Кровеносная система насекомых по сосудами в полостях тела течет
Класс насекомые лидирует по числу видов среди всех животных. На настоящее время описано около 1,1 млн. видов насекомых, при том факте, что истинное число
видов оценивается от 2 до 8 млн. разными исследователями. Можно смело заявить, что половина (скорее всего, гораздо больше) видов насекомых еще не изучены.
“Насекомые. Они – истинные хозяева земли” – сказал В.М. Песков. Это действительно так, люди – редкое исключение в мире насекомых. Именно они
сейчас эволюционно достигли наивысшего расцвета, отлично приспособившись к жизни в среде людей. Так что с точки зрения эволюции мы с вами живем в эру
господства насекомых, удивительных существ, сложные инстинкты и поведение многих из которых поражает.
С помощью танца пчелы могут сообщать друг другу, в каком направлении и как далеко от их местоположения находится корм. Если расстояние менее 100 метров,
пчела исполняет круговой танец, а если более 100 метров – виляющий танец, в виде восьмерки. Только насекомым свойственна общественная организация, разделение
труда между особями.
Насекомых изучает интереснейшая наука – энтомология (от греч. entoma – насекомые и logos – слово, учение), в этой статье мы познакомимся с их общим
строением.
Тело дифференцировано на голову (5 слившихся сегментов),
грудь (3 сегмента) и брюшко (8 сегментов). На голове находится одна пара усиков – антенны, являющиеся органами обоняния и осязания.
Полость тела насекомых смешанная (миксоцель), она позволяет во время линьки значительно увеличивать объем тела за счет увеличения давления крови.
Многие насекомые способны к удивительному движению в воздухе – полету. Первая пара крыльев носит названия надкрылья: в полете они не участвуют,
это плотные хитинизированные образования, прикрывающие часть груди и брюшка. Вторая пара крыльев принимает непосредственное участие в полете, имеет
вид уплощенных перепончатых образований.
Три пары ходильных ног крепятся к груди. Членистая конечность насекомого оканчивается двумя коготками, между которыми иногда располагаются присоски. Конечности насекомых
разнятся по выполняемой функции, в соответствии с ней получая свои названия: копательная, бегательная, прыгательная, плавательная, собирательная.
Тело насекомых, как и всех членистоногих, покрыто хитиновой кутикулой – наружным скелетом. Эта плотная оболочка насекомого сдерживает рост.
Запомните, что насекомые активно растут только в личиночной стадии и в период линьки, когда хитиновый покров до конца не сформирован или сброшен.
Состоит из переднего, среднего и заднего отделов. К переднему отделу относятся рот, глотка, пищевод, который часто имеет расширение – зоб,
желудок. После желудка начинается средний отдел – кишечник, от которого отходят многочисленные слепо заканчивающиеся выросты, увеличивающие всасывательную
поверхность. В заднем отделе кишечника происходит формирование экскрементов и всасывание воды, заканчивается задняя кишка анальным отверстием.
Особо необходимо отметить развитую мускулатуру желудка, который называется – мускульный. В нем происходит дополнительное перетирание пищи.
После этого пищевые частицы расщепляются до мономеров, которые всасываются кишкой и попадают в гемолимфу. С ее током питательные вещества достигают внутренних
органов и тканей.
У большинства насекомых имеются слюнные железы. Насекомые обладают самыми разнообразными сложноустроенными ротовыми аппаратами.
Строение ротового аппарата отражает способ питания.
Ниже вы видите таблицу, отражающую многообразие ротовых аппаратов у насекомых.
Дыхательная система представлена сильно разветвленной системой трахей, которые выполняют функцию наружного дыхания. На головогруди и брюшке у насекомых находятся
дыхальца (стигмы) – дыхательные отверстия, которыми трахеи открываются во внешнюю среду.
Кровеносная система не переносит кислород, так что функция его доставки целиком принадлежит трахеям, которые ветвятся на тонкие трубочки (трахеолы) и подходят к небольшим
группам клеток. У части быстролетающих насекомых (мухи, пчелы) трахеи образуют расширенные участки – воздушные мешки, которые улучшают вентиляцию трахейной системы и уменьшают удельный вес тела
Для насекомых характерен незамкнутый (лакунарный) тип кровеносной системы. Кровь свободно движется по лакунам (синусам), непосредственно омывая внутренние органы и ткани.
