Имат ли насекомите органи за химическо разпознаване? Структурата на тялото на насекомото - сетивните органи и нервната система на насекомите. Сетивни органи на насекоми

Сетивните органи са посредници между външната среда и тялото. По аналогия с хората се разграничават органите на докосване, слух, обоняние, вкус и зрение. По-правилно е обаче да ги разделим на механично усещане, хидротермално усещане и визия.
В основата на сетивните органи са техните неврочувствителни образувания – сензила. В зависимост от характеристиките на въздействието и възприемането на дразненето, сенсилите не са подредени еднакво: някои стърчат над повърхността на кожата под формата на косъм, четина, конус или друго образувание, други са разположени в самата кожа.
Органите на механичното сетиво включват тактилни рецептори, които възприемат разклащането на позицията на тялото, неговото равновесие. Те са разпръснати по цялото тяло под формата на обикновени сензили с чувствителни косми. Промяната в позицията на косата се предава на чувствителна клетка, където възниква възбуждане, което навлиза в нервния център.
Слухът е развит при всички насекоми. При Orthoptera, песенните цикади и някои буболечки слуховите рецептори са представени от тъпанчеви органи. Скакалците имат такива органи отстрани на 1-ви коремен сегмент, скакалците и щурците - на пищялите на предните крака под формата на чифт овали, затегнати от тъпанчевата мембрана или чифт процепи със скрити мембрани. Насекомите възприемат звуци от 8 (инфразвук) до повече от 40 хиляди вибрации в секунда (ултразвук).
Органът на химичното сетиво служи за възприемане на мирис и вкус и е представен от хеморецептори, разположени върху антените. Броят на обонятелните сенсили зависи от начина на живот на вида, методите и естеството на получаване на храна. Пчелата работничка има около 6000 ламелни сенсила на всяка антена. При мъжете сенсилата обикновено е по-голяма, което е свързано с активно търсене на женски.
Усещането за миризма се използва от насекомите за търсене на индивиди от противоположния пол, за разпознаване на индивиди от техния собствен вид, за намиране на храна, места за снасяне на яйца. Много насекоми отделят атрактивни вещества - полови атрактанти, или епагони. Неоплодените женски могат да привлекат мъжки на разстояние 3-9 км, но оплодената женска вече не представлява интерес за мъжките. Мъжките са в състояние да уловят полов атрактант на голямо разстояние и в неговата незначителна концентрация, изчислена в няколко молекули на кубичен метър въздух.
Вкусът служи само за разграничаване на храната. Насекомите имат четири основни вкуса: сладък, горчив, кисел и солен. Повечето захари се разпознават от насекомите дори в малки концентрации. Някои пеперуди различават захарен разтвор с концентрация 0,0027% от чиста вода. Мравките различават добре захарта от захарина, пчелите - солта и нейната примес със захар в концентрация 0,36%. Човек не усеща тази концентрация.
Вкусовите рецептори са разположени на устните части, но могат да бъдат разположени и на краката (дневни пеперуди); когато плантарната страна на лапата докосне захарния разтвор, гладната пеперуда реагира, като разгръща хоботчето си. Силно развитото химично чувство при насекомите се използва при борбата с тях чрез методите на примамки или отблъскващи вещества.
Хидротермалното усещане е от голямо значение в живота на насекомите и в зависимост от влажността и температурата на околната среда регулира тяхното поведение.
Зрението, заедно с химичното усещане, играе водеща роля в живота на насекомите. Органите на зрението са представени от прости и сложни очи. Сложните или фасетирани очи са разположени отстрани на главата и понякога могат да бъдат много големи (мухи, водни кончета). Всяко сложно око се състои от множество сензили, наречени омматидия, техният брой достига много стотици и дори хиляди. С помощта на сложни очи насекомите различават форма, движение, цвят и разстояние до обект, както и поляризирана светлина. Много видове са късогледи и засичат движение само от разстояние. Повечето насекоми не могат да различават червената светлина, но виждат ултравиолетова светлина. Обхватът на видимите светлинни вълни е в диапазона от 2500-8000 nm. Медоносната пчела може да усети поляризираната светлина, излъчвана от синьото небе, което й позволява да се ориентира в посоката на полета.
Полетът на насекомите към светлината се обяснява с движението на светлинния компас. Светлинните лъчи се разминават радиално и когато се движат наклонено спрямо тях, ъгълът на падане ще се промени. За да поддържа фиксиран ъгъл, насекомото е принудено постоянно да променя пътя си към източника на светлина. Движението следва логаритмична спирала и в крайна сметка довежда насекомото до източника на светлина.
Простите очи, или оцели, се намират между сложните очи на челото или темето на главата. Броят им варира от 1 до 3, подредени са в триъгълник. При много насекоми очите имат регулиращ ефект върху съставните очи, осигурявайки стабилност на зрението при условия на променлив интензитет на светлината (при насекоми с непълна трансформация).

Химично усещане

Животните са надарени с обща химическа чувствителност, която се осигурява от различни сетивни органи. В химическия смисъл на насекомите най-значима роля играе обонянието. А на термитите и мравките, според учените, се дава обемно обоняние. Трудно ни е да си представим какво е то. Обонятелните органи на насекомото реагират на присъствието дори на много малки концентрации на вещество, понякога много отдалечено от източника. Благодарение на обонянието си, насекомото намира плячка и храна, навигира в терена, научава за приближаването на врага, осъществява биокомуникация, където специфичен "език" е обменът на химическа информация с помощта на феромони.

Феромоните са най-сложните съединения, разпределени за комуникационни цели от някои хора, за да предават информация на други хора. Такава информация е кодирана в специфични химикали, в зависимост от вида на живото същество и дори от принадлежността му към определено семейство. Възприемането с помощта на обонятелната система и дешифрирането на "посланието" предизвиква у реципиентите определена форма на поведение или физиологичен процес. Към днешна дата е известна значителна група феромони за насекоми. Някои от тях са предназначени да привличат индивиди от противоположния пол, други, следи - указват пътя към къщата или източника на храна, третите - служат като алармен сигнал, четвъртите - регулират определени физиологични процеси и т.н.

Наистина уникално трябва да бъде “ химическо производство„В тялото на насекомите, в които да се пускат точната сумаи в определен момент цялата гама от феромони, от които се нуждаят. Днес са известни повече от сто от тези най-сложни вещества химичен състав, но не повече от дузина от тях са били изкуствено възпроизвеждани. Наистина, за да се получат, са необходими перфектни технологии и оборудване, така че засега остава само да се изненадаме от такова разположение на организма на тези миниатюрни безгръбначни.

Бръмбарите са снабдени предимно с антени от обонятелен тип. Те ви позволяват да уловите не само самата миризма на веществото и посоката на разпространението му, но дори и да "усетите" формата на миризлив обект. Пример за страхотно обоняние са бръмбарите гробари, които се занимават с почистване на земята от мърша. Те са в състояние да помиришат на стотици метри от нея и да се съберат в голяма група. А калинката, използвайки обонянието, намира колонии от листни въшки, за да остави там съединител. В крайна сметка не само тя се храни с листни въшки, но и с нейните ларви.

Не само възрастните насекоми, но и техните ларви често са надарени с отлично обоняние. И така, ларвите на майския бръмбар са в състояние да се движат към корените на растенията (бор, пшеница), ръководени от едва повишената концентрация на въглероден диоксид. При експерименти ларвите незабавно се изпращат в участък от почвата, където се инжектира малко количество вещество, което образува въглероден диоксид.

Чувствителността на обонятелния орган, например, на пеперудата Saturnia, мъжкият от която е в състояние да улови миризмата на женската от собствения си вид на разстояние от 12 км, изглежда неразбираема. Когато се сравнява това разстояние с количеството феромон, секретиран от женската, се получава изненадващ резултат. Благодарение на своите антени мъжкият безпогрешно търси сред много миризливи вещества една-единствена молекула от наследствено известно вещество в 1 m3 въздух!

Някои Hymenoptera имат толкова остро обоняние, че съперничи на добре познатото усещане на кучето. И така, жените ездачи, когато тичат по ствола на дърво или пън, енергично движат антените си. С тях те „надушват” ларвите на опашката или дърварския бръмбар, които се намират в дървесината на разстояние 2–2,5 см от повърхността.

Благодарение на уникалната чувствителност на антените, малкият ездач gelis, само докосвайки пашкулите на паяците, определя какво има в тях - дали тестисите са недоразвити, заседнали паяци, които вече са излезли от тях, или тестисите на други ездачи от техния собствен вид. Все още не е известно как Gelis прави толкова точен анализ. Най-вероятно той усеща най-фината специфична миризма, но може да се окаже, че при почукване по антените ездачът улавя някакъв отразен звук.

