Органи почуттів у комах

1. Органи почуттів у комах

Органи почуттів у комах

Вікна в світ

Стикаючись з різноманітною і енергійною діяльністю світу комах можна отримати дивовижні враження. Здавалося б, ці створення безтурботно літають і плавають, бігають і повзають, дзижчать і стрекочуть, гризуть і несуть. Однак все це робиться не безцільно, а в основному з певним наміром, згідно закладеної в їх організм вродженої програмі і набутому життєвому досвіду. Для сприйняття навколишнього світу, орієнтації в ньому, здійснення всіх доцільних дій і життєвих процесів тварини наділені дуже складними системами, в першу чергу нервової і сенсорної.

Що спільного у нервової системи хребетних і безхребетних?

Нервова система являє собою складний комплекс структур і органів, що складаються з нервової тканини, де центральним відділом є мозок. Головною структурною і функціональною одиницею нервової системи є нервова клітина з відростками (по-грецьки нервова клітина - нейрон).

Нервова система і мозок комах забезпечують: сприйняття за допомогою органів почуттів зовнішнього і внутрішнього роздратування (подразливість, чутливість); миттєву переробку системою аналізаторів вступників сигналів, підготовку та здійснення адекватної відповідної реакції; зберігання в пам'яті в закодованому вигляді спадкової та набутої інформації, а також миттєве витяг її в міру необхідності; управління всіма органами і системами організму для його функціонування як єдиного цілого, врівноваження його із середовищем; здійснення психічних процесів і вищої нервової діяльності, доцільна поведінка.

Організація нервової системи і мозку хребетних і безхребетних тварин настільки різна, що їх зіставлення на перший погляд видається неможливим. І в той же час для найрізноманітніших видів нервової системи, що належать, здавалося б, і зовсім «простим» і «складним» організмам, характерні однакові функції.

Зовсім крихітний мозок мухи, бджоли, метелики або іншого комахи дозволяє йому бачити і чути, відчувати і відчувати смак, пересуватися з великою точністю, більше того - літати, користуючись внутрішньої «картою» на значні відстані, здійснювати комунікаційне взаємодія між собою і навіть володіти своїм «мовою», навчатися і застосовувати в нестандартних ситуаціях логічне мислення. Так, мозок мурашки набагато менше шпилькової головки, але це комаха здавна вважали «мудрецем». При порівнянні не тільки з його мікроскопічним мозком, але і з незбагненними можливостями однієї нервової клітини людині варто соромитися своїх найсучасніших комп'ютерів. А що про це може сказати наука, наприклад, нейробиология, що вивчає процеси народження, життя і смерті мозку? Чи змогла вона розгадати таємницю життєдіяльності мозку - цього самого складного і таємничого з явищ, відомих людям?

Перший нейробіологічний досвід належить давньоримським лікаря Галену. Перерізавши у свині нервові волокна, за допомогою яких мозок керував м'язами гортані, він позбавив тварина голоси - воно зараз заніміло. Це було тисячоліття тому. Але далеко чи з тих пір пішла наука у своїх знаннях про принцип роботи мозку? Виявляється, незважаючи на величезну працю вчених, принцип роботи навіть однієї нервової клітини, так званого «цеглинки», з якого побудований мозок, людині так і не відомий. Нейробіологи багато розуміють з того, як нейрон «їсть» і «п'є»; як отримує необхідну для своєї життєдіяльності енергію, переварюючи в «біологічних котлах» необхідні речовини, витягнуті з середовища проживання; як потім цей нейрон посилає сусідам саму різну інформацію у вигляді сигналів, зашифровану або в певній серії електричних імпульсів, або в різноманітних комбінаціях хімічних речовин. А що потім? Ось отримала нервова клітина конкретний сигнал, і в її глибинах почалася в співдружності з іншими клітинами, що утворюють мозок тварини, унікальна діяльність. Йде запам'ятовування що прийшла інформації, вилучення з пам'яті потрібних відомостей, прийняття рішень, віддача наказів м'язам і різним органам і т.д. Як все відбувається? Це вченим точно досі не відомо. Ну, а оскільки незрозуміло, як діють окремі нервові клітини і їх комплекси, то не ясний і принцип роботи цілого мозку, навіть такого маленького, як у комахи.

Робота органів почуттів і живих «приладів»

Життєдіяльність комах супроводжується обробкою звуковий, нюхової, зорової та іншої сенсорної інформації - просторової, геометричної, кількісної. Однією з багатьох загадкових і цікавих особливостей комах є їх вміння за допомогою власних «приладів» точно оцінювати ситуацію. Наші знання про ці пристрої незначні, хоча вони широко використовуються в природі. Це і визначники різних фізичних полів, які дозволяють передбачати землетруси, виверження вулканів, повені, зміни погоди. Це і відчуття часу, що відраховується внутрішніми біологічними годинниками, і відчуття швидкості, і здатність до орієнтації і навігації та багато іншого.

