Среда их обитания

В процессе длительной эволюции насекомые приспособились к определенным условиям жизни.

Насекомые — пойкилотермные (холоднокровные) животные, температура их тела зависит от температуры окружающей среды.

Взаимосвязи животных и растений с окружающей средой и влияние этой среды на жизнедеятельность организмов, механизм движения численности и адаптации организмов к различным условиям изучает наука экология.

Одна из важнейших задач экологии — выяснение основных взаимосвязей насекомых с окружающей природой и человеком.

Без знаний экологии насекомых невозможна рациональная и эффективная борьба с вредителями, использование для этого многочисленных полезных видов. Ведь ежегодно во всем мире насекомые уничтожают в среднем 25-30 % урожая сельскохозяйственных культур.

Сейчас усилия ученых направлены на изучение вредителей и мест их обитания. Зная образ жизни насекомых в различных условиях среды, можно разработать профилактические мероприятия, препятствующие их массовому размножению.

При проведении таких лесокультурных мероприятий, как подбор устойчивых пород, рубка и посадка деревьев и других, необходимо знать экологические особенности вредителей.

Виды, которые легко переносят резкие изменения факторов среды и быстро приспосабливаются к новым условиям, называют биологически пластичными (эврибионтными). Они широко распространены по континентам и имеют больше шансов выжить в неблагоприятных условиях среды.

Виды, которые не могут быстро приспособиться к измененным условиям среды, называют стенобионтными (приспособленные к определенным условиям).

Распределение видов насекомых по поверхности суши подчинено определенным закономерностям: каждая группа насекомых приурочена к своим условиям климата, к соответствующим растениям, почвам, а также рельефу, поскольку он влияет на климат и почвенно-растительный покрой местности.

Наиболее разнообразна фауна насекомых в условиях влажного тропического леса. Это оптимум жизни для многих групп: муравьев, термитов, усачей, бабочек, клопов, цикад, уховерток, сверчков, кузнечиков, тараканов, хрущей.

Среди среднеевропейских групп насекомых особенно распространены жуки, бабочки, стрекозы, мухи, листоеды, долгоносики, клопы, цикады, осы, пчелы, муравьи.

Вблизи гор, например, в тропических лесах юго-восточной части Азии, мир насекомых совершенно иной. Здесь мало бабочек, стрекоз и нет поющих цикад, но активны муравьи и термиты. Много мух, комаров, пилильщиков, листоедов. Нет пчел, но много шмелей.

А в субтропических сосновых лесах юго-востока Азии имеются насекомые тех же видов, что и в сосняках Европы — короткоусые жуки усачи, сосновые златки, бабочки махаоны.

От подножий Карпат через юг Восточной Европы до Казахстана или Монголии расселяются крупные чернотелки, долгоносики, нарывники, цикады, мухи, блестянки, пчелы, роющие осы и неумолкающие саранчовые. Много бабочек, комаров и мошек, стрекоз и кровососов.

В пустынях своя фауна насекомых: чернотелки, скарабеи, жужелицы, хрущи, цикады, муравьиные львы, богомолы.

Принципиальные отличия в отношениях с абиотической и биотической средой хорошо отражены в делении факторов среды на действующие прямые условия метаболизма и через внутривидовые и межвидовые отношения. К первым относятся пища (состав, качество, обилие и др.) и физико-химическая обстановка (температура, свет, влажность и др.), действующие в природе как микроклимат или экоклимат.

Численность насекомых в природе существенно колеблется под влиянием абиотических и биотических факторов среды. Как же влияют абиотические факторы (температура, влажность, ветер, почва и свет) на жизнедеятельность насекомых?

Свет оказывает на организмы смешанное влияние: лучи красной части спектра обеспечивают тепловое действие, синей и фиолетовой частей — химическое. Количество света зависит от высоты солнца. Суточные и сезонные изменения светового режима имеют огромное значение в жизни организмов, способных улавливать малейшие изменения в этом режиме. Свет влияет на скорость роста, качество коконов, плодовитость, а также на активность насекомых: у одних стимулирует ее, у других подавляет. Реакция на свет связана со средой обитания. Активность насекомых, живущих при слабом свете, уменьшается, если свет усилить, и наоборот, активность светолюбивых насекомых (дневные бабочки) тормозится при слабом свете.

