Текст книги "Приключения с насекомыми"

Автор книги: Ричард Хедстром

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 11 страниц)

Приключение 8

Изучаем полет насекомых

Понаблюдайте за стрекозами на берегу пресноводного ручья, пруда или озера: они как будто расчерчивают воздух, то и дело устремляясь за какой-нибудь неудачливой мошкой. Вы будете очарованы их воздушными маневрами. На соседнем поле или лугу вы наверняка увидите одного иди двух мотыльков, летающих лениво, явно без цели и определенного направления. А вот мимо проносится пчела или оса. Потревоженный жук поднимается в воздух и тут же быстро опускается на куст. Даже кузнечик, подпрыгнув и оторвавшись от земли, может немного «пролететь». Сравнив способы полета всех этих насекомых, легко заметить, что они сильно различаются между собой.

Первое, что можно подумать: чем больше крылья, тем лучше летает насекомое; но даже беглое сравнение мотылька со стрекозой заставляет отказаться от такого заключения. Размеры крыльев тут ни при чем. У вислокрылки рогатой, или коридала, два больших крыла, а летает она неуклюже. Златоглазка при сравнительно крупных крыльях тоже летает плохо. И, конечно, мотылек не может состязаться в скорости или маневренности со стрекозой. Некоторые большие стрекозы пролетают более 90 километров в час, но эта скорость, значительная сама по себе, является небольшой но сравнению со скоростью самца овода, способного пролететь более 122 километров в час. Ночных бабочек с их сравнительно большими крыльями, так же как и мотыльков, нельзя назвать особенно хорошими летунами, за исключением бражников, хотя крылья у них узкие и небольшого размаха, как и вообще крылья ночных бабочек. Способность насекомого летать не зависит также и от числа крыльев. У комнатной мухи только одна пара крыльев, но попробуйте ее поймать. Вот и выходит, что мухи, имеющие всего два крыла, летают лучше, чем другие насекомые.

Хорошо известно, что человек учился летать, изучая полет птиц и. насекомых. Динамика полета и конструкция летательного аппарата определяются подъемной силой, лобовым сопротивлением и разностью скоростей воздушных струй. Механизм полета насекомого представляется таким же сложным, но в действительности он менее сложен, так как конструкция самих крыльев и их движение вверх-вниз являются достаточными для простейшего полета. Во время колебаний, то есть движения вверх-вниз, плоскость крыла изменяется. Вы можете убедиться в этом, держа у основания оторванное крыло убитого насекомого и дуя на него под прямым углом к поверхности. Мембрана крыла поддается давлению воздуха, тогда как жесткий передний край – не очень. Таким образом, когда крыло движется вниз, мембрана в силу сопротивления воздуха отклоняется вверх, и наоборот. Отклоняясь, крыло встречает сзади определенное сопротивление, достаточное, чтобы приводить насекомое в движение.

Чем быстрее колеблются крылья, тем больше их отклонение, а следовательно, сопротивление воздуха сзади, – тем быстрее полет.

Чтобы определить траекторию быстро вибрирующего крыла, прикрепите маленький кусочек золотой фольги к кончику крыла насекомого, так чтобы оно махало крыльями на темном фоне в луче солнца.

Проделав этот опыт, вы обнаружите, что траектория движения кончиков крыльев напоминает светящуюся вытянутую цифру 8. А вот другой способ: подержите насекомое в луче света проектора, так чтобы оно проецировалось на экран. Траектория движения крыла насекомого в полете состоит из непрерывной серии таких восьмерок (рис. 69).

Частоту вибрации крыла, то есть число колебаний в единицу времени, можно определить по звуку.

Подержите насекомое, скажем муху, в таком положении, чтобы каждый удар крыла делал отметку на куске закопченной бумаги или стекла, как показано на рис. 70. Затем сравните эту запись с записью звучания камертона на известной частоте.