Властивість всякого організму (мікроорганізмів, рослин, грибів і тварин) сприймати подразнення, що виходять із зовнішнього середовища і від їх власних органів і тканин, називається чутливістю. У комах, як і у інших тварин зі спеціалізованою нервовою системою, існують нервові клітини з високою виборчої здатністю до різних подразників - рецептори. Вони можуть бути тактильними (реагують на дотики), температурними, світловими, хімічними, вібраційними, м'язово-суглобовими і т.д. Завдяки своїм рецепторів комахи вловлюють все розмаїття факторів зовнішнього середовища - різні вібрації (великий діапазон звуків, енергію випромінювання в формі світла і тепла), механічний тиск (наприклад, силу тяжіння) і інші фактори. Рецепторні клітини розташовані в тканинах або поодиноко, або зібрані в системи з утворенням спеціалізованих сенсорних органів - органів чуття.

Всі комахи прекрасно «розуміють» свідчення своїх органів почуттів. Одні з них, як органи зору, слуху, нюху, відносяться до дистанційних і здатні сприймати подразнення на відстані. Інші, як органи смаку і дотику, є контактними і реагують на вплив при безпосередньому контакті.

Комахи в масі своїй наділені чудовим зором. Їх складно влаштовані фасеточні очі, до яких іноді додаються і прості очки, служать для розпізнання різних об'єктів. Деякі комахи забезпечені кольоровий зір, доцільними приладами нічного бачення. Цікаво, що очі комах - це єдиний орган, подобу якого є у інших тварин. У той же час органи слуху, нюху, смаку і дотику такого подібності не мають, але, тим не менше, комахи прекрасно сприймають запахи і звуки, орієнтуються в просторі, вловлюють і випромінюють ультразвукові хвилі. Тонкий нюх і смак дозволяють їм знаходити їжу. Різноманітні залози комах виділяють речовини для залучення побратимів, статевих партнерів, відлякування суперників і ворогів, а високочутливі нюх здатне вловлювати запах цих речовин навіть за кілька кілометрів.

Багато в своїх уявленнях пов'язують органи чуття комах з головою. Але виявляється структури, відповідальні за збір інформації про навколишнє середовище, знаходяться у комах в самих різних частинах тіла. Вони можуть визначати температуру предметів і пробувати їжу на смак ногами, визначати присутність світла спиною, чути колінами, вусами, хвостовими придатками, волосками тіла і т.д.

Органи чуття комах входять до складу сенсорних систем - аналізаторів, які пронизують мережею практично весь організму. Вони отримують безліч різних зовнішніх і внутрішніх сигналів від рецепторів своїх органів почуттів, аналізують їх, формують і передають «вказівки» різним органам для здійснення доцільних дій. Органи почуттів в основному складають рецепторний відділ, який розташований на периферії (кінцях) аналізаторів. А провідникової відділ утворений центральними нейронами і провідними шляхами від рецепторів. У мозку є певні ділянки для обробки інформації, що надходить від органів чуття. Вони складають центральну, «мозкову», частина аналізатора. Завдяки такій складній і доцільною системі, наприклад зорового аналізатора, проводиться точний розрахунок і управління органами руху комахи.

Накопичені великі знання про дивовижних можливостей сенсорних систем комах, однак обсяг книги дозволяє привести лише деякі з них.

органи зору

Очі і вся складна зорова система - це дивовижний дар, завдяки якому тварини здатні отримувати основну інформацію про навколишній світ, швидко розпізнавати різні об'єкти і оцінювати ситуацію, що виникла. Зір необхідно комах при пошуку їжі, щоб уникати хижаків, досліджувати об'єкти інтересу чи обстановку, взаємодіяти з іншими особинами при репродуктивному та суспільній поведінці і т.д.

Комахи оснащені різними очима. Вони можуть бути складними, простими або додатковими очками, а також личинковими. Найбільш складні - фасеточні очі, які складаються з великого числа омматідіев, що утворюють на поверхні ока шестигранні фасетки. Омматідій за своєю суттю - це крихітний зоровий апарат, забезпечений мініатюрної лінзою, светопроводящая системою і світлочутливими елементами. Кожна фасетка сприймає лише невелику частину предмета, а всі разом вони забезпечують мозаїчне зображення предмета цілком. Фасеточні очі, властиві більшості дорослих комах, розташовані по сторонах голови. У окремих комах, наприклад у бабки-мисливця, швидко реагує на пересування видобутку, очі займають половину голови. Кожен її очей побудований із 28 000 фасеток. Для порівняння у метеликів їх 17 000, у кімнатної мухи - 4 000. Глазков на голові у комах може бути два або три на лобі або тім'ячку, і рідше - по її сторонам. Личинкові очі у жуків, метеликів, перетинчастокрилих в дорослому стані замінюються на складні.

