить в воздухе, даже не работая крыльями; именно они и составляют основную пищу для ласточек и стрижей.

В ясную сухую погоду воздушные потоки от нагретой земли высоко поднимают этих насекомых; там же летают и ласточки. Когда влажность воздуха увеличивается (например, перед дождем), парящих в воздухе насекомых «прижимает» ближе к земле, туда же устремляются и ласточки.

6. Особенности строения глаз у насекомых и приспособления их к условиям среды

У насекомых - особое устройство глаз. Глаза шестиногих совсем не похожи на глаза позвоночных животных. У них фасеточные глаза - глаз состоит из многих отдельных глазков, каждый из которых видит свой участок, а в целом получается как при изготовлении мозаики: отдельные кусочки изображения складываются в общую картину окружающего мира.

У стрекозы, например, глаза огромные, выступающие за пределы головы: она охотится на мух и комаров в воздухе, и ей необходим отличный обзор. Отдельный глазок видит маленькое пространство, но з совокупности тысячи глазков вместе дают полную картину окружающего.

Фасеточные глаза - прекрасное изобретение природы, не хуже наших глаз, только устроены они совсем иначе. Может быть, фасеточные глаза даже лучше наших, ведь ими насекомые улавливают не только видимые лучи, но и ультрафиолетовые; не только обычный свет, но и особый, поляризованный. Мы этих лучей и этого света видеть не можем.

Вообще у насекомых много способностей, которыми обделены мы, люди. Они, например, ощущают магнитные волны, слышат ультра- и инфразвуки, способны ощущать запах на расстоянии до 15 километров, могут держать равновесие с помощью специальных органов, осязать особыми волосками на теле. А еще насекомые, обладая генетической (закрепленной, наследственной) программой поведения, успешно справляются со многими житейскими ситуациями.

дыхательный насекомое трахейный приспособление

Размещено на Allbest.ru