Лабораторная работа № 1

Внешнее строение насекомых

Цель - Изучить внешнее строение насекомых.

Материалы и оборудование : коллекционные экземпляры насекомых (кузнечики, жуки, клопы), лупы, препаровальные иглы, предметные стекла.

Ход работы

Рассмотреть и зарисовать внешнее строение насекомых, обратить внимание на расположение конечностей, крыльев, положение головы относительно оси тела.

Найти три отдела: голову, грудь, брюшко. Рассмотреть места их сочленения и отделить друг от друга с помощью препаровальных игл. Расчлененные части - голову, грудь, брюшко - зарисовать.

Рассмотреть строение головы при 10-20-кратном увеличении. Зарисовать и обозначить все части головы и ее придатки (темя, лоб, наличник, щеки, верхняя губа, верхние челюсти, глаза, глазки, усики, губной щупик, челюстной щупик).

Рассмотреть и зарисовать различные типы усиков: нитевидные, щетинковидные, четковидные, пиловидные, булавовидные, перистые, коленчатые, щетинконосные (рис. 1).

Определить типы усиков у перечисленных видов насекомых: майский хрущ, кузнечик, щелкун полосатый, бронзовка золотистая, клоп-черепашка, белянка, рыжий таракан. Для определения типа усиков использовать прилагаемые описания и рис. 1.

Нитевидные усики. Все членики цилиндрические, т. е. более или менее одинаковой ширины, лишь у основания они могут быть несколько утолщены (рис. 1, а). Пример: саранчовые, некоторые бабочки (пяденицы и огневки).

Щетинковидные усики. Членики постепенно суживаются от основания так, что усики к вершине явно заострены (рис. 1, б). Усики могут быть длинными и короткими. Пример: кузнечики, сверчки, медведки, тараканы.

Четковидные усики. Состоят из коротких и широких члеников, основания последних сужены так, что членики отделены один от другого перетяжками; первые (1-2-й) членики могут быть удлиненными (рис. 1, в). Пример: жуки-чернотелки.

Пиловидные усики. Членики, составляющие усик, имеют оттянутый верхний угол и в совокупности напоминают зубья пилы (рис. 1, е). Пример: жуки-щелкуны и жуки-златки. Видоизменением пиловидного усика можно считать гребенчатый, или гребневидный, усик (рис. 1, ж), каждый членик которого имеет отросток; отростки образуют гребень. Пример - жуки-щелкуны из рода Corymbites.

Булавовидные усики. Несколько вершинных члеников расширены и составляют булаву (рис. 1, д).

Пример : бабочка-белянка, бабочка-крапивница. Если булава усиков состоит из пластинок, складывающихся веерообразно, то усик носит название пластинчато-булавовидного (рис. 1, к).

Пример - майский жук и другие хрущи.

Перистые усики. Каждый членик усика имеет двусторонние вырос-ты, уменьшающиеся от основания к вершине; в общей сложности усики напоминают перо птицы (рис. 1, з). Пример - бабочки-шелкопряды.

Коленчатые усики. Первый членик усика значительно длиннее ос-тальных, составляющих жгутик, и направлен под углом к ним (рис. 1, л). Пример: шершень, шмель, жук-олень и другие виды семейства усачей.

Щетинконосные усики состоят из трех коротких и широких члеников различной формы; на последнем членике сбоку или на вершине имеется щетинка, которая может быть перистой (рис. 1, и). Пример: комнатная муха и некоторые двукрылые.

Энтомология – наука о насекомых (название произошло от двух греческих слов entomon – насекомое и logos – наука). Насекомые относятся к классу насекомые – Insecta, типу членистоногие – Arthopoda. Класс насекомых многообразен по числу входящих в него видов (более 1 миллиона видов), которые обладают разнообразием морфологических признаков, биологических свойств, приспособительных особенностей и взаимоотношений в окружающей среде. Не менее многообразна и роль насекомых в природе, жизни людей и экономике общества. В связи с этим в настоящее время из энтомологии выделились общая энтомология и ряд прикладных научных дисциплин – сельскохозяйственная, ветеринарная, лесная, медицинская энтомологии, пчеловодство, шелководство.

