Как устроен организм насекомых. Кровеносная и дыхательная системы насекомых

Органы кровообращения. Кровеносная система насекомых незамкнутая. Она представлена спинным сосудом, который располагается в перикардиальном синусе тела и состоит из сердца и аорты (рис. 17). Сердце состоит из ряда камер. В каждой камере имеется по паре боковых отверстий - остий. Края отверстий завернуты, образуя остиальные клапаны. При диастоле они пропускают кровь в полость сердца, при систоле закрываются. Иногда края остальных клапанов вдаются в полость следующей камеры сердца и играют роль межкамерного клапана. Непосредственно под сердцем располагаются парные пучки мышц треугольной формы - крыловидные мышцы. Они входят в состав верхней диафрагмы и связаны с нижней стенкой сердца.

Пульсация сердца и диафрагм обеспечивает всасывание крови и ее продвижение по направлению к аорте. Из аорты кровь изливается в полость головы, а затем переходит в полость тела. Число сокращений камер сердца зависит от вида насекомого, его физиологического состояния, условий среды и колеблется от 14 - 30 до 150 сокращений в 1 мин.

Продвижению крови в различные придатки тела (усики, ноги, крылья, придатки брюшка) способствуют местные пульсирующие органы в виде ампул или сокращающихся перепонок, связанных с мышцами.

Кровь. Кровь насекомых, или гемолимфа, состоит из жидкой плазмы и клеточных элементов, или кровяных телец, гемоцитов. Плазма обычно бесцветна или окрашена в зеленоватый цвет. Лишь у живущих в илистом грунте личинок комаров звонцов, или мотылей, плазма окрашена в красный цвет в связи с присутствием вещества, по биохимическому составу достаточно близкого к гемоглобину крови позвоночных.

Форма клеточных элементов разнообразна, и единая их классификация еще не разработана. Обычно гемоциты делят на пять - шесть групп: пролейкоциты, макро - и микронуклеоциты, сферулоциты, эноцитоиды, веретеновидные клетки.

Пролейкоциты представлены молодыми незрелыми клетками, дающими начало другим клеточным элементам. Макронуклеоциты также обладают способностью делиться и вместе с пролейкоцитами могут превращаться в специализированные клетки. Макро - и микронуклеоциты участвуют в защитных реакциях, захватывая и переваривая бактерии. При попадании в кровь многоклеточных организмов эти гемоциты образуют капсулы, т. е. инкапсулируют их. Эта же реакция возможна и при попадании в кровь неживых объектов (волосков шерсти, кусочков пластмассы и пр.). Предполагают, что из макронуклеоцитов идет образование эноцитоидов, выполняющих функции, связанные с обменными процессами. Веретеновидные гемоциты могут образовываться как из пролейкоцитов, так и макронуклеоцитов. Сферулоциты, или эозинофилы, сохраняют свою шаровидную форму на протяжении всей личиночной жизни и способны делиться. Предполагают, что они выделяют в кровь вещества, служащие для построения кутикулы. Возможно, что все многообразие гемоцитов возникает из одного источника - пролейкоцитов и они способны переходить из одной формы в другую. Благодаря возможности трансформации одни и те же клетки крови, находясь в разных морфологических состояниях, могут выполнять разные функции, причем каждый тип гемоцитов накапливается в максимальном количестве на строго определенном этапе метаморфоза.

В результате каждая фаза развития насекомых характеризуется своей гемограммой. При повреждении покровов у многих насекомых происходит коагуляция плазмы и склеивание гемоцитов с образованием сгустка крови.

Таким образом, к функциям крови относятся: защита от микроорганизмов и других инородных тел, разнос по телу питательных веществ, поглощение из тканей вредных продуктов обмена и транспортировка их к органам выделения. Кроме того, кровь является носителем гормонов, регулирующих многие физиологические процессы, обеспечивает механическую функцию, создавая нормальное внутреннее давление или повышая его, например, в процессе линьки. В то же время дыхательная функция крови незначительна, так как из-за отсутствия гемоглобина емкость гемолимфы невелика и ограничена главным образом количеством растворенного в ней кислорода.