Възприемането и анализирането на химични стимули, действащи върху обонятелните органи на насекомите, се извършва от многофункционална система - обонятелния анализатор. Той, както всички други анализатори, се състои от възприятие, проводник и централен отдел. Обонятелните рецептори (хеморецептори) улавят молекули на миризмата и импулсите, сигнализиращи за специфична миризма, се изпращат по нервните влакна към мозъка за анализ. Там настъпва моментална реакция на тялото.

Говорейки за обонянието на насекомите, не може да не се спомене миризмата. В науката все още няма ясно разбиране за това какво е миризма и има много теории относно този природен феномен. Според един от тях анализираните молекули на дадено вещество представляват „ключ“. А „ключалката“ са обонятелните рецептори, включени в анализаторите на миризми. Ако конфигурацията на молекулата се доближи до "ключалката" на определен рецептор, анализаторът ще получи сигнал от него, ще го декодира и ще предаде информация за миризмата в мозъка на животното. Според друга теория миризмата се определя от химичните свойства на молекулите и разпределението на електрическите заряди. Най-новата теория, която спечели много привърженици, вижда основната причина за миризмата във вибрационните свойства на молекулите и техните компоненти. Всеки аромат е свързан с определени честоти (вълнови числа) на инфрачервения диапазон. Например, лучената супа тиолактик и декаборан са химически напълно различни. Но те имат същата честота и същата миризма. В същото време има химически подобни вещества, които имат различна честота и миришат различно. Ако тази теория е вярна, тогава както ароматите, така и хилядите типове клетки, усещащи аромат, могат да бъдат оценени чрез инфрачервени честоти.

"Радарна инсталация" на насекоми

Насекомите са надарени с отлични органи за обоняние и докосване - антени (антени или снопове). Те са много подвижни и лесно управляеми: насекомото може да ги развъжда, да ги приближава, да се върти всеки поотделно върху собствената си ос или заедно върху обща. В случая и двете външно приличат и по своята същност са "радарна инсталация". Sensilla е нервно-чувствителният елемент на антените. От тях импулс със скорост 5 m в секунда се предава към "мозъчния" център на анализатора за разпознаване на обекта на дразнене. И тогава сигналът за отговор на получената информация незабавно отива в мускула или друг орган.

При повечето насекоми на втория сегмент на антените има орган на Джонстън - универсално устройство, чиято цел все още не е напълно изяснена. Смята се, че усеща движения и разклащане на въздух и вода, контакти с твърди предмети. Скакалците и скакалците са надарени с изненадващо висока чувствителност към механични вибрации, които са в състояние да регистрират всеки удар с амплитуда, равна на половината от диаметъра на водороден атом!

Бръмбарите също имат орган на Джонстън на втория сегмент на антените. И ако бръмбар, бягащ по повърхността на водата, бъде повреден или отстранен, той ще се блъсне във всякакви препятствия. С помощта на този орган бръмбарът е в състояние да улови отразени вълни, идващи от брега или препятствия. Той усеща водни вълни с височина 0.000 000 004 мм, тоест органът на Джонстън изпълнява задачата на ехолот или радар.

Мравките се отличават не само с добре организиран мозък, но и с еднакво съвършена телесна организация. Антените са от най-голямо значение за тези насекоми; някои служат като отличен орган за миризма, допир, познаване на околната среда и взаимни обяснения. Мравките, лишени от антени, губят способността си да намират пътя, близката храна, да различават врагове от приятели. С помощта на антени насекомите могат да "говорят" помежду си. Мравките предават важна информация, като докосват антените до определени сегменти на антените една на друга. В един от поведенческите епизоди две мравки намериха плячка под формата на ларви с различни размери. След „преговори“ с братята с помощта на антени, те се отправиха към мястото на находката заедно с мобилизираните помощници. В същото време по-успешната мравка, която успя да предаде информация за по-голямата плячка, която намери с помощта на своите антени, мобилизира много по-голяма група работещи мравки.

Интересното е, че мравките са едни от най-чистите същества. След всяко хранене и сън цялото им тяло и особено антените се почистват старателно.

Вкусови усещания

Човек ясно определя миризмата и вкуса на дадено вещество, а при насекомите вкусовите и обонятелните усещания често не са разделени. Те действат като едно химическо усещане (възприятие).

Насекомите с вкусови усещания показват предпочитание към едно или друго вещество, в зависимост от хранителните характеристики на дадения вид. В същото време те са в състояние да различават сладко, солено, горчиво и кисело. За контакт с консумираната храна органите на вкуса могат да бъдат разположени на различни части на тялото на насекомото - по антените, хоботчето и по краката. С тяхна помощ насекомите получават основна химическа информация за околната среда. Например, мухата, само като докосне лапите си до обект, който я интересува, почти веднага научава какво има под краката й - напитка, храна или нещо негодно за консумация. Тоест, тя е в състояние да извърши незабавен контактен анализ на химикал с краката си.

Вкусът е усещането, което възниква, когато разтвор на химикали въздейства върху рецепторите (хеморецепторите) на вкусовия орган на насекомото. Рецепторните вкусови клетки са периферната част сложна системаанализатор на вкус. Те възприемат химически стимули и тук се случва основното кодиране на вкусовите сигнали. Анализаторите незабавно предават залпове от химиоелектрични импулси по тънки нервни влакна към техния "мозъчен" център. Всеки такъв импулс трае по-малко от хилядна от секундата. И тогава централните структури на анализатора моментално определят вкусовите усещания.

Продължават опитите да се разбере не само въпроса какво е миризмата, но и да се създаде единна теория за "сладостта". Досега това не е било възможно – може би вие, биолози от 21 век, ще успеете. Проблемът е, че много различни неща могат да създадат сравнително сходни сладостни вкусове. химични вещества- както органични, така и неорганични.

Органи на допир

Изучаването на усещането за допир на насекомите е може би най-голямото предизвикателство. Как тези същества, оковани в хитинови черупки, усещат света? И така, благодарение на рецепторите на кожата, ние сме в състояние да възприемаме различни тактилни усещания - някои рецептори регистрират налягане, други температура и т.н. Докосвайки даден предмет, можете да заключите, че той е студен или топъл, твърд или мек, гладък или грапав. Насекомите също имат анализатори, които определят температурата, налягането и т.н., но много от механизмите на тяхното действие остават неизвестни.

Усещането за допир е едно от най-важните сетива за безопасността на много летящи насекоми, за да усещат въздушни течения. Например, при Diptera цялото тяло е покрито със сенсила, която изпълнява тактилни функции. Има особено много от тях на халтери, за да усетят въздушното налягане и да стабилизират полета.

Благодарение на усещането за докосване, мухата не е толкова лесна за блъскане. Зрението й позволява да забележи заплашителен обект само на разстояние 40 - 70 см. Но мухата е в състояние да реагира на опасно движение на ръката, което е причинило дори малко движение на въздуха, и моментално да излети. Тази обикновена домашна муха още веднъж потвърждава, че в живия свят няма нищо просто – всички същества, млади и стари, са снабдени с отлични сензорни системи за активен живот и собствена защита.

Рецепторите за насекоми, които регистрират налягането, могат да бъдат под формата на пъпки и четина. Използват се от насекоми за различни цели, включително за ориентация в пространството - по посока на гравитацията. Например, преди какавидиране, ларвата на мухата винаги се движи ясно нагоре, тоест срещу силата на гравитацията. В крайна сметка тя трябва да изпълзи от течната хранителна маса и там няма забележителности, освен привличането на Земята. Дори след като излезе от какавидата, мухата има тенденция да пълзи нагоре за известно време, докато изсъхне, за да лети.

Много насекоми имат добре развито чувство за гравитация. Например, мравките са в състояние да оценят наклона на повърхността на 20. А бръмбарът, който копае вертикални дупки, може да определи отклонението от вертикалата на 10.

На живо "прогнози"

Много насекоми имат отлична способност да предвиждат промените във времето и да правят дългосрочни прогнози. Това обаче е характерно за всички живи същества – било то растение, микроорганизъм, безгръбначно или гръбначно животно. Такива способности осигуряват нормална жизнена дейност в предвидената им среда. Срещат се и рядко природен феномен- суши, наводнения, застудявания. И тогава, за да оцелеят, живите същества трябва предварително да мобилизират допълнително защитно оборудване. И в двата случая те използват вътрешните си "метеостанции".