Общая энтомология – теоретическая дисциплина, которая служит научным фундаментом для перечисленных выше прикладных дисциплин и специальных дисциплин энтомологического ряда – биологической защиты, карантина, прогноза, иммунитета и некоторых других. Она изучает морфологию, анатомию, физиологию насекомых, биологию размножения и развития, экологические особенности насекомых, систематику и классификацию насекомых.

Общая энтомология как ветвь современной биологии накопила большой запас знаний, вносит значимый вклад в развитие и благосостояние общества, изыскивает пути разумных решений сложившихся экологических проблем.

Насекомые представляют класс Insecta, который относится к типу членистоногие – Аrthropoda. Этот класс имеет сегментированное тело и членистые ходильные конечности и несет пару усиков. Тело насекомого делится на три основных отдела: голову, грудь и брюшко (рис. 1). Ознакомление с основными отделами тела и их придатками ведется на постоянных препаратах и на примере майского жука.

Рис. 1. Тело итальянской саранчи с обозначением главнейших частей

(левая пара крыльев удалена)

Чтобы расчленить насекомое на три отдела, необходимо положить его на спинку, найти отделы, затем закрепить насекомое с помощью препаровальной иглы, которую следует ввести в центре между передней и средней парой ног до дна чашки Петри и, придерживая переднегрудь, с помощью второй иглы или скальпеля отчленить (оттянуть) голову. После этого одну иглу ввести в грудь около последней пары ног до дна чашки, чтобы придержать насекомое, а другую иглу, держа наклонно, постепенно вводить (не до дна чашки, иначе расчленению будут мешать крылья) сразу за задними ногами в тело насекомого и отчленить брюшко, отодвигая в сторону. Теперь следует изучить каждый отдел тела и придатки на нем.

Рис. 2. Голова насекомого: 1 – верхняя губа; 2 – верхняя челюсть; 3 – наличник; 4 – лобно-наличниковый шов; 5 – щеки; 6 – лоб; 7 – усиковая ямка; 8 – глазок; 9 – теменной шов; 10 – сложный глаз; 11 – темя; 12 – затылочный шов; 13 – затылок; 14 – заднезатылочный шов; 15 – заднезатылок; 16 – шейная мембрана; 17 – нижняя губа; 18 – нижнегубной щупик; 19 – нижняя челюсть; 20 – нижнечелюстной щупик

Голова (рис. 2) насекомого состоит из лба (между сложными глазами), наличника (к низу от лба), темени (выше лба), затылка (задняя часть головы). По бокам головы имеются виски (выше глаз) и щеки (ниже глаз).

Форма головы разнообразна: округлая (мухи), сжатая с боков (саранча, кузнечики), вытянутая в виде головотрубки (долгоносики, трубковерты). Различны и типы постановки головы: прогнатический, гипогнатический и опистогнатический. При прогнатическом типе ротовые части направлены вперед, он характерен для хищных насекомых (жужелиц, стафилинид, уховерток); при гипогнатическом – ротовые части направлены под прямым углом вниз, характерен для растительноядных насекомых (саранчовые, многие виды жуков, клопов); при опистогнатическом – ротовые части направлены под острым углом вниз и назад, приближаясь к передним ногам насекомого, характерен для многих сосущих насекомых (цикадовые, тли, трипсы, медяницы (рис. 3).

Придатками головы являются ротовые органы, усики и глаза фасеточные (сложные) и простые (глазки). Фасеточные глаза состоят из многочисленных мелких глазков (омматидиев), располагаются по бокам головы, выполняют зрительную функцию. У самцов некоторых мух занимают почти всю голову. Простые глаза, если имеются, то чаще в числе трех и располагаются треугольником на лбу и темени. Следует найти все составные части головы и придатки на голове насекомого и далее ознакомиться c основными типами усиков насекомых, пользуясь постоянными препаратами.

