Ochii compuși ai insectelor constau din ochi individuali. Structura și fiziologia insectelor

ORGANE DE SIMT LA INSECTE

Organele de simț ale insectelor sunt intermediari între mediul extern și corp. În conformitate cu stimulii externi, sau iritanții, insectele efectuează anumite acțiuni care alcătuiesc comportamentul lor.

Organele de simț ale insectelor sunt simțul mecanic, auzul, simțul chimic, simțul hidrotermal și vederea.

Baza organelor de simț este formată din unități senzoriale nervoase - sensilla. Ele constau din două componente: o structură receptivă în piele și adiacentă celule nervoase. Sensilla iese deasupra suprafeței pielii sub formă de fire de păr, peri și conuri (Fig. 7).

Senzație mecanică. Reprezentat de mecanoreceptori. Aceștia sunt receptori și structuri sensibile, percepând șocul, poziția corpului, echilibrul acestuia etc. Receptorii tactili, sau tactili, sunt împrăștiați în tot corpul sub formă de sensila simplă cu senzori, i.e. păr sensibil. O schimbare a poziției părului la contactul cu obiecte sau aer este transmisă celulei sensibile, unde are loc excitația, transmisă de-a lungul proceselor sale către centrul nervos.

Mecanoreceptorii includ, de asemenea, sensila în formă de clopot. Le lipsesc firele de păr sensibile și sunt încorporate în piele. Suprafața lor receptoră sub forma unui capac cuticular este situată pe suprafața cuticulei. Procesul tijei celulei sensibile - pinul - se apropie de capac de jos. Sensile în formă de clopot se găsesc pe aripi, cerci, picioare și tentacule. Ei percep șocuri corporale, îndoire și tensiune.

Mecanoreceptorii includ și organele cordotonale ca organe ale auzului. Neuronii lor se termină într-un știft în formă de tijă. Aceasta este o serie de sensile speciale întinse între două secțiuni ale cuticulei. Sensile cordotonale se numesc scolopofore și sunt formate din trei celule: un neuron senzorial, o celulă capac și o celulă parietală.

Nu toate insectele au dezvoltat auzul. Ortoptere (lăcuste, lăcuste, greieri), cicadele cântătoare, unele gândaci și o serie de lepidoptere au receptori auditivi - organe timpanice. Aceste insecte ciripesc sau cântă. Organele timpanice sunt o colecție de scolopofori care sunt asociate cu zone ale cuticulei, care se prezintă sub forma unei membrane timpanice (Fig. 8).

La lăcuste, organele timpanice sunt situate pe părțile laterale ale primului segment abdominal, la lăcuste și greieri - pe tibia picioarelor din față (Fig. 9).

La țânțari, funcția organului auditiv este îndeplinită de organul lui Johnston. Pe cercul gândacilor și ortopterelor și pe corpul omizilor, neuronii sunt localizați pe firele de păr care detectează undele sonore.

Importanța organelor auditive:

– sunt percepute semnale provenite de la indivizi din propria specie, ceea ce asigură o legătură între sexe, i.e. aceasta este una dintre formele de localizare a semnalului sexual;

- preluați alte sunete (fluiere, sunete ascuțite, căutarea unei victime).

Senzație chimică. Servește pentru a percepe chimia mediului, și anume gustul și mirosul. Prezentat de chemoreceptori. Simțul mirosului percepe și analizează un mediu gazos cu o concentrație scăzută de substanță, iar gustul – un mediu lichid cu o concentrație mare. Chemoreceptor sensilla se prezintă sub formă de fire de păr, plăci sau conuri scufundate în corp. Pe antene, funcția olfactivă este îndeplinită de sensila placoidă și celoconică. Simțul mirosului este folosit de insecte pentru a căuta indivizi de sex opus, pentru a recunoaște indivizi din propria specie, pentru a găsi hrană și locuri pentru depunerea ouălor. Multe insecte secretă substanțe atractive - atractanți sexuali sau epagoni.

Gustul servește doar la recunoașterea alimentelor. Insectele disting 4 gusturi principale - dulce, amar, acru și sărat.

Majoritatea zaharurilor, precum glucoza, fructoza, maltoza și altele, atrag albinele și muștele chiar și la concentrații relativ scăzute; alte zaharuri, precum galactoza, manoza si altele, sunt recunoscute doar la concentratii mari, iar albinele le resping. Unii fluturi sunt foarte sensibili la zaharuri, deosebind o soluție de zahăr cu o concentrație nesemnificativă de 0,0027% de apa pură.

Multe alte substanțe - acizi, săruri, aminoacizi, uleiuri și altele - pot fi respinse în concentrații mari, dar uneori soluții slabe Unii acizi și săruri au un efect atractiv.

Papilele gustative sunt localizate în primul rând pe gură, dar sunt posibile alte locații. Astfel, la albine, unele muște și un număr de fluturi diurni, aceștia sunt localizați pe tarsii picioarelor și prezintă o sensibilitate ridicată; când partea plantară a picioarelor atinge soluția de zahăr, fluturele flămând reacționează desfăcându-și proboscisul. În cele din urmă, la albine și viespi pliate (Vespidae), acești receptori se găsesc și pe segmentele de capăt ale antenelor.

Gradul ridicat de dezvoltare a simțului chimic la insecte este un aspect esențial al fiziologiei lor și servește baza stiintifica la cercetarea şi aplicarea anumitor metode de control chimic al speciilor dăunătoare. În practica de combatere a dăunătorilor se folosește metoda momelii, a cărei esență este acea anumită atragere nutrienți tratate cu otrăvuri și distribuite în locurile în care este concentrat dăunătorul; Astfel de momeli otrăvite sunt utilizate pe scară largă și cu mare succes în lupta împotriva lăcustelor. În lupta împotriva dăunătorilor, sunt căutate și substanțe atractive, sau atractanți.

Senzație de higrotermă. Este esențială în viața unui număr de insecte și, în funcție de condițiile de umiditate și de temperatura mediului ambiant, reglează comportamentul individului; de asemenea controlează echilibrul apeiȘi regim de temperatură corpuri. Receptorii corespunzători nu au fost studiați suficient, dar s-a stabilit că senzația de umiditate este localizată la unele insecte pe cap și anexele sale - antene și tentacule, iar senzația de căldură - pe antene, labe și alte organe. Percepția căldurii este foarte dezvoltată la insecte, iar speciile individuale au propria lor zonă de temperatură optimă la care se străduiesc. Cu toate acestea, limitele optimului de temperatură depind de condițiile de temperatură și umiditate ale mediului în care s-a dezvoltat insecta, precum și de faza dezvoltării acesteia.

Viziune.Împreună cu simțul chimic, joacă probabil un rol decisiv în viața insectelor. Organele vederii au o structură complexă și sunt reprezentate de două tipuri de ochi: complexi și simpli (Fig. 10).

Orez. 10. Secțiune schematică (A) și fațete de pe suprafața (B) a unui ochi compus: 1 – cornee; 2 – con de cristal; 3 – celule retiniene.

Ochii compuși sau fațetați, doi dintre ei, sunt localizați pe părțile laterale ale capului, sunt adesea foarte dezvoltați și pot ocupa apoi o parte semnificativă a capului. Fiecare ochi compus este format din unități multivizuale - sensilla, care se numesc ommatidia; numărul lor într-un ochi compus poate ajunge la multe sute, precum și mii.