Постоянно и внимателно наблюдавайки поведението на различни живи същества, човек може да научи не само за промените на времето, но дори и за предстоящите природни бедствия. Наистина, над 600 вида животни и 400 вида растения, известни досега на учените, могат да изпълняват особена роля на барометри, индикатори за влажност и температура, предсказатели както за гръмотевични бури, така и за бури, торнадо, наводнения и красиво безоблачно време. Още повече, че "прогнозите" на живо са навсякъде, където и да се намирате - край водоем, на поляна, в гора. Например, преди дъжда, дори при ясно небе, зелените скакалци спират да чуруликат, мравките започват да затварят плътно входовете на мравуняка, а пчелите спират да летят за нектар, седят в кошера и бръмчат. Опитвайки се да се скрият от настъпващото лошо време, мухи и оси летят в прозорците на къщите.

Наблюдения за отровни мравкиживеещи в подножието на Тибет, разкриха отличната си способност да правят по-далечни прогнози. Преди началото на периода на проливни дъждове мравките се преместват на друго място със суха твърда почва, а преди началото на сушата мравките запълват тъмни влажни депресии. Крилатите мравки са в състояние да усетят приближаването на буря за 2-3 дни. Големите индивиди започват да се втурват по земята, а малките се роят на малка надморска височина. И колкото по-активни са тези процеси, толкова повече лошо време се очаква. Установено е, че през годината мравките са идентифицирали правилно 22 промени във времето и са се объркали само в два случая. Това беше 9%, което изглежда доста добре в сравнение със средната грешка на метеорологичните станции от 20%.

Предпазливите действия на насекомите често зависят от дългосрочни прогнози и това може да бъде от голяма полза за хората. На опитен пчелар се предоставя достатъчно надеждна прогноза от пчелите. За зимата запечатват входа на кошера с восък. По отвора за проветряване на кошера може да се съди за идващата зима. Ако пчелите оставят голяма дупка, зимата ще е топла, а ако е малка, очаквайте силни слани. Известно е също, че ако пчелите започнат да излитат рано от кошерите, може да се очаква ранна топла пролет. Същите мравки, ако зимата не се очаква да е сурова, остават да живеят близо до повърхността на почвата, а преди студената зима се намират по-дълбоко в земята и изграждат по-висок мравуняк.

В допълнение към макроклимата за насекомите, важен е и микроклиматът на тяхното местообитание. Така например пчелите не допускат прегряване в кошерите и след като са получили сигнал от своите живи „устройства“, че температурата е превишена, започват да проветряват помещението. Някои от пчелите работнички са организирани на различни височини в целия кошер и привеждат въздуха в движение с бързо размахване на крилата си. Създава се силен въздушен поток и кошерът се охлажда. Вентилацията е продължителен процес и когато една партида пчели се измори, идва ред на друга, и то в строг ред.

Поведението не само на възрастните насекоми, но и на техните ларви зависи от показанията на живите "устройства". Например, ларвите на цикада, които се развиват в земята, излизат на повърхността само при хубаво време. Но откъде знаеш какво е времето горе? За да установят това, над подземните си убежища те създават специални земни конуси с големи дупки - един вид метеорологични структури. В тях цикадите оценяват температурата и влажността чрез тънък слой почва. И ако метеорологичните условия са неблагоприятни, ларвите се връщат в дупката.

Феноменът на дъждовната буря и прогнозирането на наводненията

Наблюдението на поведението на термити и мравки в критични ситуации може да помогне на хората да предвидят обилни валежи и наводнения. Един от натуралистите описва случая, когато преди потопа индианско племе, живеещо в джунглата на Бразилия, набързо напуснало своето селище. И мравките „разказаха” на индианците за наближаващото бедствие. Преди наводнението тези социални насекоми се вълнуват силно и спешно напускат обитаемото си място заедно с какавиди и хранителни запаси. Те отиват на места, където водата няма да стигне. Местното население почти не разбираше произхода на такава невероятна чувствителност на мравките, но подчинявайки се на знанията си, хората оставиха неприятностите след малките прогнози.

Те са отлични в прогнозирането на наводнения и термити. Преди да започне, те напускат домовете си с цялата колония и се втурват към най-близките дървета. Предвидявайки мащабите на бедствието, те се издигат точно до височината, която ще бъде по-висока от очакваното наводнение. Там те чакат, докато започнат да стихват калните водни потоци, които се втурват с такава скорост, че дърветата понякога падат под натиска им.

Огромен брой метеорологични станции следят времето. Те се намират на сушата, включително в планините, на специално оборудвани научни кораби, спътници и космически станции. Метеоролозите са оборудвани със съвременни инструменти, апарати и компютри. Всъщност те не правят прогноза за времето, а изчисление, изчисление на промените във времето. А насекомите в дадените примери за реални предсказват времето, използвайки вродени способности и специални живи „устройства“, вградени в телата им. Освен това мравките-прогнози определят не само времето на приближаване на наводнението, но и оценяват неговата величина. В крайна сметка за ново убежище те заеха само безопасни места. Учените все още не са успели да обяснят това явление. Термитите представляваха още по-голяма мистерия. Факт е, че те никога не са били разположени върху онези дървета, които по време на наводнение са били отнесени от бурни потоци. По подобен начин, по наблюдение на етолози, скорците, които през пролетта не са заели опасните за населеното място къщички за птици, са се държали добре. Впоследствие те наистина бяха отнесени от ураганен вятър. Но тук говорим за сравнително голямо животно. Птицата, може би, чрез люлеене на къщичката за птици или по други знаци, оценява ненадеждността на своето закрепване. Но как и с помощта на какви устройства могат да се правят подобни прогнози от много малки, но много „мъдри“ животни? Човек не само не може да създаде нещо подобно още, но и не може да отговори, не може. Тези задачи са за бъдещи биолози!

При насекомите се разграничават механично усещане (докосване, вибрации), слух, химическо усещане (мирис, вкус), хигротермично усещане (сухота, топлина) и зрение.

Сетивните органи се основават на образувания с малко по-различна структура - сенсила (сетивни елементи) (фигура 27).

Органите за докосване или тактилна сенсила са нервни окончания в кожата и нейните придатъци под формата на специални чувствителни косми, четина, шипове, разположени по цялото тяло на насекомото, особено по антените, лабиалните и челюстните палпи и краката. Те откриват различни механични стимули (докосване), термични стимули, промени в налягането на въздуха (фигура).

Органите на химичното сетиво (мирис, вкус) са съсредоточени в насекомите върху антени под формата на ями, косми и др., към които се приближават окончанията на нервните разклонения от супраофарингеалния ганглий. Усещането за миризма на насекомите е изключително фино и служи за намиране на храна, както и за намиране на единия пол за другия. При мъжете, тъй като те търсят женски с помощта на миризма, размерът и общата повърхност на антените са много по-големи, отколкото при женските. Например много мъже различни видовеима пернати антени с голяма повърхност. Органите на вкуса са подредени по същия начин, но са разположени вътре в устата и нататък устни органи... Усещането за вкус при насекомите също е силно развито, например мравките безпогрешно избират захарни зърна от смес от хинин на прах със захар.

Органите на слуха не се намират при всички насекоми. Най-развитите и сложни органи на слуха, т.нар тимпаничен, се предлагат от разред Orthoptera – скакалци, щурци, скакалци, които също имат способността да издават силни звуци. Органите са като дупка в кожата, покрити с тънка мембрана. Отвътре разклоненията на слуховия нерв се приближават до тази мембрана. При скакалци и щурци тъпанчевите органи са разположени на пищяла на предните крака, а при скакалците те са разположени отстрани на първия коремен сегмент (Фигура 28).

Органи на зрениетопри насекомите са сложни или фасетирани, очи и прости очи, или оцели (Фигура 29).

Фасетираните очи, които се срещат при повечето насекоми, са разположени на главата и понякога заемат повечетонея (например при мухи, водни кончета и др.). Всеки от тях се състои от множество отделни очи, в резултат на което повърхността на съставното око се появява под формата на множество отделни фасети, заоблени или шестоъгълни (Фигура 30).

V надлъжен разрезвсяка шпионка се състои от следните слоеве:

прозрачен роговица(двуизпъкнала или плоско-изпъкнала; пречупваща конична част - кристален конус;светлоприемаща част - ретинатаили ретината.Клоните на нервите от супраофарингеалния ганглий се приближават до ретината.

Всяка шпионка пропуска светлинни лъчи само през централната част, давайки върху ретината изображение само на отделни части от въпросния обект. Като цяло, сложното око дава мозаечен дисплей на целия обект. Колкото повече фасети в структурата на окото (до няколко десетки хиляди), толкова по-ясно се получава изображението (особено при хищни насекоми).

Едно до три прости очи са разположени на челото или темето на главата (Фигура 31). Те са структурирани почти по същия начин като отделните оцели в фасетираните очи, но нямат пречупващ конус. Като много несъвършен орган на зрението, те възприемат само интензитета и посоката на светлината. Очите не са развити при всички насекоми - при много двукрили бръмбари и пеперуди не.