Рис. 3. Типы постановки головы: 1 – прогнатический; 2 – гипогнатический; 3 – опистогнатический

Рис. 4. Строение усика: 1 – жгутик; 2 – ножка; 3 – скапус; 4 – усиковая впадина

Усики или антенны (antennae) представляют одну пару членистых образований, расположенных по бокам лба между или впереди глаз в усиковых ямках. Они служат органом обоняния и осязания у насекомых. Нередко у самцов они крупнее, чем у самок (рассмотреть у расчлененного майского жука, определить тип усиков). Усик состоит из утолщенного основного членика (scapus), ножки (pedicillus) и жгутика (flagellum) (рис. 4). Строение усиков разнообразно у отдельных видов и групп насекомых и этот признак широко используются в диагностике и систематике насекомых.

Различают следующие основные типы усиков (рис. 5):

1) щетинковидный – членики постепенно суживаются от основания к вершине и тогда усик к вершине явно заострен (кузнечики, медведки);

2) нитевидный – все членики по длине усика в основном одинаковой толщины (саранчовые, бабочки пяденицы и огневки, крестоцветные блошки);

3) четковидный – членики короткие и широкие, основание каждого из них сужено (жуки чернотелки);

4) пиловидный – верхний угол каждого членика усика с одной стороны несколько оттянут (некоторые щелкуны и златки);

5) гребневидный, или гребенчатый – каждый членик усика с одной стороны имеет сравнительно длинный отросток (некоторые щелкуны);

Рис. 5. Типы усиков: 1 – щетинковидный у таракана; 2 – нитевидный у саранчовых; 3 – четковидный у жука майского хрущака; 4 – пиловидный у жуков златок; 5 – гребневидный у жуков щелкунов; 6 – булавовидный у дневных чешуекрылых; 7 – головчатый у жуков мертвоедов; 8 – веретеновидный у чешуекрылых пестрянок; 9 – пластинчато-булавовидный у жуков хрущей; 10 – гребенчато-коленчатый у жуков рогачей; 11 – неправильный у жуков вертячек; 12 – перистый у бабочек шелкопрядов; 13 – щетинконосный у круглошовных двукрылых

6) перистый – каждый членик усика имеет двусторонние выросты, и усик напоминает перо птицы (бабочки шелкопряды, американская белая бабочка);

7) булавовидный – вершина усика утолщена (бабочки белянки, крапивница, рапсовый цветоед);

8) головчатый – вершина усика значительно утолщена и резко отделена от остальных члеников усика (жук-мертвоед);

9) пластично-булавовидный – булава состоит из пластинок, складывающихся веерообразно (майский жук, жук кузька, жук крестоносец);

10) коленчатый – первый членик усика значительно длиннее остальных, составляющих жгутик, и направлен под углом к ним. Коленчато-булавовидный (долгоносики), коленчато-гребенчатый (жук-олень);

11) веретеновидный – постепенно утолщен посередине (пестрянки);

12) щетинконосный – три коротких и широких членика различной формы, последний со щетинкой (домашняя и другие виды мух);

13) неправильный – членики усика не сходны между собой по форме и величине, часто асимметричны (некоторые мягкотелки).

Рис. 6. Грызущие ротовые органы: а – верхняя губа; б – верхние челюсти; в – нижние челюсти; г – нижняя губа; 1 – внутренняя жевательная лопасть; 2 – наружная жевательная лопасть; 3 – челюстной щупик; 4 – стволик; 5 – основной членик; 6 – язычок; 7 – придаточный язычок; 8 – губной щупик; 9 – подбородок; 10 – подподбородок



Все знают, что насекомые никогда не пребывают в состоянии полного покоя, а пытаются улучить любую свободную секунду, чтобы быстро и тщательно почистить свои усики — чувствительные антеннообразные придатки разнообразной формы, соединенные с передними сегментами членистоногих. Различные виды насекомые используют разные способы приведения в порядок усиков, используя разные движения и разные пары ног, но, что заставляет их беспрерывно заниматься антенным грумингом, даже находясь в стерильно чистых лабораторных помещениях, где нет никаких химических загрязнителей и пыли, до сих пор оставалось непонятным.