Omatidiul este format din trei tipuri de celule, formând părțile somatice, sensibile și pigmentare (Fig. 11). La exterior, fiecare ommatidium formează o celulă rotundă sau hexagonală pe suprafața ochiului - o fațetă, motiv pentru care ochii compuși își primesc numele. Partea optică sau refractivă a ommatidiumului constă dintr-o lentilă transparentă și un con de cristal transparent subiacent. Cristalinul sau corneea este în esență o cuticulă transparentă și de obicei arată ca o lentilă biconvexă. Conul de cristal este format din patru celule transparente alungite și, împreună cu lentila, formează un singur sistem optic - o lentilă cilindrică; lungimea axei sale optice depășește semnificativ diametrul acesteia. Partea sensibilă este situată sub cea optică, formează retina, sau retina, care percepe razele de lumină, și este formată dintr-o serie de celule retiniene. Aceste celule sunt alungite de-a lungul ommatidiumului, situate sectorial și formează căptușeala tijei sale centrale - tija optică sau rabdom. La baza lor, celulele retiniene trec în fibrele nervoase, mergând la lobii vizuali ai creierului. Partea pigmentară este formată din celule pigmentare, care împreună formează căptușeala părții sensibile și a conului de cristal; din aceasta cauza, fiecare omatidiu este izolat optic de cel vecin. În consecință, partea de pigment îndeplinește funcția unui aparat de izolare optică.

Insectele diurne au o așa-numită viziune apozițională. Datorită izolării optice cu ajutorul celulelor pigmentare, fiecare ommatidium este transformat într-un tub subțire izolat; prin urmare, numai razele care trec prin lentilă și, în plus, doar care coincid strict cu axa longitudinală a ommatidiumului pot pătrunde în el. Aceste raze ajung la tija optică, sau rabdom; acesta din urmă este tocmai elementul perceptiv al retinei. În consecință, câmpul vizual al fiecărui ommatidium este foarte mic și vede doar o parte nesemnificativă a obiectului în cauză. Dar număr mare ommatidia vă permite să creșteți dramatic câmpul vizual prin aplicare reciprocă sau apoziție; Ca rezultat, din cele mai mici părți individuale ale imaginii, se formează o singură imagine de ansamblu, ca într-un mozaic. Astfel, insectele au vedere mozaic.

Insectele nocturne și crepusculare au viziune prin suprapunere, care este asociată cu diferențe morfologice și fiziologice în ommatidia lor. În ochiul de suprapunere, partea sensibilă este mai îndepărtată de partea optică, iar celulele pigmentare izolează în principal partea optică. Datorită acestui lucru tijă optică 2 tipuri de raze pătrund - drepte și oblice; primii intră în ommatidii prin lentilă, iar cei din urmă din omatidiile vecine, ceea ce sporește efectul de lumină. În consecință, imaginea unui obiect se obține în acest caz nu numai prin combinarea percepțiilor individuale, ci și prin suprapunerea lor, sau suprapunere.

În lumina puternică a zilei ochi de suprapunere capătă unele asemănări fiziologice cu ochiul apoziţional. Acest lucru se întâmplă deoarece pigmentul din celulele pigmentare începe să se miște în lumină și este distribuit astfel încât să formeze un tub întunecat în jurul ommatidiumului; Datorită acestui fapt, ommatidiile sunt aproape izolate optic unele de altele și primesc raze predominant de la cristalinul lor. Această capacitate a ochiului de a răspunde la gradul de iluminare poate fi considerată acomodare. Într-o oarecare măsură, este, de asemenea, caracteristic ochiului apozițional, care permite insectelor diurne să adapteze rapid ochiul la viziune în lumină puternică și la umbră, de exemplu, atunci când zboară dintr-un loc deschis într-o pădure.

Cu ajutorul ochilor compuși, insectele disting forma, mișcarea, culoarea și distanța față de un obiect, precum și lumina polarizată. Cu toate acestea, marea varietate de insecte, stilul și obiceiurile lor de viață, creează, fără îndoială, o varietate de caracteristici ale vederii lor. Acestea din urmă depind de caracteristicile structurale ale ochilor și de ommatidia lor; diametrul, lungimea, numărul acestora din urmă și alte proprietăți determină calitatea vederii. Se crede că multe specii sunt miope și pot distinge doar mișcarea la distanță. Acest lucru este confirmat de multe experimente. Astfel, larvele de libelule se grăbesc la prada în mișcare și nu observă prada staționară. O plasă plasată în fața cuibului de viespi cu celule care depășesc lungimea corpului încă blochează intrarea în cuib, dar după ceva timp viespile vor învăța să se târască prin celulele acestei ochiuri.

Majoritatea insectelor sunt oarbe la culoarea roșie, dar pot vedea radiații ultravioleteși sunt atrași de el; gama undelor de lumină vizibilă se află în intervalul 2500–8000 A. Albina a descoperit capacitatea de a distinge lumina polarizată emisă cer albastru, care îi permite să navigheze în spațiu atunci când zboară. O serie de insecte se caracterizează, de asemenea, printr-o schimbare a mișcării în funcție de direcție razele de soare, adică Orientarea busolei solare. Esența acestui fenomen este că unghiul de incidență al razelor pe anumite părți ale retinei rămâne constant de ceva timp; mișcarea întreruptă se reia în același unghi, dar din cauza mișcării soarelui, direcția de mișcare se schimbă cu același număr de grade.

Strâns legată este mișcarea fotobusola, care explică sosirea insectelor nocturne la lumină. Razele de lumină diverg radial și atunci când se deplasează oblic în raport cu ele, unghiul de incidență a acestora se va modifica; Pentru a menține un unghi fix, insecta este forțată să-și schimbe în mod constant calea către sursa de lumină. Mișcarea urmează o spirală logaritmică și în cele din urmă conduce insecta la sursa de lumină în sine (Fig. 12).

Ochi simpli, sau ocelli, sunt situate între ochii compuși de pe frunte și coroană, sau numai pe coroană (Fig. 13). Sunt mici, numărând de obicei trei și dispuse într-un triunghi. Datorită poziției lor în vârful capului, ele sunt adesea numiți și ocelli dorsali. Din punct de vedere morfologic, ocelele nu corespund ommatidiilor ochilor compuși. Astfel, ei sunt inervați nu din lobii optici ai creierului, ci din partea de mijloc a protocerebrului. În plus, pentru o parte optică au o serie de părți sensibile. De asemenea, le lipsește un con de cristal și lor partea optică reprezentat doar de cristalinul cuticular, i.e. o singură lentilă.

Nu toate insectele au ochi; în special, ele sunt absente la mulți diptere și fluturi. La insectele fără aripi sau cu aripi scurte, acestea sunt, de asemenea, absente sau rudimentare. Rolul lor nu este suficient de clar. S-a stabilit că, în mai multe forme, focalizarea ochiului se află în spatele părții sensibile, prin urmare nu poate exista percepție a imaginii în acest caz; Pictura peste ochi compuși face aceste insecte orbe. În același timp, există o legătură anatomică între nervii ocelari și nervii ochilor compuși, ceea ce indică existența unei legături funcționale între aceste organe. Fără îndoială, ochii diferitelor insecte pot juca un rol diferit. În orice caz, pentru mulți au un efect reglator asupra ochilor compuși, asigurând stabilitatea vederii în condiții de intensitate luminoasă fluctuantă. La intensitate scăzută, ocelele sporesc reacția ochilor compuși, adică. devin segmente ale acestora din urmă; la niveluri ridicate, ele prezintă un efect inhibitor asupra ochilor compuși.

Ocelele laterale sau laterale, caracteristice larvelor de insecte cu metamorfoză completă, trebuie distinse de ocelele dorsale. Aceste ocelli, numite și steme, sunt situate pe părțile laterale ale capului în locul în care se găsesc ochii compuși la adulți. Numărul lor este diferit și chiar variabil în cadrul aceleiași specii. Unele specii au doar un ochi pe fiecare parte, în timp ce altele au șase sau mai multe perechi. Când o insectă se mută în stare adultă ocelul lateral se atrofiază și sunt înlocuiți cu ochi compuși.