При насекомите очите възприемат поляризирани лъчи, движението на светлинния компас се развива по отношение на източника на светлина, което се използва при наблюдение на нощни горски вредители в светлинни капани (Фигура 32).

1. Отворете насекомото чрез разрези по плевралната част на тялото. Закрепете в долната част на ваната.

2. Намерете и разгледайте системите на вътрешните органи: кръвоносна, храносмилателна, отделителна, полова, нервна.

3. Разгледайте сетивните органи на насекомите: очи, очи, слухови органи, чувствителни косми.

4. Направете синопсис и скицирайте структурата на отделните системи от органи.

Материали и оборудване: прясно убити насекоми - черни хлебарки, скакалци, майски бръмбари, техните ларви. Насекомите в колекциите са водни кончета, пчели, ларви на мряна, скакалци, скакалци. Дисекиращи вани, вградени в парафин или восък, пинсети, скалпели, игли за дисекция, пипети, физиологичен разтвор, бинокулярни микроскопи, 10x лупи, кърпи, памучна вата.

1. Бей-Биенко, Г. Я. Обща ентомология / Г. Я. Бей-Биенко. - М., Висше училище, 1980 .-- 416 с.

2. Мозолевская, Е. Г. и др. Семинар по горска ентомология./ЕГ. Мозолевская, Н.К.Белова, Г.С. Лебедева и др. - Москва: Академия, 2004 .-- 288 с.

3. Харитонова Н.З. Горска ентомология. - Минск: Училище Вишейша, 1994 .-- 412 с.

4. Рос Г., Рос Д., Рос С. Ентомология, Москва: Мир, 1985 - 429 с.

Разнообразните и енергични дейности на света на насекомите могат да бъдат невероятни преживявания.

Изглежда, че тези същества небрежно летят и плуват, бягат и пълзят, бръмчат и чуруликат, гризат и носят. Всичко това обаче не се прави безцелно, а основно с определено намерение, според вродената програма, заложена в телата им и придобития житейски опит. За възприемането на околния свят, ориентацията в него, изпълнението на всички целесъобразни действия и жизнени процеси животните са надарени с много сложни системи, предимно нервни и сетивни.

Какво е общото между нервните системи на гръбначните и безгръбначните животни?

Нервната система е много сложен комплекс от структури и органи, състоящ се от нервна тъкан, където мозъкът е централната част. Основната структурна и функционална единица на нервната система е нервна клетка с процеси (на гръцки нервна клетка е неврон).

Нервната система и мозъкът на насекомите осигуряват: възприемане с помощта на сетивата на външно и вътрешно дразнене (раздразнителност, чувствителност); мигновена обработка от системата от анализатори на входящи сигнали, подготовка и изпълнение на адекватен отговор; съхраняване на наследствена и придобита информация в кодирана форма в паметта, както и незабавното й извличане при необходимост; контрол на всички органи и системи на тялото за функционирането му като цяло, балансирането му с околната среда; осъществяване на психични процеси и висша нервна дейност, подходящо поведение.

Организацията на нервната система и мозъка на гръбначните и безгръбначните животни са толкова различни, че на пръв поглед изглежда невъзможно да ги сравним. И в същото време за най-разнообразните видове нервна система, принадлежащи, изглежда, към доста "прости" и "сложни" организми, са характерни едни и същи функции.

Много малкият мозък на муха, пчела, пеперуда или друго насекомо му позволява да вижда и чува, докосва и усеща вкуса, да се движи с голяма точност, освен това да лети с помощта на вътрешна "карта" на значителни разстояния, да общува помежду си, и дори контролира собствения си „Език“, учи и прилага логическото мислене в нестандартни ситуации. И така, мозъкът на мравка е много по-малък от главата на карфица, но това насекомо отдавна се смята за "мъдрец". В сравнение не само с микроскопичния му мозък, но и с неразбираемите възможности на една нервна клетка, човек трябва да се срамува от най-модерните си компютри. И какво може да каже науката за това, например невробиологията, която изучава процесите на раждане, живот и смърт на мозъка? Успя ли да разгадае мистерията на жизнената дейност на мозъка - това е най-сложният и мистериозен от явленията, познати на хората?

Първият невробиологичен опит принадлежи на древния римски лекар Гален. Прерязвайки нервните влакна на прасето, с помощта на които мозъкът контролираше мускулите на ларинкса, той лишил животното от гласа му - то веднага изтръпнало. Това беше преди хилядолетие. Но докъде е стигнала науката оттогава в познанията си за принципа на мозъка? Оказва се, въпреки огромния труд на учените, принципът на действие дори на една нервна клетка, така наречената "тухла", от която е изграден мозъкът, не е известен на човека. Невролозите разбират много от това как един неврон "яде" и "пие"; как получава необходимата за живота си енергия, смилайки в "биологични котли" необходимите вещества, извлечени от околната среда; как тогава този неврон изпраща на съседите разнообразна информация под формата на сигнали, криптирани или в определена серия от електрически импулси, или в различни комбинации от химикали. И тогава какво? Нервна клетка получава специфичен сигнал и в нейните дълбини започва уникална дейност в сътрудничество с други клетки, които образуват мозъка на животното. Има запаметяване на постъпилата информация, извличане на необходимата информация от паметта, вземане на решения, даване на заповеди на мускули и различни органи и т.н. Как върви? Учените все още не знаят това със сигурност. Е, тъй като не е ясно как работят отделните нервни клетки и техните комплекси, принципът на целия мозък, дори толкова малък като този на насекомото, не е ясен.

Работата на сетивата и живите "устройства"

Жизнената дейност на насекомите е придружена от обработка на звукова, обонятелна, зрителна и друга сензорна информация - пространствена, геометрична, количествена. Една от многото мистериозни и интересни характеристики на насекомите е способността им да преценяват точно ситуацията с помощта на собствените си "устройства". Нашите познания за тези устройства са оскъдни, въпреки че се използват широко в природата. Това също са детерминанти на различни физически полета, които позволяват да се предскажат земетресения, вулканични изригвания, наводнения и промени във времето. Това е усещане за време, измерено с вътрешен биологичен часовник, и усещане за скорост, и способност за ориентиране и навигация и много други.

Свойството на всеки организъм (микроорганизми, растения, гъби и животни) да възприема раздразнения, произтичащи от външната среда и от собствените си органи и тъкани, се нарича чувствителност. Насекомите, подобно на други животни със специализирана нервна система, притежават нервни клетки с висока селективност за различни стимули - рецептори. Те могат да бъдат тактилни (отзивчиви на докосване), температурни, светлинни, химически, вибрационни, мускулно-ставни и др. Благодарение на своите рецептори, насекомите улавят цялото разнообразие от фактори на околната среда - различни вибрации (широк спектър от звуци, радиационна енергия под формата на светлина и топлина), механично налягане (например гравитация) и други фактори. Рецепторните клетки са разположени в тъканите или поотделно, или събрани в системи с образуване на специализирани сетивни органи - сетивни органи.

Всички насекоми перфектно "разбират" показанията на сетивата си. Някои от тях, като органите на зрението, слуха, обонянието, са отдалечени и са в състояние да възприемат дразнене от разстояние. Други, като органите на вкуса и докосването, са контактни и реагират на стимулация чрез директен контакт.

Насекомите в по-голямата си част са надарени с отлично зрение. Техните сложни фасетирани очи, към които понякога се добавят прости очи, служат за разпознаване на различни предмети. Някои насекоми са снабдени с цветно виждане, подходящи устройства за нощно виждане. Интересното е, че очите на насекомите са единственият орган, който други животни имат сходство. В същото време органите на слуха, обонянието, вкуса и докосването нямат такова сходство, но въпреки това насекомите перфектно възприемат миризми и звуци, ориентират се в пространството, улавят и излъчват ултразвукови вълни. Изтънченото им обоняние и вкус им позволяват да намират храна. Различни жлези на насекомите отделят вещества, за да привличат другари, сексуални партньори, да плашат съперници и врагове, а силно чувствителното обоняние е в състояние да улови миризмата на тези вещества дори на няколко километра.

Мнозина в своите идеи свързват сетивните органи на насекомите с главата. Но се оказва, че структурите, отговорни за събирането на информация за околната среда, се намират в насекомите в различни части на тялото. Те могат да откриват температурата на предметите и да вкусват храната с краката си, да откриват наличието на светлина с гърбовете си, да чуват с коленете, мустаците, придатъците на опашката, космите по тялото и т.н.

