Общая характеристика чешуекрылых
В настоящее время класс насекомые самый многочисленный по численности видов. К тому же это самая процветающая группа животных на Земле по широте пространственного распределения и экологической дифференциации. Насекомые обладают целым рядом общих признаков во внутреннем строении, однако их внешний вид, развитие, образ жизни и прочие параметры сильно варьируют.
В основу подразделения класса насекомых на крупные систематические категории – подклассы, инфраклассы, отряды, положены такие важнейшие особенности, как строение крыльев, ротового аппарата, тип постэмбрионального развития. Дополнительно используют и другие диагностические признаки.
Разные авторы дают различную систематику классу, но количество отрядов вне зависимости от источника довольно внушительно. Наиболее известные из них отряд Стрекозы (Odonata), Таракановые (Blattodea), Термиты (Isoptera), Прямокрылые (Orthoptera), Равнокрылые (Homoptera), Полужесткокрылые (Hemiptera), Жесткокрылые (Coleoptera), Перепончатокрылые (Hymenoptera), Двукрылые (Diptera) и, конечно же, Чешуекрылые (Lepidoptera).
Общая характеристика чешуекрылых
Бабочки являются одними из самых красивых насекомых, отряд Lepidoptera включает в себя более 140 (по некоторым данным 150) тысяч видов. Тем не менее, среди других насекомых это довольно «молодая» группа, наибольшее развитие которой совпадает с расцветом цветковых растений в меловой период. Продолжительность жизни имаго длится от нескольких часов, суток, до нескольких месяцев. Различие по размерам у чешуекрылых более сильное, чем в любом другом отряде. Размах их крыльев варьируется от 30 см у южно-американской совки до полусантиметра у эриокрании. Наибольшее распространение бабочки получили в тропических широтах. А в Южной Америке, Дальнем Востоке, Австралии обитают наиболее крупные, ярко окрашенные и, казалось бы, интересные бабочки.
Так рекордсменами по самой яркой окраске являются представители южноамериканского рода Morho и австралийский парусник улисс. Крупные (до 15 – 18 см), сверкающие голубым металлом морфо, пожалуй, являются мечтой любого коллекционера. А в плане перелетов лучше всего изучена бабочка-монарх, живущая в Северной и Центральной Америке и ежегодно совершающая перелеты из Канады и северных районов США на юг.
Строение взрослого насекомого
Взрослое насекомое, или иначе имаго, имеет следующее строение. Тело бабочки состоит из трех основных отделов: головы, груди и брюшка. Сегменты головы слиты в общую массу, тогда как членики груди и брюшка более или менее хорошо различимы. Голова состоит из акрона и 4 сегментов, грудь из 3, брюшко же в своем полном составе содержит 11 сегментов и тельсон. Голова и грудь несут конечности, брюшко иногда сохраняет лишь их рудименты.
Голова. Голова малоподвижная, свободная, округлой формы. Здесь находятся сильно развитые выпуклые фасеточные глаза, занимающие значительную часть поверхности головы, обычно круглые или овальные, окруженные волосками. Кроме фасеточных сложных глаз, иногда на темени позади усиков имеются два простых глазка. Изучение способности бабочек к цветовому видению показало, что чувствительность к видимым участкам спектра у них неодинакова зависит от образа жизни. Большинство воспринимает лучи в диапазоне 6500 350 А. Особенно активно бабочки реагируют на ультрафиолетовые лучи. Бабочки едва ли не единственные животные, которые воспринимают красный цвет. Однако в связи с отсутствием в среднеевропейской флоре чисто красных цветов, красный не воспринимается бражниками. Гусеницы соснового шелкопряда, капустной белянки и ивовой волнянки отчетливо различают разные части спектра, реагируя на фиолетовые лучи как на белый цвет, красный воспринимается как темнота.