Чем меньше крылья, тем больше частота или тем быстрее они вибрируют. Мотылек делает 9 ударов в секунду, стрекоза – 30, бражник – 72, пчела – 190, а комнатная муха – 330.

Насекомое двигает крыльями благодаря мышцам – тем более мощным, чем быстрее полет. Рис. 71 дает некоторое представление о том, как мышцы управляют крыльями. К основанию крыла, которое входит в грудную полость, прикреплены прямые мышцы. Представьте крыло в виде рычага с шарниром в точке а и вы легко поймете, как сокращение мышцы б поднимает крыло, а сокращение мышцы в опускает его.

Другие мышцы действуют на крылья косвенно, изменяя форму грудной стенки. Так, мышца г поднимает крыло, отжимая верх грудного кольца книзу, а мышца д опускает, подтягивая края грудного кольца вместе и выпячивая его верхушку. Так можно объяснить простейший механизм полета насекомого, но у насекомых, которые летают хорошо и быстро, например у стрекоз, этот процесс несколько сложнее, так как в нем участвует больше мышц. У стрекоз на каждое крыло работают девять мышц: пять опускающих, три поднимающих и одна приводящая.

Рис. 71. Схема, иллюстрирующая работу мышц крыла. Рис. 72. Крылья медоносной пчелы. Зц – зацепки.

Насекомое можно сравнить с гребцами в лодке: если они будут работать веслами одновременно, лодка поплывет быстрее; насекомое летает лучше, если передние и задние крылья действуют в унисон.

Синхронное действие крыльев достигается у некоторых насекомых перекрытием заднего крыла передним; но есть такие виды насекомых, у которых развились определенные конструкции, скрепляющие оба крыла. Поймав медоносную пчелу и изучив передний край ее заднего крыла, вы обнаружите ряд крючков, называемых зацепками: они действительно зацепляются за складку на заднем крае переднего крыла (рис. 72). На заднем крыле ночной бабочки, у плечевого угла, вы найдете похожий на щетинку отросток или пучок щетинок; это зацепка, или уздечка (рис. 73). Как правило, зацепка самки состоит из нескольких щетинок; у самца это один сильный щетинкоподобный орган. У самцов некоторых бабочек, имеющих хорошо развитую зацепку, переднее крыло снабжено мембрановидной складкой, в которую вставляется конец зацепки.

У настоящих мух вторая пара крыльев заменена булавовидными органами – жужжальцами. Эти органы называют также балансирами, так как одно время считали, что они подобны шесту в руках канатоходца. Недавние исследования показали, однако, что эти органы действуют по другому принципу. На самом деле жужжальца во время полета очень быстро вибрируют. Частота их колебаний примерно равна частоте взмаха крыла, но обычно они находятся в противофазе с крылом. Взмах жужжальца вызывается одним-единственным мускулом; мускула, действующего в противоположном направлении, нет. Вибрация обеспечивается за счет эластичных свойств шарнира. Более того, оба жужжальца насекомого движутся в разных плоскостях, так как каждое имеет свой угол наклона. Если вы представляете, как действует гироскоп, вы поймете, как работают жужжальца, поскольку они работают совершенно так же. Можно сказать, что в полете насекомого жужжальца играют роль датчика угловой скорости.

Приключение 9

Наблюдаем, как работают «насосные установки»

Мы часто удивляемся тому, как ловко комар прокалывает кожу и сосет кровь, и задумываемся, почему это нападение обязательно приводит к сильному зуду. Устройства, при помощи которых комар осуществляет высасывание крови (причем делать это может только самка), довольно сложны; чтобы разобраться в них, исследуем сначала ротовые органы какого-нибудь другого сосущего насекомого, например мотылька.

В летний день, когда ярко светит солнце, найдите цветы, которые часто посещаются мотыльками.

Наберитесь терпения и ждите. Вам понадобится большое увеличительное стекло, хотя питающегося мотылька можно увидеть и невооруженным глазом.