Функцию сердца выполняет спинной сосуд: благодаря его сокращениям кровь перекачивается из задней части тела в переднюю.
Функционирование сосуда-сердца схоже с таковым у ракообразных. В момент расслабления сосуда-сердца через отверстия (остии) кровь наполняет его, а в момент сокращения (систолы)
кровь выталкивается в артерии, затем попадает в полость тела, омывает органы и ткани.
Внутреннюю среду насекомых составляет гемолимфа, представляющая собой бесцветную или желтоватую жидкость. В гемолимфу из кишечника всасываются питательные
вещества, после чего доставляются к клеткам организма. В нее же удаляются побочные продукты обмена веществ.
Органы выделения представлены мальпигиевыми сосудами (в честь итал. биолога и врача – Марчелло Мальпиги). Это длинные трубчатые выросты насекомых и паукообразных, которые расположены на границе средней и задней кишки.
Как вы помните, перед насекомыми стоит сложная задача: максимально сохранить воду в организме. Мальпигиевы сосуды этому способствуют: в них поступают продукты обмена веществ
из гемолимфы в виде суспензии. По мере продвижения по мальпигиевым сосудам, из суспензии всасывается вся вода обратно в гемолимфу, а продукты обмена веществ (кристаллы мочевой
кислоты) в сухом виде поступают в кишку и выводятся из организма с экскрементами.
К органам выделения также относится жировое тело. Жировое тело – образование мезодермального происхождения, содержащие запасы питательных веществ, которые постоянно
расходуются организмом. В жировом теле могут накапливаться и продукты обмена веществ: продукты распада, что нейтрализует их токсическое действие.
Тип нервной системы насекомых – узловой. Состоит она из головного мозга (надглоточного ганглия), подглоточного ганглия и брюшной нервной цепочки.
Головной мозг имеет сложное строение,
образован в результате слияния 3 ганглиев и состоит соответственно из 3 отделов: переднего, среднего и заднего. От мозга отходят
нервные тяжи – коннективы, которые направляются к подглоточному ганглию, в совокупности образуя окологлоточное нервное кольцо.
Наиболее развитые ганглии в брюшной нервной цепочке находятся в груди, так как они иннервируют сложную работу конечностей и крыльев.
Узлы распределены неравномерно: 3 ганглия находятся в груди, 8 – в брюшке.
Органы чувств развиты хорошо. Глаза простые или сложные (фасеточные), одна пара усиков (антенн), на которых располагаются органы обоняния и осязания. Имеются органы вкуса,
локализующиеся на щупиках нижней губы и нижней челюсти.
Такое прогрессивное развитие нервной системы заложило фундамент для появления у насекомых сложнейших и удивительных рефлексов. Среди всех беспозвоночных только насекомые отличаются
общественным (социальным) образом жизни: они совместно строят гнездо, ухаживают за потомством, разделяют обязанности среди членов семьи. Общественными насекомыми являются
пчелы, осы, муравьи, шмели.
Заметим, что в переднем отделе мозга расположены грибовидные тела, ассоциативные центры головного мозга. Особенно хорошо развиты грибовидные тела у насекомых, ведущих
общественный образ жизни, что связано с их сложным поведением.
Насекомые раздельнополы, гермафродиты среди них встречаются очень редко. Часто встречается хорошо выраженный половой диморфизм – внешние различия между самцом и самкой.
Половые железы парные: у мужских особей – семенники, у женских – яичники. От семенников и яичников соответственно
отходят семяпроводы и яйцеводы, впадающие в семяизвергательный канал и влагалище. Оплодотворение у насекомых внутреннее: с помощью совокупительных органов семя вводится самцом
в половые пути самки.
Развитие может быть прямым или непрямым. Запомните, что у всех насекомых развитие непрямое.
Непрямое развитие может протекать с метаморфозом (от греч. metamorphosis – превращение) – полное превращение, или без него – неполное превращение.
Метаморфоз – глубокое преобразование строения организма,
переход из одной формы в другую, сопровождающийся появлением новых элементов строения и функций.
Как заметно из схемы выше, неполное и полное превращение отличаются наличием стадии куколки, это именно та стадия, в которую и происходит метаморфоз. О том,
для каких насекомых характерно развитие с метаморфозом, а для каких нет – вы узнаете из следующей статьи.
