Биологическое разнообразие насекомых

 

Класс насекомых относится к типу членистоногих, где вместе с многоножками они образуют подтип трахейнодышащих. От близких групп членистоногих они отличаются следующей комбинацией признаков: тело поделено на голову, грудь и брюшко, имеется три пары ходильных ног, у большинства видов развиты крылья.

Науке на настоящий момент известно около 1 миллиона видов насекомых, причем ежегодно описывается от 3 до 10 тысяч новых видов. Таким образом, насекомые - самая крупная группа организмов из обитающих ныне на Земле. Их больше, чем остальных животных и растений вместе взятых. Предполагаемое число видов насекомых еще внушительнее. По разным оценкам оно составляет от 3 до 30 миллионов видов. Энтомологам-систематикам предстоит огромная работа по описанию и классификации этого потрясающего многообразия. Большинство открытий совершается в малоизученных и наиболее богатых насекомыми тропических районах, однако и в Сибири достаточно «белых пятен», и список сибирских видов насекомых ежегодно пополняется.

Причин огромного видового разнообразия насекомых несколько. Прежде всего, это типично наземные организмы, прекрасно приспособленные к условиям суши. Вся организация насекомых связана с защитой от высыхания и экономией влаги. Эпикутикула, тонкая воскоподобная пленка на поверхности покровов, препятствует испарению воды. Трахейное дыхание в смысле экономии влаги более эффективно, чем легочное, поскольку дыхательные отверстия (дыхальца) очень небольшие по размерам и способны закрываться. Выделительная система, представленная мальпигиевыми сосудами, производит кристаллы мочевой кислоты, связывающие небольшое количество воды. В задней кишке насекомых имеются особые ректальные железы, которые отсасывают воду из формирующихся экскрементов и возвращают ее в полость тела. Яйца многих насекомых тоже хорошо защищены от потери влаги. Таким образом, насекомые прекрасно справляются с одной из главных проблем обитания в наземной среде - защитой от высыхания.

Предки насекомых уже были наземными организмами, вот почему среди них нет обитателей морей и океанов. Часть насекомых связана с пресными водоемами, где развиваются их личинки (стрекозы, поденки, веснянки, ручейники, некоторые жуки и двукрылые), однако считается, что эта связь с водной средой вторична. Становление класса произошло около 350 миллионов лет тому назад - в девонском периоде. Эволюция насекомых протекала бурно, и уже в следующем, каменноугольном периоде, сформировались все современные отряды насекомых.

Эволюция насекомых тесно связана с эволюцией растений. Освоение суши шло параллельно с расселением растений от приводных участков на более возвышенные - плакорные. В меловом периоде с появлением цветковых покрытосеменных растений между ними и насекомыми сформировались тесные связи. Большинство современных цветковых растений опыляется насекомыми. С другой стороны, именно цветковые являются основными кормовыми объектами насекомых-фитофагов. Становление и дифференциация отдельных групп насекомых, вероятно, происходили при переходе от обитания в почве и подстилке к обитанию в более высоком ярусе - на растительности. С этим связано и появление полета.

Среди всех беспозвоночных только насекомые имеют крылья и освоили воздушную среду. Полет - эффективное и экономичное средство передвижения. На 78 метров полета пчела затрачивает столько же энергии, как на 3 метра "пешком". Способность насекомых к расселению впечатляет. Особенно хорошо известны миграции перелетной саранчи, описанные еще в Библии. Саранча легко пересекает Средиземное море, а с кораблей наблюдали стаи летящей саранчи за тысячу километров от берега. В лаборатории саранча показывала чудеса выносливости, и летала без посадок на протяжении 6 суток, вращая легкую карусель, к которой была привязана ниткой.

Пожалуй, наиболее известна американская мигрирующая бабочка монарх, которая совершает регулярные перелеты из США в Мексику, где зимует, а затем снова возвращается на родину для размножения. Отдельные экземпляры монархов, подхваченные воздушными течениями, пресекали Атлантический океан, их находили на побережье Англии и Франции.

Активное или пассивное расселение с помощью крыльев помогает насекомым осваивать новые территории. Крылья являются мощным фактором видообразования, поскольку способствуют возникновению изолированных популяций, например, на островах, которые очень быстро обособляются в самостоятельные виды.