Рис.1. Голова Репницы, или белянки репной (лат. Pieris rapae)
1 — Вид сбоку с завернутым хоботком: Б — губной щупик, В — усик; Г- свернутый хоботок; 2 — вид спереди с завернутым хоботком: А — фасеточный глаз, Б — губной щупик; В — усик; Г — свернутый хоботок; 3 — вид сбоку с развернутым хоботком: Б — губной щупик; В — усик; Г — развернутый хоботок
У различных групп бабочек усики, или антенны, бывают самой разнообразной формы: нитевидные, щетинковидные, булавовидные, веретеновидные, перистые. У самцов усики обычно развиты сильнее, чем у самок. Глаза и усики с расположенными на них обонятельными сенсиллами — важнейшие органы чувств у бабочки.
Ротовой аппарат. Ротовой аппарат чешуекрылых возник путем специализации обычных конечностей членистоногих. Поглощение и измельчение пищи. Ротовые органы бабочек являются не менее характерным признаком, чем структура крыльев и покрывающих их чешуек.
В преобладающем большинстве случаев они представлены мягким хоботком, способным свертываться наподобие часовой пружины. Основу этого ротового аппарата составляют сильно удлиненные внутренние лопасти нижних челюстей, которые и образуют створки хоботка. Верхние челюсти отсутствуют или представлены небольшими бугорками; сильной редукции подверглась и нижняя губа, хотя её щупики развиты хорошо и состоят из 3 члеников. Хоботок бабочки очень эластичен и подвижен, он прекрасно приспособлен к питанию жидкой пищей, каковой в большинстве случаев служит нектар цветов. Длина хоботка того или иного вида обычно соответствует глубине расположения нектара в тех цветах, которые посещают бабочки. В некоторых случаях источником жидкой пищи чешуекрылых могут служить вытекающий сок деревьев, жидкие экскременты тлей и другие сахаристые вещества. У некоторых бабочек, которые не питаются, хоботок может быть недоразвит или совсем отсутствовать (тонкопряды, некоторые моли).
Грудь. Грудь состоит из трех сегментов, называемых передне-, средне- и заднегрудью. Сегменты груди несут три пары двигательных конечностей, прикрепляющихся между стернитом и боковой пластинкой каждой стороны. Конечности состоят из одного ряда члеников, в которых мы отличаем от основания к концу ноги: тазик, или ляжку, широкий основной членик; вертлуг; бедро, самый толстый членик ноги; голень, обычно самый длинный из члеников; лапку, состоящую из разного числа очень маленьких члеников. Последний из которых заканчивается одним или двумя коготками. На груди имеются многочисленные волоски, или щетинки, иногда на середине спины образуется хохолок; брюшко никогда не соединяется с грудью стебельком; у самок оно вообще толще и снабжено длинным яйцекладом; у самцов вместо этого на конце брюшка часто бывает хохолок.
Крылья. Характерной особенностью насекомых как большой систематической группы является их способность к полету. Полет осуществляется при помощи крыльев; в большинстве случаев их две пары и расположены они на 2 (среднегрудь) и 3 (заднегрудь) грудных сегментах. Крылья представляют, по существу, мощные складки стенки тела. Хотя полностью сформированное крыло имеет вид тонкой цельной пластинки, оно тем не менее двухслойно; верхний и нижний слои разделены тончайшей щелью, являющейся продолжением полости тела. Крылья закладываются в виде мешкообразных выпячиваний кожи, в которые продолжаются полость тела и трахеи. Выпячивания сплющиваются дорзовентрально; гемолимфа из них оттекает внутрь тела, верхний и нижний листки пластинки сближаются, мягкие ткани частично дегенерируют, и крыло приобретает вид тонкой перепонки.