Тепловой обмен считают основным и ведущим энергетическим процессом в отношениях организма и среды. Температура определяет состояние тел и все важнейшие явления природы. У насекомых температура тела и все происходящие в нем химические реакции зависят от температуры окружающей среды, от поглощения и отражения лучистой энергии солнца покровами тела.

Основное значение температуры в жизни насекомых отразилось в бесконечном разнообразии их внешнего облика — величине, форме, окраске. Мелкие насекомые имеют менее постоянную температуру тела, чем крупные.

Температуру тела хорошо сохраняет густой волосяной покров, а различная скульптура кожных покровов (бугорки, шипики, гребни) способствует усилению теплоотдачи.

Окраска покровов тела имеет огромное значение в регулировании температуры тела насекомого. В прохладном и влажном климате насекомые имеют обычно темную окраску (черная, коричневая или темно-серая), в сухом и жарком — более светлую (белая, желтая, оранжевая, светло-серая). Серебристые или золотистые волоски усиливают отражение сильных потоков лучей. Экспериментально доказано, что светлая форма поглощает больше тепла и меньше влаги, а темная (например, у озимой совки) при более низких температурах — меньше, что объясняет явление сезонного диморфизма. Температура влияет на пигментацию и цвет обусловлен условиями метаболизма.

Если насекомое находится в состоянии покоя, то вследствие испарения с поверхности тела, температура его на 2-3 °С ниже окружающей. При работе мышц (в полете) температура резко повышается. Например, у летящей азиатской саранчи при 30-37 °С температура тела на 17-20 °С выше, а у сидящей не поднимается выше температуры, окружающей среды. Теплоотдача регулируется через испарение воды с поверхности тела и при дыхании. Так, живые чернотелки на солнце нагреваются меньше, чем мертвые (разница 2-9 °С).

Различные виды реагируют на температуру среды неодинаково: одни из них эвритермны, т. е. выносливые к воздействию температуры (комнатная муха), другие — стенотермны, т. е. развиваются в узко ограниченном диапазоне температур (обыкновенный сосновый пилильщик).

Активность насекомых ограничена определенными температурными границами: верхним и нижним порогом развития. Например, зимняя пяденица активна осенью при температуре 5-8 °С, тогда как другие насекомые в это время впадают в оцепенение — анабиоз (замедление жизненных функций в результате охлаждения), после чего может наступить смерть, так как частично связанная вода в коллоидах белков превращается в лед.

Верхний порог развития не превышает 40 °С. Выше этого предела насекомые впадают в тепловое оцепенение (диапаузу), что является гарантийной адаптацией вида.

При повышении температуры тела до 50 °С бабочки, живущие открыто, под влиянием солнечной радиации теряют до 30 % массы. В результате развитие половых продуктов приостанавливается. Таким образом, жизнь насекомых и темпы их размножения, как и других животных с непостоянной температурой тела, находится в прямой зависимости от температуры окружающей среды.

Активная жизнь насекомых, их рост, морфогенез начинаются при достижении порога развития, или физиологического нуля. У разных видов он различен и варьирует от 15 °С до минус 7 °С. Гусеницы соснового шелкопряда развиваются при температуре 4 °С, сосновые древесинники начинают лет при 8 °С, а личинки мягкотелок, стафилинов ползают по снегу при температуре минус 3 °С; пчелы без запасов меда в зобике погибают через несколько дней при температуре 0 °С.

Следовательно, развитие насекомых протекает при температуре 10-35 °С. Наиболее благоприятна (оптимум) температура 26 °С, при которой скорость развития средняя, плодовитость максимальная, а смертность минимальная. Оптимум — это нормальная средняя температура для развития, при которой достигается минимальная смертность, устойчивая плодовитость и средние темпы развития. Оптимальная температура непостоянна, зависит от комплекса действующих факторов в сочетании с температурой.

