Чем дышит муравей орган дыхания
Дыхательная система насекомых. Чем дышат насекомые?
Люди, плохо знающие биологию, обычно не представляют себе строение беспозвоночных. Есть ли у них кровь и имеется ли мозг? Дышат ли насекомые? Подавляющему большинству живых организмов для жизни необходим кислород. Он окисляет поступающие вещества – делит их на более простые по строению структуры. Растения тоже в процессе дыхания используют кислород. Лишь анаэробные микроорганизмы и некоторые многоклеточные животные не нуждаются в этом элементе. Однако и они дышат, только используют для окисления другие органические или неорганические вещества.
Мир небольших существ
Насекомые – маленькие организмы, размеры которых не превышают нескольких сантиметров. Их строение не позволяет увеличивать объем и вес в современных условиях. Этого нельзя сказать о древних членистоногих, живших во времена динозавров и еще раньше. В те времена атмосфера была совсем иной: другая плотность воздуха, состав газов. Да и сама планета Земля весила меньше. Стрекозы в далеком прошлом достигали размеров более полуметра.
Чем дышат насекомые? И что не дало им эволюционировать до размеров, к примеру, кошки в современных условиях? Ученые считают, что это своеобразная дыхательная система.
Немного из систематики
Насекомые относятся к подтипу трахейнодышащие (Tracheata). В тип членистоногих также входят подтипы жабродышащих (ракообразные) и хелицеровых (пауки, скорпионы, клещи и др.).
Чем дышат насекомые?
Само название подтипа говорит о способе дыхания. Однако хелицеровые дышат подобным же образом. Насекомые приобрели в ходе эволюции сложную систему трахей. Трахеи – это внутренние трубочки, проводящие воздух к клеткам тела. Трахейная система устроена непросто, потому что трахеи ветвятся на огромное количество тонких трубочек. Каждая из них подходит к небольшой группе клеток. Сеть трахей у насекомых аналогична системе кровеносных сосудов и капилляров у позвоночных животных.
Дыхальца насекомых
Воздух в трахеи входит через дыхальца – особые отверстия на теле насекомых. Дыхальца – стигмы – расположены парно, обычно по бокам тела. Регуляция поступления воздуха обеспечивается специальными запирательными устройствами.
От каждого дыхальца обычно отходит три симметричных больших ветви трахеи:
- Дорзальная. Обеспечивает кислородом спинной сосуд с гемолимфой и дорзальную мускулатуру.
- Висцеральная. Обслуживает пищеварительную систему и половые органы.
- Вентральная. Обслуживает брюшную мускулатуру и нервную цепочку.
Трахеолы насекомых
Окончания трахей разветвляются на очень тонкие капиллярные трубочки – трахеолы. Их диаметр меньше 1 микрометра. Трахеолы разветвляются в межклеточном пространстве, оплетают клетки. Они являются функциональной частью трахейной системы, обеспечивающей диффузию кислорода в клетки тела.
Дополнительные образования
Чем дышит большинство насекомых? Органы дыхания – это трахеи. Однако некоторые членистоногие имеют еще и воздушные мешки. Такое строение напоминает легкие или, скорее, воздушные мешки птиц для увеличения объема воздуха в организме. Раздутые участки имеются у быстролетающих насекомых (пчелы, мухи). Они лежат по ходу трахейных стволов. В результате сокращения мышц тела при полете воздушные мешки сжимаются и расправляются, увеличивая поступление и выход воздуха.
Каким органом дышат насекомые, обитающие в воде?
Например, паук-серебрянка, обитающий в средней полосе России, большую часть жизни проводит под водой. Он носит с собой запас пузырьков воздуха. Так что ему не пришлось менять что-то в дыхательной системе. У пауков подобная трахейная система, как и у насекомых.