Стоит сказать и о скорости полета насекомых. Самыми хорошими летунами считаются бабочки-бражники, обладающие заостренными крыльями, обтекаемым телом и мощной крыловой мускулатурой. Бражники способны лететь со скоростью 50 километров в час на большие расстояния. Если сопоставить скорость полета и размеры тела насекомого, то такая относительная скорость будет в 5 раз больше, чем у современного реактивного самолета. Бражники способны зависать в воздухе, и подобно колибри высасывают длинным хоботком нектар из цветов, не присаживаясь на них. Во время полета потребление кислорода у бабочек возрастает в 150 раз по сравнению с состоянием покоя. Но все же рекордсменами среди летающих насекомых являются крупные стрекозы, которые в момент преследования добычи совершают броски со скоростью 100 километров в час.

Одна из причин видового разнообразия насекомых - их мелкие размеры. По сравнению с крупными организмами они имеют целый ряд преимуществ, таких как освоение новых сред обитания, экономия энергии и пищевых ресурсов для своего развития. Большинство насекомых и особенно их личинки ведут скрытный образ жизни. Мелкие размеры делают возможным активное использование естественных полостей в почве, подстилке, под корой, в гниющих субстратах, а также переход к обитанию в тканях живых растений и к паразитизму. Освоение новых экологических ниш ведет к бурному видообразованию.

Наиболее распространенные размеры насекомых - от 3 до 20 мм. Самые мелкие, такие как жуки-перокрылки, не превышают 0,2 мм, что ненамного больше инфузории-туфельки. Гиганты мира насекомых живут в тропиках. Самым длинным считается индонезийский палочник, достигающий 38 см, но тело его не толще пальца. Рекорд среди бабочек принадлежит бразильской совке-агриппине, которая в размахе крыльев достигает 30 см. Эта ночная бабочка обладает скромной серо-белой окраской. Великолепно окрашены бабочки-птицекрылки, живущие на островах Тихого океана и в юго-восточной Азии. Они по праву считаются самыми крупными дневными бабочками, достигая в размахе крыльев до 20-25 см. Одними из самых крупных жуков считаются африканские бронзовки-голиафы, размером с кулак. Не уступают им южноамериканские жуки-дупляки: нептун, геркулес и слон. Названия говорят сами за себя. Жук-слон считается самым тяжелым из ныне живущих насекомых. Он весит более 100 г. Однако самым крупным насекомым, когда-либо жившим на Земле, считается ископаемая стрекоза из каменноугольного периода, которая в размахе крыльев достигала 1 метра, а размеры тела доходили до 60 см.

В России самое крупное насекомое обитает на Дальнем Востоке - это реликтовый усач. Отдельные самцы этого жука достигают 11 см вместе с внушительными челюстями. Их мясистые белые личинки живут в столах мертвых ильмов и других лиственных пород, поэтому вырубка лесов приводит к их уничтожению. Реликтовый усач в природе редок и охраняется государством.

К крупным насекомым в Прибайкалье относятся бабочки-парусники, некоторые павлиноглазки и коконопряды, жуки-жужелицы из рода брызгун, плавунцы, некоторые усачи (черный пихтовый, осиновый скрипун и др.), майский хрущ, большая сосновая златка, стрекозы-коромысла, кузнечики, кобылка трещотка ширококрылая. Часто именно крупные и красивые насекомые оказываются включенными в Красные книги, но не всегда это оправданно.

Мелкие размеры насекомых обусловлены двумя главными причинами. Во-первых, их тело заключено в наружный хитиновый покров, масса которого должна увеличиваться с ростом линейных размеров. Мышцы, приводящие тело в движение, заключены в трубчатые конечности, ограничивающие пределы увеличения мышечной массы. Крупные насекомые неуклюжи и медлительны, они становятся легкой добычей хищников. Среди членистоногих крупных размеров достигают лишь морские ракообразные (крабы, омары, лангусты), которые сохраняют "легкость движений" благодаря выталкивающему действию воды. Во-вторых, трахейная система насекомых, состоящая из тонких воздухоносных трубок, полностью берет на себя обеспечение тканей кислородом. Трахеолы, концевые разветвления трахей, в диаметре не превышают 1 мкм. Понятно, что диффузия кислорода через такие тоненькие трубочки затруднена. Чем крупнее насекомое, тем длиннее его трахеи и дольше путь кислорода к тканям. Согласно простому физическому закону интенсивность диффузии газов возрастает с увеличением температуры. Это одна из причин, почему наиболее крупные насекомые обитают в тропиках.