Группа энтомологов из Университета Северной Каролины, вооруженная газовым хроматографом, электронным микроскопом и тюбиком суперклея, решила наконец-то избавить взрослых от мучительных поисков ответа на задаваемый детьми вопрос, зачем насекомым требуется непрерывно чистить усики, и опубликовала результаты своего исследования в Proceedings of the National Academy of Sciences. Последние могут быть использованы при разработке более совершенных и безопасных для окружающей среды инсектицидов.

В качестве подопытного насекомого авторы выбрали отлично всем знакомого американского таракана Periplaneta americana — космополита, завезенного в Северную Америку из Африки, а затем широко распространившегося и по всем прочим континентам. Как и все членистоногие, тараканы уделяют много внимания состоянию своих усов, регулярно с помощью передней пары ног пригибая их ко рту и методично очищая каждый сегмент чувствительных антенн от основания до кончиков.

Чтобы выяснить, чем именно грязные усы таракана отличаются от чистых, перманентные действия насекомых по приведению антенн в порядок нужно было как-то прекратить хотя бы на непродолжительное время.

Для этого тараканов помещали на некоторое время в тесные контейнеры, где им сложно было развернуться, чтобы заняться привычной гигиеной, либо фиксировали один из усиков капелькой геля с цианоакрилатом, либо заклеивали этим гелем подвижные части ротового аппарата.

Как выяснилось, на нечищенных в течение суток усах таракана скапливается в 3—4 раза больше защитных липидов, чем на чищеных.

«Понятно, что насекомые вынуждены постоянно счищать с сенсорных придатков частички пыли и разные химические загрязнители. Сложней объяснить, зачем им требуется постоянно счищать с них собственные секреторные выделения, выполняющие важные функции, в том числе защитные», — комментирует результаты опытов один из авторов статьи Коуби Шел.

Сенсорные щетинки обонятельных пор американского таракана. А — на нечищенных антеннах, B — на зачищенных, С — на искусственно (химически) зачищенных. D--F: то же, только в случае феромон-чувствительных рецепторов. G--I: те же поры, только с большим увеличением, хорошо видно, что поры рецепторов покрыты липидами до груминга, частично очищены после и полностью открыты после химического очищения; J--L: другие обонятельные рецепторы — до груминга, после груминга, искусственно очищенные. // PNAS

PNAS

С помощью электроантеннограммы была измерена чувствительность грязных и чистых тараканьих усов к различным запахам, в том числе к перипланону-Б — открытому еще в 1952 году тараканьему феромону, посредством которого общаются между собой мужские и женские особи. Оказалось, что антенны, которые таракан не чистил сутки, демонстрируют в пять раз меньшую чувствительность к запахам, чем те, на которые таракан регулярно «наводит марафет». Схожую картину энтомологи наблюдали, проведя такие же эксперименты над муравьями, домашними мухами и Blatella germanica, европейским рыжим собратом американского таракана, известным в просторечии как прусак.

Даже в отсутствие внешних загрязнителей антенны насекомых существенно теряют свою чувствительность из-за кожных липидов, которые, скапливаясь на поверхности усов, постепенно забивают микроскопические поры, через которые летучие молекулы проникают к рецепторным клеткам.

Безостановочно счищая излишки секреторных жиров, насекомые поддерживают баланс между протекторной функцией липидов и доступом внешних раздражителей к рецепторам.

Таким образом, методичная чистка усиков необходима насекомым не только для того, чтобы удалять с антенн внешние загрязнители, но и для регуляции сенсорной чувствительности, поскольку кожные липиды помимо защитной выполняют и транспортные функции, улавливая и доставляя пахучие молекулы к рецепторам.

Зная это, можно разработать более безопасные инсектициды, которые проникнут в организм тараканов не через толстый хитиновый покров, а прилипнут к липидной пленке во время антенного груминга, когда насекомое чистит свои усы, счищая с них лишнюю жировую пленку.

Вариации строения усиков у насекомых весьма широки, но, как правило, целые семейства, подотряды или отряды насекомых характеризуются той или иной определённой формой усиков.

