Общая характеристика насекомых. Внешнее строение насекомых: типы, описание, особенности
Типичным представителем класса Насекомые являются хрущ майский (Melolontha melolontha). Длина тела достигает от 5 до 60 мм, размах крыльев не превышает четырех сантиметров.
Особенности внешнего строения
Отделы тела - голова, грудь и брюшко, каждый из которых выполняет свои функции. Председатель образована из 6 сегментов, которые полностью сливаются. На голове есть усики, глаза и ротовые органы. Усиков, которые называют антеннами или сяжки - одна пара. В жука они пластинчатые и выполняют функцию органа обоняния. Рота органов три пары: верхние челюсти (мандибулы), нижние челюсти (максил) и верхняя и нижняя губы. Эти органы образуют грызущий ротовой аппарат. На нижних челюстях и нижней губе есть выросты - щупики, которые выполняют функцию органов осязания и вкуса. Наряду с усиками расположены сложные (фасеточные) глаза. У насекомых они могут быть простыми и сложными.
В зависимости от типа пищи, ротовые органы насекомых видоизменяются, что приводит к формированию различных типов ротовых аппаратов:
грызущий ротовой аппарат - ротовые органы, к которым относятся верхняя и нижняя губы, верхние и нижние челюсти (например, бабки, жуки, тараканы, прямокрылые, термиты, муравьи)
грызущих-лижущим ротовой аппарат - ротовые органы, у которых нижняя губа и нижние челюсти образуют хоботок, а верхние челюсти потеряли жевательную функцию и участвуют в построении сот (пчелы, шмели)
сосущий ротовой аппарат - ротовые органы превращены в хоботок, который приспособлен к питанию нектаром из цветков (бабочки)
колюще-сосущий ротовой аппарат - ротовые органы, в которых нижняя губа образует хоботок для всасывания жидкостей, а верхние и нижние челюсти превращены в длинные колючие стилеты для прокалывания покровов тела (клопы, тли, вши, некоторые двукрылые).
Некоторые взрослые насекомые (тутовый шелкопряд, оводы) не подпитываются, поэтому ротовые органы у них не функционируют и очень уменьшены.
Грудной отдел состоит из трех сегментов (передне-, средне- и заднегрудь), которые имеют органы движения - ноги и в крылатых насекомых - крылья. На каждом сегменте груди - по одной паре конечностей, и поэтому у насекомых 3 пары ходильных ног, из-за чего их еще называют гексапод (шестиногими). В других насекомых эти конечности могут выполнять другие функции и поэтому выделяют следующие их типы: прыгательные, плавательные, хватательные, роющие, бегающие и тому подобное. Ко второму и третьему сегментов у насекомых присоединены две пары крыльев. Крылья является складками покровов, стенки которых построены из верхнего и нижнего слоев эпителиальных клеток, покрытых кутикулой. Между этими слоями есть щель с гемолимфы. Опорный каркас крыла образует система продольных и поперечных утолщений, которые называются жилками. В жука первая пара видоизменяется в жесткие надкрылья. Надкрылья - видоизмененные передние крылья, которые защищают перепончатые крылья от повреждений в то время, когда насекомое не летает.
Брюшко образовано разным количеством сегментов (не более двенадцати) и в нем размещена основная масса внутренних органов. Этот отдел лишен конечностей, имеет отверстия трахейной системы - дыхальца, и завершается яйцекладом.
Покровы представлены гиподермой и хитиновой кутикулой с восковидным пленкой, которая препятствует испарению воды. На теле насекомого есть многочисленные волоски, выполняющие функцию органов осязания, создают воздушный слой, который защищает тело от воды во время дождя, от перегрева, обусловливают окраску и тому подобное. На поверхность тела открываются протоки пахучих желез, которые помогают особям находить друг друга во время размножения. В других насекомых могут быть ядовиты (в мохнатых гусениц), восковые (у пчел), шелковые (у личинок бабочек) и другие железы.
Особенности внутреннего строения и процессов жизнедеятельности
Пищеварительная система состоит из переднего (ротовая полость со слюнными железами, глотка, пищевод, желудок), среднего (средняя кишка с пилорических придатками, без печени) и заднего (задняя кишка с анусом) отделов. Хрущ питается растительной пищей, поэтому в выростах его кишки являются симбиотические микроорганизмы, выделяющие ферменты для переваривания клетчатки. У личинок кишка имеет сравнительно большую длину и пища задерживается в организме на длительное время. Всасывания воды с целью предотвращения ее потери происходит в задней кишке с помощью ректальных желез.
