Тело насекомого покрыто кожным покровом или кутикулой, выполняющего роль наружного скелета насекомого. Кожные покровы – это твердая, многослойная, но одновременно и гибкая, гидрофобная структура. Их основные функции – 1. – механическая - является наружным скелетом насекомого, 2. Регуляторная – регулирует взаимодействие насекомого с внешней средой, 3 - носитель окраски тела, 4 – место накопления некоторых конечных продуктов метаболизма, рецепторов и желез.
Кожные покровы состоят из 3-х основных слоев – кутикулы, гиподермы и базальной перепонки.
Кутикула в свою очередь состоит из 2-х основных слоев – наружного (эпикутикула) и внутреннего (прокутикула). Эпикутикула тонкая, состоит в основном из воска, липидов и предотвращает потерю влаги из полости тела. Прокутикула толще, состоит в основном из хитина и белков и в незначительной степени из других веществ (производные фенолов, дубильные в-ва, ферменты и т.д.). Наружная часть прокутикулы (экзокутикула) темная, прочная, склеротизированная, внутренняя (эндокутикула) прозрачная, гибкая. В прокутикуле расположены выводные каналы, служащие для продвижения линочной жидкости из гиподермы при линьке и регенерации кожных покровов.
Гиподерма – расположена под кутикулой и представлена в виде одноклеточного эпителиального слоя. Основные функции гиподермы – образование кутикулы и выделение линочной жидкости. Линочная жидкость растворяет старую эндокутикулу перед линькой. Гиподерма также участвует в образовании секретирующих клеток (эноциты), гиподермальных желез и органов чувств - сенсил (волоски, щетинки).
Базальная перепонка или мембрана находится под гиподермой и отделяет кожные покровы от полости тела. Образована мембрана гемоцитами – клетками гемолимфы и состоит в основном из мукополисахаридов.
Кожные покровы образуют различные придатки тела, эндоскелет, железы и окраску тела. Придатки – шипики, бугорки, бороздки, вдавленные точки на кутикуле, а также волоски и щетинки (хеты). Расположение хетов на теле насекомого является важным диагностическим признаком и используется в систематике. Видоизмененными волосками являются чешуйки бабочек.
Эндоскелет состоит из внутренних выростов кутикулы, к которым крепятся мышцы ротовых органов и крыльев (в голове – тенторий, в груди – фурки).
Кожные железы разнообразны – восковые, пахучие, лаковые, отпугивающие, прядильные, шелковыделительные, аллотрофические и др.
Окраска тела насекомого делится на 2 типа – пигментная (химическая) и структурная (физическая). Пигментная окраска, от темно-коричневого до черного цвета, обусловлена наличием в кутикуле пигментов – меланинов. Это – полимерные азотсодержащие пигменты, которые образуются при склеротизации кутикулы из фенольных соединений. У фитофагов, питающихся растениями, в окраске тела преобладают каратиноиды – непредельные высокомолекулярные углеводы, обеспечивающие различную окраску – от желто-зеленой – кузнечики до ярко-красной – божьи коровки. Структурная окраска – возникает вследствие особенностей строения кутикулы и расположения на ней чешуек. Окраска обусловлена явлениями дифракции или интерференции, т.е. особенностями разложения и отражения света. Например, металлическая голубовато-зеленая окраска бабочек, жуков златок, бронзовок, листоедов обусловлена интерференцией света.
Мышцы насекомых относятся к типу поперечно-полосатых мышц и делятся на скелетные (соматические) и внутренние (висцеральные). Мышцы состоят из мышечных волокон – удлиненных клеток, способных сокращаться и расслабляться. При сокращении мышц происходит превращение химической энергии в механическую. Благодаря сильно развитой мускулатуре, относительная сила насекомых в 14-25 раз больше их массы, а прыгающие насекомые (блохи) могут в 1000 раз превышать в высоту длину их тела. Особенность мышц насекомых – способность к многократным и очень быстрым сокращениям (на один нервный стимул мышцы отвечают несколькими сокращениями). Крыловые мышцы комаров и мух сокращаются 300-500 раз в секунду. Это обусловлено большой скоростью химических процессов в мышце и умноженным ответом быстрых мышц на нервный стимул.
Полость тела насекомого разделена двумя тонкими перегородками (диафрагмами) на 3 отдела (синуса), расположенных друг под другом. В верхнем или перикардиальном (околосердечном) синусе расположен орган кровообращения – спинной сосуд. В среднем – висцеральном находится пищеварительная, выделительная система, жировое тело и половые органы. В нижнем –перинейральном (околонервном) находится брюшная нервная цепочка. Обе диафрагмы не сплошные и между синусами происходит обмен гемолимфой.
Пищеварительная система.
Начинается ротовым отверстием в голове и заканчивается анальным отверстием на конце брюшка. Пища поступает в глотку, затем в кишечник, который разделен на 3 отдела: переднюю, среднюю и заднюю кишку, разделенные клапанами.
Передняя кишка подразделяется на глотку, пищевод, зоб, мышечный желудок (у насекомых питающихся твердой пищей). Глотка и пищевод служат для проведения пищи, остальные – для накопления и хранения пищи.