Классический пример метаморфоза – превращение гусеницы в бабочку. В коконе (стадия куколки) в организме гусеницы происходит растворение практически всех тканей, за
исключением нервной и кровеносной систем. В результате такого метаморфоза образуется новый организм – бабочка, сильно отличающаяся от гусеницы.
Логично предположить, что у насекомых с неполным превращением личинка напоминает взрослую особь, но меньше ее в размерах. У насекомых с полным превращением, которое сопровождается
метаморфозом (гусеница становится бабочкой), личинка совершенно не похожа на взрослую особь, разительно отличается от нее по строению и функциям.
Особо необходимо отметить партеногенез. Партеногенез (от греческого parthenos – дева, девственница и genesis – рождение) – одна из форм полового размножения, при котором
новый организм развивается из яйцеклетки без ее оплодотворения. Поскольку мужская гамета не участвует в данном процессе, генотип потомства содержит исключительно гены матери.
Партеногенез встречается у следующих насекомых: тли, муравьи, пчелы, осы, шмели, тутовый шелкопряд. Партеногенез относится именно к половому (а не бесполому) типу размножения, поскольку новый
организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (женской гаметы). Данный процесс играет важную роль: он значительно увеличивает темпы роста популяции, регулирует соотношение женских и мужских особей, обеспечивает продолжение существования
вида.
Искусственный партеногенез у тутового шелкопряда впервые был получен А.А. Тихомировым в 1886 году, а практика развита Б.Л. Астауровым, который придумал искусственный
способ получения самцов тутового шелкопряда, дающих повышенный выход ценного материала – шелкового волокна высокого качества.
Значимость насекомых для человека трудно переоценить. Они выполняют множество полезных функций:
Источник
Кровеносная система
Строение кровеносной системы. Кровеносная система насекомых своеобразна и существенно отличается от кровеносной системы позвоночных. Она незамкнута, кровь заполняет полость тела и промежутки между органами, омывает их и только частью заключена в особый орган кровообращения – спинной сосуд. Это лежащая в перикардиальном синусе трубка, подвешенная на коротких тяжах к спинной стенке тела. Спинной сосуд подразделяется на задний отдел – сердце, состоящее из серии способных пульсировать камер, и передний отдел – аорту, лишенную камер и имеющую вид простой трубки (рис. 24, Б, В).
Камеры сердца метамерны, отделены друг от друга направленными вперед клапанами (рис. 24, А); стенки камеры содержат мышцы. Каждая камера имеет пару боковых входных отверстий – устьиц, или остий, также снабженных клапанами, направленными внутрь; через эти устьица происходит всасывание крови из полости тела внутрь камер. Задний конец сердца обычно замкнут. Непосредственно под сердцем располагается метамерная серия парных мышечных пучков, имеющих удлиненно треугольную форму; это крыловидные мышцы, входящие в состав верхней диафрагмы. При рассматривании вскрытого насекомого кажется, что крыловидные мышцы отходят непосредственно от камер сердца, но это ложное впечатление.
Рис. 24. Кровеносная система. А – схема расположения клапанов при движении крови; Б – спинная стенка тела медведки; В – спинной сосуд пчелы (из Воронцова): кл – клапан, у – устьице, ао – аорта, сер – сердце, крм – крыловидные мышцы
Кровообращение происходит вследствие пульсации камер сердца и работы верхней и нижней диафрагм. Пульсация обеспечивает продвижение крови по спинному сосуду сзади наперед. При расширении камеры – диастоле – кровь входит в нее через остии, а при сокращении – систоле – создающееся кровяное давление раскрывает передние клапаны, смыкает задние клапаны и движет кровь вперед (рис. 24, А). Аорта является лишь проводящим сосудом, достигает спереди головы, где и открывается отверстием, через которое кровь вытекает в полость головы. Движение крови подкрепляется работой диафрагм. При сокращении крыловидных мышц верхняя диафрагма несколько опускается вниз, увеличивается емкость околосердечной полости, куда и устремляется кровь. Нижняя диафрагма, если она развита, своими сокращениями способствует продвижению крови спереди назад.
В целом отсасывающая работа сердца и содействие верхней диафрагмы, очевидно, способствуют тому, что в задней части тела кровяное давление имеет тенденцию к снижению; в передней части тела, наоборот, благодаря непрерывному излиянию крови из аорты кровяное давление имеет тенденцию к повышению. Все это способствует циркуляции крови и возникновению кровообращения: по спинному сосуду – вперед, а в полости тела – назад. Число сокращений сердечных камер зависит как от вида насекомого, так и его физиологического состояния, фазы развития и внешней среды; колеблется оно примерно в пределах от 15-30 до 150 сокращений в минуту.
