§ 27. Особенности внутреннего строения и жизнедеятельности насекомых

Определения и обозначения

Трахейная система — сеть воздухоносных трубочек, по которой кислород поступает прямо к клеткам, а углекислый газ удаляется наружу. Она позволяет насекомому дышать без лёгких и не заставляет кровь переносить кислород. Благодаря этому дыхание связано с разветвлением трубочек внутри тела.

Дыхальца — отверстия на боковых сторонах тела насекомого, через которые воздух входит в трахеи и выходит из них. Это наружные входы дыхательной системы, а не сами трубочки. Через дыхальца организм также может уменьшать потерю воды, закрывая их.

Мальпигиевы сосуды — тонкие выросты кишечника, удаляющие из гемолимфы продукты обмена. Они передают отходы в заднюю кишку, откуда те выводятся наружу. Их работа особенно важна для наземных насекомых, потому что помогает экономить воду.

Метаморфоз — превращение насекомого в процессе индивидуального развития, при котором стадии жизни заметно различаются по строению и образу жизни. Личинка может питаться и двигаться совсем иначе, чем взрослое насекомое. Такое разделение стадий помогает использовать разные ресурсы и уменьшает конкуренцию между молодыми и взрослыми особями.

Как это устроено

Покровы насекомого образованы хитиновой кутикулой. Она одновременно защищает тело от повреждений, уменьшает испарение воды и служит наружным скелетом, поэтому к её внутренней поверхности прикрепляются мышцы. Такая конструкция особенно полезна на суше: тело сохраняет форму, а мышцы могут двигать отдельные участки покровов и конечности.

Пищеварительная система состоит из передней, средней и задней кишки. В передней части пища захватывается и измельчается, в средней переваривается и питательные вещества всасываются, а задняя кишка формирует и удаляет непереваренные остатки. Ротовой аппарат отличается у разных насекомых, потому что строение должно соответствовать способу питания: жеванию, прокалыванию или сосанию.

Дыхание происходит через дыхальца, трахеи и самые тонкие трахеолы. Воздух движется по разветвляющимся трубочкам прямо к тканям, поэтому кислород не нужно сначала растворять в крови и переносить ею. Движения тела могут помогать обновлять воздух в трахеях, а закрытие дыхалец ограничивает потерю влаги.

Кровеносная система насекомых незамкнутая: спинной сосуд проталкивает гемолимфу в полость тела, и она омывает органы. Такая система не образует сети сосудов, как у человека, потому что кислород доставляется другим путём — через трахеи. Поэтому гемолимфа в основном распределяет питательные вещества и переносит продукты обмена к органам выделения.

Нервная система, органы чувств и мышцы работают вместе, поэтому насекомые способны быстро реагировать и выполнять сложные действия. Головной мозг обрабатывает сигналы, брюшная нервная цепочка передаёт команды, а органы зрения, осязания и обоняния помогают ориентироваться. Размножение обычно половое: половые железы образуют клетки, после оплодотворения развивается новое поколение, которое может проходить неполное или полное превращение.

Системы органов насекомого и их функции

Таблица помогает сравнить не отдельные органы, а их системы и назначение. Сначала находите нужную функцию, затем смотрите, какие органы её выполняют и чем насекомые отличаются от других животных. Особенно полезно сопоставлять дыхательную и кровеносную системы: первая переносит кислород, а вторая обычно этого не делает.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, по какому пути кислород поступает к клеткам тела насекомого.

Нужно восстановить путь воздуха от внешней среды до клеток. Для этого различают наружные отверстия и внутренние трубочки. Последовательность покажет, почему кислород не требуется переносить гемолимфой.

1. Воздух входит через дыхальца, расположенные по бокам тела.
2. Из дыхалец он проходит в более крупные трахеи, которые многократно разветвляются.
3. Самые тонкие ответвления — трахеолы — подходят непосредственно к клеткам.
4. Кислород переходит из трахеол к клеткам, а углекислый газ движется в обратную сторону.

