"Тема 10. Тип Членистоногі. Клас Комахи"
10.1. Особливості будови та життєдіяльності
Ключові слова: Екзоскелет, ходильні кінцівки, трахеї, мальпігієві судини, жирове тіло, розвиток з повним і неповним перетворенням, лялечка, імаго
Головне в темі: Комахи - типово наземні еволюційно прогресуючі членистоногі тварини, пристосовані до життя в наземно-повітряному середовищі, з розвитком трьох пар ходильних кінцівок і двох пар крил, трахейною системою дихання, високим рівнем організації і спеціалізації.
Література:
1. Брэм А.Э. Жизнь животных: в 3-х т.- М.: Терра, 1992.
2. Хадорн Э., Венер Р. Общая зоология: Пер.с нем. – М.: Мир, 1989.
3. Акимушкин И.И. Мир животных: насекомые. – М.: Мысль, 1993.
4. Акимушкин И.И. Причуды природы. – М.: Мысль, 1981.
5. Старикович С.Ф. Самые обычные животные (про собак, ворон и божьих коровок). (Библиотека журнала «Химия ижизнь»). – М.: Наука, 1988.
6. Заянчковский И.В. Животные, приметы и предрассудки. – М.: Знание, 1991.
7. Я познаю мир. Удивительные животные: Энциклопедия для детей. Под ред. О.С. Бартенева. – Изд-во АСТ, 1999.
8. Клаудсли-Томпсон Дж. Миграции животных: Пер. с англ. – М.: Мир, 1982.
9. Фабр Ж. Инстинкт и нравы насекомых. – М.
10. Фройде М. Животные строят. – М.: Мир, 1986.
11. Тинберген Н. Поведение животных. Пер. с англ. О.Орлова и Е. Панова. – М.: Мир, 1987.
10.1. Особливості будови та життєдіяльності
Комахи - самий численний клас в усьому тваринному світі. Ці організми прекрасно пристосовані до життя в наземно-повітряному середовищі. Як і для павукоподібних, для комах характерна трахейна дихальна система. Це єдина група безхребетних тварин, що набула здатності до активного польоту. Їхнє тіло чітке підрозділяється на три відділи: голову, груди і черевце, утворені в результаті злиття сегментів. Як і в представників інших груп членистоногих, сегменти тіла комах несуть членисті кінцівки.
Мал. 3.10.27. Зовнішня будова комах
1 – голова, 2 – нижньощелепний щупик, 3 – вусик, 4 – око, 5 – передньогруди, 6 – середньо груди,
7 – задньогруди, 8 – надкрила, 9 – крила, 10 – черевце, 11 – лапка, 12 – гомілка, 13 - стегно
На голові в комах розташовуються вусики, що мають різну форму. Вони можуть бути нитковидні, булавоподібні, пильчасті, гребінчасті, пір'ясті або пластинчасті. Крім вусиків, голова несе ротові органи (які також є видозміненими кінцівками), сукупність яких утворює ротовий апарат. В залежності від біологічних особливостей і характеру живлення розрізняють такі типи ротових апаратів:
гризучий ротовий апарат - це вихідний тип, він характерний зокрема для тарганів, жуків, прямокрилих;
Мал. 3.10.28. Ротовий апарат жука
1 – верхня губа, 2 – верхня щелепа, 3 – нижньощелепний щупик,
4 – нижня щелепа, 5 – нижня губа, 6 – лопаті нижньої губи
колючо-сисний ротовий апарат утворився в результаті перетворення нижньої губи в трубку, у якій, як у футлярі, вкладені верхні і нижні щелепи (клопи, тлі й ін.);
інший тип колючо-сисного апарата, характерний для комарів, москітів і ін. кровососних комах; в цьому випадку, нижня губа утворює не футляр, а жолоб, у якому рухаються голкоподібні верхні і нижні щелепи (стилети);
сисний ротовий апарат виникає в результаті витягування нижніх щелеп, що утворять смоктальний хоботок; при цьому верхні щелепи (жвали) редукуються (метелики);
лижучий ротовий апарат, при формуванні якого з губ та щелеп утворюється хоботок з язичком (мухи);
гризучо-лижучий ротовий апарат відрізняється тим, що нижня губа і нижня щелепа витягаються в трубочку, при цьому верхні щелепи (жвали) зберігаються (бджоли, джмелі).
Тип ротового апарата залежить від способу життя і характеру живлення, наприклад у метеликів, що харчуються переважно рідким нектаром, розвивається сисний хоботок, у комарів, що проколюють шкіру тварин і людину і висмоктують кров - колючо-сисний; у бджіл, що злизують нектар і мед, а також розминають віск і пилок рослин - гризучо-лижучий і т.п.