Жук-плавунец – распространенный обитатель прудов средней полосы России. Тоже дышит трахеями. Он периодически поднимается к поверхности воды, выставляет кончик брюшка. Воздух попадает под надкрылья и сохраняется там. Запас кислорода водяной жук носит с собой.
То же самое делают и остальные водные жуки. Вертячка охотится на поверхности пруда, однако, ныряя при опасности, также захватывает с собой воздух. Он выглядит как блестящая оболочка на конце брюшка.
Многие водные клопы также захватывают воздух в виде пузырька с поверхности. Как, например, гладыш. Он носит с собой пузырек воздуха, прикрепленный на конце брюшка. Такое приспособление помогает ему еще и лучше плавать.
Часть водных клопов (водяной скорпион, ранатра) имеют особую трубку на конце брюшка. Она состоит из двух желобкообразных половинок. Клоп двигает брюшком – делает дыхательные движения. По трубке воздух поступает к дыхальцам.
Органы дыхания личинок
Взрослые насекомые дышат при помощи трахей. Личинки же имеют более разнообразные органы дыхания. Личинки каких насекомых дышат трахеями? Сухопутные представители имеют трахейную систему. Например, у гусениц бабочек есть 9 пар стигм по бокам тела. Первая пара на груди, остальные – на сегментах брюшка. Иногда вторая пара дыхалец бывает закрыта.
У большинства водных насекомых и их личинок также имеется трахейная система. Однако огромное количество представителей имеет образования, похожие на жабры. Это выросты, расположенные на местах дыхалец. Кислород поступает через тонкие покровы трахейных выростов в организм. Так дышат личинки поденок, веснянок, ручейников. Личинки разнокрылых стрекоз тоже имеют трахейные жабры, однако расположены они в кишечнике, то есть внутри организма.
Мотыль имеет нитевидные жабры, но в большом количестве поглощает кислород всей поверхностью тела. В организме мотыля всегда имеется запас кислорода. По этой причине он может жить в загрязненных водоемах.
Личинки перистоусого комарика (семейство комары толстохоботные) дышат кислородом, растворенным в воде, поглощая его всей поверхностью тела.
Органы дыхания куколок
Чем дышат насекомые, находящиеся на стадии куколки? Считается, что третья стадия развития насекомого неподвижна. Однако даже куколки бабочек могут шевелить брюшком. А куколка божьей коровки кивает головой, вероятно, отпугивая врагов. Насекомые этой стадии дышат трахеями.
Среди куколок водных насекомых имеются очень подвижные особи. Это, например, кровососущие комары. Их куколки регулярно поднимаются к поверхности воды для всасывания воздуха через специальные трубочки на конце брюшка.
Куколка перистоусого комарика похожа на куколку обыкновенного комара. Но она не поднимается к поверхности воды до выхода взрослой особи. Органом дыхания служат покровы тела.
Дыхание насекомых-паразитов
Чем дышат насекомые, не имеющие трахей? Органами дыхания некоторых первичнобескрылых насекомых и личинок, обитающих в тканях, служат кожные покровы. Они достаточно тонкие для прохождения газов. Углекислый газ также выделяется через кутикулу, что частично наблюдается и у насекомых, имеющих трахеи.
Насекомые часто двигают брюшком – делают дыхательные движения. Частота дыхательных движений возрастает во время полета. Дыхательные мышцы сокращаются и расслабляются, например, у пчелы в состоянии покоя около 40 раз в минуту. Во время полета в несколько раз чаще.
У более примитивных насекомых дыхальца не закрываются. Однако они защищены волосками от попадания мусора. У более сложноустроенных членистоногих стигмы способны открываться и закрываться для регуляции поступления воздуха. Кроме того, часть дыхалец может служить для вдоха, а другая часть – для выдоха воздуха.
Интересно, что стигмы у насекомых имеют разную форму и цвет. Они могут быть круглые, овальные, треугольные. Их цвет иногда отличается от окраски окружающей кутикулы.