Stemmata variază în detalii structurale, dar se caracterizează prin prezența unei lentile. Omizile fluture au, de asemenea, un con de cristal și este dezvoltat un singur rabdom, ceea ce face ca un astfel de ocelus să fie asemănător cu ommatidiumul unui ochi compus. Însă la larvele de muște, unii gândaci și alte insecte, mai multe sau chiar multe rabdome sunt prezente în ochi, iar conul de cristal poate fi absent. Acest lucru face ca astfel de stemmate să fie asemănătoare nu cu ommatidia, ci cu ocelul dorsal.

Ocelii laterali sunt inervați din lobii optici ai creierului și funcția lor vizuală este incontestabilă.

Unele insecte își păstrează capacitatea de a răspunde la lumină atunci când ochii și ocelele sunt îndepărtate sau acoperite cu lac negru; În același timp, gândacii evită lumina, ca în stare normală, iar omizile mențin o reacție pozitivă și se deplasează spre sursa de lumină. Insectele din peșteră fără ochi pot răspunde, de asemenea, la lumină. Evident, suprafața corpului lor este capabilă să sesizeze lumina și, prin urmare, putem vorbi despre fotosensibilitate cutanată.

Abilitatea de a vedea lumea din jurul nostru în întregul spectru de culori și nuanțe - cadou unic natura pentru om. Lumea culorilor pe care ochii noștri o pot percepe este strălucitoare și uimitoare. Dar omul nu este singura creatură vie de pe această planetă. Animalele și insectele văd și obiecte, culori, forme nocturne? Cum văd muștele sau albinele camera noastră, de exemplu, sau o floare?

ochi de insectă

Știința modernă, cu ajutorul unor instrumente speciale, a putut să vadă lumea prin ochii diferitelor animale. Această descoperire a devenit o senzație la vremea ei. Se pare că mulți dintre frații noștri mai mici, și în special insectele, văd o imagine complet diferită de cea pe care o vedem noi. Muștele măcar văd? Da, dar deloc așa, și se dovedește că noi și muștele, precum și alte creaturi zburătoare și târâtoare, par să trăim în aceeași lume, dar complet diferită.

Totul ține de Insecte, el nu este singur, sau mai degrabă, nu este complet singur. Ochiul unei insecte este o colecție de mii de fațete sau ommatidii. Arată ca niște lentile conice. Fiecare astfel de ommatidia vede o parte diferită a imaginii, accesibilă numai ei. Cum văd muștele? Imaginea pe care o observă arată ca o imagine asamblată dintr-un mozaic sau un puzzle.

Acuitatea vizuală a insectelor depinde de numărul de ommatidii. Cea mai văzută este libelula, are omatidie - aproximativ 30 de mii. Se văd și fluturi - aproximativ 17 mii, spre comparație: o muscă are 4 mii, o albină are 5. Cea mai deficientă de vedere este furnica, ochiul său conține doar 100 de fațete.

Apărare completă

O altă abilitate a insectelor care diferă de oameni este capacitatea de a vedea peste tot în jur. Lentila ochilor este capabilă să vadă totul la 360 o. Dintre mamifere, iepurele are cel mai mare unghi vizual - 180 de grade. De aceea este poreclit cel oblic, dar ce să faci dacă sunt atât de mulți dușmani. Leul nu se teme de dușmani, iar ochii lui privesc la mai puțin de 30 de grade din orizont. La insectele mici, natura a compensat lipsa de creștere cu capacitatea de a vedea pe toți cei care se strecoară pe ele. Ceea ce mai distinge percepția vizuală a insectelor este viteza cu care imaginea se schimbă. În timpul unui zbor rapid, reușesc să observe tot ceea ce oamenii nu pot vedea cu o asemenea viteză. De exemplu, cum văd muștele televizorul? Dacă ochii noștri ar fi ca ai unei muște sau al unei albine, ar trebui să învârtim filmul de zece ori mai repede. Este aproape imposibil să prinzi o muscă din spate; ea vede mișcarea mâinii mai repede decât apare. Un bărbat pare o țestoasă lentă pentru o insectă, iar o țestoasă pare o piatră în general nemișcată.

Culorile curcubeului

Aproape toate insectele sunt daltonice. Ei disting culorile, dar în felul lor. Interesant este că ochii insectelor și chiar ai unor mamifere nu percep deloc roșul sau îl văd ca albastru sau violet. Pentru o albină, florile roșii par negre. Plantele care au nevoie de polenizare de albine nu înfloresc roșu. Majoritate culori deschise stacojiu, roz, portocaliu, visiniu, dar nu roșu. Acele rare care își permit o ținută roșie sunt polenizate într-un mod diferit. Aceasta este relația din natură. Este greu de imaginat cum au reușit oamenii de știință să descopere cum muștele văd culorile unei camere, dar se dovedește că culoarea lor preferată este galbenul, iar albastrul și verdele le irită. Pur si simplu. Pentru a avea mai puține muște în bucătărie, trebuie doar să o pictezi corect.

Pot muștele să vadă în întuneric?

Muștele, ca majoritatea insectelor zburătoare, dorm noaptea. Da, da, și ei au nevoie de somn. Dacă o muscă este alungată în mod constant și nu este lăsată să doarmă timp de trei zile, ea moare. Muștele văd prost în întuneric. Acestea sunt insecte cu ochi rotunzi, dar miop. Nu au nevoie de ochi pentru a găsi mâncare.

Spre deosebire de muște, albinele lucrătoare văd bine noaptea, ceea ce le permite să lucreze și în tura de noapte. Noaptea, florile miros mai intens și sunt mai puțini competitori pentru nectar.

Ei văd bine noaptea, dar liderul neîndoielnic în viziune în întuneric este gândacul american.

Forma articolului

Percepția formei unui obiect de către diferite insecte este interesantă. Specificul este că s-ar putea să nu perceapă deloc forme simple, care nu sunt necesare pentru viabilitatea lor. Albinele și fluturii nu văd obiecte de forme simple, în special cele staționare, dar sunt atrase de tot ce are forme complexe de flori, mai ales dacă se mișcă sau se leagănă. Acest lucru explică, în special, faptul că albinele și viespile înțepă rareori o persoană care stă nemișcată și, dacă o fac, este în zona buzelor când vorbește (mișcându-și buzele). Muștele și alte insecte nu percep o persoană; se așează pe el pur și simplu în căutarea hranei, pe care o caută după miros și o văd cu senzori pe labe.

Caracteristicile generale ale vederii insectelor

• Numai fluturii pot distinge culoarea roșie - ei polenizează flori rare un astfel de interval.
• Toți ochii au o structură de fațetă, diferența fiind în numărul de ommatidii.
• Tricromazia, sau capacitatea de a transforma culorile în trei culori primare: violet, verde și ultraviolet.
• Capacitatea de a sparge și de a reflecta razele de lumină și de a vedea întreaga imagine a realității înconjurătoare.
• Abilitatea de a privi imagini care se schimbă foarte repede.
• Insectele știu să navigheze prin lumina soarelui, așa că moliile se îngrămădesc la lampă.
• Vederea binoculară îi ajută pe prădătorii din lumea insectelor să determine cu exactitate distanțele până la prada lor.

Insecte sunt în prezent cel mai prosper grup de animale de pe Pământ.

Corpul insectelor este împărțit în trei secțiuni: cap, torace și abdomen.