Следите внимательно. Вот насекомое опустилось на цветок; оно разворачивает длинный, похожий на язык орган и опускает его в цветок. Этот языкоподобный орган называется хоботком, обычно он свернут кольцом или спирально под нижней частью головы (рис. 74), но, когда насекомое питается, развертывается, подобно часовой пружине. Чтобы узнать, как устроен хоботок, поймайте мотылька и, убив его, исследуйте хоботок под лупой или микроскопом. Он составлен из двух максилл, которые, соединяясь, образуют трубку. Вспомним, что максиллы – это нижние челюсти. Заметим также, что верхняя губа уменьшена, а мандибулы, или верхние челюсти, ненужные для сосания, либо рудиментарны, либо вовсе отсутствуют. Лабиум, или нижняя губа, также уменьшена, хотя ее щупики хорошо заметны. Как нектар всасывается вверх по трубке? Расчлените голову лезвием бритвы и около оснований усиков найдите сосательную камеру, которую многочисленные мышцы то сжимают, то расширяют. Камера действует примерно так же, как медицинская пипетка, создавая частичный вакуум, и приводит к втягиванию нектара вверх по трубке и передаче его назад в желудок. Такой ротовой аппарат типичен для ночных бабочек, но как у мотыльков, так и у ночных бабочек встречаются второстепенные его изменения. У некоторых видов хорошо развиты максиллярные (нижнечелюстные) щупики; у других кончики максилл снабжены шипами, с помощью которых насекомое разрывает ткани спелых плодов, освобождая сок. У тех видов бабочек, которые не питаются, максиллы полностью отсутствуют.

А теперь поищите питающихся клопов-краевиков (рис. 75) и посмотрите на них через лупу: вместо складывающегося спирально хоботка прямо на поверхность листа опускается от головы клювообразный орган. Исследовав этот орган более подробно, вы убедитесь, что в действительности это хорошо развитая нижняя губа (лабиум). Она служит своеобразным чехлом, в котором заключены четыре стилета, а именно две верхние и две нижние челюсти (рис. 76). И те и другие имеют форму длинных острых щетинок, служащих для прокалывания. У некоторых клопов верхние челюсти имеют на концах отогнутые назад шипы. Две нижние челюсти соединяются вместе, образуя сосательную трубку. Нижняя губа покрыта на конце чувствительными волосками, которые, без сомнения, служат для распознавания пищи. Верхняя губа обыкновенно короткая и небольшая. Здесь также имеется насосный, или сосущий, аппарат, сходный с сосательным органом мотыльков и ночных бабочек.

Наблюдая за питанием различных видов сосущих насекомых, вы увидите, что они ведут себя при этом по-разному. Некоторые прокалывают листья, другие – стебли, третьи – плоды. Многие принимают во время питания характерные позы. Найдите горький паслен и понаблюдайте за питающимися на нем цикадками-горбатками. Как бы сильно ни было искривлено растение, эти маленькие цикады сидят всегда головой но направлению к верхушке растения, чтобы его сок легче стекал по их глотке (рис. 77).

В зависимости от способа питания значительно изменяются и части ротового аппарата мух: у некоторых видов они служат для прокалывания и сосания, у других – для лакания и сосания. Они состоят в типичных случаях из шести похожих на щетинки органов, заключенных в капсулу, и пары соединенных щупиков. У комнатной мухи нижняя губа и нижнечелюстные щупики являются наиболее заметными органами (рис. 78).