Активизация поведения и переход к обитанию в засушливых биотопах значительно усложняют механизм дыхания. Возрастающая потребность организма в кислороде обеспечивается появлением специальных дыхательных движений, состоящих из расслабления и сжимания брюшка. При этом происходит вентилирование трахейных мешков и основных трахейных стволов. Образование замыкательных аппаратов на стигмах снижает потери воды в процессе дыхания. Так как скорость диффузии паров воды ниже, чем кислорода, то при кратковременном открывании стигм кислород успевает проникнуть в трахейную систему, а потери воды оказываются минимальными. У многих живущих в воде личинок насекомых (например, стрекоз, поденок и др.) трахейная система является замкнутой, т. е. стигмы отсутствуют, тогда как сама трахейная сеть налицо. У таких форм кислород диффундирует из воды через трахейные жабры, пластинчатые или кустистые, тонкостенные выросты тела, пронизанные богатой сетью трахей. Чаще всего трахейные жабры сидят по бокам части члеников брюшка (личинки поденок). Кислород поступает через тонкие покровы жабр, попадает в трахеи и затем разносится по телу. Во время превращения жабродышащих личинок во взрослое насекомое, живущее на суше, жабры исчезают, а стигмы открываются и трахейная система из замкнутой переходит в открытую.

Важная физиологическая особенность дыхательной системы насекомых состоит в следующем. Обыкновенно кислород воспринимается животным в определенных участках его тела и оттуда разносится кровью по всему организму. У насекомых же воздухоносные трубочки пронизывают все тело и доставляют кислород прямо к местам его потребления, т. е. к тканям и клеткам, как бы заменяя собой кровеносные сосуды.

Кровеносная система в связи с отмеченной особенностью дыхательной системы развита у насекомых сравнительно слабо. В брюшке над кишечником залегает длинное трубковидное сердце. Задний конец его слепо замкнут, а полость поделена перегородками, несущими клапанные отверстия, на несколько камер (чаще 8). В стенках сердца залегают мышечные волокна, обеспечивающие его сокращение. Каждая камера снабжена парой боковых остий. На переднем конце сердце продолжается в мускулистую головную аорту, которая, достигнув мозга, заканчивается отверстием, так что гемолимфа из нее поступает прямо в полость тела.

Сердце окружено участком полости тела, или перикардиальным синусом, который отделен от остальной полости очень тонкой и во многих местах продырявленной перегородкой - верхней диафрагмой. С ней соединяется система парных крыловидных мышц, расположенных под сердцем. У многих насекомых часто имеется аналогичная перегородка и в нижней части тела под кишечником. Совместная работа сердца и диафрагм обеспечивает циркуляцию гемолимфы по телу насекомого. Крыловидные мышцы, сокращаясь, опускают верхнюю диафрагму вниз и соответственно увеличивают объем перикардиального синуса. Гемолимфа устремляется в его полость, а оттуда через остии в сердце. Волнообразное сокращение, пробегающее от заднего конца сердца к переднему, гонит гемолимфу в голову животного, где она и изливается в полость тела через отверстие аорты. Работа нижней диафрагмы создает ток гемолимфы к заднему концу тела. Число пульсаций сердца крайне варьирует не только у многих видов, но даже у одного и того же насекомого при разных его физиологических состояниях. Так, у бражника - Sphinx ligustri в покоящемся состоянии сердце сокращается 60-70, а во время полета - 140-150 раз в минуту.

Гемолимфа насекомых представляет бесцветную или желтоватую жидкость. В редких случаях, как, например, у личинок комаров Tendipes, растворенный гемоглобин придает ей ярко-красный цвет. Гемолимфа содержит фагоциты, а также специальные кровяные клетки. Основная функция гемолимфы - снабжение тканей и органов питательными веществами. Кроме того, в нее поступают растворенные продукты обмена, которые переносятся к органам выделения. Дыхательная функция гемолимфы в связи с развитием трахейной системы невелика.

Половая система . Насекомые раздельнополы и нередко обладают резко выраженным половым диморфизмом. Он сказывается в меньшей величине самца (у многих бабочек) или в совершенно иной расцветке обоих полов (многие бабочки), или же в еще более существенных признаках. Так, например, у самцов появляются на теле различные придатки (рог жука-носорога) или же некоторые органы получают у самцов более сильное развитие, чем у самок (громадные жвалы жука-оленя, более длинные усики дровосеков). Иногда только самцы крылаты, тогда как у самок крылья редуцируются или вовсе исчезают (некоторые пяденицы; бабочки-мешочницы).