Таким образом, природа создала трахейную систему еще до появления легких. Такая система отлично организована. Система дыхалец обеспечивает постоянный ток воздуха. Кислород разносится ко всем клеткам тела.
15 удивительных фактов о муравьях в закладки 9
Они хоть и маленькие, но очень сложные существа. Муравьи способны создать сложные дома с туалетом для себя, использовать лекарства для борьбы с инфекцией, а также учить друг друга новым навыкам.
Вот 15 очень интересных и удивительных фактов про этих насекомых:
1. Муравьи не всегда трудолюбивы.
Несмотря на свою репутацию преданных рабочих, не все муравьи в семье тягают груз, превышающий свой собственный вес.
В одном исследовании одного муравейника в Северной Америке, ученные следили за муравьями из рода Temnothorax. Они обнаружили, что почти четверть муравьев вели себя довольно пассивно за весь период исследования. Пока ученные не могут сказать, почему некоторые муравьи бездействуют.
2. Муравью с удовольствием едят фаст фуд.
В 2014-м году ученные оставили на тротуаре Нью-Йорка хот-доги, картофельные чипсы и другие продукты из фаст фуда, чтобы понаблюдать, сколько человеческой еды муравьи захотят съесть.
Спустя сутки они вернулись на место и взвесили оставшуюся еду, чтобы понять, сколько съели муравьи. Они посчитали, что за год муравьи (и другие насекомые) съедают почти 1 000 кг выброшенной еды.
3. Иногда муравьи выращивают личинок бабочек. Голубянка и мирмик.
Голубянка алькон, дневная бабочка из семейства голубянок, иногда обманывает мирмиков – род мелких земляных муравьев – чтобы те выращивали за них детенышей.
Муравьи порой путают запах личинки гусеницы с запахом своего муравейника, считая, что личинка является частью их семьи. Они забирают личинку с собой в муравейник, снабжают ее нужной пищей и охраняют ее для чужеродных видов.
4. Муравьи делают туалеты в своих муравейниках.
Муравьи не просто ходят туда-сюда. Некоторые справляют нужду вне муравейника в кучу, называемую мусорной ямой.
Другие, как обнаружили недавно ученые, облегчаются в специальных местах внутри своего дома.
Как пример можно взять черных садовых муравьев, которые, несмотря на то, что оставляют мусор и мертвых насекомых вне муравейника, держат свои отходы жизнедеятельности в углах своих домов – месте, которое похоже на маленькую уборную.
5. Муравьи принимают лекарства, когда болеют.
В недавнем исследовании ученые обнаружили, что, когда муравьи сталкиваются со смертельным грибком, они начинают употреблять пищу богатую свободными радикалами, которая помогает бороться с инфекцией.
6. Муравьи могут напасть на добычу во множество раз больше и тяжелее их самих.
Кусачие муравьи из рода Leptogenys, подсемейства Понерины, в основном питаются многоножками, которые во много раз превышают размер самих муравьев. Нужно около дюжины этих насекомых, чтобы сразить многоножку, а сам процесс нападения довольно интересно наблюдать.
7. Муравьи могут чувствовать неуверенность в себе.
Исследование черных садовых муравьев, проведенное в 2015-м году, показало, что муравьи могут понимать, что они чего-то не знают.
Когда ученые поставили муравьев в непредсказуемую ситуацию, вероятность, что насекомые оставят феромонный след для своих сородичей, чтобы те пошли за ними, существенно снижалась.
По словам ученых это означает, что насекомые понимают, что они не уверены, в правильном ли направлении идут.
8. Почему муравьи ходят по воде?
Вы замечали, что во время дождя муравьи не тонут? Они настолько легкие, что даже не могут разорвать поверхностное натяжение воды. Муравьи просто ходят по ней.
9. У муравьев самые быстрые рефлексы во всем животном королевстве.