Цікаво, що комахи під час відпочинку не можуть закривати очі і тому сплять з відкритими.

Саме очі сприяють швидкої реакції комахи-мисливця, наприклад богомола. Це, до речі, єдина комаха, яка здатна обернутися і подивитися собі за спину. Великі очі забезпечують Богомолу бінокулярний зір і дозволяють точно розрахувати відстані до об'єкта їхньої уваги. Ця здатність в поєднанні з швидким викиданням передніх ніг в сторону видобутку роблять богомолів чудовими мисливцями.

А у жуків вертячка желтоногая, що бігають по воді, очі дозволяють одночасно бачити видобуток і на поверхні води, і під нею. Для цього зорові аналізатори жука мають здатність вносити поправку на коефіцієнт заломлення води.

Сприйняття і аналіз зорових подразнень здійснюється складною системою - зоровим аналізатором. Для багатьох комах це один з основних аналізаторів. Тут первинної чутливої ​​клітиною є фоторецептор. А з ним пов'язані провідні шляхи (зоровий нерв) і інші нервові клітини, розташовані на різних рівнях нервової системи. При сприйнятті світловий інформації послідовність подій така. Отримані сигнали (кванти світла) миттєво кодуються у формі імпульсів і передаються по проводять шляхах в центральну нервову систему - в «мозковий» центр аналізатора. Там ці сигнали негайно декодируются (розшифровуються) в відповідне зорове сприйняття. Для його розпізнання з пам'яті витягуються еталони зорових образів та інші необхідні відомості. А далі надходить команда різних органів для адекватного відповідного дії особини на зміну ситуації.

Де знаходяться «вуха» комах?

Більшість тварин і людей чують вухами, де звуки викликають вібрацію барабанної перетинки - сильну чи слабку, повільну або швидку. Будь-які зміни вібрацій повідомляють організму інформацію про природу чутного звуку. А чим чують комахи? У багатьох випадках теж своєрідними «вухами», але у комах вони знаходяться на незвичних для нас місцях: на вусах - наприклад, у самців комарів, мурах, метеликів; на хвостових придатках - у американського таргана. Гомілками передніх ніг чують цвіркуни і коники, а животом - сарана. Деякі комахи не мають «вух», тобто не мають спеціальними органами слуху. Але вони здатні сприймати різні коливання повітряного середовища, в тому числі звукові коливання і ультразвукові хвилі, недоступні для нашого вуха. Чутливими органами у таких комах виступають тонкі волоски або найдрібніші чутливі палички. Вони у великій кількості розташовані на різних частинах тіла і пов'язані з нервовими клітинами. Так, у волохатих гусениць «вухами» є волоски, а у голих - весь шкірний покрив тіла.

Звукову хвилю утворює чергуються розрядження і згущення повітря, що розповсюджується на всі боки від джерела звуку - будь-якого тіла, що коливається. Звукові хвилі сприймаються і обробляються слуховим аналізатором - складною системою механічних, рецепторних і нервових структур. Ці коливання перетворюються слуховими рецепторами в нервові імпульси, які передаються по слуховому нерву в центральну частину аналізатора. В результаті відбувається сприйняття звуку і аналіз його сили, висоти і характеру.

Слухова система комах забезпечує їх виборче реагування на відносно високочастотні вібрації - вони сприймають найменші струсу поверхні, повітря або води. Наприклад, дзижчать комахи викликають звукові хвилі за рахунок швидких помахів крил. Таку вібрацію повітряного середовища, наприклад писк комарів, самці сприймають своїми чутливими органами, розташованими на вусиках. Таким чином вони вловлюють повітряні хвилі, які супроводжують політ інших комарів і адекватно реагують на отриману звукову інформацію. Слухові системи комах «налаштовані» на сприйняття щодо слабких звуків, тому гучні звуки чинять на них негативний вплив. Наприклад, джмелі, бджоли, мухи деяких видів не можуть при їх звучанні піднятися в повітря.

Різноманітні, але строго певні сигнальні звуки, які видають самці цвіркунів кожного виду, відіграють важливу роль в їх репродуктивному поведінці - при догляді і залучення самок. Цвіркун забезпечений чудовим інструментом для спілкування з подругою. При створенні ніжною трелі, він потирає гострою стороною одного надкрила об поверхню іншого. А для сприйняття звуку у самця і самки існує особливо чутлива тонка кутікулярная мембрана, яка грає роль барабанної перетинки. Був проведений цікавий досвід, коли стрекотливих самця садили перед мікрофоном, а в іншій кімнаті біля телефону поміщали самку. При включенні мікрофона самка, почувши видотипичного стрекотіння самця, спрямовувалася до джерела звуку - телефону.