Дыхательная система - трахейному типа. По всему телу разветвляется система трахейных трубочек, которые открываются на брюшке дихальцями- стигмами (на одном сегменте - пара). Перемещается воздух в этой системе благодаря диффузии и движениям брюшка.
Кровеносная система незамкнутая. Сердце трубчатые, расположенный в спинной части брюшка.
Жидкость системы - гемолимфа - бесцветная и не участвует в транспортировке газов, что связано с развитием трахей. Она осуществляет такие функции, как транспорт питательных
Внутреннее строение жука майского: А - усики; Б - навкологлоткове нервное кольцо: В - декабре ганглии; Г - трахеи; Д - сердце; Е - яичник; Ж - мальпигиевы сосуды; С - дыхальце; И - зоб; И - желудок
веществ, перенос продуктов обмена, распределение гормонов, защита с помощью клеток-фагоцитов от микроорганизмов и др. Циркуляция гемолимфы осуществляется сокращениями сердца. При растяжении стенок сердца с помощью мышц гемолимфа через боковые отверстия (Остии) попадает в сердце, а при сокращении клапаны закрывают ости и жидкость поступает в артерии.
Выделительная система представлена мальпигиевыми сосудами и жировой телом. Мальпигиевы сосуды - это выделительные трубочки на границе средней и задней кишки. Количество этих выростов изменяется от 2 до 150. Жировое тело - рыхлая соединительная ткань, которая, помимо прочих функций, поглощает продукты обмена.
Нервная система - узлового цепного типа, для которой характерен хорошо развит "мозг" - надглоточного скопления нейронов. В нем выделяют С отделы - передний, средний и задний. Передний отдел построен сложнее и обеспечивает сложные формы поведения. Брюшной цепочка состоит из пидглоткового узла и, как правило, 10 грудных и брюшных увеличенных ганглиев.
Поведение очень сложная и определяется взаимодействием безусловных и условных рефлексов. Большую роль для насекомых имеют такие врожденные формы поведения как инстинкты.
Эндокринная система осуществляет гуморальную регуляцию с помощью гормонов, которые выделяются надглоточным и подглоточный узлами, придатками мозга и др. Особое значение для насекомых имеют такие биологически активные вещества, как экдизон, которые влияют на линьку, " ювенильный гормон" - тормозит созревание, феромоны влияют на представителей своего вида, половые аттрактанты - привлекают особей противоположного пола во время размножения и др.
Органы чувств - самые разнообразные, что связано с общим высоким уровнем организации и сложным поведением насекомых. В основном это волосы или другие творения с рецептором внутри: органы зрения - глаза сложные фасеточные и простые, органы обоняния - усики, орган вкуса - на ротовых органах и на других частях тела, органы осязания - чувствительные волоски на покровах тела, органы слуха (тимпанальной органы, хордотональни органы ) находятся на брюшке (у кузнечиков - на ногах). В майских жуков, как и в других летающих насекомых, в основе усиков есть специальные Джонстон органы для контроля за скоростью и направлением полета.
Размножения. Майские жуки, как и почти все насекомые, - раздельнополые. Оплодотворение внутреннее. Половой диморфизм жука майского выражается в том, что на усиках самцов семь члеников, а у самок их только шесть; самки имеют яйцеклад для откладывания яиц, расширенные голени конечностей для зарывание их в почву и др.
Развитие у майского жука - косвенный, при котором в жизненном цикле наблюдается куколка. Куколка - стадия развития насекомых с полным превращением, в которой происходит внутренняя перестройка, в результате которой насекомое превращается из личинки во взрослую особь. Преобразование от яйца до стадии взрослого насекомого регулируется гормонами и продолжается в жука несколько лет.
Развитие в большинстве насекомых, как правило, непрямой, но есть прямой:
1) прямой (в первиннобезкрилих насекомых, или щетинкохвосток)
2) косвенный (или развитие с превращением - метаморфозом):
■ с полным превращением: яйцо - личинка - куколка - имаго (в жесткокрылых, перепончатокрылых, чешуекрылых, двукрылых, блох )
■ с неполным превращением: яйцо - личинка - имаго (в прямокрылых, тараканов, клопов ).
Биологическое значение преобразования заключается в том, что: а) личинки и взрослые особи живут в разных условиях и поэтому не конкурируют за место обитания и пищу; б) насекомые имеют большую возможность выжить при неблагоприятных условиях жизни (низкая температура, отсутствие пищи) на той или иной менее уязвимой стадии развития, в целом способствует увеличению численности особей вида.