Муравьи рода Odontomachus (“сражающийся зубами”) являются хищниками и обитают в Южной и Центральной Америке. Они могут захлопнуть свою челюсть со скоростью 233 км/час.
10. У самцов муравьев нет отца.
Самцы появляются из неоплодотворенных яиц и имеют только один набор хромосом, который они получают от своей матери. Самки муравьев, с другой стороны, появляются из оплодотворенных яиц и имеют два набора хромосом: один от матери, другой от отца.
11. Муравьи считают свои шаги.
В ветряных пустынных просторах муравьи после поиска пищи идут домой, считая свои шаги, чтобы вернутся обратно в муравейник.
В 2006-м году было проведено исследование, которое доказало, что муравьи делают одинаковые шаги, даже если им удлинить или укоротить ноги.
12. Муравьи побывали в космосе.
В 2014-м году группа муравьев прибыла на Международную космическую станцию для исследования того, как насекомые ведут себя в условиях микрогравитации. Несмотря на непривычную окружающую обстановку, муравьи продолжали работать вместе, исследуя свою территорию.
13. Муравья – единственные нечеловекообразные животные, способные учить.
В исследовании 2006-го года, ученные обнаружили, что мелкие муравьи из вида Temnothorax albipennis ведут других муравьев своего вида к еде, тем самым показывая им путь, чтобы те запомнили. По словам ученых, это первый случай, когда одно нечеловекообразнее животное обучает другого.
14. Муравьи могут играть роль пестицидов.
Ученые провели детальный обзор более 70-ти исследований, в которых анализировалась возможность использования муравьев-портных для защиты сельхозугодий. Они обнаружили, что эти насекомые отгоняют вредителей от цитрусовых и других плодовых культур.
Муравьи-портные живут в гнездах, которые строят в деревьях. Исследование показало, что сады с деревьями, в которых живут муравьи-портные, имели меньше повреждений, что в свою очередь приводило к богатым урожаям.
15. Муравьи могут клонировать друг друга.
Муравьи-амазонки размножаются с помощью клонирования. В колонии муравьев нет самцов, и ученые так и не нашли их, но вместо этого они обнаружили, что вся колония этих муравьев состоит из клонов королевы.
Дыхальце муравья
На этой микрофотографии, сделанной с помощью сканирующего электоронного микроскопа и затем раскрашенной, запечатлено дыхальце муравья шириной всего 35 мкм — это тоньше, чем волос человека! Дыхальце ведет в трахею — одну из множества тонких ветвящихся трубочек, которые проходят через все тело насекомого и образуют его дыхательную систему, чаще всего открыто сообщающуюся с окружающим воздухом. Лишь у некоторых водных личинок трахейная система закрыта, и тогда кислород подается туда с помощью трахейных жабр, которые улавливают его из воды. Основа трахей, как и других жестких частей насекомого, собрана из хитина: тонкая хитиновая выстилка укреплена более толстыми хитиновыми же кольцами.
Дыхальца у муравьев бывают разной формы — например, круглой (как на рисунке вверху) и щелевидной. Что интересно, форма дыхалец является одним из диагностических признаков, по совокупности которых можно определить род муравья.
Два рода муравьев, которые отличаются между собой строением мандибул (кружок слева) и формой дыхалец (кружок справа): А — представитель рода Pseudoponera, обладающий мандибулами с базальным желобком и щелевидной формой дыхалец, В — род Rasopone с мандибулами без желобка и круглыми дыхальцами. Фотография из определителя муравьев-понерин, составленного на основе статьи C. A. Schmidt, S. O. Shattuck, 2014. The higher classification of the ant subfamily Ponerinae (Hymenoptera: Formicidae), with a review of ponerine ecology and behavior
Эта фотография была представлена на втором ежегодном конкурсе научного искусства, который каждую весну проводит Лаборатория аналитики и наноматериалов Чапел-Хилл. Автор фотографии Адам Шилдс (Adam Shields) назвал ее «Сарлакк»: дыхальце напомнило ему пустынное чудовище из фильма «Звездные войны» (см. Sarlacc).