Теперь перейдем к комару, который также относится к двукрылым, или мухам. Это вредное насекомое – иногда даже опасное, как переносчик болезней, – обычно докучает нам все лето; позволив самке сделать «укус», мы можем через лупу наблюдать, как она сосет кровь. Чтобы рассмотреть ротовой аппарат, нужен микроскоп, так как он чрезвычайно мал. Поймав и умертвив самку комара, поместим ее на предметное стекло и, положив его на столик микроскопа, наведем объектив так, чтобы ротовые части попали в фокус. Затем разделим их при помощи иглы. Они длинные и тонкие. Верхние и нижние челюсти представляют собой изящные, вытянутые в длину колющие органы, острые на конце, – ими насекомое прокалывает нашу кожу (рис. 79). Нижняя губа образует футляр, заключающий в себе эти щетинки, когда они находятся в покое. Сосательная трубка образуется при участии верхней губы – впрочем, не у всех насекомых, имеющих сосущий аппарат. Пара чувствительных долей, называемых лабеллами, расположена на выступе нижней губы (у комнатной мухи лабеллы расширяются в пластинки, которые издают резкое жужжание).

Теперь посмотрим, почему от укуса комара возникает зуд (у некоторых он очень силен и место вокруг укуса даже опухает; другие относительно нечувствительны к укусам). Слюнная железа комара состоит из трех долей. Средняя доля, отличающаяся по внешнему виду от двух других (рис. 80), выделяет ядовитую жидкость, которая выходит вдоль языка, когда самка прокалывает кожу, и вводится в ранку.

Назначение этой жидкости заключается, вероятно, в том, чтобы предотвращать свертывание крови. Во всяком случае, именно она и вызывает зуд.

Хотя большинство людей считает всех комаров кровососущими насекомыми, существует много видов, которые совсем не сосут кровь, а у тех, которые сосут, кровососами являются только самки. Ротовые части самцов не приспособлены для прокалывания кожи, поэтому они питаются нектаром, соком плодов и другими сладкими веществами; впрочем, и самки, которые сосут кровь, могут питаться этими веществами.

Приключение 10

Как растения и насекомые помогают друг другу

Все насекомые в своем существовании зависят от растений либо непосредственно, либо косвенно (ведь хищники и паразиты питаются на растительноядных животных). Растительноядные насекомые не оставляют без внимания ни одну часть растения, питаясь соком, нектаром и другими жидкими выделениями почки, цветка, листа, стебля, корня, плода и семени. Лишь немногие растения избегают разрушительного воздействия вредных насекомых. Только гинкго и китайский ясень могут считаться исключением, так как почти не имеют вредителей. Даже сумах ядоносный, которого насекомые, казалось бы, должны избегать, является «кормильцем» нескольких видов. Большей частью растения беспомощны против насекомых-вредителей и лишь некоторые выработали различные средства «обороны» – щетинки, шипы, едкие соки, очень сильную липкость или повышенную прочность тканей, но эффективность этих средств ограниченна. Есть и такие растения, например саррацениевые, росянка и венерина мухоловка, которые имеют «приманки» и «капканы» для насекомых, подлетающих слишком близко. Некоторые бактерии заражают насекомых и вызывают их заболевания, например флашерию тутового шелкопряда или молочную болезнь японского хрущика. Некоторые грибки проникают в насекомых и разрушают их разрастающимися нитевидными гифами.

Для нас особенно важно выявить такие взаимосвязи, при которых растения и насекомые приносят друг другу пользу. Эти взаимосвязи выражаются в основном в обмене пыльцой и нектаром; другими словами, насекомые, посещая цветы, опыляют их, чтобы получить цветочный нектар.

Перекрестное опыление необходимо для непрерывной естественной гибридизации и плодоношения цветущих растений. Большинство растений опыляется именно насекомыми, хотя у некоторых опыление происходит при помощи ветра.

Может показаться, что такая взаимосвязь не обеспечивает надежно выживания и размножения растений. Если бы растения полностью зависели от случайных посещений насекомых, это было бы совершенно справедливо. Но дело в том, что растения не полагаются на случай, а привлекают насекомых заметной окраской и характерными запахами. Например, цветы, распускающиеся ночью, часто бывают белыми или желтыми и, как правило, обладают очень сильным запахом, благодаря которому ночные насекомые могут их найти. Однако окраска и запах лишь сигнализируют насекомым, где искать нектар и пыльцу, а не дают гарантии, что корм будет подходящим. Мы предполагаем – и, вероятно, так оно и есть на самом деле, – что окраска цветов действительно помогает насекомым находить нектар, хотя к кусочкам цветной бумаги, например, они летят так же охотно, как к цветам той же окраски. И уж разумеется, насекомые не «сознают», что, питаясь па цветах растения, приносят ему пользу.