Сетивните органи на насекомите са част от сензорните системи – анализатори, които пронизват почти цялото тяло с мрежа. Те получават много различни външни и вътрешни сигнали от рецепторите на своите сетивни органи, анализират ги, формират и предават „инструкции“ на различни органи за извършване на подходящи действия. Сетивните органи съставляват основно рецепторния участък, който се намира в периферията (краищата) на анализаторите. А проводящият участък се формира от централни неврони и пътища от рецептори. Мозъкът има определени зони за обработка на информация от сетивата. Те съставляват централната, "мозъчна" част на анализатора. Благодарение на такава сложна и целесъобразна система, например, визуален анализатор, се извършва точно изчисляване и контрол на органите за движение на насекомото.

Натрупани са обширни познания за невероятните възможности на сензорните системи за насекоми, но обемът на книгата позволява само някои от тях да бъдат цитирани.

Органи на зрението

Очите и цялата сложна зрителна система са невероятен дар, благодарение на който животните могат да получават основна информация за света около тях, бързо да разпознават различни обекти и да оценяват възникналата ситуация. Насекомите се нуждаят от визия, когато търсят храна, за да избягват хищници, да изследват обекти или околната среда, да взаимодействат с други индивиди в репродуктивното и социално поведение и т.н.

Насекомите са оборудвани с голямо разнообразие от очи. Те могат да бъдат сложни, прости или спомагателни оцели, както и ларвни. Най-сложни са съставните очи, които се състоят от Голям брой ommatidia, образуващи шестоъгълни фасети на повърхността на окото. По същество омматидиумът е малък зрителен апарат, оборудван с миниатюрна леща, светловодна система и светлочувствителни елементи. Всеки аспект възприема само малка част от обекта и заедно осигуряват мозаечно изображение на целия обект. Фасетираните очи, типични за повечето възрастни насекоми, са разположени отстрани на главата. При някои насекоми, например, ловецът на водно конче, който бързо реагира на движението на плячката, очите заемат половината от главата. Всяко нейно око е изградено от 28 000 фасета. За сравнение, пеперудите имат 17 000, а домашната муха - 4 000. Насекомите могат да имат две или три очи на челото или темето и по-рядко отстрани. Очите на ларвите при бръмбари, пеперуди, хименоптери в зряло състояние се заменят със сложни.

Любопитно е, че насекомите не могат да затварят очите си по време на почивка и затова спят с отворени очи.

Именно очите допринасят за бързата реакция на ловно насекомо, като богомолка. Това, между другото, е единственото насекомо, което може да се обърне и да погледне зад гърба си. Големите очи осигуряват на богомолката бинокулярно зрение и позволяват точно изчисляване на разстоянието до обекта на тяхното внимание. Тази способност, съчетана с бързото хвърляне на предните крака към плячката, прави богомолката отлични ловци.

А при жълтокраките бръмбари, бягащи по вода, очите ви позволяват едновременно да виждате плячката както на повърхността на водата, така и под нея. За това зрителните анализатори на бръмбара имат способността да коригират индекса на пречупване на водата.

Възприемането и анализът на зрителните стимули се осъществява от много сложна система - зрителен анализатор. За много насекоми това е един от основните анализатори. Тук първичната чувствителна клетка е фоторецепторът. И с него са свързани пътища (оптичен нерв) и други нервни клетки, разположени на различни нива на нервната система. При възприемане на светлинна информация последователността на събитията е следната. Получените сигнали (светлинни кванти) моментално се кодират под формата на импулси и се предават по пътищата към централната нервна система – към „мозъчния“ център на анализатора. Там тези сигнали незабавно се декодират (дешифрират) в съответното зрително възприятие. За неговото разпознаване от паметта се извличат стандарти за визуални образи и друга необходима информация. И тогава се изпраща команда до различни органи за адекватен отговор на индивида при промяна на ситуацията.

Къде са "ушите" на насекомите?

Повечето животни и хора чуват с ушите си, където звуците предизвикват трептене на тъпанчето – силно или слабо, бавно или бързо. Всяка промяна във вибрациите информира тялото за естеството на звуковия звук. И какво чуват насекомите? В много случаи те също са вид "уши", но при насекомите са на необичайни за нас места: на мустаци - например при мъжките комари, мравки, пеперуди; на опашните придатъци - при американската хлебарка. Щурците и скакалците чуват с пищялите на предните крака, а скакалците в корема. Някои насекоми нямат "уши", тоест нямат специални слухови органи. Но те са в състояние да възприемат различни вибрации на въздушната среда, включително звукови вибрации и ултразвукови вълни, които са недостъпни за нашите уши. Чувствителни органи при такива насекоми са тънки косми или най-малките чувствителни пръчици. Те са вътре Голям бройнамира се на различни частитялото и са свързани с нервните клетки. И така, при косматите гъсеници "ушите" са косми, а при голите - цялата кожа на тялото.

Звукова вълна се образува от редуващ се вакуум и сгъстяване на въздуха, разпространявайки се във всички посоки от източника на звука – всяко вибриращо тяло. Звуковите вълни се възприемат и обработват от слуховия анализатор – най-сложната система от механични, рецепторни и нервни структури. Тези вибрации се превръщат от слуховите рецептори в нервни импулси, които се предават по протежение на слуховия нерв към централната част на анализатора. Резултатът е възприемането на звука и анализа на неговата сила, височина и характер.

Слухова система на насекомиосигурява селективната им реакция на относително високочестотни вибрации - усещат и най-малкото разклащане на повърхността, въздуха или водата. Например, бръмчащите насекоми генерират звукови вълни чрез бързо размахване на крилата си. Такава вибрация на въздушната среда, например скърцането на комари, се възприема от мъжките с чувствителните им органи, разположени върху антените. Така те улавят въздушните вълни, които съпътстват полета на други комари, и отговарят адекватно на получената звукова информация. Слуховите системи на насекомите са "настроени" да възприемат относително слаби звуциследователно силните звуци имат отрицателен ефект върху тях. Например пчелите, пчелите, мухите от някои видове не могат да се издигнат във въздуха, когато звънят.

Разнообразните, но добре дефинирани сигнални звуци, издавани от мъжките щурци от всеки вид, свирят важна роляв репродуктивното им поведение – при ухажване и привличане на женски. Щурецът е снабден с прекрасен инструмент за общуване с приятел. Когато създава нежен трел, той трие острата страна на единия елитра върху повърхността на другия. А за възприемането на звука при мъжете и жените има особено чувствителна тънка кутикуларна мембрана, която играе ролята на тъпанчевата мембрана. Беше направено интересно преживяване, когато цвърчащ мъж беше настанен пред микрофона, а женска беше поставена в друга стая до телефона. При включване на микрофона женската, чула типичното за вида чуруликане на мъжкия, се втурна към източника на звука – телефона.

Органи за улавяне и излъчване на ултразвукови вълни

Молците са снабдени с устройство за откриване на прилепи, което използва ултразвукови вълни за ориентация и лов. Хищниците получават сигнали до 100 000 херца, а молците и дантела, които ловуват, до 240 000 херца. В гръдния кош, например, на лъжичка от молец, има специални органи за акустичен анализ на ултразвуковите сигнали. Те дават възможност за улавяне на ултразвукови импулси на ловни кожи на разстояние до 30 м. Когато пеперудата получи сигнал от локатор на хищник, се задействат защитни поведенчески действия. Чувайки ултразвуковите викове на нощна мишка на относително голямо разстояние, пеперудата рязко променя посоката на полета си, използвайки измамна маневра - "гмуркане". В същото време тя започва да прави висш пилотаж – спирали и „мъртви примки“, за да се измъкне от преследването. И ако хищникът е на разстояние по-малко от 6 м, пеперудата сгъва крилата си и пада на земята. И прилепът не открива неподвижно насекомо.

Но, връзката между нощните пеперуди и прилепинаскоро беше установено, че е още по-сложно. И така, пеперудите от някои видове, след като са открили сигналите на прилеп, сами започват да излъчват ултразвукови импулси под формата на щраквания. Освен това тези импулси действат върху хищника по такъв начин, че сякаш уплашен, той отлита. Има само спекулации какво кара прилепите да спрат да преследват пеперудата и да „бягат от бойното поле”. Ултразвуковите щракания вероятно са адаптивни сигнали за насекоми, подобни на тези, изпратени от самия прилеп, само че много по-силни. Очаквайки да чуе слаб отразен звук от собствения си сигнал, преследвачът чува оглушителен тътен – сякаш свръхзвуков самолет разбива звукова бариера.