Продвижению крови в различные придатки тела – как усики, ноги, крылья, хвостовые придатки – способствуют дополнительные, или местные, пульсирующие органы. В одних случаях эти органы имеют характер пульсирующих ампул, например, у основания усиков тараканов и прямокрылых; в других случаях они простираются в виде подвижных мембран, например в ногах, и пр.
Кровь. Кровь насекомых, или гемолимфа, является единственной жидкой тканью и состоит из жидкой плазмы и кровяных телец – гемоцитов. Плазма обычно окрашена в желтоватый или зеленоватый цвета, либо бесцветная; у живущих в воде личинок мух-звонцов (Chironomidae) плазма окрашена в красный цвет вследствие присутствия вещества, близкого к гемоглобину крови позвоночных. Плазма содержит неорганические соли, питательные вещества – белки, аминокислоты, углеводы и жиры, а также мочевую кислоту, ферменты, гормоны и пигменты; содержание воды изменчиво в пределах примерно 75-90%. Реакция крови большей частью слабо кислая или нейтральная (рН6-7).
Гемоциты – это лишенные оболочки амебоидные бесцветные клетки, свободно плавающие в плазме. Они многообразны по форме, величине и функциям; удовлетворительной классификации их еще нет, но среди них есть молодые делящиеся клетки – пролейкоциты, а также клетки с гомогенной плазмой, способные заглатывать твердые тела и бактерий – фагоциты. Плазма многих гемоцитов часто содержит включения питательных веществ. Нередко большое число гемоцитов оседает вдоль боковых стенок спинного сосуда, образуя гнезда клеток, – это перикардиальные клетки, или нефроциты (рис. 20), играющие роль в выделении; они извлекают из крови посторонние вещества и накапливают их в своей плазме, не выводя наружу.
Функции крови насекомых разнообразны. Важнейшие из них – разнос по телу питательных веществ и снабжение ими тканей, а также поглощение из тканей вредных продуктов обмена и перенос их к органам выделения. Кровь также содержит в себе гормоны, т. е. вещества, выделяемые железами внутренней секреции и играющие выдающуюся роль в регуляции физиологических процессов. Таковы основные биохимические функций крови, которые в целом обеспечивают химическое взаимодействие между органами и связывают организм в одно целое. Такое взаимодействие через жидкую среду обозначают понятием гуморальная регуляция. Что касается дыхательной функции то у насекомых она незначительна, так как емкость крови к кислороду невелика и ограничена физически растворенным в ней кислородом. Лишь у личинок мух-звонцов, уже упоминавшихся выше, кровь содержит химический поглотитель и переносчик кислорода – красный пигмент, близкий к гемоглобину; эти личинки живут в воде с непостоянным содержанием кислорода и названный пигмент играет важную роль в добывании и переносе кислорода и при его недостатке.
Существенна также механическая функция крови – создание необходимого внутреннего давления, или тургора. Благодаря этому у насекомых с мягкими покровами, например у личинок, поддерживается форма тела. Помимо того, путем сокращения мышц может возникать повышенное давление крови и передаваться через нее в другое место для выполнения той или иной работы, например для расправления крыльев у только что возникших взрослых особей, для развертывания хоботка, разрыва шкурки при линьке и пр. Важна также функция иммунитета, которая осуществляется двояко: с помощью фагоцитов и гуморально. Фагоциты переваривают попавших в тело бактерий или окружают их и образуют вокруг них капсулу, изолируя тем самым бактерий от организма. Гуморальный иммунитет отмечен в немногих случаях и состоит в том, что при повторных инфекциях в крови вырабатываются особые химические антитела, противостоящие воздействию патогенных организмов.
Наконец, кровь может нести и защитную функцию. В одних случаях она при этом выбрызгивается для самозащиты; такая автогеморрагия наблюдается у некоторых саранчовых, кузнечиков и других насекомых. В других случаях она содержит сильно действующие биологически активные вещества и выделяется наружу при угрозе, например у нарывных жуков (Meloidae); в их крови есть кантаридин, вызывающий на коже человека и теплокровных опухоли.
Источник