Груди комах несуть три пари ходильних кінцівок (ніг), що мають членисту будову і складаються з п'яти відділів: тазика, вертлуга, стегна, гомілки і лапки. Розрізняють кілька типів ніг у залежності від біологічних особливостей, характеру і ступеня спеціалізації комах:
бігальні ноги: мають типову будову, це вихідний тип кінцівок, з якого розвиваються всі інші (таргани, жуки, бабки, метелики);
стрибальні ноги, як правило, мають великі розміри, характеризуються подовженням стегна і гомілки, їхня основна функція - відштовхування від поверхні під час стрибка (це, як правило, третя пара ніг кобилок, сарани й ін.);
плавальні ноги характеризуються сплощенням члеників і розвитком щетинок, ці кінцівки мають форму весла (третя пара ніг жука-плавунця та ін. вторинно-водних комах);
хапальні ноги мають збільшені стегно і гомілку, зазубрені краї; основна функція - захоплення й утримання жертви (перша пара ніг у богомолів);
копальні ноги характеризуються значним розвитком і лопатоподібним сплощенням лапки та гомілки (перша пара ніг у вовчка).
На грудях комах розташовуються зазвичай дві пари крил (у двокрилих тільки одна - друга пара скорочена). Крила – це складки зовнішнього хітинового покриву (кутикули). В жуків передня пара крил стовщена й утворює надкрила. На черевці також містяться здебільшого сильно видозмінені кінцівки, як, наприклад, придатки на кінці черевця (церки в тарганів, вуховерток) і яйцеклад у самок (у жалких ос, бджіл і ін. перетинчастокрилих яйцеклад перетворений у жало).
Мал. 3.10.29. Внутрішня будова комах
1 – надглотковий нервовій вузол, 2 – резервуар слинної залозі, 3 – слинна залоза, 4 – зоб, 5 – шлунок,
6 – середня кишка, 7 – задня кишка, 8 – сім’яник, 9 – черевний нервовій ланцюжок, 10 – серце, 11 – трахейна система
Травна система представлена: ротовим отвором, ротовим апаратом, глоткою, що всмоктує подрібнену їжу, стравоходом, що може розширюватися й утворювати зоб, де відбувається часткове перетравлення їжі, мускулистим шлунком, середньою кишкою і задньою кишкою, що відкривається анальним отвором.
Кровоносна система незамкнена, найбільш спрощена в порівнянні з іншими групами; не розвинені артеріальна і венозна системи. Є тільки спинна судина, яка складається з трубчастого серця з клапанами, що зумовлюють одно направлений рух крові, й аорти. Дихальна система представлена трубчастими трахеями, що пронизують усе тіло комахи. За допомогою трахей органи і тканини забезпечуються атмосферним киснем. З цієї причини в комах відзначається значна редукція кровоносної системи. Трахеї відкриваються з боків черевця порами - дихальцями. Нагнітання повітря в трахеї здійснюється при скороченні і розслабленні мускулатури черевця.
Органами виділення є мальпігієви судини, що відкриваються в просвіт між середньою і задньою кишкою (в них накопичуються кристали сечової кислоти), а також нижнєгубні залози (видозмінені метанефрідії) і жирове тіло (пасивний орган виділення, який лише накопичую шкідливі жиророзчинні речовини, в т.ч. інсектициди; виконує, крім того, функцію запасання поживних речовин).
Нервова система представлена головним мозком і черевним нервовим ланцюжком, при цьому три вузли нервового ланцюжка розташовуються в груди, а вісім - у черевці. Головний мозок представлений надглотковим ганглієм, з'єднаним конективами з подглотковими. Органи зору можуть бути представлені простими і складними (фасеточними) очима. Крім того, розвинені органи дотику, нюху, смаку та рівноваги (в польоті та у водних форм). Рецептори органів дотику і нюху розташовуються на вусиках, на поверхні тіла. Рецептори органів смаку розташовуються на щупиках нижньої губи і нижній щелепі.
Статева система представлена парними статевими залозами (сім’яниками та яєчниками), від яких відходять сім'япроводи і яйцепроводи, що відповідно впадають у спеціальний канал і піхву, що відкриваються статевими отворами. Комахи - в переважній більшості роздільностатеві тварини (в деяких розвинений статевий диморфізм) із внутрішнім заплідненням. Розвиток може відбуватися з повним і неповним перетворенням.
Мал. 3.10.30. Розвиток комах з повним перетворенням
1 – кладка яєць, 2-5 – личинки різного віку, 6 – лялечка, 7 – доросла комаха
У першому випадку самки відкладають яйця, з яких виходять личинки, як правило, не схожі на дорослих особин (імаго) і ведуть зовсім інший спосіб життя (наприклад, личинки-гусениці і дорослі метелики, личинки й імаго жуків, мух і т.п.). Для того, щоб личинка перетворилася в імаго, має відбутися метаморфоз - складна анатомо-морфологічна перебудова, що супроводжується переходом до стадії лялечки. Це життєвий цикл із повним перетворенням. Для нього характерні наступні стадії:
Яйце – личинка – лялечка - імаго (доросла особина).
Розвиток з повним перетворенням характерний для твердокрилих (жуків), лускокрилих (метеликів), двокрилих (комарів і мух), бліх, перетинчастокрилих.