Обычно усики состоят из большого числа члеников, но иногда они короткие и члеников в них немного. Последний вариант имеет место у мух и стрекоз: в их усиках всего по 3 членика.

У жуков же усики обычно 11-члениковые, у а перепончатокрылых (наездники, осы, пчёлы, муравьи и др.) они состоят из 12-13 члеников.

У таких насекомых, как кузнечики и некоторые жуки-дровосеки, усики бывают длиннее тела.

Различают несколько форм усиков.

Если усик на большей части своей длины примерно одинаковой толщины, а на конце расширяется - это булавовидный усик. Они бывают у дневных бабочек.

Ночным бабочкам, таким, как сатурния, свойственны перистые усики. У таких усиков от каждого членика в обе стороны отходит по тонкому выросту.

Если первый членик усика длинный, а последующие располагаются под углом к нему, то такие усики называют коленчатыми. Иногда у коленчатых усиков бывает ещё и булава, состоящая из веерообразно сложенных пластинок (например, у майского жука).

Существуют и другие формы усиков: щетинковидные, нитевидные, чётковидные…

Для чего же нужны насекомым усы?

Оказалось, что для улавливания запахов! То есть, с помощью усиков насекомые… нюхают!

Именно таким образом большинство насекомых обнаруживает и находит пищу. Подобным же образом они находят особей противоположного пола для спаривания. Например, самцы бабочки Actias selene прилетают на запах самки за 11 км, самцы непарного шелкопряда - за 3,8 км.

Но усики у насекомых служат также и органами осязания.

С их же помощью насекомое получает представление о температуре и влажности окружающего пространства.

Но осязательные рецепторы имеются не только на усиках насекомого, но и на всех частях его тела. Обычно они представлены волосками и щетинками.

Подвижно причленённые волоски - это также и органы для восприятия движения воздуха, в том числе, самого слабого - от летящего или идущего мимо другого насекомого.

В некоторых случаях такие органы чувств полностью заменяют насекомому зрение. Пример - слепой пещерный жук. У него нет глаз, но он прекрасно ориентируется в своём пещерном доме благодаря чувствительным усикам: ими он нащупывает дорогу и принюхивается к ней; а пробежит кто-то рядом - он обязательно его ощутит: ведь всё его тело покрыто нежными чувствительными волосками.

Помните мультфильм про Комарова, того самого, который пел песенку "У мальчугана трусики, у таракана усики...."? Речь пойдет о них, об усиках. В этой части мы рассмотрим классификацию усиков, а чуть позже раскрою тайну некоторых поведенческих аспектов, связанных с усиками насекомых.

Что такое усики?

Усики насекомых называют еще антенны или сяжки. И это видоизмененные конечности, которые обрели способность чувствовать. Всего у насекомых есть пара усиков. Это орган многофункционального анализа, отвечает за обоняние и осязание.

На весенней, да и летней прогулке хорошо будет взять с собой лупу, рисунок-подсказку и попытаться рассматривать и определять типы усиков у разных насекомых. Можно поступить еще проще - сначала сфотографировать насекомых, а потом на экране увеличить фотографию, тогда усики будут видны еще лучше. Но с лупой изучать, делая зарисовки в блокноте путешествий гораздо интереснее. Вы, конечно, не забыли о том, что для исследовательской прогулки нам нужен такой ? Такая веселая охота получается, исследовательская! Конечно, не забываем от технике безопасности, объясняем малышу, что руками насекомых хватать не надо. А лупу лучше взять большую, с длинной ручкой.

Усики состоят из членников, которые условно можно считать плотно прилегающими бусинками. Антенны состоят из трех частей. Первая часть представляет собой основной членник - скапус, или рукоятку. С помощью основного членника происходит заглубление антенны в усиковой ямке на лбу между глаз. К скапусу (рукоятке) прикрепляются двигательные мышцы, благодаря чему усики шевеляться.

Вторая часть состоит из крупного членника педдицелеллума, или ножки. К ножке примыкает третий компонент антенны - жгутик, или флагеллум. Жгутик состоит из множества более мелких членников.

