25. Внутреннее строение насекомых и их размножение

Определения и обозначения

Гемолимфа — жидкость внутренней среды насекомого, циркулирующая в незамкнутой кровеносной системе. Она омывает органы и переносит питательные вещества, но не выполняет главную работу по переносу кислорода. Это помогает отличать кровообращение насекомых от кровообращения позвоночных.

Трахейная система — сеть воздухоносных трубочек, доставляющих кислород непосредственно к клеткам. В неё входят дыхальца, трахеи и мельчайшие трахеолы. Благодаря такой системе каждой ткани не приходится получать кислород через кровь.

Мальпигиевы сосуды — органы выделения, удаляющие из гемолимфы продукты обмена. Они также помогают сохранять нужное количество воды и солей в организме. Их связь с кишечником позволяет выводить ненужные вещества вместе с его содержимым.

Метаморфоз — последовательное изменение строения и образа жизни насекомого во время индивидуального развития. Он может быть неполным или полным. Понимание метаморфоза помогает определить, какие стадии проходит насекомое от яйца до взрослой особи.

Как это устроено

Пища поступает в пищеварительную систему и движется по кишечнику. В его отделах она механически и химически перерабатывается, поэтому крупные вещества превращаются в более простые. Затем питательные вещества всасываются через стенки кишечника и поступают к тканям, где используются для роста, движения и получения энергии.

Дыхание происходит через дыхальца — небольшие отверстия на боковых сторонах тела. Воздух проходит по трахеям, которые многократно ветвятся и переходят в тонкие трахеолы. Так кислород оказывается рядом с клетками, потому что короткий путь облегчает его поступление; углекислый газ выходит тем же способом.

Кровеносная система насекомого незамкнутая, так как её сосуды не образуют непрерывную сеть. Сердце, расположенное в брюшке, проталкивает гемолимфу в сосуд, а затем жидкость выливается в полость тела и омывает органы. После этого гемолимфа возвращается к сердцу через отверстия в его стенке, поэтому она распределяет вещества, но почти не переносит кислород.

Мальпигиевы сосуды извлекают из гемолимфы растворённые ненужные вещества. Их содержимое поступает в кишечник, где часть воды и полезных соединений может вернуться в организм. Остатки вместе с непереваренными веществами выводятся наружу, поэтому выделительная система помогает одновременно удалять отходы и экономить воду.

После внутреннего оплодотворения самка откладывает яйца, из которых развиваются личинки. При неполном превращении личинка похожа на взрослое насекомое, но меньше, не имеет развитых крыльев и способных к размножению органов. При полном превращении появляются личинка и куколка: в куколке тело перестраивается, после чего формируется взрослая особь.

Системы органов насекомого и их функции

Таблицу удобно читать по строкам, если нужно узнать назначение одной системы. По столбцам можно сравнить органы, функции и особенности разных систем. При ответе на вопрос сначала назовите систему, затем её органы и связь строения с выполняемой работой.

Разбор задач

Задача 1

Объясните, каким путём кислород поступает к клеткам насекомого. Нужно не просто назвать орган дыхания, а восстановить последовательность движения воздуха. Отдельно укажите, почему кровь насекомого не играет в этом процессе главной роли.

1. Воздух входит в организм через дыхальца, расположенные на поверхности тела.
2. По крупным трахеям он движется в глубь тела, а затем попадает в более тонкие трахеолы.
3. Через стенки трахеол кислород поступает непосредственно к клеткам, а углекислый газ выходит в обратном направлении.

Ответ: путь кислорода таков: дыхальца — трахеи — трахеолы — клетки. Гемолимфа не является главным переносчиком кислорода, потому что газ доставляется разветвлённой трахейной системой.

Задача 2

Почему повреждение трахей опаснее для насекомого, чем потеря части гемолимфы? Сравним, какую работу выполняют две системы. Это сравнение нужно проводить по их основным функциям, а не по названию жидкостей или органов.

1. Трахеи и трахеолы доставляют кислород непосредственно к клеткам, поэтому их повреждение быстро нарушает дыхание тканей.
2. Гемолимфа переносит питательные вещества, гормоны и продукты обмена, но почти не переносит кислород.
3. Следовательно, утрата части гемолимфы нарушает внутреннюю среду, а повреждение трахей может сразу вызвать кислородное голодание.

Ответ: повреждение трахей обычно опаснее, поскольку без них клетки не получают необходимый кислород. Потеря гемолимфы тоже вредна, но её роль в дыхании значительно меньше.

Задача 3

Определите тип превращения, если развитие проходит стадии яйца, личинки, куколки и взрослой особи. Затем объясните значение стадии куколки. Для определения достаточно найти главный признак, а для объяснения — связать его со сменой строения организма.

1. Сравниваем перечисленные стадии с двумя типами развития насекомых.
2. Наличие куколки означает, что между личинкой и взрослой особью есть отдельный период перестройки.
3. Во время этой перестройки формируются признаки взрослого насекомого, например крылья и органы размножения.

Ответ: это полное превращение. Куколка служит стадией глубокой перестройки организма между личинкой и взрослой особью.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что гемолимфа переносит кислород так же, как кровь позвоночных. Так думают из-за внешнего сходства функций жидкостей внутренней среды. Проверьте себя: назовите цепочку «дыхальца — трахеи — трахеолы — клетки».

Ошибка: называть кровеносную систему насекомого замкнутой. Путаница возникает, если забыть, что гемолимфа выходит из сосудов и омывает органы в полости тела. Проверка простая: если жидкость покидает сосуды, система незамкнутая.

Ошибка: относить мальпигиевы сосуды к пищеварительным органам. Их содержимое действительно поступает в кишечник, но сами сосуды извлекают отходы из гемолимфы. Проверьте себя вопросом: какая система удаляет продукты обмена?

Ошибка: смешивать неполное и полное превращение. Иногда личинку называют куколкой, хотя куколка является отдельной стадией только при полном превращении. Ищите главный признак: наличие куколки означает полное превращение.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать внешнее строение насекомых, членение тела на отделы и различие между органом и системой органов. Эти знания помогают связать расположение внешних отверстий с работой внутренних органов. Например, дыхальца находятся снаружи, но ведут в сложную трахейную систему.

Тема продолжает изучение размножения и развития животных, а также жизненных циклов насекомых. Понятия личинки, куколки и взрослой особи пригодятся при сравнении разных групп животных. Они также помогают понять роль насекомых в экосистемах.

Знание жизненного цикла используют на практике при борьбе с насекомыми-вредителями. Уничтожение яиц, личинок или взрослых особей требует разных способов. Поэтому специалисту важно знать, на какой стадии вредитель наиболее уязвим.

Что запомнить

• Тело насекомого состоит из систем органов, работающих взаимосвязанно.
• Кислород поступает к клеткам по трахеям и трахеолам.
• Кровеносная система насекомых незамкнутая.
• Гемолимфа не является главным переносчиком кислорода.
• Выделение обеспечивают мальпигиевы сосуды.
• Размножение насекомых обычно связано с внутренним оплодотворением.
• Полное превращение включает стадии яйца, личинки, куколки и взрослого насекомого.