Наружный скелет насекомых служит не только для прикрепления мышц и защиты внутренних органов. Он выполняет рецепторные функции, поскольку в отличие от скелета позвоночных непосредственно контактирует с внешней средой. Огромное разнообразие сенсилл, составляющих органы чувств насекомых, является производным простой кожной структуры - волоска или щетинки. Окраска и скульптура покровов насекомых бесконечно разнообразны. В общем, эволюция насекомых в значительной степени идет за счет их наружного скелета. Этим, в какой-то мере, можно объяснить исключительное видовое разнообразие насекомых и их легкую приспособляемость к условиям среды.

Наличие хитинового наружного скелета насекомых приводит к тому, что их рост сопровождается линьками. Кроме того, личинки отличаются, иногда очень сильно, по строению от взрослых особей (имаго). Поэтому переход из личиночной стадии в имагинальную связан с существенными перестройками, которые называются превращением или метаморфозом. У насекомых с неполным превращением личинки похожи на взрослых, но имеют зачатки крыльев и недоразвитые половые придатки. Такие личинки обычно живут совместно с имаго и питаются той же пищей. У насекомых с полным превращением личинки разнообразны по строению, резко отличаются от имаго и ведут преимущественно скрытый образ жизни, питаясь другой пищей, нежели взрослая стадия. Освоение новых экологических ниш и разделение "обязанностей" личинок и имаго у насекомых с полным превращением способствовали эволюционному прогрессу этой группы. Недаром к насекомым с полным превращением относится более 70% ныне живущих видов.

Итак, насекомые прекрасно приспособлены к наземным условиям и очень полно освоили поверхность суши. Они распространены от тропиков до полярных тундр, от глубоких пещер до границы вечных снегов в горах. Насекомые освоили пресные водоемы и воздушный океан. В экосистемах они обитают во всех ярусах от почвы до крон деревьев.

По численности и биомассе насекомые занимают в природе очень заметное место. В ландшафтах, благоприятных для их существования, их биомасса составляет 100-300 кг на гектар. Для сравнения, на тот же гектар птиц приходится 300-500 г, а крупных травоядных млекопитающих от 1 до 10 кг. Если принять средний вес насекомого за 10 мг, то на каждого жителя Земли приходится по 300 кг насекомых.

Роль насекомых в природе

 

Высокая численность насекомых объясняется их большой плодовитостью и совершенным набором приспособлений для выживания в самых разнообразных условиях. Практически все вещества органического происхождения используются насекомыми в пищу. Поэтому насекомые, как один из самых существенных компонентов в наземных экосистемах выполняют громадную роль в переносе вещества и энергии, утилизируют практически все вещества, поставляемые растениями и животными, и сами служат пищей очень многим позвоночным и беспозвоночным животным. Огромна их роль в почвообразовательном процессе.

Практическое значение насекомых трудно переоценить. Ежегодно 1/5 часть урожая планеты идет на прокорм армии вредителей. Сотни тысяч гектаров лесов уничтожаются такими вредителями, как сибирский и непарный шелкопряды, строительную древесину портят короеды, усачи, златки. Различные кровососы переносят смертельно опасные заболевания и досаждают людям и животным своими укусами.

Однако полезная роль насекомых тоже огромна. Мы не можем получать урожаи многих культур без опылителей. Огромная армия хищников и паразитов сдерживает размножение насекомых-вредителей и биологический метод борьбы с их использованием сулит большие перспективы. Человек получает от насекомых мед, воск, шелк, лаки, красители, многие ценные лекарства. Наконец, не нужно забывать об эстетической роли насекомых, украшающих природу. Засушенными бабочками стало модно украшать жилища, но еще приятнее видеть эти создания, порхающие на воле.