Pe capul insectelor există ochi compuși și patru perechi de apendice. Unele specii au ocelli simpli pe lângă ochi compuși. Prima pereche de anexe este reprezentată de antene (antene), care sunt organe de miros. Cele trei perechi rămase formează aparatul bucal. Buza superioară (labrum), un pliu nepereche, acoperă maxilarul superior. A doua pereche de apendice bucale formează maxilarele superioare (mandibule), a treia pereche - maxilarul inferior (maxila), a patra pereche fuzionează și formează buza inferioară (labium). Poate exista o pereche de palpi pe maxilarul inferior și pe buza inferioară. Aparatul bucal include limba (hipofaringe), o proeminență chitinoasă a podelei cavității bucale (Fig. 3). Datorită modului în care se hrănesc, părțile bucale pot fi tipuri variate. Există tipuri de piese bucale care se roade, roadă-ling, piercing-suge, suge și ling. Tipul principal de aparat bucal ar trebui să fie considerat roading (Fig. 1).

orez. 1.
1 - buza superioară, 2 - fălcile superioare, 3 - fălcile inferioare, 4 - buza inferioară,
5 - segment principal buza de jos, 6 - „tulpina” buzei inferioare, 7 - palp mandibular,
8 - lama de mestecat internă a maxilarului inferior, 9 - externă
lobul de mestecat al maxilarului inferior, 10 - bărbie,
11 - barbie falsă, 12 - palp sublabial, 13 - uvulă, 14 - uvulă accesorie.

Pieptul este format din trei segmente, care se numesc protorax, mezotorax și, respectiv, metatorax. Fiecare dintre segmentele toracelui poartă o pereche de membre; la speciile zburătoare, există o pereche de aripi pe mezotorax și metatorax. Membrele sunt articulate. Segmentul principal al piciorului se numește coxa, urmat de trohanter, femur, tibie și tars (Fig. 2). Datorită modului de viață, membrele merg, aleargă, sar, înoată, sapă și apucă.

orez. 2. Diagrama structurii
membre de insecte:
1 - aripă, 2 - coxa, 3 - trohanter,
4 - coapsă, 5 - picior inferior, 6 - labe.

orez. 3.
1 - ochi compuși, 2 - ocelli simpli, 3 - creier, 4 - salivare
glandă, 5 - gușă, 6 - aripa din față, 7 - aripa posterioară, 8 - ovar,
9 - inimă, 10 - intestin posterior, 11 - seta caudal (cerci),
12 - antenă, 13 - buza superioară, 14 - mandibule (superioare
maxilare), 15 - maxilară (maxilare inferioare), 16 - buză inferioară,
17 - ganglion subfaringian, 18 - cordonul nervos abdominal,
19 - intestin mediu, 20 - vase malpighiene.

Numărul de segmente abdominale variază de la 11 la 4. Insectele inferioare au membre pereche pe abdomen, la insectele superioare sunt modificate într-un ovipozitor sau alte organe.

Tegumentul este reprezentat de cuticula chitinoasă, hipoderm și membrana bazala, protejează insectele de daune mecanice, pierderi de apă și sunt un exoschelet. Insectele au multe glande de origine hipodermică: salivare, odoritoare, otrăvitoare, arahnoid, ceroase etc. Culoarea tegumentului insectelor este determinată de pigmenții conținuti în cuticulă sau hipodermă.

orez. 4. Secțiune longitudinală prin
cap de gandac negru:
1 - deschiderea gurii, 2 - faringe,
3 - esofag, 4 - creier
(ganglion suprafaringian),
5 - ganglionul nervului subfaringian,
6 - aorta, 7 - canalul salivar
glande, 8 - hipofaringe, sau
subfaringian, 9 - preoral
cavitate, 10 - secțiune anterioară
cavitatea preorală, sau
cibarium, 11 - sectiune posterioara
cavitatea preorală,
sau salivară.

Mușchii insectelor structura histologică Sunt clasificate ca fiind striate, se disting prin capacitatea lor de a se contracta la o frecventa foarte mare (de pana la 1000 de ori pe secunda).

Sistem digestiv ca la toate artropodele, este împărțit în trei secțiuni, secțiunile anterioare și posterioare sunt de origine ectodermică, cea din mijloc este de origine endodermică (Fig. 5). Sistemul digestiv începe cu anexele bucale și cavitatea bucală, în care se deschid canale 1-2 perechi. glandele salivare. Prima pereche de glande salivare produce enzime digestive. A doua pereche de glande salivare poate fi modificată în glande arahnoide sau secretoare de mătase (omizi ale multor tipuri de fluturi). Canalele fiecărei perechi se unesc într-un canal nepereche, care se deschide la baza buzei inferioare sub hipofaringe. Secțiunea anterioară include faringele, esofagul și stomacul. La unele specii de insecte, esofagul are o extensie - o gușă. La speciile care se hrănesc cu alimente vegetale, stomacul conține pliuri chitinoase și dinți care facilitează măcinarea alimentelor. Secțiunea din mijloc reprezentat de intestinul mediu, în care alimentele sunt digerate și absorbite. În partea sa inițială, intestinul mediu poate avea excrescențe oarbe (anexe pilorice). Anexele pilorice funcționează ca glande digestive. La multe insecte care se hrănesc cu lemn, protozoarele și bacteriile simbiotice se instalează în intestine, secretând enzima celulază și facilitând astfel digestia fibrelor. Secțiunea posterioară este reprezentată de intestinul posterior. La granița dintre secțiunile medii și posterioare se deschid în lumenul intestinal numeroase vase malpighiene închise orb. Hindgut are glande rectale care aspiră apa din masa alimentară rămasă.

orez. 5. Diagrama structurii
sistem digestiv
gandac negru:
1 - glandele salivare, 2 -
esofag, 3 - gușă, 4 -
apendice pilorice,
5 - intestinul mijlociu,
6 - vase malpighiene,
7 - intestin posterior,
8 - rect.

Organele respiratorii ale insectelor sunt traheea, prin care sunt transportate gazele. Traheele încep cu deschideri - spiraculi (stigmate), care sunt situate pe părțile laterale ale mezotoracelui și metatoraxului și pe fiecare segment abdominal. Numărul maxim de spiraculi este de 10 perechi. Adesea stigmele au valve speciale de închidere. Traheea arată ca niște tuburi subțiri și pătrunde în întreg corpul insectei (Fig. 6). Ramurile terminale ale traheei se termină într-o celulă traheală stelata, din care se extind și tuburi mai subțiri - traheole. Uneori, traheea formează mici expansiuni - saci de aer. Pereții traheei sunt căptușiți cu o cuticulă subțire, având îngroșări sub formă de inele și spirale.

orez. 6. Sistem
cladiri
respirator
sisteme negre
gândac de bucătărie

Sistemul circulator al insectelor - tip deschis(Fig. 7). Inima este situată în sinusul pericardic pe partea dorsală regiunea abdominală corpuri. Inima are aspectul unui tub, închis orbește la capătul posterior. Inima este împărțită în camere, fiecare cameră are deschideri pereche cu valve pe laterale - ostia. Numărul de camere este de opt sau mai puțin. Fiecare cameră a inimii are mușchi care îi asigură contracția. Valul de contracții ale inimii din camera posterioară spre cea anterioară asigură o mișcare înainte a sângelui într-un singur sens.

Hemolimfa se deplasează din inimă într-un singur vas - în aorta cefalică și apoi se revarsă în cavitatea corpului. Prin numeroase deschideri, hemolimfa pătrunde în cavitatea sinusului pericardic, apoi prin ostie, odată cu extinderea camerei cardiace, este aspirată în inimă. Hemolimfa nu are pigmenți respiratori și este un lichid gălbui care conține fagocite. Funcția sa principală este de a furniza organelor nutrienți și de a transfera produse metabolice către organele excretoare. Funcția respiratorie a hemolimfei este nesemnificativă; doar la unele larve de insecte acvatice (larve de țânțari cu burtă clopot) hemolimfa are hemoglobină, este colorată în roșu aprins și este responsabilă de transportul gazelor.

Organele excretoare ale insectelor sunt vasele malpighiene și corpul gras. Vasele malpighiene (până la 150 la număr) sunt de origine ectodermică, curgând în lumenul intestinal la limita dintre intestinul mijlociu și cel posterior. Produs de excreție - cristale acid uric. Corpul gras al insectelor, pe lângă funcția sa principală - stocarea rezervelor nutrienți, servește și ca „mugur de stocare”. Corpul adipos conține celule excretoare speciale care sunt saturate treptat cu acid uric puțin solubil.

orez. 7. Diagrama structurii
sistem circulator
gandac negru:
1 - inima, 2 - aorta.