Рис.2. Бабочка Грета (лат. Greta)
Красота бабочки заключена в её крыльях, разнообразии их расцветки. Цветовую гамму обеспечивают чешуйки (отсюда название отряда Чешуекрылые). Чешуйки – удивительные изобретения природы, которые миллионы лет верой и правдой служат бабочкам, а сейчас, когда люди стали изучать свойства этих удивительных структур, могут послужить и нам. Чешуйки на крыльях – это видоизмененные волоски. Они имеют разную форму. Например, по краю крыла бабочки аполлона (Parnassius apollo) располагаются очень узкие чешуйки, почти не отличающиеся от волосков. Ближе к середине крыла чешуйки расширяются, но на концах остаются острыми. И, наконец, совсем близко к основанию крыла находятся широкие чешуйки, похожие на полый мешочек, прикрепленный к крылу крохотной ножкой. Чешуйки располагаются правильными рядами поперек крыла: их концы обращены кнаружи и прикрывают основания следующих рядов.
Эксперименты показали, что чешуйчатый покров бабочек обладает целым рядом совершенно удивительных свойств, например, хорошими теплоизоляционными свойствами, которые максимально проявляются у основания крыла. Наличие чешуйчатого покрова увеличивает разницу между температурой насекомого и температурой окружающей среды в 1,5 – 2 раза. Кроме того, чешуйки крыла участвуют в создании подъемной силы. Ведь если бабочку подержать в руках и часть её ярких чешуек останется на пальцах, то насекомое будет уже с большим трудом перепархивать с места на место.
Кроме того, как показали эксперименты, чешуйки гасят звуковые колебания и снижают вибрацию тела во время машущего полета. К тому же во время полета на крыле насекомого возникает заряд статистического электричества, а чешуйки помогают этому заряду «стекать» во внешнюю среду. Подробное изучение аэродинамических свойств чешуек бабочек привело к тому, что ученые предложили создать покрытие для вертолетов, разработанное по образу и подобию чешуйчатого покрова крыльев бабочек. Такое покрытие позволит улучшить маневренные свойства винтокрылых машин. Более того, подобный покров может пригодиться для парашютов, парусов яхт и даже костюмов спортсменов.
Замечательная окраска бабочек также зависит от их чешуйчатой одежды. Сами перепонки крыльев бесцветны и прозрачны, а в чешуйках находятся пигментные зерна, которые и обусловливают чудесную окраску. Пигменты избирательно отражают свет с определенной длиной волны и поглощают остальной. В природе вообще все цвета образуются в основном именно таким образом. Однако пигменты могут отражать только 60-70% поступающего света, и поэтому цвета, обусловленные наличием пигмента, никогда не бывают такими яркими, какими могли бы быть теоретически. Поэтому виды, для которых жизненно важной является особенно яркая окраска, «ищут» возможность её усилить. У многих видов бабочек помимо обычных пигментных чешуек, имеются особые чешуйки, которые называются оптическими. Они позволяют насекомым становиться обладателями по-настоящему сверкающих одежд.
В оптических чешуйках возникает тонкослойная интерференция, оптический эффект которой можно наблюдать на поверхности мыльных пузырей. Нижняя часть оптических чешуек пигментирована; пигмент не пропускает свет и тем самым придает большую яркость интерференционной окраске. Лучи света, проходя через прозрачные чешуйки на крыле, отражаются как от их внешних, так и от внутренних поверхностей. В результате два отражения как бы накладываются и усиливают друг друга. В зависимости от толщины чешуек и коэффициента преломления происходит отражение света с определенной длинной волны (все остальные лучи поглощаются пигментом). Бабочки «выстраивают» на наружной поверхности своих крыльев тысячи крохотных тонкослойных зеркал-чешуек, и каждое такое крохотное зеркальце отражает свет определенной длины волны. В результате возникает совершенно потрясающий эффект отражения необыкновенной яркости.
Рис.3. Бабочка Переливница ивовая (Apatura iris)
Рекордсменами по самой яркой окраске являются представители южноамериканского рода Morho, однако и в средней полосе России обитают бабочки с чудо-окраской. Лучше всего интерференционная окраска заметна у переливниц (роды Apatura и Limenitis). Издалека эти бабочки кажутся почти черными, но вблизи отливают выраженным металлическим блеском – от ярко-синего до фиолетового.