С повышением температуры быстрее протекает эмбриональное и постэмбриональное развитие, созревание всех стадий половых продуктов, ускоряются все процессы метаболизма.

Ускорение развития насекомых с повышением температуры окружающей среды объясняется, во-первых, непостоянством температуры тела насекомых и значительной ее зависимостью or температуры среды и, во-вторых, более быстрым протеканием всех химических процессов при более высоких температурах.

Например, божья коровка при температуре 27 °С развивается около 16 дней, а при температуре 22 °С — 30 дней.

Выше температуры 40 °С наступает тепловое оцепенение (диапауза), а температура 52 °С является летальной, т. е. насекомое гибнет, так как коллоиды белков свертываются.

Известно, что при температуре 0 °С вода превращается в дед. Насекомые же выдерживают более низкие температуры поскольку соки их тел представляют собой не чистую воду, а раствор разных веществ и коллоиды протоплазмы в клетках и межклетниках могут связывать воду, препятствуя ее замерзанию.

При достижении некоторого температурного предела, критической точки (-12 °С), до которого соки тела насекомого могут переохлаждаться без образования кристаллов льда, происходит освобождение скрытой энергии, и температура тела насекомого быстро, скачкообразно повышается почти до 0 °С.

Повышение температуры тела — это последняя защитная реакция организма, которая может спасти его от гибели. После этого начинается замерзание соков тела и при снижении температуры до уровня, при котором произошло освобождение скрытого тепла, наступает смерть насекомого. Температурную зону, лежащую между критической точкой (-12 °С) и точкой гибели насекомого, называют зоной анабиоза.

Доказана способность насекомых к переохлаждению, что зависит от их физиологической подготовленности к холоду.

Выявлены случаи оживления насекомых после полного замерзания их соков и, следовательно, почти полного прекращения обмена веществ. Например, гусениц лугового мотылька и древоточца пахучего помещали в температуру до минус 190 °С, после чего насекомых оживляли. Погибали только клетки жирового тела, а мышечные и трахейные клетки не нарушались.

Сохранить жизнь при замерзании можно только при постепенном замораживании, когда соки тела превращаются в стеклообразное аморфное вещество без образования кристалликов льда. Процесс образования некристаллического вещества называют витрификацией. При нем не происходит перестройки молекулярных рядов, поэтому возможно оживление. Это явление (витрификация) было изучено на яичном белке, протоплазме, простейших, желатине и других веществах.

Гибель насекомого под воздействием низких температур обусловлена образованием кристаллов льда в тканях их тела, т. е. нарушением клеточной структуры, что ведет к необратимым физиологическим изменениям.

Переохлаждение соков играет физиологически защитную роль против кристаллизации воды. Уровень холодостойкости зависит от содержания воды в организме и физиологического состояния организма, от соотношения в нем связанной и свободной воды.

Таким образом, температура оказывает прямое и косвенное влияние на жизнь насекомых. Температура определяет плодовитость, продолжительность стадии развития, прожорливость, подвижность, смертность.

Косвенное влияние температуры связано с влажностью воздуха, почвой, а следовательно, и с растениями.

Живых существ, не содержащих воды, не существует. Все процессы обмена веществ — питание, дыхание, выделение — требуют участия воды. Интенсивность обмена связана с содержанием воды в организме. У разных видов оно колеблется в пределах 45-92 %. Насекомые с более толстыми и крепкими покровами тела содержат меньше воды. Минимальное содержание воды у пустынной саранчи (35 %).

По мере старения насекомого, содержание воды в его теле уменьшается. Содержание воды зависит также от влажности воздуха, субстрата и влажности пищи. Многие насекомые восполняют недостаток воды, поглощая ее кожными покровами из воздуха или почвы, многие пьют воду.