Sistemul nervos central al insectelor este format din ganglioni suprafaringieni perechi (creier), ganglioni subfaringieni și ganglioni segmentari ai cordonului nervos ventral. Creierul include trei secțiuni: protocerebrum, deutocerebrum și tritocerebrum. Protocerebrumul inervează acronul și ochii localizați pe acesta. Pe protocerebrum se dezvoltă corpuri în formă de ciupercă, de care se apropie nervii din organele vederii. Deutocerebral inervează antenele, iar tritocerebrumul inervează buza superioară.

Lanțul nervos abdominal include 11-13 perechi de ganglioni: 3 toracici și 8-10 abdominali. La unele insecte, ganglionii segmentari toracici și abdominali se îmbină pentru a forma ganglionii toracici și abdominali.

Sistemul nervos periferic este format din nervi care se extind din sistemul nervos central și organele senzoriale. Există celule neurosecretoare ai căror neurohormoni reglează activitatea organe endocrine insecte

Cu cât comportamentul insectelor este mai complex, cu atât creierul și corpul ciupercilor lor sunt mai dezvoltate.

Organele senzoriale ale insectelor ating un grad ridicat de perfecțiune. Capacitățile aparatului lor senzorial le depășesc adesea pe cele ale vertebratelor superioare și ale oamenilor.

Organele vederii sunt reprezentate de ochi simpli și compuși (Fig. 8). Ochii compuși sau compuși sunt localizați pe părțile laterale ale capului și constau din omatidie, al căror număr este tipuri variate insectele variază de la 8-9 (furnici) la 28.000 (libelule). Multe specii de insecte au vedere la culoare. Fiecare ommatidia percepe o mică parte din câmpul vizual al întregului ochi, imaginea este compusă din multe particule mici ale imaginii, o astfel de viziune fiind uneori numită „mozaic”. Rolul ocelilor simple nu a fost studiat pe deplin; s-a stabilit că ei percep lumina polarizată.

orez. 8.
A - ochi compus (omatidiile sunt vizibile pe secțiune), B - diagramă
structura unui ommatidium individual, B - diagrama structurii unui simplu
ochi: 1 - cristalin, 2 - con de cristal, 3 - pigment
celule, 4 - celule vizuale (retiniene),
5 - rabdom (tijă optică), 6 - fațete (externe
suprafața cristalinului), 7 - fibre nervoase.

Multe insecte sunt capabile să scoată sunete și să le audă. Organele auzului și organele care produc sunete pot fi localizate în orice parte a corpului. De exemplu, la lăcuste, organele auzului (organele timpanului) sunt situate pe tibiele picioarelor din față; există două fante longitudinale înguste care conduc la timpanîn legătură cu celulele receptorilor. Organele care produc sunete sunt situate pe aripile din față, cu aripa stângă corespunzând „arcului” și aripa dreaptă „viorii”.

Organele olfactive sunt reprezentate de un set de sensile olfactive situate în principal pe antene. Antenele masculilor sunt mai dezvoltate decât cele ale femelelor. După miros, insectele caută hrană, locuri pentru depunerea ouălor și indivizi de sex opus. Femelele secretă substanțe speciale - atracții sexuali care atrag bărbații. Fluturii masculi găsesc femele la o distanță de 3-9 km.

Sensile gustative sunt situate pe maxilare și palpi labiali ai gândacilor, pe picioarele albinelor, muștelor și fluturilor și pe antenele albinelor și furnicilor.

Receptorii tactili, termoreceptorii și higroreceptorii sunt împrăștiați pe suprafața corpului, dar cei mai mulți dintre ei se află pe antene și palpi. Multe insecte percep campuri magnetice iar modificările lor, unde se află organele care percep aceste câmpuri, sunt încă necunoscute.

Insectele sunt animale dioice. Multe specii de insecte prezintă dimorfism sexual. Aparatul reproducător masculin include: testicule pereche și canale deferente, duct ejaculator nepereche, organ copulator și glande accesorii. Organul copulator include elemente cuticulare - organele genitale. Glandele accesorii secretă o secreție care diluează spermatozoizii și formează învelișul spermatoforului. Aparatul reproducător feminin include: ovar și oviducte pereche, vagin nepereche, receptacul spermatic, glande accesorii. Femelele unor specii au un ovipozitor. Organele genitale ale bărbaților și femeilor au o structură complexă și o semnificație taxonomică.

Insectele se reproduc sexual; partenogeneza (afidele) este cunoscută pentru o serie de specii.

Dezvoltarea insectelor este împărțită în două perioade - embrionară, inclusiv dezvoltarea embrionului în ou, și postembrionară, care începe din momentul în care larva iese din ou și se termină cu moartea insectei. Dezvoltarea postembrionară are loc odată cu metamorfoza. Pe baza naturii metamorfozei, aceste artropode sunt împărțite în două grupe: insecte cu transformare incompletă (hemimetabolous) și insecte cu transformare completă (holometabolous).

La insectele hemimetabolice, larva este similară cu animalul adult. Se deosebește de acesta prin aripile sale subdezvoltate - gonade, absența caracteristicilor sexuale secundare și dimensiunea sa mai mică. Astfel de larve asemănătoare imago sunt numite nimfe. Larva crește, mucoșește, iar după fiecare naparlire rudimentele aripilor se măresc. După mai multe napse, nimfa mai în vârstă apare ca adult.

La insectele holometabolice, larva nu este asemănătoare cu imago nu numai ca structură, ci și ecologic; de exemplu, larva cockchaferului trăiește în sol, în timp ce imago trăiește în copaci. După mai multe moarte, larvele se transformă în pupe. În timpul stadiului de pupă, organele larvelor sunt distruse și se formează corpul unei insecte adulte.

orez. 9.
A - deschis (călăreț), B -
acoperit (fluture),
B - ascuns (zboară).

Larvele insectelor holometabolice nu au ochi compuși sau rudimente de aripi. Părțile bucale lor sunt de tip roadă, iar antenele și membrele lor sunt scurte. După gradul de dezvoltare al membrelor, se disting patru tipuri de larve: protopod, oligopod, polipod, apod. Larvele de protopode au doar rudimente picioarele pieptului(albine). Larvele de oligopode au trei perechi de picioare normale de mers (gândaci, aripi). Larvele polipode, pe lângă trei perechi de picioare toracice, mai au câteva perechi de picioare false pe abdomen (fluturi, mușchii). Picioarele abdominale sunt proiecții ale peretelui corpului, purtând spini și cârlige pe talpă. Larvele apodale nu au membre (diptere).

Conform metodelor de mișcare, larvele insectelor holometaboloase sunt împărțite în campodeoide, eruciforme, vierme și vermiforme.

Larvele campodeoide au un corp lung și flexibil, picioare alergătoare și cerci senzoriali (gândacii de pământ). Larvele eruciforme sunt un corp cărnos, ușor curbat, cu sau fără membre (gândaci de mărunțiș, gândaci de bronz, gândaci de bălegar). Viermi de sârmă - cu un corp rigid, rotund în diametru, cu cerci de susținere (gandaci de clic, gândaci întunecați). Vermiformes - de aspect asemănător viermilor, fără picioare (diptere și multe altele).

Pupele sunt de trei tipuri: libere, acoperite, ascunse (Fig. 9). În pupele libere, rudimentele aripilor și ale membrelor sunt clar vizibile, liber separate de corp, tegumentul este subțire și moale (gândaci). În pupele acoperite, rudimentele cresc strâns pe corp, tegumentul este foarte sclerotizat (fluturi). Pupele ascunse sunt pupe libere situate în interiorul unui cocon fals - pupari (muște). Puparea este o piele de larvă întărită nevărsată.