Самый многообразный класс - насекомые, внешнее строение и внутренние органы которых хорошо исследованы. От других типов членистоногих насекомые отличаются делением тела на три отдела: голову, грудь и брюшко. Как правило, изучается внешнее строение насекомых на примере майского жука или кузнечика.
Экзоскелет
У насекомых отсутствует внутренний скелет. Его роль выполняет твердая плотная поверхность тела - кутикула. Она выполняет защитную и опорную функцию, создает своеобразный каркас.
К экзоскелету прикрепляются мышцы, а его поверхность является барьером, отделяющим полости тела от окружающей среды. Кутикула может быть твердой или мягкой, превращаться в панцирь. В некоторых случаях на голове и груди кутикула жесткая, на брюшке - мягкая.
Личинки из-за быстрого роста имеют гибкую, растягивающую кутикулу. Они могут линять несколько раз, сбрасывая старый панцирь. Некоторые части тела насекомого могут быть дополнительно защищены пластинами и щитками.
Голова
Внешнее строение насекомых начнем изучать с головы. На первый взгляд кажется, что голова представляет собой единое целое, однако эволюционно она образовалась путем слияния 5 сегментов.
На голове расположены усики и три пары ротовых конечностей. Их подразделяют на верхние, нижние челюсти и нижнюю губу (пару сросшихся челюстей). Ротовые конечности у разных насекомых отличаются и делятся на несколько видов в зависимости от типа питания:
- грызущие, для твердой пищи, например, как у хищных жуков;
- колюще-сосущие, если нужно прокалывать пищевой субстрат, есть у комаров, клопов, цикад;
- трубчато-сосущие, если прокалывание не требуется, как у бабочек;
- грызуще-лижущие для жидкой пищи у пчел, ос;
- мускоидные для питания жидкой и твердой пищи у мух.
По бокам головы расположены сложные глаза, а между ними от одного до трех простых глазков. Перед глазами - усики, которые также делятся на несколько типов.
Грудь
Продолжаем изучать внешнее строение насекомых. Грудь насекомых может делиться на три крупных сегмента, в которых выделяются ещё более мелкие. Внизу груди причленены ноги. Вертлуг и тазик обеспечивают подвижность конечности. Бедро - самая крупная и сильная часть ноги, оснащенная мощной мускулатурой.
Далее следуют колено и голень, которая снабжена шпорами и шипами. Сама лапка делится на несколько небольших члеников, на вершине расположены коготки и присоски. Особенности внешнего строения насекомых зависят от вида. Ноги также могут иметь специализацию и делятся на типы.
Крылья
Внешнее интересно изучать благодаря разнообразию видов. Крылья бабочек и комаров отличаются внешне, но имеют похожее строение. Чаще всего крыльев две пары, они представляют собой выросты, расположенные на спинке. Состоят они из тончайших пластин, укрепленных жесткими жилками.
Внешнее строение тела насекомого зависит от образа жизни. В связи с выполнением различных функций, крылья претерпели ряд изменений. У двукрылых в жужжальца трансформировались задние крылья, у веерокрылых - передние. У жуков передние крылышки эволюционировали в надкрылья, у богомолов и тараканов стали кожистыми и т. д. У некоторых видов насекомых крылья отсутствуют у представителей одного пола или полностью у всех особей.
Брюшко
Оканчиваем изучать внешнее строение насекомых брюшком. Эта часть состоит из множества одинаковых сегментов, обычно из десяти. На 8 и 9 сегменте располагаются половые придатки и отверстия. В брюшке располагаются практически все внутренние органы.
Конечностей на брюшке нет, но у личинок там могут располагаться ложные ножки. В задних сегментах расположены у самцов, яйцеклад у самок и анальное отверстие. Таблица «Внешнее строение насекомого» поможет лучше понять особенности строения этих представителей животного мира.
Дыхательная и кровеносная система
Внешнее и внутреннее строение насекомых зависит от образа жизни, который они ведут. Дыхательная система состоит из трахей, они пронизывают все тело. Они открываются дыхальцами, регулирующими поступление воздуха. У насекомых, дышащих воздухом, дыхательная система открытая. У водных она замкнута, дыхальца отсутствуют. У личинок могут быть жабры.
Воздух поступает через отверстия дыхалец и проникает в трахеи, опутывающие внутренние органы. Трахеи оканчиваются разветвленными трахейными клетками и трахеолами, кончики которых проникают в клетки.