Насекомые выделяют воду при дыхании, испарении через покровы и с экскрементами, при обмене веществ, при экскреторной деятельности выделительной системы, а также в период линек.

При дефиците влажности насекомые восполняют недостаток воды в организме за счет метаболической воды, образующейся при окислении жира. Установлено, что при недостатке влажности у насекомых снижается степень испарения. Вода, полученная с пищей, удерживается в организме тем больше, чем меньше ее содержание в соках.

Как установлено, чем больше воды в теле, тем в большем количестве она находится в связанном состоянии. При недостатке воды развитие может задерживаться или приостанавливаться, и насекомое переходит в состояние оцепенения.

Так, известен случай анабиоза при высыхании воды. Личинки комаров, живущие в лужах в горах Венгрии, при высыхании воды зарываются в детрит, который пересыхает и превращается в пыль, а личинки превращаются в сухие сморщенные мумии. Высушенными они могут быть более пяти месяцев, после чего при незначительном дожде, попав в воду, через несколько минут оживают.

Вода в организме находиться в связанном и свободном состоянии. Велико значение коллоидно-связанной воды, поступающей с пищей. Недостаток ее приводит к уменьшению количества образующихся половых клеток, снижению плодовитости, а в ряде случаев к бесплодию. Многие насекомые требуют большой влажности для развития яиц. Яйца пустынной саранчи адсорбируют воду из влажного песка, и содержание ее поднимается с 52 до 80 %, а масса яйца — от 6 до 14 мг. Влажность регулируется за счет питания.

По требовательности к влаге различают насекомых ксерофильных (сухолюбивых), гигрофильных (влаголюбивых) и мезофильных (предпочитающих умеренную влажность).

Куколки озимой совки гибнут, если влажность длительный период ниже 35%. Амбарный долгоносик не может развиваться при влажности зерна ниже 12%. Большой выносливостью к сухости воздуха отличаются куколки соснового бражника, развивающегося даже при нулевой относительной влажности.

Колебания температур и влажности играют большую роль в появлении вспышек массового размножения насекомых, а также в понижении их количества и даже гибели.

Типы превращений.
Очень нарядны и привлекательны ярко-окрашенные бабочки, жуки или перепончатокрылые. Однако такими мы видим их недолго. С момента появления яйца до взрослой стадии насекомые в течение жизни пережинают очень сложные изменения.

Из отложенного самкой яйца выходит личинка, которая или похожа на своих взрослых сородичей или совсем непохожа. Поэтому различают несколько типов превращений, связанных с линьками. Если личинка, сбрасывая несколько раз кожные покровы под действием ферментов, выделяемых линочными железами, только растет и превращается во взрослое, способное к размножению насекомое, то этот тип превращения — неполный. Личинки насекомых с неполным превращением отличаются от взрослых малыми размерами, отсутствием крыльев, неразвитой половой системой и другими признаками.

Таковы прямокрылые (саранчевые, кузнечиковые, сверчковые), тараканы, термиты, палочники, клопы, уховертки, равнокрылые хоботные (цикадовые, алейродиды, листоблошки, кокциды, стрекозы и поденки).

Все эти насекомые сходны по степени их изменения в течение жизни с позвоночными животными — птицами, рыбами, рептилиями и млекопитающими, у которых постепенно увеличиваются размеры тела, совершенствуются все внутренние системы и органы движения, изменяется окраска и наступает половозрелость.

У насекомых с неполным превращением, как и у большинства позвоночных, среда жизни и питание молодых и взрослой стадий в основном одинаковые.

Однако у некоторых видов, например у стрекоз, резко меняется среда обитания (наземный и водный образ жизни), а следовательно, изменяется и способ дыхания. Стрекоза — хищное насекомое с трахейным типом дыхания, обладая совершенными полетом и зрением, она на лету может поймать любое насекомое. На личиночной стадии стрекоза живет в водоемах, дышит жабрами и охотится за насекомыми и за мальками рыб.