Тук възниква въпросът защо прилепът е зашеметен не от собствените си ултразвукови сигнали, а от пеперуди. Оказва се, че прилепът е добре защитен от собствения си писък-импулс, изпратен от локатора. В противен случай такъв мощен импулс, който е 2000 пъти по-силен от получените отразени звуци, може да заглуши мишката. За да не се случи това, тялото й прави и целенасочено прилага специално стреме. Преди да изпрати ултразвуковия импулс, специален мускул издърпва стремежа от прозореца на кохлеята на вътрешното ухо - вибрациите се прекъсват механично. По същество стремето също издава щракане, но не звук, а противозвук. След вик-сигнал, той веднага се връща на мястото си, така че ухото да е готово да приеме отразения сигнал. Трудно е да си представим колко бързо може да действа мускулът, който изключва слуха на мишката в момента на изпратения вик-импулс. По време на преследване на плячка - това е 200-250 импулса в секунда!

А опасни за прилеп щракания на пеперуда се чуват точно в момента, в който ловецът се обръща на ухото си, за да долови ехото му. Това означава, че за да накара зашеметения хищник да отлети от страх, молецът изпраща сигнали, които са изключително съобразени с неговия локатор. За това организмът на насекомото е програмиран да приема честотата на импулса на приближаващия се ловец и изпраща отговорен сигнал точно в унисон с него.

Тази връзка между молци и прилепи повдига много въпроси. Как насекомите са придобили способността да възприемат ултразвуковите сигнали на прилепите и моментално да разбират опасността, която носят в себе си? Как може пеперудите постепенно да образуват в процеса на избор и подобряване на ултразвуково устройство с идеално съчетани защитни характеристики? Възприемането на ултразвукови сигнали от прилепи също не е лесно за разбиране. Факт е, че те разпознават ехото си сред милиони гласове и други звуци. И никакви викове-сигнали на съплеменници, никакви ултразвукови сигнали, излъчвани от оборудването, не пречат на лова на прилепи. Само сигналите на пеперудата, дори и изкуствено възпроизведените, карат мишката да отлети.

Живите същества представят нови и нови гатанки, предизвиквайки възхищение от съвършенството и целесъобразността на структурата на тяхното тяло.

Богомолката, също като пеперудата, заедно с отлично зрение, има и специални слухови органи, за да избегне срещата с прилепи. Това са слухови органи, които усещат ултразвук и се намират на гръдния кош между краката. А за някои видове богомолки, освен ултразвуковия орган на слуха, е характерно наличието на второ ухо, което възприема много по-ниски честоти. Неговата функция все още не е известна.

Химично усещане

Животните са надарени с обща химическа чувствителност, която се осигурява от различни сетивни органи. В химическия смисъл на насекомите най-значима роля играе обонянието. А на термитите и мравките, според учените, се дава обемно обоняние. Трудно ни е да си представим какво е то. Обонятелните органи на насекомото реагират на присъствието дори на много малки концентрации на вещество, понякога много отдалечено от източника. Благодарение на обонянието си, насекомото намира плячка и храна, навигира в терена, научава за приближаването на врага, осъществява биокомуникация, където специфичен "език" е обменът на химическа информация с помощта на феромони.

„Химичното производство” в организма на насекомите трябва да бъде наистина уникално, за да освободи в точното количество и в определен момент целия набор от феромони, от които се нуждаят. Днес са известни повече от сто от тези вещества с най-сложен химичен състав, но не повече от дузина от тях са били изкуствено възпроизведени. Наистина, за да се получат, са необходими перфектни технологии и оборудване, така че засега остава само да се изненадаме от такова разположение на организма на тези миниатюрни безгръбначни.

Възприемане и анализ на химически стимули,действа върху органите на миризмата на насекомите, се извършва от многофункционална система - обонятелен анализатор. Той, както всички други анализатори, се състои от възприятие, проводник и централен отдел. Обонятелните рецептори (хеморецептори) улавят молекули на миризмата и импулсите, сигнализиращи за специфична миризма, се изпращат по нервните влакна към мозъка за анализ. Там настъпва моментална реакция на тялото.

Говорейки за миришещи насекоми, не може да не се каже за миризмата. В науката все още няма ясно разбиране за това какво е миризма и има много теории относно този природен феномен. Според един от тях анализираните молекули на дадено вещество представляват „ключ“. А „ключалката“ са обонятелните рецептори, включени в анализаторите на миризми. Ако конфигурацията на молекулата се доближи до "ключалката" на определен рецептор, анализаторът ще получи сигнал от него, ще го декодира и ще предаде информация за миризмата в мозъка на животното. Според друга теория миризмата се определя от химичните свойства на молекулите и разпределението на електрическите заряди. Най-новата теория, която спечели много привърженици, вижда основната причина за миризмата във вибрационните свойства на молекулите и техните компоненти. Всеки аромат е свързан с определени честоти (вълнови числа) на инфрачервения диапазон. Например, лучената супа тиолактик и декаборан са химически напълно различни. Но те имат същата честота и същата миризма. В същото време има химически подобни вещества, които имат различна честота и миришат различно. Ако тази теория е вярна, тогава както ароматите, така и хилядите типове клетки, усещащи аромат, могат да бъдат оценени чрез инфрачервени честоти.

"Радарна инсталация" на насекоми

Вкусови усещания

Вкусът е усещанепроизтичащи от действието на разтвор на химикали върху рецепторите (хеморецепторите) на вкусовия орган на насекомото. Рецепторните вкусови клетки са периферната част на сложна система за анализатор на вкуса. Те възприемат химически стимули и тук се случва основното кодиране на вкусовите сигнали. Анализаторите незабавно предават залпове от химиоелектрични импулси по тънки нервни влакна към техния "мозъчен" център. Всеки такъв импулс трае по-малко от хилядна от секундата. И тогава централните структури на анализатора моментално определят вкусовите усещания.

Продължават опитите да се разбере не само въпроса какво е миризмата, но и да се създаде единна теория за "сладостта". Досега това не е било възможно – може би вие, биолози от 21 век, ще успеете. Проблемът е, че напълно различни химикали, както органични, така и неорганични, могат да създадат сравнително сходни сладостни вкусове.

Органи на допир

На живо "прогнози"

Много насекоми имат отлична способност да предвиждат промените във времето и да правят дългосрочни прогнози. Това обаче е характерно за всички живи същества – било то растение, микроорганизъм, безгръбначно или гръбначно животно. Такива способности осигуряват нормална жизнена дейност в предвидената им среда. Срещат се и рядко наблюдавани природни явления – засушавания, наводнения, внезапни застудявания. И тогава, за да оцелеят, живите същества трябва предварително да мобилизират допълнително защитно оборудване. И в двата случая те използват вътрешните си "метеостанции".

Наблюденията на отровни мравки, живеещи в подножието на Тибет, разкриха отличната им способност да правят по-далечни прогнози. Преди началото на периода на проливни дъждове мравките се преместват на друго място със суха твърда почва, а преди началото на сушата мравките запълват тъмни влажни депресии. Крилатите мравки са в състояние да усетят приближаването на буря за 2-3 дни. Големите индивиди започват да се втурват по земята, а малките се роят на малка надморска височина. И колкото по-активни са тези процеси, толкова повече лошо време се очаква. Установено е, че през годината мравките са идентифицирали правилно 22 промени във времето и са се объркали само в два случая. Това беше 9%, което изглежда доста добре в сравнение със средната грешка на метеорологичните станции от 20%.

Поведението не само на възрастните насекоми, но и на техните ларви зависи от показанията на живите "устройства". Например

Сетивните органи са неотделими от централната нервна система на тялото. Ако последният изпълнява контролната функция, координирайки физиологичните процеси и поведенческите реакции на организма, то сетивните органи чрез своите сигнали свързват централната нервна система както с външния свят, така и с вътрешната среда на организма. Сетивните или рецепторни клетки, разпръснати из тялото или комбинирани в сложни рецепторни органи, служат като един вид „прозорци“ към външния свят и вътрешна средаорганизъм. Информацията, преминаваща през тях към централната нервна система, е изключително разнообразна и, както ще видим по-долу, е абсолютно необходима за организиране на целенасочено поведение, както и за биологично обоснованото и координирано функциониране на физиологичните системи на тялото.

Изпълнението и на трите незаменими жизненоважни задачи на организма: хранене, размножаване и разпръскване, които осигуряват опазването на вида, е възможно само благодарение на непрекъснатото наблюдение от различни сетивни органи. Рецепторите, заедно с техните мозъчни центрове, заедно наречени анализатори, не само изолират определени обекти и явления от фона, тоест отговарят на въпроса "какво?", но също така установяват позицията на обекта в пространството, т.е. отговори на въпроса "къде?"

Нека разгледаме с примери как сетивните органи позволяват да се изпълняват посочените по-горе жизнени задачи и какви въпроси има изследователят при наблюдение на сетивното поведение на насекомо.