Недавно стало известно, что сходный интерференционный эффект может создаваться с помощью различных микроструктур, обладающих уникальными оптическими свойствами. Причем микроструктуры на крыльях отличаются не только у представителей различных семейств с похожей окраской, но и у близких видов. Изучением тонкостей этих эффектов, с использованием современной техники, сейчас вплотную занялись физики-оптики из университета Exter. При этом физики совершают неожиданные находки, которые оказываются интересными не только для них, но и для биологов, изучающих эволюционные процессы.
Интересно биологическое значение ярких, пестрых окрасок верхней стороны крыльев, так часто наблюдающихся у булавоусых бабочек, особенно у нимфалид. Их основное значение заключается в распознавании особей своего вида на большом расстоянии. Наблюдения показывают, что самцы и самки таких пестро окрашенных форм привлекаются друг к другу издали окраской, а вблизи происходит окончательное распознавание по запаху, издаваемому андрокониями.
Если верхняя сторона крыльев у нимфалид всегда окрашена ярко, то иного типа окраски характерны для их нижней стороны: они, как правило, криптические, т.е. Защитные. В этой связи интересны два типа складывания крыльев, широко распространенные у нимфалид, а так же и в других семействах дневных бабочек. В первом случае бабочка, находясь в положении покоя, выдвигает передние крылья вперед так, что их нижняя поверхность, имеющая защитную окраску, открыта почти на всем протяжении. По этому типу складываются крылья, например, у углокрыльницы С-белое (Polygonia C-album). У неё верхняя сторона буро-желтая с темными пятнами и наружной каймой; нижняя сторона серо-бурая с белой буквой «С» на задних крыльях, за что она получила свое название. Неподвижно сидящая бабочка малозаметна также благодаря неправильному угловатому контуру её крыльев.
Рис.4. Бабочка Kallima inachus со сложенными крыльями
Другие виды, например адмирал и репейница, прячут передние крылья между задними так, что видны только их кончики. В этом случае на нижней поверхности крыльев бывают выражены два типа окрасок: та часть передних крыльев, которая в состоянии покоя оказывается спрятанной, ярко окрашена, вся остальная часть нижней поверхности крыльев носит явно криптический характер.
В ряде случаев у дневных бабочек ярко окрашенными бывают и верхняя и нижняя стороны крыльев. Подобная окраска обычно сочетается с несъедобностью обладающего ей организма, поэтому она получила название предостерегающей. На основе этой особенности у бабочек существует способность к мимикрии. Под мимикрией понимают сходство в окраске, форме и поведении между двумя или несколькими видами насекомых. У бабочек мимикрия выражается в том, что одни из мимикрирующих видов оказываются несъедобными, в то время как другие лишены защитных свойств и только «подражают» своим защищенным моделям. Такими подражателями являются бабочки-белянки (Dismorfphia astynome) и перхибрис (Perrhybris pyrrha).
Жизненный цикл чешуекрылых, миграционное поведение, роль в биоценозах
Строение млекопитающих, особенности поведения, ЦНС
Царство животных
Особенности содержания птиц
Особенности ящериц
Чешуекрылые (или бабочки) — это достаточно многочисленный отряд насекомых. В его состав входит около 150 тысяч видов. Представителями чешуекрылых являются различные бабочки, мотыльки и моли. Основными средами их обитания являются леса, луга, а также поля и сады.
Для бабочек характерны две пары больших крыльев, обычно имеющих яркую окраску. Крылья покрыты маленькими хитиновыми разноцветными или бесцветными чешуйками, уложенными как черепица. Отсюда и название отряда — чешуекрылые. Чешуйки — это видоизмененные волоски, они также есть на теле.