Гемолимфа не участвует в газообмене, эту роль выполняет трахея. Гемолимфа перекачивается с помощью сердца, расположенного на спине. Выглядит орган как мускулистая трубка.
Гемолимфа попадает в эту трубку через отверстие и движется по направлению от брюшка к голове. На другом конце гемолимфа свободно поступает непосредственно в полость тела и обтекает внутренние органы, напитывая их необходимыми веществами.
Пищеварительная и выделительная системы
Продолжим изучение внешнего строения насекомых и их внутренних органов. Пищеварительная система начинается ротовой полостью, куда впадают протоки слюнных желез. В слюне содержатся ферменты для расщепления пищи. Далее следуют пищевод, зоб, желудок. Кишечник разделен на три отдела с помощью двух клапанов и заканчивается анальным отверстием. У некоторых видов пищеварительная система во взрослом состоянии не развита. Например, у подёнок нет челюстей, кишечник редуцирован. Они живут несколько дней и не питаются.
У насекомых представлены мальпигиевыми сосудами и задней кишкой. Мальпигиевы сосуды - это трубочки, расположенные между средней и задней кишкой. Продукты жизнедеятельности отфильтровываются стенками сосудов и выводятся в заднюю кишку.
Эндокринная и половая системы
Органы эндокринной системы выделяют в гемолимфу гормоны, регулирующие такие физиологические процессы, как обмен веществ, размножение, поведение и др.
Насекомые - раздельнополые животные. Половая система самцов представлена двумя семенниками, семяпроводами и семяизвергательным каналом. Половая система самок представлена яичниками и яйцеводом.
Во время спаривания семенная жидкость попадает в семяприемник самки и хранится там. Спаривание может длиться до нескольких суток, большинство видов сразу же расстаются. Во время откладывания яйца смазываются спермой и оплодотворяются. На размножение тратятся все силы организма, поэтому самки либо активно питаются, либо погибают.
Нервная система и органы чувств
Нервная система насекомых имеет сложное строение. Она состоит из нейронов. В нервной клетке можно выделить тело, дендриты и аксон. Через получают сигналы, а через аксон обмениваются информацией.
Центральная нервная система представлена надглоточным и брюшной цепочкой, которые состоят из ганглиев. Эти органы контролируют деятельность всех органов и тканей. Периферическая система - это двигательные и чувствительные нервы, которые соединяют ЦНС с органами и тканями. Вегетативная система состоит из отдельных ганглиев, которые регулируют управление работой органов.
Через органы чувств в нервную систему поступает информация.
Зрение представлено несколькими простыми глазками или личиночными глазками.
Органы слуха могут располагаться на различных частях тела. Представлены они виброрецепторами в ногах у наземных насекомых, которые чувствуют вибрацию субстрата. Звуки через воду и воздух воспринимаются фонорецепторами, а двукрылые слышат с помощью джонстоновых органов. Самыми сложными органами слуха являются тимпанальные органы.
Органы вкуса располагаются на лапках, брюшке и в ротовой полости. Органы осязания расположены по всему телу. Органы обоняния - на усиках.
Внутреннее и внешнее строение насекомых может сильно отличаться у разных видов. Оно зависит от образа жизни и типа питания. Таблица «Внешнее строение насекомого», которая размещена в этой статье выше, поможет систематизировать полученные знания.
Ответы к школьным учебникам
Это самый разнообразный класс членистоногих. Число видов превышает 1 млн, и тем не менее можно выделить некоторые общие для всех насекомых особенности внешнего строения:
Тело состоит из трех отделов: головы, груди и брюшка; покрыто хитиновым покровом;
На голове одна пара усиков; все сегменты головы слиты;
Грудь всегда состоит из трех сегментов: передне-, средне- и заднегруди;
Три пары ходильных ног (прикрепляются соответственно к каждому сегменту груди);
Пара сложных (фасеточных) глаз располагается по бокам головы;
У большинства насекомых имеются крылья, одна или две пары (на втором и третьем сегментах грудного отдела);
Брюшко сегментировано; количество сегментов варьируется у разных видов.
2. Из скольких отделов состоит тело насекомых?
Тело состоит из трех отделов: головы (образована несколькими слившимися сегментами); груди, состоящей из трех сегментов; брюшка, состоящего из нескольких сегментов (5-11), разделенных насечками.
3. Как устроены конечности насекомых?
На голове имеется одна пара усиков (органы обоняния и осязания) и ротовой аппарат. Последний образован видоизмененными конечностями (три пары). Ротовой аппарат может быть нескольких типов - грызущий, колюще-сосущий, лижущий, сосущий.