Размножаване... Най-честата форма на поведение, свързана с размножаването, е търсенето на сексуален партньор. Участието на сетивата в поддържането на сексуалното поведение е съвсем очевидно и може би именно в тази област се проявяват невероятните възможности, присъщи на структурата на рецепторните системи на насекомите. Главна роляПри търсенето и идентифицирането на сексуален партньор повечето насекоми играят обоняние, което е тясно настроено към възприемането на сексуален атрактант. Сред многото миризми, които не могат да бъдат изброени, мъжкият безпогрешно разграничава една, а именно тази, която принадлежи на женската от неговия вид, въпреки че може да реагира на миризмите на близки видове. Сексуалният атрактант на женската възбужда хеморецепторите на мъжа при незначителна концентрация на молекули във въздуха, което му позволява да открие женската от разстояние (в рекорден случай) до 12 km. Мъжкият от своя страна често има органи на "очарованието", чиято миризлива тайна - афродизиак - предразполага женската към съвкупление. С други думи, сигналите за специфични за вида аромат се обменят между двамата сексуални партньори, което гарантира надеждността на срещата им.

Наскоро беше показано на дъбов листен червей Tortrix vlridana, че половият феромон навлиза в женското тяло от ларвата фуражно растениеи се определя от химията на последния. Следователно женските, отглеждани на диета А, не привличат мъжките, отгледани на диета Б. Това обстоятелство води до репродуктивна изолация на популациите и може да бъде причина за появата на временни (обратими) вътрешновидови форми.

При дневните видове и при светещите насекоми ролята на зрението е особено важна в сексуалното поведение. Цветът на крилете и цялото тяло, естеството на полета и някои други визуални признаци служат за дневните пеперуди, водни кончета, много мухи и други насекоми като специфични сигнали на мъжкия и женския пол, лесно улавяни от фасетираните им очи. Понякога тези признаци са толкова специфични за насекомите, че можем да съдим за тяхното съществуване само с помощта на специални устройства... Например, ние не виждаме с просто око разликите в отражението на крилата. ултравиолетови лъчи, което е ефективен вторичен полов белег при някои пеперуди. В редица случаи беше възможно да се идентифицират специални цветни детектори във визуалната система на насекомите, тясно настроени към възприемането на цвета на сексуалния партньор. Оптичната сигнализация на бръмбарите светулки е добре известна, но не всеки подозира колко сложно е да се организира. Всеки вид има свои собствени идентификационни светлини - светещи петна, различаващи се по конфигурация и времеви параметри. На избухването на видоспецифичния сигнал на мъжкия избраницата му отговаря след строго определен интервал от време с призивно сияние. Строгата видова специфичност на набора от сигнали и отговори осигурява надеждна комуникация и в същото време служи като етологична бариера, ако няколко вида живеят заедно.

Изненадващо е със сложността си в сексуалното поведение и акустичната сигнализация. На фона на различни шумове (дори и много силни) скакалци, щурци и някои други насекоми, на десетки метри, издават зовна песен на сексуален партньор и поемат посоката на източника на звука. Освен зовната песен има и други сигнали: съпружески, заплашителни и териториални. Способността на слуховия анализатор да прецизира специфичната за вида настройка води по-специално до появата на местни диалекти на териториални песни, добре проучени при скакалците на Британските острови.

Презаселване... Преселването изисква преди всичко надеждна ориентация в пространството, в противен случай животното ще се движи хаотично и няма да може да напусне първоначалната територия. Заселването, свързано с ориентацията, може да бъде както активно - разпръскващо, разпръскващо, така и пасивно - носено от вятър или вода. При активно разпръскване насекомите се ръководят главно визуално от наземни ориентири и небесен компас под формата на слънце, поляризацията на светлината на синьото небе и луната. В този случай насочването става възможно благодарение на механизма на едно от такситата, което позволява въз основа на сигнали от рецепторите да се задържи оста на локомотора в избраната посока. „Навигационното изкуство“ на насекомите, способно да коригира избрания курс за денонощното изместване на небесните забележителности, е почти толкова добро, колкото изкуството на птиците да използват небесния компас. Може би насекомите, подобно на птиците, се ръководят от магнитното поле на Земята. При пасивно пренасяне, например от вятъра, насекомите избират определена поза, която улеснява насоченото пренасяне на тялото през въздуха, въз основа на информация от чувствителни към вятъра косми и други рецептори.

Всички тези форми на дейност са свързани или с придвижване, или с поддържане на определено положение на тялото в пространството, както и на отделни части на тялото една спрямо друга. И двете са възможни само въз основа на информация, идваща от специални сензори. Те включват предимно различни механорецептори, които са чувствителни към разтягане, компресия или въртящ момент – стимули, приложени към кутикулата, съединителната тъкан и мускулите в резултат на или външно влияние, или вътрешно усилие, или просто тежестта на дадена част от тялото. Механорецепторните сигнали осигуряват контрол на позата, координация на движенията на частите на тялото по време на бягане, плуване, извиване на пашкули, копулация и др., а също така сигнализират за прекъсване на контакта със субстрата, посоката и скоростта на изместване на тялото по време на движение.

Ролята на сензорните сигнали в осъществяването на двигателните реакции на насекомите е добре илюстрирана от анализа на хвърлянето на богомолката Mantis religiosa върху плячка. Богомолката, обръщайки главата си, проследява плячката си визуално и може да я хване, дори когато е от страната на надлъжната си ос. Следователно, центърът, контролиращ хвърлянето, трябва да има информация както за посоката към жертвата спрямо главата на богомолката, така и за позицията на главата спрямо проторакса с неговите хващащи крака. Информацията от първия вид се дава от очите, информацията от втория вид се дава от механорецепторите - две двойки т. нар. косми плочи в цервикалната област. Ако отрежете нервите от всички цервикални косми (деаферентирате контролния център), тогава надеждността на хвърлянето пада до 20-30% срещу 85% в нормата. Когато само едната лява страна е глуха, пропуските са по-чести и има тенденция богомолката да насочва хвърлянето вдясно от целта. Сигналите, идващи само от десните цервикални пластини, се интерпретират от контролния център като завъртане на главата надясно.

Аферентният контрол на ходенето се осъществява от изключително голям набор от механорецептори: по-специално определени рецептори на лапата, подбедрицата и бедрото са отговорни за стимулирането на определени мускули на краката на повдигащите и депресорите. Някои от тях, като камбановидна сенсила, са разположени така, че да се възбуждат от дърпащите сили, които възникват в крака, когато насекомото стои нормално. Следователно, ако механорецепторите на крака са унищожени, тогава механичният аспект на ходенето е нарушен в насекомото: походка, скорост и т.н. обратна връзкас космати пластини, които контролират ъгъла между кокса и трохантера (заедно с бедрената кост). Пръчковото насекомо Caraussius morosus обикновено свободно държи тялото над земята. Пропастта между тях остава дори когато насекомото носи товар четири пъти по-тежък от тялото. Ако космите са повредени, тогава насекомото пръчка започва да докосва субстрата дори под тежестта на собственото си тяло.

От всички форми на движение, полетът е най-взискателен по отношение на сензорната информация. Аферентните сигнали не само предизвикват полет, но и са необходими за неговото поддържане и регулиране. Добре известен е така нареченият тарзален рефлекс: отделянето на краката от опората при много насекоми предизвиква летящи или плувни движения (например при водни буболечки - белостоматиди), които незабавно спират при възобновяване на контакта със субстрата. Няколко вида механорецепторни сенсила в краката служат като сензори за тарзалния рефлекс. Някои от рецепторите, които поддържат полета, включват чувствителните към вятъра косми по главата и крилата. Техните фазово-тонични сигнали зависят от скоростта и посоката на въздушния поток и могат не само да поддържат и регулират полета, но и да го стартират. При пчелите, мухите и листните въшки антенният орган на Джонстън също участва в автоматичното стабилизиране на полета. Неговите сигнали, заедно с други сензори, регулират работата на крилата: колкото по-голямо е налягането на въздуха върху антенния сноп, толкова по-ниска е амплитудата на ипсилатералните клапи на крилата. Лесно е да си представим, че на базата на такава отрицателна обратна връзка автоматично се поддържа праволинейна посока на полета.

Рецепторите участват в регулацията не само на опорно-двигателния апарат, но и практически на всички други физиологични системи и органи. Участието им в контрола на храносмилателния процес например е много демонстративно при кръвосмучещите комари. Женските комари Anopheles се хранят не само с кръвта на гръбначните животни, но и пият така наречените "свободни течности": сок, стърчащ от растения, роса и т.н. В този случай само кръвта тече директно в червата, докато други течности първоначално са съхранява се в сляп клон на хранопровода - в обемист хранителен резервоар. Но ако в експеримента комарът изпие открито лежаща капка кръв, без да пробие покривалото на жертвата, тогава кръвта не влиза в червата, а също и в резервоара за храна и насекомото скоро умира. Факт е, че посоката на потока на течността, погълната от насекомото, се контролира от рецепторите на хоботчето и в фаринкса.