Фото © Adam Shields с сайта nsf.gov.
Фантастика! То есть дыхание происходит без принудительного втягивания и выталкивания воздуха? Если там просто трубки.
Ну а на счёт того, что по форме дышалки узнают вид, так тут ничего удивительного: у нас тоже нос – оч яркая в этом смысле вещь! Греческий нос, грузинский, нос “картошкой”, нос “уточкой” и т.д.))
В вики написано бывает от одной до десяти пар
https://ru.wikipedia.org/wiki/Дыхальце
А я считал что их всегда много и система чисто пассивная (хотя и видел ритмичные движения брюшка, но читал же что воздух самотеком поступает). Разве через две маленькие дырки хватит газообмена без принудительной вентиляции чтобы хватило всему телу, к тому же часто довольно шустрому как муравей?
Далее в викию, а там
https://ru.wikipedia.org/wiki/Трахеи
“многих насекомых характеризует активная вентиляция трахей. У крылатых насекомых она осуществляется в полете за счет действия крыловых мышц, которые одновременно с колебаниями крыльев нагнетают воздух в трахеи и выталкивают его из воздушных мешков к мышцам. Крупные членистоногие часто осуществляют специальные дыхательные движения: одни накачивают воздух за счет ритмичных расширений брюшных сегментов, другие — телескопического надвигающейся их одного на другой. У большинства насекомых одни дыхальца при вдохе открываются, другие — закрываются, а при выдохе — наоборот. В промежутках между вдохом и выдохом все дыхальца закрыты. Количество дыхательных движений в минуту колеблется в зависимости от температуры окружающей среды, физиологического состояния насекомого и его вида — от 5—6 до 150 и более.”
“Число дыхательных движений различается у разных насекомых и в разном состоянии: домашняя пчела совершает при работе 120 дыхательных движений в минуту, в покое — 40; при повышении температуры воздуха их число у саранчовых повышается с 6 до 26 и более”
Ничосе, дыхательная система оказывается вполне себе активная.
Это все подходит для тех у кого “воздушные мешки ” имеются.
А тут их нету, а только трахея — одна “из множества тонких ветвящихся трубочек, которые проходят через все тело насекомого и образуют его дыхательную систему,
Я все правильно понимаю?
Все же мешок – штука, которую можно воздухом наполнить и затем выпустить его, типа как меха в горне кузнечном. При этом воздух можно гнать и через трубочки и через чего угодно .
А тонкие трубочки чтоб в себя всасывали воздух без мешка – так это они должны менять свой внутренний диаметр. Получается довольно неочевидная процедура дыхания.
Мне лично неочевидная, как минимум. И приравнивание мне нисколько не помогает ясно представить этот процесс.
Если б трубочки были не тонкими – это ещё туда-сюда, укладывается в голове процесс их “сминания” (как тюбик зубной пасты) и потом “расправления” . А вот с трубочками тоньше волоса – Фантазия отказывает.
Дыхательная система насекомых
Дыхательная система насекомых – это высокоспециализированная биологическая система, с помощью которой организм насекомого вводит дыхательные газы внутрь себя и осуществляет газообмен.
Воздух поступает в дыхательные пути насекомых через ряд наружных отверстий, называемых дыхальцами или стигмами.
Эти внешние отверстия, которые действуют как мышечные клапаны, приводят к внутренней дыхательной системе – густой сети трубок, называемых трахеями.
Дыхательная система отвечает за доставку достаточного количества кислорода во все клетки организма и за удаление углекислого газа, который образуется в качестве отходов клеточного дыхания.
Дыхательная система насекомых (как и многих других членистоногих) отделена от кровеносной системы.