Кстати, и не о каждом насекомом, посещающем цветок ради нектара, можно это сказать. Некоторые насекомые – самые настоящие мелкие воришки: они крадут нектар, а взамен ничего не дают.

Например, шмели прокалывают нектарники таких растений, как львиный зев и аквилегия, и исподтишка потягивают нектар. Некоторые виды ос делают отверстия против каждого нектарника и берут нектар, ничем не отблагодарив растение. Есть бабочки, которые могут вытягивать хоботки, просовывать их между лепестками и сосать нектар, даже не забираясь в цветок.

Во многих случаях процесс опыления растения насекомым несложен. Насекомое слегка задевает пыльники цветка и обсыпается пыльцой, которую несет к следующему цветку. Однако многие растения так видоизменились, что в их цветы могут проникать только определенные насекомые; причем, получая нектар, эти насекомые не могут не унести на себе некоторое количество пыльцы. Рассмотрите внимательно синий флаг ириса – вот цветок, замечательно приспособленный для такого взаимного обмена. Каждый из трех свисающих чашелистиков образует основание изогнутого сводчатого прохода, который ведет к нектару, находящемуся в глубоких карманах (рис. 81). Обратите внимание, что над входом и по направлению кнаружи находится подвижная губа – рыльце пестика. Вот в проход забирается пчела; она слегка касается липкой поверхности рыльца и нагибает его вниз. Затем, по мере того как пчела проталкивает голову дальше в проход, чтобы достать нектар, рыльце счищает с ее спинки пыльцу, собранную с цветка, который пчела посещала перед этим.

Одновременно волосатая спинка пчелы трется о нависающий сверху пыльник и опудривается зернами пыльцы. Получив от цветка достаточное количество нектара» пчела пятится из него наружу и по мере этого продвижения опять сталкивается со сторожем – губой; но на этот раз насекомое касается той стороны губы, которая не может взять пыльцу, и ни одна частичка не попадает на нее. Следовательно, пчела покидает цветок с грузом пыльцы, откладываемой затем на рыльце следующего цветка, который она посетит. Естественно спросить: а разве не может пчела проделать нечто равносильное самоопылению, которого многие растения избегают, – забраться в другую часть того же цветка или в другой цветок того же растения и отложить там его пыльцу? Вообще говоря, может, но насекомые обычно летят к другому растению. Кроме того, чужая пыльца обладает биологическим преимуществом перед пыльцой с того же самого цветка, а потому самоопыление маловероятно.

Другое хорошо знакомое растение, как будто специально искусно сконструированное, чтобы насекомые его опыляли, – обычный ваточник.

Он имеет специальные скопления пыльцы – поллинии; они устроены так, что когда насекомое наступает на край цветка, собираясь вытянуть нектар, его ноги скользят между особыми нектароносными шлемами, расположенными перед каждым пыльником (рис. 82). Затем, по мере того как насекомое вытягивает ноги вверх, коготок, волосок или шип часто попадает в V-образную трещину, или бороздку, и направляется вдоль нее до диска с выемками, который прикрепляется к ноге. Так как скопления пыльцы, или поллинии, прикреплены к диску при помощи тоненькой ножки-стебелька, насекомое уносит их, покидая цветок (рис. 83). Когда оно посещает другой цветок ваточника, поллинии легко вводятся в рыльцевые камеры; беспорядочно двигаясь, насекомое обламывает ножки поллиниев и освобождается таким образом от груза. Иногда оно теряет при этом ногу или запутывается – надолго, а то и навсегда.