Большинство насекомых претерпевает полный цикл превращения, т. е. тип, при котором облик младшей стадии резко отличается от взрослой стадии. Для таких насекомых характерно наличие куколочной стадии. Во время куколочного покоя в организме личинки происходят сильные изменения: все органы личинки, ее мышечная, пищеварительная, железистая и выделительная системы распадаются и из этой массы органического вещества зарождаются эмбриональные клетки так называемых имагинальных дисков. Из них вырастают крылья, ноги, усики-антенны. Глаза из простых глазков превращаются в сложные фасеточные. Изменяется все, кроме кровеносной и нервной системы. Поэтому из несовершенного кожно-мускульного мешка личинки (гусеницы) появляется такое сложное и совершенное взрослое насекомое, как бабочка, жук, муха, пчела.

Из современных насекомых к таким относятся богатые видами отряды жуков, бабочек, двукрылых и перепончатокрылых.

Очень интересно развитие насекомых, обладающих сверхпревращением (гиперметаморфоз). Например, превращение у некоторых видов нарывников характеризуется наличием стадии триангулина (личинки) по выходе из яйца. Личинка не похожа на обычную белую безногую личинку, а имеет хорошо развитые глаза, ноги и усики-антенны, густо покрыта темными волосками. По-видимому, это связано с паразитическим образом жизни за счет диких пчел, в гнездах которых триангулин проходит свое развитие до конца или до тех пор, пока пчелы не обнаружат паразита и не замуруют его воском в ячейке.

С чем же связаны удивительные перемены в жизни насекомых, каковы причины и эволюция таких превращений?

Как показывает история развития всего класса насекомых, выявленная на основе исследований многочисленных ископаемых остатков древних насекомых, все типы превращений были свойственны насекомым еще на заре их существования. Однако в конце палеозойской эры гораздо больше было насекомых со слабовыраженным метаморфозом. Тогда были наиболее численно обильны насекомые с неполным типом превращения: тараканы, цикады, стрекозы. Наличие жаберного способа дыхания у личинок стрекоз свидетельствует о том, что в палеозое жизнь на континентах процветала главным образом в водоемах. Из-за обилия пищи молодые особи насекомых превращались в питающуюся стадию, а взрослые, обладающие крыльями, становились стадией размножения и расселения вида. Таким образом, индивидуальное развитие (онтогенез) разделилось на два основных типа — питающейся личиночной стадии и взрослой расселительной стадии — показатель закономерного хода эволюции насекомых, параллельности путей исторического развития этих групп организмов.

В конце палеозойской эры уже было немало насекомых с полным метаморфозом.

На основе деления на питающуюся и размножающуюся стадии, видимо, только во второй половине мезозойской эры возникли более тесные взаимоотношения между молодыми и взрослыми особями в форме заботы о потомстве, выражающиеся в накоплении пищи и выкармливании молодых особей, в защите их от неблагоприятного воздействия погоды и от врагов. Особенно ярко это проявилось у муравьев, термитов, пчел, т. е. у общественных насекомых, главным образом у самок, что способствовало совершенствованию инстинктов, оттачиванию чувств и более высокому развитию нервной системы, а в результате огромному видовому разнообразию этих насекомых на обширных участках суши.

Таким образом, многие насекомые (двукрылые, перепончатокрылые) стали самыми разнообразными и обильными в природе благодаря прогрессивному морфологическому и функциональному изменению, что позволило им стать лучшими летунами среди всех животных и способствовало заселению как лесных, луговых местностей, так и сухих степей и пустынь.

Развитие и размножение.
Развитие насекомого, как и продолжительность жизни отдельных стадий, происходит двумя путями: эмбриональным и постэмбриональным. Развитие эмбриона в яйце продолжается у разных видов неодинаковое время. У мух зародыш в яйце развивается от нескольких часов до двух-трех дней. Яйца бабочек непарного шелкопряда, зеленой дубовой листовертки, монашенки лежат всю зиму, а у саранчи могут пролежать два года.

Яйцо сверху покрыто оболочкой-скорлупой, под которой находится тонкий слой протоплазмы, а затем много желтка. Внутри желтка располагается ядро.