Мал. 3.10.31. Розвиток комах з неповним перетворенням
1 – ворочок, 2-5 – личинки різного віку, 6 – доросла комаха
У випадку розвитку з неповним перетворенням, з яйця виходить молода особина, що зовні і за способом життя мало чим відрізняється від імаго:
Яйце - молода особина - імаго.
Розвиток з неповним перетворенням характерний для тарганів, богомолів, вошей, напівтвердокрилих (клопів), прямокрилих.
Клас комах поділяється на 22 ряди. Ми назвемо представників лише деяких з них:
1) Бабки (імаго – активні хижаки з гризучим ротовим апаратом, які ловлять здобич у польоті, з розвиненим зором; личинка – німфа – живе у воді та є також активним хижаком; бабка-коромисло, плоска бабка, коромисло, дозорець й ін.);
2) Таргани (поширені теплолюбні та вологолюбні всеїдні комахи, частина видів – синантропи; прусак (рудий тарган), чорний тарган, мадагаскарський шиплячий тарган-громфадоріна й ін.);
3) Богомоли (нечисленний ряд активних хижаків із своєрідним виглядом і хапальним передніми кінцівками; богомол звичайний, тропічні листоподібні богомоли й ін.);
4) Прямокрилі (комахи з видовженим тілом, довгими вузькими крилами й задніми стрибальними ногами; сарана, коники, кобилки, цвіркуни, вовчок та ін.);
5) Воші (дуже дрібні, паразитичні комахи, які живляться кров’ю ссавців, часто є переносниками збудників небезпечних хвороб; воша головна, воша одежна);
6) Твердокрилі, або Жуки (найчисленніший ряд комах – майже половина різноманіття, гризучий ротовий апарат, передня пара крил перетворилася на тверді надкрила; жужелиці, наприклад, кавказька жужелиця, плавунці, довгоносики, листоїди, вусані та ін.);
7) Перетинчастокрилі (найбільш високоорганізовані, одиночні чи гуртосімейні комахи з гризучо-лижучим ротовим апаратом, двома парами перетинчастих крил, розвиненими органами чуття та складною поведінкою; бджоли, джмелі, оси, шершні, мурашки й ін.);
Мал. 3.10.32. Бджола
1 – робоча бджола, 2 – матка. 3 – трутень, 4 – стільники з розплодом
8) Блохи (дуже дрібні кровосисні паразитичні комахи, що живуть у волосяному або пір’яному покриві тварин-хазяїв, які внаслідок паразитизму втратили крила; блоха людська, блоха щуряча, блоха собача й ін.);
9) Двокрилі (комахи, у яких друга пара крил редукувалася та перетворилася на дзижчальця, поділяються на дві групи – комарів з довгими перистими вусиками, струнким тілом, довгими ногами та колючо-сисним ротовим апаратом і своєрідним життєвим циклом з рухливою лялечкою – звичайний комар, малярійний комар анофеліс, та мух, комах з короткими вусиками, товстим черевцем, великими очами та крилами, з лижучим ротовим апаратом – хатня муха, плодова мушка дрозофіла, ґедзі, сліпні);
10) Лускокрилі, або Метелики (комахи з чотирма великими крилами, вкритими мікроскопічними лусочками, циклом розвитку з повним перетворенням і типовою личинкою, гусінню, що суттєво відрізняється від імаго, специфічним сисним ротовим апаратом – хоботком; нічне павине око, перламутрівка, реп’яхівка, адмірал, білянка, ведмедиця, бражники і т.п.).
Ці організми прекрасно пристосовані до життя в наземно-повітряному середовищі. Деякі представники вторинно перейшли до життя у водному середовищі, при цьому велика частина видів населяє водойми тільки на стадії личинки (наприклад, комарі, бабки, поденки і т.п.). Це єдина група безхребетних тварин, що набула здатності до активного польоту. Серед комах можна зустріти рослиноїдні форми, хижаків, мертвоїдів (некрофагів), паразитів. Особливо тісні відносини склалися з квітковими рослинами, тому що ці тварини є основними запильниками і розповсюджувачами плодів і насіння для багатьох квіткових. Ці дві групи організмів протягом тривалого часу зазнавали сполучених еволюційних змін - коеволюціонували. Комахи - це єдина група безхребетних, для представників якої властива складна соціальна організація суспільних груп з поділом функцій між особинами (наприклад, родини бджіл, ос, джмелів, колонії термітів, мурашок), а також складна будівельна активність. Розвиток нервової системи та органів чуття зумовлює складну поведінку (як статеву, так і пов’язану з колективними діями, турботою про потомство та ін.). Але в поведінці переважають уроджені, інстинктивні елементи, які набувають інколи дуже складних форм; здатність до навчання (за виключенням перетинчастокрилих) відносно низіка. Втім, висока швидкість розмноження та значна еволюційна пластичність дозволяють комахам швидко пристосовуватися до змін у навколишньому середовищі.