Развитие трахейной системы Дрозофилы обыкновенной (Drosophila melanogaster)
Экзоскелеты насекомых имеют отверстия – стигмы, которые позволяют воздуху проникать в трахею. Трахеальные трубки доставляют кислород непосредственно в ткани. Для того чтобы снизить потери воды при дыхании, дыхальца должны закрываться и открываться наиболее эффективным способом. Это происходит с помощью сжатия и расслабления мышц, окружающих стигму.
Эти мышцы могут контролироваться центральной нервной системой и реагировать на локальные химические раздражители.
Дыхальца могут быть окружены волосками, которые снижают удельный объем воздуха вокруг отверстия, и, таким образом, снижают потери воды при дыхании.
Стигмы расположены латерально вдоль грудного отдела и брюшка по паре штук на сегмент тела.
Стигмы гусеницы бражника
Дыхальце настоящего сверчка (сем. Gryllidae), полученное с помощью электронного микроскопа
Пройдя через стигму воздух попадает в продольный ствол трахеи, в конце концов диффундируя по сложной разветвленной сети трубок трахеи, которая подразделяется на меньшие и меньшие диаметры и достигает каждой части тела.
В конце каждой ветви трахеи специальная клетка – трахеола – обеспечивает жидкостный интерфейс для обмена газами между атмосферным воздухом и живой клеткой.
Кислород в трахейной трубке сначала растворяется в жидкости трахеолы, а затем диффундирует через клеточную мембрану в цитоплазму соседней клетки.
В то же время углекислый газ, образующийся в качестве отходов клеточного дыхания, диффундирует из клетки и, в конечном итоге, из организма через трахеальную систему.
Каждая трубка трахеи развивается как инвагинация эктодермы во время эмбрионального развития. Чтобы предотвратить разрушение трахей под давлением, тонкая, укрепляющая «проволока» кутикулы (таенидия) спирально проходит через мембранную стенку. Эта конструкция дает возможность трахеальным трубкам изгибаться и растягиваться без образования перегибов, которые могут ограничивать поток воздуха.
Структура трахеи насекомого
Отсутствие таенидии в определенных частях трахеальной системы позволяет образовывать складные воздушные мешочки, баллоноподобные структуры, которые могут хранить запас воздуха.
В сухих земных средах эта временная подача воздуха позволяет насекомому сохранять воду, закрывая его дыхательные пути во время периодов сильного испарительного стресса. Водные насекомые потребляют запасенный воздух, находясь под водой, или используют его для регулирования плавучести. Во время линьки воздушные мешки заполняются и расширяются, поскольку насекомое освобождается от старого экзоскелета и расширяет новый. Между линьками воздушные мешки обеспечивают пространство для нового роста – уменьшаются в объеме, поскольку они сжимаются за счет расширения внутренних органов.
Мелкие насекомые полагаются почти исключительно на пассивную диффузию и физическую активность для движения газов в трахейной системе.
Однако более крупным насекомым может потребоваться активная вентиляция трахеальной системы (особенно когда они активны или находятся под воздействием теплового стресса). Они достигают этого, открывая одни дыхальца и закрывая другие, используя мышцы живота для попеременного расширения и сокращения объема тела. Хотя эти пульсирующие движения продувают воздух от одного конца тела к другому через продольные стволы трахеи, диффузия все еще важна для распределения кислорода по отдельным клеткам через сеть более мелких трубок трахеи.
Фактически, скорость диффузии газа рассматривается как один из основных ограничивающих факторов (наряду с весом экзоскелета), который препятствует росту настоящих насекомых.
Периоды в древней истории Земли, такие как каменноугольный период , характеризовались гораздо более высоким уровнем кислорода (до 35%), что позволяло существовать насекомым очень больших размеров таким как Меганевра (стрекоза с размахом крыльев от 60 до 100 см).
Я попытался максимально доступно изложить этот материал, если у кого-то остались вопросы или есть предложения по оформлению или содержанию, то велкам ту комментс =D
{SOURCE}
Загрузка...