Ответ: кислород поступает по пути «дыхальца — трахеи — трахеолы — клетки». Дыхальца являются входами, а трахеи и трахеолы — внутренними воздухоносными трубочками. Поэтому дыхательная система насекомого работает независимо от переноса кислорода кровеносной системой.

Задача 2. Почему гемолимфа насекомого не переносит кислород так, как кровь человека?

Сравним, где происходит перенос кислорода у человека и у насекомого. У человека кровь получает кислород в лёгких и разносит его по сосудам, а у насекомого воздух проходит по трахеям прямо к органам. Значит, ответ нужно связать со строением обеих систем.

1. У насекомого дыхальца соединены с трахеями и трахеолами.
2. Трахеолы подходят к тканям, поэтому кислород доставляется непосредственно к клеткам.
3. Гемолимфа омывает органы в полости тела, но её главная роль — перенос питательных веществ и продуктов обмена.
4. Следовательно, кровеносная система не должна дублировать работу трахей.

Ответ: гемолимфа обычно не переносит кислород по всему телу, потому что эту работу выполняют трахеи и трахеолы. У насекомых незамкнутая кровеносная система, и она не образует сосудистую сеть для доставки кислорода. Сравнивать её с кровью человека без учёта трахейной системы нельзя.

Задача 3. Определите тип развития: яйцо — личинка — куколка — взрослое насекомое. Какое значение имеет такое развитие?

Главный признак нужно искать среди перечисленных стадий. Наличие куколки отличает один тип развития от другого. После определения типа следует объяснить, какую пользу даёт различие между личинкой и взрослой особью.

1. В последовательности есть четыре стадии: яйцо, личинка, куколка и взрослое насекомое.
2. Куколка присутствует только при полном превращении, поэтому это полный метаморфоз.
3. Личинка и взрослое насекомое часто имеют разное строение, питаются разной пищей и живут в разных условиях.
4. Из-за этого они меньше конкурируют за корм и место обитания.

Ответ: это развитие с полным превращением. Его стадии — яйцо, личинка, куколка и взрослое насекомое. Различия между личинкой и взрослой особью позволяют им использовать разные ресурсы и повышают шансы вида на выживание.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что насекомые дышат лёгкими. Так думают, потому что лёгкие — привычный пример органов дыхания у животных. Проверьте себя: найдите у насекомого дыхальца, трахеи и трахеолы — именно они обеспечивают газообмен.

Ошибка: утверждать, что гемолимфа переносит кислород по всему телу. Ошибка возникает при попытке сравнить гемолимфу с кровью человека без учёта другой дыхательной системы. Для проверки проследите путь кислорода: он идёт от дыхалец по трахеям прямо к тканям.

Ошибка: путать дыхальца с трахеями. Дыхальца — наружные отверстия, а трахеи — внутренние трубочки, соединённые с ними. Запомнить различие можно по месту расположения: сначала воздух проходит через отверстие, затем движется по трубке.

Ошибка: называть куколку отдельным взрослым организмом. Куколка является промежуточной стадией полного превращения и ещё не размножается как взрослая особь. Если в цепочке есть куколка, проверьте, не идёт ли речь о развитии с полным превращением.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать признаки членистоногих, строение тела насекомого и понятие о системе органов. Это помогает понять, как наружный скелет связан с мышцами, а органы объединяются в работающие системы.

Тема связана с приспособлениями животных к наземной жизни и со способами дыхания разных групп организмов. Трахейная система показывает, как животное может доставлять кислород к тканям, одновременно уменьшая потерю воды.

Знания о развитии насекомых пригодятся при изучении жизненных циклов и экологии. Они также помогают объяснить значение насекомых в природе и жизни человека: участие в опылении, разложении органических остатков и пищевых цепях.

Что запомнить

• Хитиновая кутикула защищает тело насекомого и служит наружным скелетом.
• Кислород поступает к клеткам по трахеям и трахеолам.
• Дыхальца соединяют трахейную систему с внешней средой.
• Кровеносная система насекомых незамкнутая.
• Мальпигиевы сосуды участвуют в выделении и сохранении воды.
• Нервная система координирует движения и поведение насекомого.
• При полном превращении развитие включает стадии яйца, личинки, куколки и взрослого насекомого.