Половые железы парны. У самок каждый яичник состоит большей частью из известного числа яйцевых трубок, сидящих, как пальцы на руке, на общем выводном канале яичника - яйцеводе. Тонкий слепой конец каждой яйцевой трубки состоит из скопления мелких однородных зачатковых клеток. Далее по направлению к яйцеводу яйцевая трубка постепенно расширяется и делится на ряд яйцевых камер. Каждая камера содержит крупную яйцевую клетку, окруженную слоем особого фолликулярного эпителия, клетки которого перед выходом яйца наружу выделяют вокруг него оболочку. Между соседними яйцами находится по группе питательных клеток, которые при росте яйца потребляются им. По мере роста яйцо продвигается в лицевой трубке по направлению к яйцеводу, а на смену выводимым яйцам на слепом конце трубки из зачатковых клеток идет формирование новых яиц и питательных клеток.

Оба яйцевода сливаются в непарное влагалище, открывающееся наружу на брюшной стороне брюшка под порошицей. Во влагалище открывается еще особый мешочек, семяприемник, где хранится семя после оплодотворения, а нередко, кроме того, мускулистая совокупительная сумка, служащая для введения в нее совокупительного органа самца. Семя переводится затем из сумки в семяприемник. У некоторых насекомых совокупление происходит всего один раз за несколько лет, и все это время живчики сохраняются живыми в семяприемнике самки, например у царицы пчел, жизнь которой длится 4-5 лет.

Нередко в области полового отверстия развиваются особые придатки - яйцеклады, служащие для откладки яиц внутрь какого-нибудь более или менее твердого субстрата (почва, ткани растений и т. п.).
Мужская половая система состоит из пары простых или разделенных на несколько долек семенников. Два отходящих от них семяпровода сливаются в общий семяизвергательный канал; в последний очень часто открываются, кроме того, парные дополнительные железы. Семяизвергательный канал пронизывает совокупительный орган, образованный цилиндрическим выростом стенки тела, расположенным в небольшом впячивании, клоаке, куда открывается и порошица. У насекомых, не имеющих совокупительного органа, живчики склеиваются в сперматофоры, одетые сложной оболочкой, и в таком виде вводятся в половое отверстие самки.

Кровеносная система в связи с особенностью дыхательной системы развита у насекомых сравнительно слабо. В брюшке над кишечником залегает длинное трубковидное сердце ( рис. 343). Задний конец его слепо замкнут, а полость поделена перегородками, несущими клапанные отверстия, на несколько камер (чаще 8). В стенках сердца залегают мышечные волокна, обеспечивающие его сокращение. Каждая камера снабжена парой боковых остий. На переднем конце сердце продолжается в мускулистую головную аорту, которая, достигнув мозга, заканчивается отверстием, так что гемолимфа из нее поступает прямо в полость тела.

Сердце окружено участком полости тела, или перикардиальным синусом, который отделен от остальной полости очень тонкой и во многих местах продырявленной перегородкой - верхней диафрагмой. С ней соединяется система парных крыловидных мышц, расположенных под сердцем. У многих насекомых часто имеется аналогичная перегородка и в нижней части тела под кишечником ( рис. 344). Совместная работа сердца и диафрагм обеспечивает циркуляцию гемолимфы по телу насекомого ( рис. 344).

Крыловидные мышцы, сокращаясь, опускают верхнюю диафрагму вниз и соответственно увеличивают объем перикардиального синуса. Гемолимфа устремляется в его полость, а оттуда через остии в сердце. Волнообразное сокращение, пробегающее от заднего конца сердца к переднему, гонит гемолимфу в голову животного, где она и изливается в полость тела через отверстие аорты. Работа нижней диафрагмы создает ток гемолимфы к заднему концу тела. Число пульсаций сердца крайне варьирует не только у многих видов, но даже у одного и того же насекомого при разных его физиологических состояниях. Так, у бражника - Sphinx ligustri в покоящемся состоянии сердце сокращается 60 - 70, а во время полета - 140 - 150 раз в минуту.