Обычно у бабочек, ведущих дневной образ жизни (лимонница, капустница и др.), в спокойном состоянии крылья складываются вместе над телом. У ночных чешуекрылых они располагаются крышеобразно (например, у моли).
Яркая окраска крыльев служит бабочкам для распознания представителей своего вида, а также нередко несет защитную от хищников функцию. Так у некоторых чешуекрылых сложенные вместе крылья похожи на листочек, т. е. насекомое маскируется под окружающую среду.
Жизненный цикл бабочек (метаморфоз) : развитие бабочки
У других чешуекрылых на крыльях есть пятна, издалека напоминающие глаза птиц. Такие бабочки имеют предупреждающую окраску. Обычно покровительственной окраской обладают ночные бабочки, а друг друга они находят по запаху.
Чешуекрылые относятся к насекомым с полным превращением. Из яиц выходят личинки-гусеницы, которые впоследствии окукливаются, после чего из куколки выходит бабочка (имаго — взрослая половозрелая стадия). Гусеницы обычно живут дольше имаго. Бывают виды, у которых личинка живет несколько лет, в то время как сама бабочка — около месяца.
Гусеницы питаются преимущественно листвой, имеют ротовой аппарат грызущего типа. У бабочек ротовой аппарат сосущего типа, представленный свернутым в спиральную трубочку хоботком, который образуется из нижних челюстей и нижней губы. Взрослые чешуекрылые чаще всего питаются нектаром цветков и при этом опыляют растения. Их длинный хоботок раскручивается, и им они могут проникать вглубь цветка.
У гусениц чешуекрылых, кроме трех пар членистых ног, есть ложноножки, представляющие собой выросты тела с присосками или крючочками. С их помощью личинка удерживается на листьях и ветках, а также ползает. Настоящие ноги чаще всего используются для удерживания пищи.
У гусениц во рту есть шелкоотделительные железы, выделяющие секрет, который на воздухе превращается в тонкую нить, из которой личинки плетут коконы при окукливании. У некоторых представителей (например, тутового шелкопряда) нить имеет ценность. Люди получают их нее шелк. Поэтому тутовый шелкопряд разводится как домашнее животное. Также шелковую нить, но более грубую, получают от дубового шелкопряда.
Много среди чешуекрылых вредителей лесов, сельскохозяйственных полей и садов. Так при сильном размножении дубовой листовертки и сибирского шелкопряда могут быть уничтожены гектары лесов. Гусеницы капустной белянки питаются листьями капусты и другими крестоцветными растениями.
Строение бабочки
Бабочки относятся к членистоногим — самым высокоразвитым животным среди беспозвоночных. Свое название они получили за наличие членистых трубчатых конечностей.
Виды бабочек: внешний вид, разновидности, строение насекомого
Другим характерным признаком является наружный скелет, образованный пластинками прочного полисахарида — хинина. У членистоногих вследствие развития прочной наружной оболочки и членистых конечностей появилась сложная система мышц, крепящихся изнутри к покровам. Все движения их частей тела и внутренних органов связаны с мышцами.
1- брюшко
2- грудь
3- голова с усиками
4- хоботок
5, 8, 9- передние, средние и задние ноги
6, 7- первая и вторая пара крыльев
Тело бабочек состоит из трех отделов: головы, груди и брюшка. Перепончатой короткой и мягкой шеей голова скреплена с грудью, состоящей из трёх неподвижно соединённых друг с другом сегментов. Места соединения не заметны. Каждый из сегментов несёт по паре членистых ног. На груди у бабочек имеется три пары ног. Передние лапки самцов нимфалид, сатиров голубянок недоразвиты; у самок они развиты сильнее, но при ходьбе также не используются и всегда прижаты к груди. У парусников и толстоголовок все ноги развиты нормально, а голени их передних ног снабжены лопастевидными образованиями, которые, как полагают, используются для чистки глаз и усиков. У бабочек ноги служат в основном для закрепления на определённом месте и только потом — для передвижения. У некоторых бабочек на ногах расположены вкусовые рецепторы: до того, как такая бабочка коснётся конечностью сладкого раствора, она не развернёт хоботок и к еде не приступит.