Se crede că o persoană primește până la 90% din cunoștințele despre lumea exterioară cu ajutorul viziunii sale stereoscopice. Iepurii au dobândit viziune laterală, datorită căreia pot vedea obiecte situate în lateral și chiar în spatele lor. La peștii de adâncime, ochii pot ocupa până la jumătate din cap, iar „al treilea ochi” parietal al lampreiului îi permite să navigheze bine în apă. Șerpii pot vedea doar un obiect în mișcare, dar ochii șoimului călător sunt recunoscuți ca cei mai vigilenți din lume, capabili să urmărească prada de la o înălțime de 8 km!

Dar cum văd lumea reprezentanții celei mai numeroase și diverse clase de creaturi vii de pe Pământ - insectele -? Alături de vertebrate, cărora le sunt inferioare doar ca mărime corporală, insectele sunt cele care au cea mai avansată viziune și sisteme optice complexe ale ochiului. Deși ochii compuși ai insectelor nu au acomodare, drept urmare pot fi numiți miopi, ei, spre deosebire de oameni, sunt capabili să distingă obiectele care se mișcă extrem de rapid. Și datorită structurii ordonate a fotoreceptorilor lor, mulți dintre ei au un adevărat „al șaselea simț” - viziunea de polarizare.

Vederea se estompează - puterea mea,
Două sulițe de diamant invizibile...

A. Tarkovsky (1983)

Este greu de supraestimat importanța Sveta(radiația electromagnetică în spectrul vizibil) pentru toți locuitorii planetei noastre. lumina soarelui servește ca sursă principală de energie pentru plantele și bacteriile fotosintetice și, indirect prin intermediul acestora, pentru toate organismele vii din biosfera pământului. Lumina afectează direct fluxul întregii diversități procesele vieții animale, de la reproducere la schimbări sezoniere de culoare. Și, desigur, datorită percepției luminii de către organele de simț speciale, animalele primesc semnificative (și adesea b O majoritatea) informațiilor despre lumea înconjurătoare, pot distinge forma și culoarea obiectelor, pot determina mișcarea corpurilor, pot naviga în spațiu etc.

Vederea este deosebit de importantă pentru animalele capabile să se miște activ în spațiu: odată cu apariția animalelor mobile, vederea a început să se formeze și să se îmbunătățească. aparatul vizual- cel mai complex dintre toate cunoscute sistemelor senzoriale. Aceste animale includ vertebrate și printre nevertebrate - cefalopode si insecte. Aceste grupuri de organisme se pot lăuda cu cele mai complexe organe de vedere.

Cu toate acestea, aparatul vizual al acestor grupuri diferă semnificativ, la fel ca și percepția imaginilor. Se crede că insectele, în general, sunt mai primitive în comparație cu vertebratele, ca să nu mai vorbim de cel mai înalt nivel al lor - mamiferele și, în mod natural, oamenii. Dar cât de diferite sunt percepțiile lor vizuale? Cu alte cuvinte, este lumea văzută prin ochii unei mici creaturi numită muscă mult diferită de a noastră?

Mozaic de hexagoane

Sistemul vizual al insectelor nu este, în principiu, diferit de cel al altor animale și constă din organe de vedere periferice, structurile nervoaseși formațiuni ale sistemului nervos central. Dar în ceea ce privește morfologia organelor vizuale, aici diferențele sunt pur și simplu izbitoare.

Toată lumea este familiarizată cu complexul faţetate ochi de insecte, care se găsesc la insectele adulte sau larvele de insecte care se dezvoltă cu transformare incompletă, adică fără stadiul de pupă. Nu există multe excepții de la această regulă: aceștia sunt puricii (ordinul Siphonaptera), aripile evantai (ordinul Strepsiptera), majoritatea peștilor de argint (familia Lepismatidae) și întreaga clasă de criptognatani (Entognatha).

Ochiul compus arată ca coșul unei floarea soarelui coaptă: este format dintr-un set de fațete ( ommatidia) - receptoare autonome de radiații luminoase care au tot ce este necesar pentru a regla fluxul luminos și formarea imaginii. Numărul de fațete variază foarte mult: de la mai multe în coada perilor (ordinul Thysanura) la 30 de mii în libelule (ordinul Aeshna). În mod surprinzător, numărul de ommatidii poate varia chiar și în cadrul unui grup sistematic: de exemplu, un număr de specii de gândaci de pământ care trăiesc în spații deschise au ochi compuși bine dezvoltați, cu o cantitate mare ommatidia, în timp ce la gândacii de pământ care trăiesc sub pietre, ochii sunt mult reduse și constau dintr-un număr mic de omatidii.

Stratul superior de ommatidia este reprezentat de cornee (lentila) - o secțiune de cuticulă transparentă secretată de celule speciale, care este un fel de lentilă biconvexă hexagonală. Sub corneea majorității insectelor există un con cristalin transparent, a cărui structură poate varia între tipuri diferite. La unele specii, în special cele nocturne, există structuri suplimentare în aparatul de refracție a luminii care joacă în principal rolul de acoperire antireflex și măresc transmisia luminii a ochiului.

Imaginea formată de lentilă și conul de cristal cade pe fotosensibil retiniană celule (vizuale), care sunt un neuron cu un axon scurt. Mai multe celule retiniene formează un singur fascicul cilindric - retinula. În interiorul fiecărei astfel de celule, pe partea orientată spre interior, se află omatidiu rabdomer- o formație specială de mai multe (până la 75–100 mii) tuburi de vilozități microscopice, a căror membrană conține pigment vizual. Ca la toate vertebratele, acest pigment este rodopsina- proteine ​​colorate complexe. Datorită suprafeței uriașe a acestor membrane, neuronul fotoreceptor conține un număr mare de molecule de rodopsina (de exemplu, în musca de fructe Drosophila acest număr depășește 100 de milioane!).

Rabdomerii tuturor celulelor vizuale, combinate în rabdomși sunt fotosensibile, elemente receptor ale ochiului compus și toată retinula împreună constituie un analog al retinei noastre.

Aparatul de refracție la lumină și sensibil la lumină al fațetei este înconjurat de-a lungul perimetrului de celule cu pigmenți, care joacă rolul de izolare a luminii: datorită acestora, fluxul de lumină, atunci când este refractat, ajunge la neuronii unei singure ommatidie. Dar așa sunt aranjate fațetele în așa-numitul fotopic ochi adaptați la lumina strălucitoare a zilei.

Pentru speciile care duc un stil de viață crepuscular sau nocturn, ochii de alt tip sunt caracteristici - scotopică. Astfel de ochi au o serie de adaptări la un flux de lumină insuficient, de exemplu, rabdomeri foarte mari. În plus, în omatidiile unor astfel de ochi, pigmenții de izolare a luminii pot migra liber în interiorul celulelor, astfel încât fluxul de lumină poate ajunge la celulele vizuale ale ommatidiilor învecinate. Acest fenomen stă la baza așa-numitului adaptare întunecată ochi de insectă - sensibilitate crescută a ochiului în lumină slabă.

Când rabdomerii absorb fotonii luminii, impulsurile nervoase sunt generate în celulele retiniene, care sunt trimise de-a lungul axonilor către lobii optici perechi ai creierului insectelor. Fiecare lob optic are trei centre asociative, unde este procesat fluxul de informații vizuale care provin simultan din mai multe fațete.

De la unu la treizeci

Potrivit legendelor antice, oamenii aveau odată un „al treilea ochi” responsabil de percepția extrasenzorială. Nu există dovezi pentru acest lucru, dar aceeași lampredă și alte animale, cum ar fi șopârla cu smocuri și unii amfibieni, au organe neobișnuite sensibile la lumină în locul „greșit”. Și, în acest sens, insectele nu rămân în urma vertebratelor: pe lângă ochii compuși obișnuiți, au mici oceli suplimentari - ocelli situat pe suprafața frontoparietală și tulpini- pe părțile laterale ale capului.