В основном, усики являются органом обоняния. Запах в мире насекомых является одним из ведущих языков общения, поэтому не удивительно, что на одном усике пчелы находится более 30 000 рецепторов, участвующих в обонянии.


Обоняние играет ведущую роль в коммуникации общественных насекомых, таких как муравьи. Если муравья пометить запахом мертвого муравья, то его собратья будут относится к нему, именно как к неживому, станут выносить из муравейника на мусорную кучу, несмотря на двигательный протест и размахивания конечностями живого мураша, несмотря на его способность к самостоятельному передвижению.

Чем хуже развито зрение у насекомых, тем длиннее и пышнее его усики. У ночных бабочек эта тенденция наиболее выражена в виде перистых усиков. Такие роскошные усищи позволяют учуять самку на расстоянии 2 километра! Перистыми усиками обладают и комары.

Типы усиков насекомых

Усики являются систематическим признаком, то есть их форма учитывается при определении вида насекомого. Нитевидный усик является самой простой моделью, по всей длине они тонкие одинаковой ширины, как правило, цилиндрической формы, хотя у основания могут расширяться.

Носят нитевидные усики саранчовые, бабочки пяденицы. Видоизменяясь под действием окружающей среды, нитевидные усики превращались в другие типы антенн, повышая успех на выживание среди насекомых.

Интересно, то, что даже внутри вида могут наблюдаться различия в строении усиков среди самок и самцов. Обычно, самцы будут обладать более шикарными сяжками. Например, у лугового мотылька (Loxostege sticticalis L.) у самца усики пильчатые, а у самки нитчатые.

Если самка и самец отличаются друг от друга по внешнему виду (морфологии), то такое явление называется половым диморфизмом. Очень выражен половой диморфизм у куриных птиц, да и у человека.

Именно, по усикам, можно легко отличить кузнечика от саранчи. У кузнечиков усики всегда длиннее тела, и их тип будет не нитчатый, а щетинковидный . Членники-бусины будут широкими у основания и более заостренными на верхушке. Поэтому иногда такой тип антенн называют шиловидными.

Собственно, тараканище К. И. Чуковкого, является обладателем щетинковидных усищ.

Если антенны состоят из частей напоминающих плотно расположенные округлые бусины (чётки), то это чётковидные усики. Обладателем таких усиков был Жучок-Блошачок из сказки В. Бианки о Муравьишке, который домой спешил.
Многие мелкие насекомые имеют чётковидные усики - мошки, галлицы, но есть и достаточно крупные насекомые с четковидными антеннами, например, жуки-нарывники майки.

Чётковидные усики у майки обыкновенной Meloe proscarabaeus

Чётковидные усики характерны для губоногих многоножек, хотя они и относятся к типу трахейнодышащих, как и насекомые, но многоножки представляют отдельную ветвь.

У жука лептуры усики будут пильчатыми или пиловидными . Их членники-бусины будут треугольной формы, направленные острой частью в одну сторону, словно зубья пилы.
У жуков-дровосеков встречается чешуйчатый тип усиков.

Если зубья сильно вытягиваются, то такой усик относят к гребневидному (гребенчатому) типу, то есть усик похож на расческу, гребень. У дневного бражника жимолостного будут усики гребенчатого типа.

Булавовидные усики характерны для дневных бабочек, даже в названии их группы отражен этот признак - булавоусые чешуекрылые. Словно две гимнастических булавы красуется на голове многих наших бабочек - махаона, белянки, крапивницы.

Есть еще усики коленчатые , сгибаются между ножкой и жгутиком (на общем рисунке на нем располагаются подписи частей усика), такие антенны характерны для муравьев, шмелей.

Своеобразной коленчатой разновидностью будут пластинчатые усики у жуков бронзовок, жуков-носорогов, божьих коровок, жуков- кузек, хрущей. Мне эти усики напоминают роскошные брежневские брови))) Таких жуков объединяет триба пластинчатоусые.

Последний тип усиков, который мы сегодня рассмотрим - щетинконосный. Это укороченные усики, часть жгутика видоизменяется в щетинку. Характерен для короткоусых двукрылых, а по-простому, для мух.

Продолжение следует....

← Вернуться