Средняя кишка – орган переваривания пищи и всасывания образовавшихся продуктов гидролиза. В средней кишке пищевой комок, окруженный перитрофической мембраной, подвергается воздействию ферментов и расщепляется на простые органические соединения, которые через стенку средней кишки, попадают в гемолимфу. Иногда средняя кишка играет роль фильтра у сосущих равнокрылых насекомых, когда конец передней кишки соединяется с началом задней кишки. Через образовавшуюся фильтрационную камеру избыток воды с сахарами поступает в заднюю кишку и выбрасывается в виде пяди или медвяной росы, а белки задерживаются и поступают в среднюю кишку.
Задняя кишка. На границе между средней и задней кишкой расположены органы выделения – мальпигиевы сосуды. Основная функция задней кишки – всасывание воды и формирование обезвоженных экскрементов, которые выделяются наружу через анальное отверстие.
Пищеварение насекомых заключается в механической и химической переработке пищи. Механическая обработка характерна только для насекомых, имеющих грызущий ротовой аппарат (мышечный желудок). Химическая – зависит от состава пищи и заключается в гидролизе белков, жиров, углеводов. Гидролиз происходит с помощью ферментов, выделяемых средней кишкой. Набор ферментов изменяется в зависимости от пищи, от пола, от фазы развития насекомого. Скорость пищеварения и всасывания пищи зависит также от температуры тела насекомого. У некоторых хищных насекомых (жужелицы, златоглазки) происходит внекишечное пищеварение – ферменты средней кишки через челюстные каналы попадают в тело жертвы и переваривание пищи начинается раньше, чем проглатывание.
Кровеносная система – незамкнутого типа. Орган кровообращения расположен в перикардиальном синусе в виде спинного сосуда - длинной трубки, разделенной на передний отдел – аорту и задний – сердце. Аорта открывается в головном отделе, а сердце состоит из ряда камер и находится в брюшке над кишечником. Кровообращение или движение гемолимфы осуществляется за счет сокращения камер сердца и движения спинной и брюшной диафрагм. За счет сокращений гемолимфа движется по спинному сосуду вперед, а в полости тела - назад. Гемолимфа насекомых составляет от 5 до 40% массы тела, состоит из жидкой плазмы и клеточных элементов – гемоцитов. Обычно гемолимфа бесцветная или желтовато-зеленая, но у некоторых насекомых (звонцы, гладыши) окрашена в красный цвет. Плазма состоит из воды с растворенными органическими и неорганическими соединениями, кислородом, углекислым газом и т.д. Гемоциты имеют микроскопические размеры амебовидную форму или вид пузырьков, звездочек и подразделяются на несколько типов в зависимости от выполняемой функции (плазмоциты, гранулоциты, эноциты, цистоциты, сфероциты и др.). Содержание гемоцитов в гемолимфе различно, зависит от вида насекомого и фазы развития. Состав и относительную численность гемоцитов используют для диагноза физиологического состояния организма насекомого.
Функции гемолимфы:
1- Трофическая функция
2- Защитная функция
3- Механическая функция
4- Транспортная функция
Дыхательная система – трахейного типа, состоит из двух продольных стволов и ветвей, отходящих к различным органам и мышцам и пронизывающих тело насекомого. Начинается трахея на поверхности тела особыми отверстиями – дыхальцами, которые расположены по бокам брюшка и на груди. Внутри тела трахея многократно делится и заканчивается трахейными капиллярами – трахеолами, оплетающими ткани, органы и заходящими в клетки.
Основная функция – снабжение органов и тканей кислородом за счет диффузии через покровы тела и стенки трахей, а также выведение из организма углекислоты и испарение влаги. Дыхание насекомых осуществляется пассивно у водно- и почво-обитающих личинок и активно – у крупных насекомых за счет сокращения мышц. Дыхание – окислительный процесс, идущий за счет кислорода воздуха и сопровождающийся выделением углекислого газа. Процесс окисления идет при участии окислительных ферментов – оксидаз, характеризуется постепенным распадом молекул белков, жиров, углеводов и выделением тепловой и механической энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.
Выделительная система – участвует в обмене в-в в организме и способна выделять наружу или внутрь различные вещества. Основные органы выделения – мальпигиевы сосуды, жировое тело, цистоциты (нефроциты) и железы.
Мальпигиевы сосуды расположены на границе между средней и задней кишкой. Это тонкие длинные трубочки один конец, которых открывается в кишечник, а второй – слепо оканчивается в полости тела. Количество их различно у разных видов (2 –червецы, 150 – пчелы). Основная функция – удаление из полости тела конечных продуктов метаболизма в виде мочевой к-ты и ее солей.
Жировое тело – в полости тела промежутки между внутренними органами заполняет рыхлая ткань, пронизанная трахеями – жировое тело. Окраска различна – чаще желтоватая, белая, зеленоватая и др. Основные функции – накопление питательных в-в и поглощение продуктов обмена.
Цистоциты (нефроциты) клетки гемолимфы поглощающие из полости тела коллоидные в-ва.