Пример за активиране на рецепторите на жлезите с вътрешна секреция е зависимостта на линеене на кръвосмучещ бъг Rhodnius от обема на изпитата кръв: ларвата лине само след изпиване на определена порция кръв и в същото време. Ако ларвата получи една и съща порция кръв на няколко етапа, с прекъсвания между отделните актове на кръвосмучене, тогава тя не пролива. Експериментите на видния английски ентомофизиолог У. Уигълсуърт показаха, че връзката между линеене и кръвосмучене е доста сложна. Линеене се случва под действието на хормона екдизон, секретиран от проторакалната жлеза, който се стимулира от сигнали от невросекреторните мозъчни клетки. Мозъчният център от своя страна се активира от сигнали от определени рецептори, включително рецептори за разтягане, които се намират в стените на корема на бъговете. Тези рецептори се задействат само когато червата се разшири до определен прагов обем, което се случва, когато определена порция кръв навлезе в него. По същия начин, сигнали за разтягане на ректума, например, задействат акта на дефекация, сигнали за разтягане на каналите на репродуктивните жлези на жената информират централната нервна система за готовността на тялото за яйценошение, и т. н. Горните примери убедително показват, че координираната работа вътрешни организависи от информацията, идваща от интерорецепторите.

Има и друга причина, която допринесе за бързото развитие на физиологията на сетивните органи на насекомите и животните като цяло - това е бионичният аспект на проблема с рецепцията. Животинските рецептори обикновено са по-добри в много отношения от аналогичните сензори, които в момента се изграждат от хората. Следователно е разбираемо да се стремим да изучаваме една или друга жива система, за да създадем подобно по принцип на действие техническо устройство. Физиологията на сетивните органи, в сравнение с повечето други биологични дисциплини, е напреднала много напред в резултат на включването в нейния арсенал от подходи, въведени по пътя на бионичното търсене от физици, кибернетици, математици. За биониката не са достатъчни само качествени характеристики, а са необходими количествени параметри на живата система, преведени на езика на математиката.

По-конкретно, инженерите се интересуват от сензорни органи на насекоми като потенциални прототипи на технически устройства с изключително висока чувствителност, устойчивост на шум, излишен дизайн, съчетани с миниатюрни размери и ниска консумация на енергия за работа. Чувствителността на рецепторните клетки на насекоми е практически доведена до физически предел. Така че, за да се възбуди обонятелната клетка на антената на мъжката копринена буба, настроена към възприемането на половия атрактант на женската, контактът с една молекула от това вещество е достатъчен. Един фотон може да възбуди зрителната клетка на сложното око. Механорецепторната клетка на така наречения подколенен орган улавя субстратни вибрации, чиято амплитуда е по-малка от диаметъра на водороден атом. В същото време рецепторите се различават от познатите сензори за техническа информация по своята поразителна шумоустойчивост. Вече отбелязахме, че скакалецът отделя (разпознава) специфична за вида песен на фона на най-разнообразни звуци. Пчелата визуално разпознава цвете, познато й от разстояние, сред много други подобни по размер, цвят и форма предмети. Излишният дизайн на живите системи се проявява във факта, че унищожаването на част от орган не го деактивира, а при насекомите това свойство се съчетава с екстремната миниатюра на всички органи.

Във всички рецепторни системи, без изключение, биониците се стремят особено да дешифрират високоефективни биологични методи за разделяне на сигнала от шума. Наред с това в обонятелния анализатор основният обект на търсене са методи за организиране на изключително висока и селективна чувствителност към миризми, в слуховия анализатор - методи за определяне на посоката на източник на звук и идентифициране на неговите сигнали, във визуален анализатор - механизми за анализ на поляризацията на светлината и възприемането на невидими за хората лъчи.

Постиженията на сензорната бионика, доколкото може да се съди от наличните публикации *, все още са по-скромни от успеха, постигнат от самата сензорна физиология, обогатена с физически подход, заимстван от биониката. Като пример за успех нека назовем създаването на устройство за измерване на скоростта на самолета спрямо Земята, работещо на принципа на възприемане на движението от фасетното око, намерено в бръмбара хлорофанус. Многократно се съобщава за създаването на акустични устройства, които привличат (и унищожават) кръвосмучещи комари, и ултразвукови излъчватели, които имитират вика на прилепите и така плашат вредните молци, които чуват тези звуци. В борбата срещу циганския молец и свързаните с него видове успешно се използват капани със сексуален атрактант (например синтетичен диспарлур). Подобрени светлинни капани с излъчвател на ултравиолетови лъчи, особено атрактивни за нощни насекоми.

* (Известно е, че бионичните изследвания в чужбина са широко финансирани от военното ведомство и много от тях имат съответно направление, което не подлежи на широка публичност.)

Както бионисти, така и биолози от различни специалности представляват голям интерес към проблема за разпознаване на изображения, свързани с изследването на рецепторите, с кратко обобщение на което ще завършим нашия преглед на ролята на сетивните органи в живота на насекомите.

Търсенето на този или онзи обект винаги се основава на дискриминацията (дискриминацията) на външните стимули и техните модалности, за които изцяло отговарят рецепторите, тъй като са на „входа“ на организма. Но целенасочен избор е възможен само ако рецепторните сигнали от обекта съвпадат с неговото описание или характеристики, заложени в централната нервна система на тялото. Следователно изборът на обект се определя не само от сетивната информация, идваща отвън, но и от тази, която се съдържа в генетичната или индивидуалната памет на организма. Изборът се предшества от идентифициране на обекта като такъв, сравнение с референтната концепция за него, която вече съществува в централната нервна система.

В тази връзка възниква фундаментален въпрос: под каква форма описанието на обектите се съхранява в паметта на насекомите - под формата на специфични характеристики на всеки от тях поотделно или обобщено представяне? Следващият пример ще изясни нашата гледна точка. Когато една пчела безпогрешно намери своя кошер по цвят (пчеларите отдавна са забелязали, че оцветяването улеснява намирането и следователно съседните кошери се боядисват в различни цветове), тогава на неопитен наблюдател може да изглежда, че въпросът е доста прост. Известно е, че пчелата може да различава цветовете, поради което разпознава кошера си по цвят. Но в действителност тя разпознава кошера като такъв, не го бърка с други предмети, които са идентично оцветени. Задачата за пчелата може да се затрудни, като се постави предмет върху кошера, който изкривява вида на кошера. Формално, на езика на описанието на тази ситуация от рецепторите на окото, тук обектът е различен, въпреки това една обучена пчела и в тези условия я разпознава като кошер. Това означава, че пчелата запазва в паметта образа на кошера - някаква обобщена представа за него, която, както лесно се досещате, може да възникне само в резултат личен опит, многократно връщане в кошера в различни ситуации и избор на основните оптични характеристики на кошера в процеса на формиране на изображението.

Способността на медоносната пчела да обобщава визуално наскоро е потвърдена в специални експерименти, при които насекомото е било обучавано върху различни предмети, но според една обща черта за всички тях, към един и същ клас подсилени (хранителни) предмети, които са били противоположни на класа неармирани обекти. Преди това тази логична операция се смяташе за привилегия на изключително висши животни с обемни мозъци, в чието поведение някои изследователи виждаха признаци на „елементарен разум“.

Проблемът с разпознаването на изображения се превърна във фокус на вниманието не само на биолозите, но и на дизайнерите на "мислещи" машини. Въпросът е, че визуалното разпознаване при хора и животни е инвариантно за много трансформации на разпознаваем обект. Разпознаваме познато лице в цялото лице и в профил, на снимка, в контурна рисунка и дори в карикатура. Идентифицирането се предшества от разпределянето на някои възлови признаци и на тяхна основа следва логическа операция на обобщаване и формиране на образ. Но какви признаци и как мозъкът ги обобщава, далеч не винаги е известно и това е трудността при създаването на алгоритми и програми за компютри, например, четене на текстове, въведени с различни шрифтове. Не всички експерименти, които се изискват тук, са възможни върху хора, а някои от тях, особено с хирургия, са осъществими само върху животни. Следователно спешността на изучаването на сложни форми на поведение на насекомите, в този случай визуалното поведение на пчелите, е ясна. Сравнително малкият брой неврони в ретината на окото и особено в главния ганглий прави пчелите, в сравнение с висшите гръбначни животни, по-достъпен обект за изследване на периферните и централните механизми на обобщаване и разпознаване на образи.