Если вы хотите проследить, как насекомое опыляет ирис или ваточник, вооружитесь увеличительным стеклом. Можно и самим воспроизвести процесс опыления ваточника, поймав насекомое в тот момент, когда оно покидает цветок с поллиниями, свободно свисающими с его ног. Убейте его, отделите одну из ног и затем протащите ее вверх между двумя шлемами цветка: во-первых, чтобы удалить пару поллиниев, а во-вторых, чтобы ввести один из них в пустую рыльцевую камеру.

Приключение 11

Направляемся за взятком вместе с медоносной пчелой и другими насекомыми

Такие насекомые, как шмель и медоносная пчела, которые собирают пыльцу и превращают ее в пергу – продукт, пригодный для кормления их личинок, должны, очевидно, иметь какие-то органы для переноса пыльцы. Насекомые, посещающие цветы ради нектара и пыльцы, различно приспособлены и к наиболее эффективному опылению. Приспособления эти не столь многочисленны и не такие тонкие, как у растений, поскольку для растений это дело жизненной необходимости. Однако строение цветков в какой-то степени повлияло и на насекомых.

Многие насекомые, собирающие пыльцу для питания, снабжены волосками, обычно густыми и часто закрученными, ветвистыми или колючими. На рис. 84 изображен собирающий пыльцу волосок рабочей пчелы. У некоторых насекомых – таких, как пчелы-андрены, мухи-жужжала, цветочные мухи, питающиеся пыльцой жуки-хрущи, – ротовые части густо покрыты волосками (рис. 85). Некоторые пчелы имеют так называемые корзиночки для сбора пыльцы. У медоносной пчелы они находятся на внешней поверхности каждой задней голени.

Чтобы рассмотреть такую корзиночку с помощью лупы, поймайте пчелу и умертвите ее в морилке.

Морилка представляет собой бутылку или банку с завинчивающейся крышкой; к нижней поверхности крышки прикрепляется кусок ваты или материи, пропитанный жидкостью (четыреххлористым углеродом), испарения которой убивают насекомое. (Это не легко воспламеняющееся вещество, но опасно вдыхать его слишком много.) Когда насекомое перестанет проявлять признаки жизни, вытаскиваем его и рассматриваем задние ноги. Если пчела поймана во время сбора пыльцы, мы обнаружим прикрепленную к каждой ноге округлой формы желтоватую липкую массу. Это пыльца – цветочная мука, которую пчела использует для приготовления перги, или «пчелиного хлеба». С помощью маленькой щеточки удалив пыльцу с одной из ног и рассмотрев голень через лупу, мы увидим углубление (рис. 86); это и есть корзиночка, или корбикула.

С помощью увеличительного стекла понаблюдайте за пчелой, когда она ползет по цветку, и вы станете свидетелем того, как она наполняет свои корзиночки. Гибкие перистые волоски, которыми покрыты тело и ноги, захватывают зерна пыльцы. Специальные приспособления – щеточки,– расположенные на внутренней поверхности задних лапок (рис. 87) позволяют пчеле вычесывать частички пыльцы из волосков и переправлять их в корзиночки, а ушко (рис. 88) при этом прижимает пыльцу вниз в корзиночки, чтобы наполнить их до предела. По возвращении в улей пчела всовывает задние ноги в ячейку и затем при помощи шпоры, расположенной на верхней части средней голени (рис. 89), выбрасывает пыльцу, причем шпора проскальзывает внутрь у верхнего конца корзиночки и затем проталкивается вдоль голени под массой пыльцы.

Кроме этих приспособлений для сбора пыльцы, медоносная пчела имеет по сравнению с другими пчелами исключительно длинный хоботок, дающий возможность доставать нектар в цветах с большой глубины. Хоботок легко распрямляется и позволяет сосать нектар (рис. 90). Большинство насекомыхопылителей действительно имеют очень длинные хоботки. Это относится прежде всего к бабочкамбражникам, длина хоботка которых зависит от глубины нектарников тех цветов, которые они посещают.