Насекомые - это многогранное чудо живой природы, имеют на Земле свое особое предназначение, которое трудно переоценить. Они являются прекрасными опылителями, почвообразователями, санитарами природы, и что важно для человека - насекомые улучшают плодородие почвы, сдерживают чрезмерное распространение многих сельскохозяйственных вредителей, производят мед и лекарственные вещества, красители сочных цветов, шелк. Более половины нашего питания составляет растительная пища. И 15 % ее обязана своим урожаем насекомым-опылителям. Они опыляют и большинство растительных кормов для животных. Кроме того, нам доставляет наслаждение любование красотой причудливых форм, рисунков и расцветок тела, а также грациозностью движений. Только малая часть (около 1 %) насекомых, приносит невольный ущерб деятельности человека. Но это ничто по сравнению с той важной ролью, которую они играют в жизни людей и в поддержании природного экологического равновесия.

Более 80 % растений опыляются насекомыми, и можно с уверенностью сказать, что цветок - результат совместной эволюции растений и насекомых. Приспособления цветковых растений для привлечения насекомых разнообразны: пыльца, нектар, эфирные масла, аромат, форма и окраска цветка. Приспособления насекомых: сосущий хоботок бабочек, грызуще-лижущий хоботок пчелиных; особые пыльцесобирательные аппараты - у пчел и шмелей щеточка и корзинка на задних ногах, у пчел-мегахил - брюшная щеточка, многочисленные волоски на ногах и теле.

Огромную роль насекомые играют в почвообразовании. Такое участие связано не только с разрыхлением почвы и обогащением ее перегноем почвенными насекомыми и их личинками, но и с разложением растительных и животных остатков - опада растений, трупов и экскрементов животных, одновременно выполняется санитарная роль и круговорот веществ в природе.

Санитарную роль выполняют следующие виды насекомых: копрофаги - жуки-навозники, мухи-навозницы, коровницы; некрофаги - жуки-мертвоеды, могильщики, кожееды, мухи-мясоедки, падальницы; насекомые - разрушители отмерших растительных остатков: древесины, веток, листьев, хвои - жуки-сверлильщики, личинки усачей, златок, рогохвостов, комаров-долгоножек, муравьи-древоточцы, грибные комарики и т. д.; насекомые - санитары водоемов питаются взвешенными или осевшими на дно гниющими органическими веществами (детритом) - личинки комаров-дергунов, или звонцов, поденок, ручейников, очищают воду и служат биоиндикатором ее санитарного состояния.

Насекомые - важнейший элемент пищевых пирамид. Насекомыми питаются многие животные: рыбы, земноводные (у лягушки до 95 % рациона), пресмыкающиеся (ящерицы поедают до 10-20 насекомых в сутки), птицы, млекопитающие (чисто насекомоядными являются землеройки, кроты, летучие мыши, муравьеды, броненосцы, как дополнение к основной пище насекомые служат многим другим видам). Среди беспозвоночных, употребляющих в пищу насекомых, скорпионы, фаланги, сольпуги, сенокосцы, пауки, сколопендры, костянки и огромная армия насекомых-энтомофагов (хищников и паразитов).

Полезные насекомые, особенно пчелы, играют важную роль в жизни человека. Во-первых, они способствуют решению медико-биологической проблемы - продлению жизни людей, во-вторых, социально-экономической, связанной с охраной природы. Эти маленькие друзья и помощники человека составляют важное звено в цепи факторов, благотворно влияющих на укрепление его здоровья. Большое значение для человека имеют шелкопряды, среди которых есть несколько окультуренных видов, дающих сырье для изготовления натурального шелка (тутовый и китайский шелкопряды); червецы кошенели, образующие в своих телах натуральный кармин; лаковый червец - источник шеллака. Мир насекомых сложен и многообразен. Отсюда большой интерес представляет изучение их строения, развития и жизнедеятельности, особенно насекомых со сложным поведением: муравьев, пчел, термитов, складчатокрылых ос, которые больше не будут эволюционировать в своей разумной жизни, поскольку являются высокоорганизованными существами.