Ocelli se găsesc în principal la insectele bine zburătoare: adulți (la speciile cu metamorfoză completă) și larve (la speciile cu metamorfoză incompletă). De regulă, acestea sunt trei ocelli aranjate sub formă de triunghi, dar uneori pot lipsi cel din mijloc sau două laterale. Structura ocelilor este similară cu ommatidia: sub o lentilă de refracție a luminii au un strat de celule transparente (analog cu un con cristalin) și o retină retiniană.

Stemmas pot fi găsite la larvele de insecte care se dezvoltă cu metamorfoză completă. Numărul și locația lor variază în funcție de specie: pe fiecare parte a capului pot fi de la unu la treizeci de ocelli. La omizi, șase ocele sunt mai frecvente, aranjate astfel încât fiecare dintre ele să aibă un câmp vizual separat.

În diferite ordine de insecte, stema poate diferi între ele ca structură. Aceste diferențe se datorează, probabil, originii lor din structuri morfologice diferite. Astfel, numărul de neuroni dintr-un ochi poate varia de la câteva unități la câteva mii. Desigur, acest lucru afectează percepția insectelor asupra lumii înconjurătoare: dacă unele dintre ele pot vedea doar mișcarea luminii și pete întunecate, apoi alții sunt capabili să recunoască dimensiunea, forma și culoarea obiectelor.

După cum vedem, atât stemele, cât și ommatidia sunt analogi ale unor fațete singulare, deși modificate. Cu toate acestea, insectele au alte opțiuni „de rezervă”. Astfel, unele larve (în special din ordinul Diptera) sunt capabile să recunoască lumina chiar și cu ochii complet umbriți folosind celule fotosensibile situate pe suprafața corpului. Și unele specii de fluturi au așa-numiții fotoreceptori genitali.

Toate aceste zone fotoreceptoare sunt structurate într-un mod similar și reprezintă un grup de mai mulți neuroni sub o cuticulă transparentă (sau translucidă). Datorită acestor „ochi” suplimentari, larvele de diptere evită spațiile deschise, iar fluturii femele le folosesc atunci când depun ouăle în zone umbrite.

Polaroid fațetat

Ce pot face ochii complexi ai insectelor? După cum se știe, orice radiație optică poate avea trei caracteristici: luminozitatea, gamă(lungime de undă) și polarizare(orientarea oscilațiilor componentei electromagnetice).

Insectele folosesc caracteristicile spectrale ale luminii pentru a înregistra și a recunoaște obiectele din lumea înconjurătoare. Aproape toate sunt capabile să perceapă lumina în intervalul 300-700 nm, inclusiv partea ultravioletă a spectrului, inaccesibilă vertebratelor.

De obicei, Culori diferite sunt percepute de diferite zone ale ochiului compus al insectelor. O astfel de sensibilitate „locală” poate varia chiar și în cadrul aceleiași specii, în funcție de sexul individului. Adesea, aceeași omatidie poate conține receptori de culoare diferiți. Deci, la fluturii din gen Papilio doi fotoreceptori au un pigment vizual cu un maxim de absorbție la 360, 400 sau 460 nm, încă doi la 520 nm, iar restul între 520 și 600 nm (Kelber și colab., 2001).

Dar asta nu este tot ce poate face ochiul insectei. După cum sa menționat mai sus, în neuronii vizuali, membrana fotoreceptoare a microvilozităților rabdomerale este pliată într-un tub cu secțiune transversală circulară sau hexagonală. Din acest motiv, unele molecule de rodopsina nu participă la absorbția luminii din cauza faptului că momentele de dipol ale acestor molecule sunt situate paralel cu calea fasciculului de lumină (Govardovsky și Gribakin, 1975). Ca urmare, microvilusul dobândește dicroism- capacitatea de a absorbi lumina diferit in functie de polarizarea acesteia. Creșterea sensibilității la polarizare a ommatidiumului este facilitată și de faptul că moleculele pigmentului vizual nu sunt situate aleatoriu în membrană, ca la om, ci sunt orientate într-o singură direcție și, în plus, sunt fixate rigid.

Dacă ochiul este capabil să distingă între două surse de lumină pe baza caracteristicilor lor spectrale, indiferent de intensitatea radiației, putem vorbi despre viziunea culorilor. Dar dacă face acest lucru fixând unghiul de polarizare, ca în acest caz, avem toate motivele să vorbim despre viziunea de polarizare a insectelor.

Cum percep insectele lumina polarizată? Pe baza structurii ommatidiumului, se poate presupune că toți fotoreceptorii trebuie să fie simultan sensibili atât la o anumită lungime(e) undelor luminoase, cât și la gradul de polarizare a luminii. Dar în acest caz pot exista probleme serioase- asa numitul percepția falsă a culorilor. Astfel, lumina reflectată de suprafața lucioasă a frunzelor sau a suprafeței apei este parțial polarizată. În acest caz, creierul, analizând datele fotoreceptorilor, poate face o greșeală în evaluarea intensității culorii sau a formei suprafeței reflectorizante.

Insectele au învățat să facă față cu succes acestor dificultăți. Astfel, la o serie de insecte (în primul rând muște și albine), se formează un rabdom în ommatidii care percep doar culoarea. tip închis, în care rabdomerii nu se contactează între ei. În același timp, au și ommatidie cu rabdome drepte obișnuite, care sunt și ele sensibile la lumina polarizată. La albine, astfel de fațete sunt situate de-a lungul marginii ochiului (Wehner și Bernard, 1993). La unii fluturi, distorsiunile în percepția culorii sunt eliminate datorită curburii semnificative a microvilozităților rabdomerilor (Kelber și colab., 2001).

La multe alte insecte, în special lepidoptera, rabdomele drepte obișnuite sunt păstrate în toate omatidiile, astfel încât fotoreceptorii lor sunt capabili să perceapă simultan atât lumina „colorată” cât și cea polarizată. Mai mult, fiecare dintre acești receptori este sensibil doar la un anumit unghi de polarizare de preferință și la o anumită lungime de undă a luminii. Această percepție vizuală sofisticată ajută fluturii să se hrănească și să depună ovipoziție (Kelber și colab., 2001).

Pământ necunoscut

Puteți să vă adânciți la nesfârșit în trăsăturile morfologiei și biochimiei ochiului de insectă și încă vă este greu să răspundeți la o întrebare atât de simplă și, în același timp, incredibil de complexă: cum văd insectele?

Este dificil pentru o persoană să-și imagineze chiar imaginile care apar în creierul insectelor. Dar trebuie remarcat faptul că este popular astăzi teoria mozaicului viziunii, conform căruia insecta vede imaginea sub forma unui fel de puzzle de hexagoane, nu reflectă în întregime cu exactitate esența problemei. Faptul este că, deși fiecare fațetă surprinde o imagine separată, care este doar o parte a întregii imagini, aceste imagini se pot suprapune cu imaginile obținute de la fațetele învecinate. Prin urmare, imaginea lumii obținută folosind ochiul uriaș al unei libelule, constând din mii de camere miniaturale cu fațete, și „modestul” ochi cu șase fațete al unei furnici va fi foarte diferită.

Cu privire la acuitate vizuala (rezoluţie, adică capacitatea de a distinge gradul de dezmembrare a obiectelor), apoi la insecte este determinată de numărul de fațete pe unitate suprafata convexa ochi, adică densitatea lor unghiulară. Spre deosebire de oameni, ochii insectelor nu au acomodare: raza de curbură a lentilei conducătoare de lumină nu se modifică. În acest sens, insectele pot fi numite miope: văd mai multe detalii cu cât sunt mai aproape de obiectul observației.