На каждом сегменте груди имеются парные ноги: прыгательные (кузнечик), копательные (жук-навозник), плавательные (жук-плывунец), бегательные (жуки). На втором и третьем сегменте могут быть крылья (видоизмененные складки покровов). На конце брюшка у некоторых представителей наблюдаются видоизмененные конечности: жало, яйцеклады.
4. Какие крылья бывают у насекомых?
5. Как устроена нервная система насекомых?
Нервная система насекомых построена по типу брюшной нервной цепочки и достигает очень высокого уровня развития и специализации. Центральная нервная система включает надглоточный нервный узел - головной мозг, подглоточный узел и брюшную нервную цепочку из парных нервных узлов - ганглиев. Головной мозг состоит из трех участков: переднего, среднего и заднего. Имеется серое вещество, состоящее из тел нервных клеток (нейронов), что является основой сложных форм поведения у насекомых.
6. Опишите строение глаз насекомых.
Глаза могут быть как сложными, так и простыми.
Неподвижные сложные глаза, состоящие из фасеток, воспринимают форму предметов. Количество фасеток определяется биологическими особенностями насекомых. Глаза могут воспринимать мелькания с частотой 250-300 Гц (мельканий в секунду!). Также глаза насекомых могут различать цвета (бабочки, пчелы) и воспринимать поляризацию света.
Простые глаза способны лишь отличить свет от темноты.
7. Как питаются насекомые?
Среди насекомых имеются всеядные, например тараканы, которые питаются различными растительными и животными продуктами. Множество насекомых использует в качестве пищи разные части растений, от корня до плода включительно. Не менее многочисленны насеко- мые-хищники, поедающие других насекомых, червей, моллюсков и др. Существуют виды, питающиеся падалью, разного рода отбросами и продуктами гниения. Встречаются также и насекомые, которые специализируются на крайне малопитательной пище - перья, рога, воск и др.
8. Что такое гемолимфа? В чем заключается ее функция?
Гемолимфа - бесцветная или желтоватая жидкость, циркулирующая в сосудах и полостях насекомых, основной функцией которой является снабжение тканей и органов питательными веществами.
9. Как дышат насекомые?
Органами дыхания у насекомых является сложная система трахей. Трахеи образуют сеть, оплетающую все органы. Наружу трахеи открываются дыхальцами, расположенными по бокам груди и брюшка. Движение воздуха в трахеях обеспечивается ритмичными движениями брюшка.
10. Что такое мальпигиевы сосуды?
Мальпигиевы сосуды - тонкие трубочки, расположенные в полости тела, открывающиеся в кишечник на границе средней и задней кишки. Продукты обмена поступают из гемолимфы в просвет мальпигиевых сосудов в виде суспензии (взвешенных в воде кристалликов) и выделяются в кишечник. Вода из этой суспензии всасывается стенками мальпигиевых сосудов и задней кишки и возвращается в гемолимфу, а почти сухие продукты обмена вместе с непереваренными остатками пищи выводятся наружу через анальное отверстие.
11. Каковы особенности строения половой системы насекомых?
Насекомые раздельнополы. Половые железы у них парные. У самцов в брюшке расположены семенники, от которых отходят семяпроводы, впадающие в семя- извергательный канал. Яичники самок открываются в яйцеводы, которые ниже соединяются в единое влагалище. Оплодотворение внутреннее.
12. Какую роль играют насекомые в природе и жизни человека?
В природе насекомые - основные опылители цветковых растений.
Насекомые являются одним из важнейших звеньев в круговороте веществ в природе. Входят в состав различных пищевых цепей.
Потребляя растительную пищу, превращают ее в животные белки - корм для других животных.
Многие насекомые выступают санитарами биосферы, уничтожая трупы погибших животных и экскременты (жуки могильщики, жуки навозники).
Велико значение насекомых, особенно термитов и муравьев, в почвообразовательных процессах.
Проникая в ранку, личинка буквально выедает тело.
Печально известна муха цеце - переносчик часто смертельной для человека сонной болезни.
Насекомые широко используются в хозяйственной деятельности человека. Например, пчел разводят для получения меда, пчелиного яда, прополиса, воска; тутового шелкопряда - ради шелка; лаковых червецов - для получения изоляционных веществ и краски кармина.
Некоторые насекомые (например, наездник) нашли применение в борьбе с вредителями сельского хозяйства как их естественные враги.