Органи для уловлювання і випромінювання ультразвукових хвиль

Нічні метелики забезпечені пристроєм для виявлення летючих мишей, які для орієнтації і полювання використовують УЗ хвилі. Хижаки сприймають сигнали з частотою до 100 000 герц, а нічні метелики і златоглазки, за якими вони полюють, - до 240 000 герц. У грудях, наприклад, метелики совки розташовані спеціальні органи для акустичного аналізу ультразвукових сигналів. Вони дозволяють вловлювати УЗ імпульси полюють кажанів на відстані до 30 м. Коли метелик сприймає сигнал від локатора хижака, включаються захисні поведінкові дії. Почувши ультразвукові крики нічний миші на порівняно великій відстані, метелик різко змінює напрямок польоту, застосовуючи обманний маневр - «пірнання». При цьому вона починає виробляти фігури вищого пілотажу - спіралі і «мертві петлі», щоб піти від погоні. А якщо хижак виявляється на відстані менше 6 м, метелик складає крила і падає на землю. І летюча миша не виявляє нерухоме комаха.

Але, взаємини між нічними метеликами і кажанами, як недавно встановлено, виявилися ще більш складними. Так, метелики деяких видів, виявивши сигнали кажана, самі починають видавати УЗ імпульси у вигляді клацань. Причому, ці імпульси так діють на хижака, що він, як би лякаючись, летить геть. На рахунок того, що змушує летючих мишей припинити переслідування метелики і «бігти з поля бою», існують лише припущення. Ймовірно, ультразвукові клацання - це пристосувальні сигнали комах, подібні до тих, які посилає сама летюча миша, тільки набагато сильніше. Чекаючи почути слабкий відбитий звук від власного сигналу, переслідувач чує приголомшуючий гуркіт - немов надзвуковий літак пробиває звуковий бар'єр.

Напрошується питання, чому кажана оглушають НЕ Власні УЗ сигналі, а метелики. Виявляється, кажан добре захищена від власного крику-імпульсу, що посилається локатором. Інакше такий потужний імпульс, який в 2 000 разів сильніше приймаються відбитих звуків, може миша оглушити. Щоб цього не сталося, її організм виробляє і цілеспрямовано застосовує особливе стремечко. Перед відправленням ультразвукового імпульсу спеціальна м'яз відтягує стремечко від вікна равлики внутрішнього вуха - коливання механічно перериваються. По суті, стремечко теж робить клацання, але не звуковий, а антізвуковой. Після крику-сигналу воно негайно повертається на місце, щоб вухо було готове прийняти відбитий сигнал. Важко уявити, з якою швидкістю може діяти м'яз, вимикає слух миші в момент посилається крику-імпульсу. Під час переслідування видобутку - це 200-250 імпульсів в секунду!

А небезпечні для кажана сигнали-клацання метелика лунають точно в той момент, коли мисливець включає вухо для сприйняття свого луни. Значить, щоб змусити приголомшеного хижака злякано полетіти геть, нічний метелик посилає сигнали, які гранично підібрані до його локатор. Для цього організм комахи запрограмований на прийом частоти імпульсу наближається мисливця і точно в унісон з ним посилає відповідний сигнал.

Такі взаємовідносини між нічними метеликами і кажанами викликають багато питань. Яким чином у комах з'явилася здатність сприймати ультразвукові сигнали кажанів і миттєво розуміти небезпеку, яку вони в собі несуть? Як могло у метеликів поступово утворитися в процесі відбору та вдосконалення ультразвуковий пристрій з ідеально підібраними захисними характеристиками? З сприйняттям ультразвукових сигналів кажанів теж розібратися не просто. Справа в тому, що вони дізнаються своє відлуння серед мільйонів голосів і інших звуків. І ніякі крики-сигнали одноплемінників, ніякі УЗ сигнали, що видаються за допомогою апаратури, не заважають полювати рукокрилих. Тільки сигнали метелика, навіть штучно відтворені, змушують миша полетіти геть.

Живі істоти підносять нові і нові загадки, викликаючи захоплення досконалістю і доцільністю будови свого організму.

Богомолу, так само, як і метелику, поряд з прекрасним зором дані і особливі органи слуху для уникнення зустрічі з кажанами. Ці органи слуху, що сприймають ультразвук, розташовані на грудях між ногами. А для деяких видів богомолів крім ультразвукового органу слуху характерно наявність другого вуха, а й приймати набагато більш низькі частоти. Функція його поки не відома.