În același timp, insectele cu ochi compuși sunt capabile să distingă obiectele care se mișcă foarte rapid, ceea ce se explică prin contrastul lor ridicat și inerția scăzută. sistemul vizual. De exemplu, o persoană poate distinge doar aproximativ douăzeci de flash-uri pe secundă, dar o albină poate distinge de zece ori mai mult! Această proprietate este vitală pentru insectele care zboară rapid, care trebuie să ia decizii în zbor.

Imaginile color percepute de insecte pot fi, de asemenea, mult mai complexe și neobișnuite decât ale noastre. De exemplu, o floare care ni se pare albă ascunde adesea în petalele ei mulți pigmenți care pot reflecta lumină ultravioletă. Și în ochii insectelor polenizatoare, strălucește cu multe nuanțe colorate - indicii pe drumul către nectar.

Se crede că insectele „nu văd” culoarea roșie, care în „ formă pură„și este extrem de rar în natură (cu excepția plantelor tropicale polenizate de păsări colibri). Cu toate acestea, florile colorate în roșu conțin adesea alți pigmenți care pot reflecta radiația cu unde scurte. Și dacă considerați că multe insecte sunt capabile să perceapă nu trei culori primare, ca o persoană, ci mai multe (uneori până la cinci!), atunci imaginile lor vizuale ar trebui să fie pur și simplu o extravaganță de culori.

Și, în sfârșit, „al șaselea simț” al insectelor este viziunea de polarizare. Cu ajutorul lui, insectele reușesc să vadă în lumea din jurul lor ceea ce oamenii își pot face doar o idee vagă de a folosi filtre optice speciale. În acest fel, insectele pot determina cu precizie locația soarelui pe un cer înnorat și pot folosi lumina polarizată ca „busolă cerească”. Și insectele acvatice în zbor detectează corpurile de apă prin lumina parțial polarizată reflectată de la suprafața apei (Schwind, 1991). Dar ce fel de imagini „văd” este pur și simplu imposibil de imaginat pentru o persoană...

Oricine, dintr-un motiv sau altul, este interesat de viziunea insectelor poate avea o întrebare: de ce nu au dezvoltat un ochi de cameră asemănător cu la ochiul uman, cu pupilă, lentilă și alte dispozitive?

La această întrebare a primit odată un răspuns exhaustiv de remarcabilul fizician teoretician american, laureat Nobel R. Feynman: „Acest lucru este oarecum împiedicat motive interesante. În primul rând, albina este prea mică: dacă ar avea un ochi asemănător cu al nostru, dar în mod corespunzător mai mic, atunci dimensiunea pupilei ar fi de ordinul a 30 de microni și, prin urmare, difracția ar fi atât de mare încât albina ar fi tot nu pot vedea mai bine. Un ochi prea mic nu este un lucru bun. Dacă un astfel de ochi are o dimensiune suficientă, atunci nu ar trebui să fie mai mic decât capul albinei în sine. Valoarea unui ochi compus constă în faptul că practic nu ocupă spațiu - doar un strat subțire pe suprafața capului. Așa că înainte de a da sfaturi unei albine, nu uita că are propriile ei probleme!

Prin urmare, nu este surprinzător că insectele și-au ales propria cale în cunoașterea vizuală a lumii. Și pentru a-l vedea din punctul de vedere al insectelor, ar trebui să dobândim ochi compuși uriași pentru a ne menține acuitatea vizuală obișnuită. Este puțin probabil ca o astfel de achiziție să ne fie utilă din punct de vedere evolutiv. Fiecare al lui!

Literatură
1. Tyshchenko V. P. Fiziologia insectelor. M.: Şcoala superioară, 1986, 304 p.
2. Klowden M. J. Sisteme fiziologice la insecte. Academ Press, 2007. 688 p.
3. Nation J. L. Insect Physiology and Biochimie. Ediția a doua: CRC Press, 2008.

Ochi de insectă mărire mare arată ca o zăbrele fină.

Acest lucru se datorează faptului că ochiul insectei este alcătuit din mulți „ochi” mici numiți fațete. Ochii insectelor se numesc faţetate. Micul ochi cu fațetă se numește omatidiu. Omatidiul are aspectul unui con lung și îngust, a cărui bază este o lentilă în formă de hexagon. De aici și numele de ochi compus: fațetă tradus din mijloace franceze "margine".

Un smoc de omatidie alcătuiește ochiul complex, rotund, de insectă.

Fiecare ommatidia are un câmp vizual foarte limitat: unghiul vizual al ommatidia în partea centrală a ochiului este de numai aproximativ 1°, iar la marginile ochiului - până la 3°. Omatidiul „vede” doar acea secțiune minusculă a obiectului din fața ochilor către care este „îndreptată”, adică unde este îndreptată extensia axei sale. Dar din moment ce ommatidia sunt strâns adiacente între ele, iar axele lor sunt în ochi rotund diverge radial, apoi întregul ochi compus acoperă obiectul ca întreg. Mai mult, imaginea obiectului se dovedește a fi mozaic, adică alcătuită din piese separate.

Numărul de ommatidii din ochi variază de la insectă la insectă. O furnică lucrătoare are doar aproximativ 100 de ommatidii în ochi, o muscă de casă are aproximativ 4000, albină lucrătoare- 5000, pentru fluturi - până la 17.000, iar pentru libelule - până la 30.000! Astfel, vederea furnicii este foarte mediocră, în timp ce ochii uriași ai libelulei - două emisfere irizate - asigură câmpul vizual maxim.

Datorită faptului că axele optice ale ommatidiilor diverg la unghiuri de 1-6°, claritatea imaginii insectelor nu este foarte mare: nu disting mici detalii. În plus, majoritatea insectelor sunt miope: văd obiectele din jur la o distanță de doar câțiva metri. Dar ochii compuși sunt excelenți la distingerea luminii care pâlpâie (clipește) cu o frecvență de până la 250-300 de herți (pentru oameni, frecvența limită este de aproximativ 50 de herți). Ochii insectelor sunt capabili să determine intensitatea fluxului de lumină (luminozitate) și, în plus, au o abilitate unică: pot determina planul de polarizare a luminii. Această abilitate îi ajută să navigheze atunci când soarele nu este vizibil pe cer.

Insectele disting culorile, dar deloc ca noi. De exemplu, albinele „nu cunosc” culoarea roșie și nu o disting de negru, dar o percep invizibile pentru noi raze ultraviolete, care sunt situate la capătul opus al spectrului. Radiațiile ultraviolete sunt detectate și de unii fluturi, furnici și alte insecte. Apropo, orbirea insectelor polenizatoare față de culoarea roșie explică faptul curios că printre flora noastră sălbatică nu există plante cu flori stacojii.

Lumina care vine de la soare nu este polarizată, adică fotonii săi au o orientare arbitrară. Cu toate acestea, la trecerea prin atmosferă, lumina este polarizată ca urmare a împrăștierii de către moleculele de aer, iar planul de polarizare este întotdeauna îndreptat către soare.

Apropo...

Pe lângă ochii compuși, insectele au încă trei ocelli simple cu un diametru de 0,03-0,5 mm, care sunt situate sub formă de triunghi pe suprafața fronto-parietală a capului. Acești ochi nu sunt potriviți pentru a distinge obiecte și sunt necesari pentru un scop complet diferit. Ei măsoară nivelul mediu de iluminare, care este folosit ca punct de referință („semnal zero”) atunci când procesează semnale vizuale. Dacă sigilați acești ochi ai unei insecte, aceasta își păstrează capacitatea de a se orienta în spațiu, dar va putea zbura doar într-o lumină mai strălucitoare decât de obicei. Motivul pentru aceasta este că ochii sigilați sunt confundați cu „ nivel mediu» câmp negru și, prin urmare, oferă ochilor compuși mai mult gamă largă iluminare, iar aceasta, în consecință, le reduce sensibilitatea.