У многих насекомых наблюдается деление ядра и остальных элементов яйца на две части. При делении количество клеток возрастает и они выходят на периферию яйца (наездники и низшие насекомые). Вышедшие на периферию клетки располагаются в один сплошной ряд, образуя бластодерму, из которой формируется зародышевая полоса. Она увеличивается на брюшной стороне будущего зародыша. Зародышевая полоса постепенно дифференцируется: передний конец расширяется и образует головные лопасти, из заднего конца формируется тело зародыша. Обозначаются границы члеников-сегментов.

Из пяти сегментов формируется голова, из трех — грудь, из двенадцати — брюшко. На брюшной стороне появляются парные бугорки, которые со временем преобразуются в конечности. Передние конечности — усики-антенны перемещаются на спинную сторону, следующие три пары конечностей сближаются и образуют ротовой аппарат.

В зародышевой полосе одновременно с наружной происходит внутренняя дифференциация: образуются три зародышевых пласта — наружный (эктодерма), внутренний (энтодерма) и средний (мезодерма).

Из эктодермы образуются кожные покровы, дыхательная, нервная и выделительная системы (мальпигиевы сосуды), передняя и задняя кишки. Из энтодермы — средняя кишка. Из мезодермы формируются мышцы, жировое тело, кровеносная система.

В конце эмбрионального развития стенки полости тела разрушаются и происходит вылупливание насекомого из яйца.

Постэмбриональное развитие насекомого после выхода яйца сопровождается большими изменениями в организме связанными с линьками (метаморфоз).

Если насекомое по выходе из яйца походит на взрослое во всех существенных чертах и ведет одинаковый с ним образ жизни, это насекомое с неполным превращением, т. е. развитие его заключается в росте.

Период роста, т. е. личиночная стадия, продолжается различно: от нескольких дней до пяти лет (майский хрущ), а у североамериканской цикады — 17 лет. У некоторых насекомых бывает задержка в развитии (диапауза), когда насекомое не питается и находится в недеятельном состоянии.

Так, яблоневая плодожорка, сосновый пилильщик останавливаются на стадии личинки.

Если по выходе из яйца насекомое совсем непохоже на взрослое, то это полное превращение, при котором имеется стадия куколки.

Куколочная стадия продолжается различно. У малярийного комара — два дня, а у сосновой пяденицы и сосновой совки куколки лежат всю зиму.

Взрослая стадия — имаго — менее продолжительна, чем остальные. Так, многие бабочки живут по несколько месяцев и могут зимовать, впадая в спячку или улетая в теплые края. Другие живут несколько дней, дубовый походный шелкопряд — пять-восемь дней. Жуки живут 2-3 года, пчелиная матка — 5-8 лет, самка муравья — 15-20 лет, а термита — 50 лет.

Зная продолжительность развития стадий, можно определять оптимальные сроки борьбы с вредными видами.

В биологии насекомых огромную роль играют способы их размножения. Различают половое и бесполое размножение, которое делят на несколько видов.

Девственное размножение (партеногенез), при котором наблюдается развитие яйца без оплодотворения, свойственно отдельным бабочкам и тлям.

Педогенез (размножение детей) характерен для некоторых видов комариков рода Миастор, живущих под гниющей корой лиственных пород. При таком размножении личинки производят на свет личинок и только через несколько поколений образуются куколки и появляются взрослые насекомые.

Совсем недавно был открыт еще один способ размножения у мелких наездников, развивающихся в яйцах, а затем в гусеницах молей (черемуховая паутинная моль). Самки наездника откладывают в яйца моли по одному яйцу. Начинается процесс дробления яйца паразита (зародыш делится на 100 частей, которые затем превращаются в отдельных особей, т. е. гусеница моли имеет паразитов, которые ее съедают, оставляя лишь одну шкурку). Такое бесполое размножение называют полиэмбрионией (многозародышевое размножение), оно характерно для паразитических перепончатокрылых (наездников).