Гемолимфа насекомых представляет бесцветную или желтоватую жидкость. В редких случаях, как, например, у личинок комаров Tendipes, растворенный гемоглобин придает ей ярко - красный цвет.

Гемолимфа содержит фагоциты, а также специальные кровяные клетки. Основная функция гемолимфы - снабжение тканей и органов питательными веществами. Кроме того, в нее поступают растворенные продукты обмена, которые переносятся к органам выделения. Дыхательная функция гемолимфы в связи с развитием трахейной системы невелика.

Кровеносная система . Кровеносная система насекомых, как всех членистоногих, открытая, но ограничивается спинным сосудом: утрачена система как венозных, так и артериальных сосудов, она заменена полостью тела, движение крови в которой поддерживается сократимыми перегородками (диафрагмами) и другими приспособлениями.

Спинной сосуд представлен сердцем — отделом, несущим первоначально расположенные посегментно пары остий — отверстий, через которые кровь поступает в полость сердца, и аортой, лишенной остий. Сердце составляет, как правило, заднюю, расположенную в брюшке часть спинного сосуда, аорта же его переднюю, грудную часть. Однако у низших насекомых (например, таракана) сердце может распространяться и на грудь, тогда как у высших насекомых сердце может занимать лишь часть брюшка. У особенно мелких насекомых сердце может и отсутствовать.

Дыхательная система . Трахейная система насекомых не только вводит в тело насекомого воздух, но и распределяет его по всем органам тела: своими разветвлениями она пронизывает все его части. Все тело представляет как бы легкое: дыхательная функция крови если и не исключена вполне, все же чрезвычайно снижена. Воздух распространяется по трахейной системе путем диффузии. Параллельно со снабжением органов и тканей кислородом по трахейной системе происходит и выделение воды; чем сильнее процесс дыхания тем сильнее и испарение; для предотвращения чрезмерного испарения каждое дыхальце обладает замыкательным аппаратом, который дает доступ воздуху в трахейную систему лишь постольку, поскольку организму требуется кислород: при росте активности насекомого и повышении температуры повышается обмен веществ, повышается потребность в кислороде и соответственно дольше трахейная система остается открытой. При особенно значительной активности открытой трахейной системы оказывается мало: появляются приспособления, проветривающие трахейную систему; продольная и дорзо-вентральная мускулатура тела, сокращаясь и расслабляясь, ведет к сокращению и увеличению объема тела, а вместе с тем и трахейной системы, что в свою очередь ведет к выдыханию и вдыханию воздуха; количество выдыхаемого воздуха увеличивается в тех случаях, когда в трахейной системе имеются участки с тонкими стенками; всего чаще такие участки принимают форму объемистых мешков, наполняющихся при вдыхании и спадающихся при выдыхании; такие трахейные пузыри (мешки) имеются у всех хороших летунов: чем энергичнее полет насекомого, тем сильнее развиты пузыри трахейной системы.

У водных насекомых, дышащих атмосферным воздухом, вырабатываются дополнительные приспособления в виде углублений и выростов на поверхности тела и покрова из волосков, которые служат резервуарами запаса воздуха и путями, проводящими воздух. Так, у водного клопа гладыша (Notonecta) вдоль нижней поверхности брюшка имеется слабо выраженное парное вдавливание, отороченное рядами щетинок, что является приспособлением для удержания запаса воздуха.

Однако у насекомых распространены и случаи дыхания исключительно кислородом, растворенным в воде. При этом, если некоторые стигмы и остаются открытыми, они служат исключительно для вывода использованных при дыхании газов; обычно же все каналы трахейной системы, примыкающие к стигмам, зарастают; воспринимают же воздух из окружающей воды соответственно измененные участки поверхности тела. Дыхание кислородом, растворенным в воде, весьма распространено у личинок. В этом случае обычно появляются специальные тонкостенные выросты, преимущественно на брюшке, которые получают общее название жабр. Особым распространением пользуются трахейные жабры, т. е. тонкостенные выросты тела с разветвлениями трахейной системы внутри них. В таких случаях трахейная система, очевидно, лишь распределяет воздух, не воспринимая его извне (многие жуки, поденки, стрекозы, веснянки, сетчатокрылые, двукрылые, ручейники).

Еще интересные статьи