На голове расположены ротовой аппарат, усики и глаза. Ротовой аппарат сосущего типа — это нечленистый, в покое спирально завитой, длинный трубчатый хоботок. В его образовании принимают участие нижние челюсти и нижняя губа. Верхние челюсти у бабочек отсутствуют. Во время приема пищи бабочка расправляет длинный хоботок, погружая его в глубь цветка, и высасывает нектар. В качестве основного источника пищи взрослые чешуекрылые используют нектар, поэтому входят в число основных опылителей цветковых растений. У всех насекомых и у бабочек в том числе есть особый орган, называемый джонсовым, предназначенный для анализа тряски и звуковых колебаний. С помощью этого органа насекомые не только оценивают состояние физической среды, но и общаются между собой.
Внутреннее строение
Бабочки имеют совершенную нервную систему и органы чувств, благодаря чему они прекрасно ориентируются в окружающей обстановке, быстро реагируют на сигналы опасности. Нервная система, как и у всех членистоногих, состоит из окологлоточного кольца и брюшной нервной цепочки. В голове в результате слияния скоплений нервных клеток образуется головной мозг. Эта система руководит всеми движениями бабочки, кроме таких непроизвольных функций, как циркуляция крови, пищеварение, дыхание. Исследователи полагают, что данные функции контролирует симпатическая нервная система.
1- органы выделения
2- средний отдел кишечника
3- зоб
4- сердце
5- передний отдел кишечника
6- толстый кишечник
7- половые органы
8- нервный узел
9- мозг
Кровеносная система, как у всех членистоногих, незамкнутая. Кровь непосредственно омывает внутренние органы и ткани, находясь в полости тела, передавая им питательные вещества и унося к органам выделения вредные продукты жизнедеятельности. Она не участвует в переносе кислорода и углекислого газа, то есть в дыхании. Ее движение обеспечивается работой сердца — продольной мускулистой трубки, расположенной в спинной части над кишечником. Сердце, ритмично пульсируя, гонит кровь в головной конец тела. Обратному току крови препятствуют клапаны сердца. Когда сердце расширяется, кровь поступает в него из задней части тела через его боковые отверстия, снабженные клапанами, которые не допускают обратного оттока крови. В полости тела, в отличие от сердца, кровь течет от переднего конца к заднему, а затем, попадая в сердце в результате его пульсации, снова направляется к голове.
Дыхательная система представляет собой густую сеть разветвленных внутренних трубочек — трахей, по которым воздух, попадая через наружные дыхальца, доставляется непосредственно ко всем внутренним органам и тканям.
Выделительная система — это пучок тонких трубочек, так называемых мальпигиевых сосудов, расположенных в полости тела. Они на вершинах замкнуты, а основаниями открываются в кишечник. Продукты обмена отфильтровываются всей поверхностью мальпигиевых сосудов, а потом внутри сосудов превращаются в кристаллы. Затем они попадают в полость кишечника и вместе с непереваренными остатками пищи выделяются из организма. Некоторые вредные вещества, особенно яды, накапливаются и изолируются в жировом теле.
Половая система самок состоит из двух яичников, в которых происходит образование яиц. Яичники, переходя в трубчатые яйцеводы, основаниями сливаются в единый непарный яйцевод, по которому зрелые яйца выводятся наружу. В половой системе самки имеется семяприемник — резервуар, куда поступают сперматозоиды самцов. Зрелые яйца могут оплодотворяться этими сперматозоидами. Органы размножения самца — это два семенника, переходящие в семяпроводы, которые объединяются в непарный семяизвергательный канал, служащий для выведения спермы.