Нижнегубные или лабиальные железы (первичнобескрылые)- парные образования с общим каналом, открывающимся у основания нижней губы.
Экзокринные железы – имеют выводные протоки по которым выделяемые секреты поступают в различные органы (слюнные железы, железы средней кишки, лаковые, восковые, биологически активные в-ва - феромоны- половые, агрегационные и т.д., тревоги)
Эндокринные железы – лишены выводных протоков и выделяемые в-ва (гормоны) поступают непосредственно в гемолимфу. Эндокринные железы регулируют рост развитие и размножение насекомых (личиночный рост, линька, диапауза, половое созревание).
Нервная система – состоит из нервных узлов или ганглиев. Основное назначение – регулирует все функции организма, объединяя его в единое целое.
Н.С. подразделяется на центральную – в виде 2-х отделов – головного и брюшного,
вегетативную (симпатическую) регулирующую работу внутренних органов и мышц насекомого
и периферическую (соединяет ганглии центральной и симпатической нервной системы с различными органами чувств (рецепторами) и с мышцами (эффекторами)).
Ц.Н.С. представлена в виде крупного надглоточного узла – головного мозга, расположенного над пищеводом и подглоточного узла – под пищеводом. Узлы соединены тяжами и образуют окологлоточное кольцо. Брюшной отдел состоит из серии ганглиев, расположенных под кишечником и образующих брюшную нервную цепочку (3 пары грудных и 8 – брюшных).
Основу нервной системы составляют нервные клетки – нейроны, снабженные двумя видами отростков – дендриты и аксоны. Дендриты короткие, ветвящиеся; аксоны – длинные, не ветвятся. Обычно нейрон имеет несколько дендритов и один аксон. Эти отростки служат для проведения нервного возбуждения, из них образуются нервы. Работа нервной системы осуществляется по принципу рефлекторных дуг. В состав рефлекторной дуги входят рецептор, эффектор и нейроны различного действия (чувствительные (сенсорные), двигательные (моторные), ассоциативные (вставочные)). Любая рефлекторная дуга начинается с рецептора, преобразующего раздражающий стимул в нервный импульс. Выделяют группы рецепторов:
Механорецепторы (прикосновение, вибрации, надавливание, звуковые волны)
Терморецепторы (изменение температуры)
Гигрорецепторы (парообразная и капельно-жидкая влага)
Хеморецепторы (химические в-ва, как при контакте, так и дистанционно)
Фоторецепроты (световое раздражение).
Рецепторы, связанные с покровами тела насекомого, носят название сенсилл. Совокупность сенсилл или иных рецепторов, приспособленных к восприятию одинаковых раздражителей, называют органом чувств. Выделяют следующие органы чувств – зрение, обоняние, осязание, слух, вкус, температурная и осмотическая чувствительность, гравитационное и двигательное чувство.
Половая система и размножение насекомых.
Насекомые в основном раздельнополые животные, что чаще всего проявляется в виде полового диморфизма – размер и форма усиков, размеры тела и т.д. Самцы при этом имеют более сильно развитые глаза, усики, подвижность и т.д.
Половая система насекомых состоит из половых желез или гонад, половых путей с придаточными железами и из наружных половых придатков или гениталий.
Половая система самца – состоит из пары половых желез – семенников, пары семяпроводов, непарного семяизвергательного канала, придаточных половых желез и мужского полового придатка – эдеагуса. В семенниках образуются сперматозоиды, которые поступают в семяпроводы, затем в семяизвергательный канал и через эдеагус при спаривании с самкой выводятся наружу. Придаточные половые железы служат для образования сперматофоров – капсул с порцией сперматозоидов, которые при спаривании вводятся в половое отверстие самки или прикрепляются к нему, иногда откладываются на субстрат.
Половая система самки состоит из пары яичников, пары яйцеводов, непарного яйцевода, придаточных половых желез, семяприемника и часто яйцеклада. Яичники содержат яйцевые трубочки – овариолы. (от 1 пары – тля, до 2,4 тыс. – термиты). В яйцевых трубочках происходит образование и созревание яиц, которые затем поступают в парные яйцеводы, затем в непарный яйцевод, а оттуда через половое отверстие выходят наружу. В непарный яйцевод впадает проток семяприемника, в котором хранятся сперматозоиды, попавшие в него при спаривании. Оплодотворение яйца происходит при его прохождении через непарный яйцевод во время откладки яиц. Придаточные железы открываются в непарный яйцеклад и выполняют разные функции – выделяют секрет для приклеивания яиц к субстрату, для образования оотеки, кубышки, обволакивания яиц.
Размножение, способы размножения.
Способность к размножению у одних видов насекомых появляется вскоре после окрыления, у других – через некоторое время, в течение которого они проходят дополнительное питание, необходимое для созревания половых продуктов.
У большинства насекомых размножение связано с участием обоих полов, т.к. сопровождается спариванием и оплодотворением. Такое размножение называется бисексуальным или гамогенетическим (гамос – брак). Но у насекомых встречаются и другие способы размножения – партеногенез, педогенез, полиэмбриония, живорождение.