Урок биологии на тему: «Внутреннее строение насекомых» (7 класс)

ЛЕКЦИЯ 3.

Тема «Внутреннее строение насекомых»

Цели лекции:

Главная дидактическая цель – изучить внутреннее строение и анатомические особенности насекомых.

Операциональные цели:

1.      Рассмотреть анатомическое строение основных органов и их систем в организме насекомого (на примере черного таракана).

2.      Проанализировать инстинкты насекомых.

Входные требования

            Для того, чтобы изучить данный материал, студенты должны знать:

1.      Особенности класса Насекомые (Insecta).

2.      Значение насекомых в природе и жизни человека.

3.      Внешнее (морфологическое) строение насекомых.

Рекомендуемые основные и дополнительные информационные ресурсы

Основные источники:

1.      Мозолевская Е.Г., Семенкова И.Г., Беднова О.В. Лесозащита. М.: Лесная промышленность, 2006.

2.      Тузов В.К., Калиниченко Э.М., Рябинков В.А. Методы борьбы с болезнями и вредителями леса. М.: ВНИИЛМ, 2003.

3.      Мозолевская Е.Г., Сокололва Е.С., Воронцова Н.А. Практикум по лесозащите. М.: ВО Агропромиздат, 1988.

Дополнительные источники:

1.      Воронцов А.И., Мозолевская Е.Г., Соколова Э.С. Технология защиты леса. М.: Экология, 1991.

2.      Воронцов А.И., Семенкова И.Г. Лесозащита. Изд. 3-е перераб. Дополн. М.: ВО Агропромиздат, 1988.

3.      Благосклонов К.А. Гнездование и привлечение птиц в сады и парки. Издательство МГУ М.: 1991.

4.      Гусев В.И. Определитель повреждений лесных, декоративных и плодовых деревьев и кустарников. Лесная промышленность М.: 1984.

5.      Отраслевые периодические издания.

6.      Тестовые задания по лесозащите.

Содержание лекции

·         Кожные покровы насекомых.

·         Мускулатура.

·         Полость тела.

·         Жировое тело.

·         Органы пищеварения.

·         Кровеносная система.

·         Органы дыхания.

·         Органы выделения.

·         Железы и секреция.

·         Нервная система.

·         Органы чувств.

·         Органы размножения.

·         Инстинкты насеокмых.

Информационный материал

Кожные покровы. Состоят из мягкого внутреннего (гиподер­мы) и твердого наружного слоя (кутикулы), образующего наружный скелет. В кутикуле находится хитин (твердый поли­сахарид, содержащий азот), который придает ей прочность. Толщина наружного покрова у насекомых различна; у одних он очень толстый (жуки), у других более тонкий и мягкий (тли). На наружном хитиновом покрове находятся различные выросты, вдавления и бугорки, образовавшиеся разросшимися клетками гиподермы. Их совокупность носит название скульп­туры тела насекомых и служит одним из признаков при опре­делении.

С кожным покровом связаны кожные железы, представляю­щие собой видоизмененные клетки гиподермы. Одноклеточные железы расположены среди клеток гиподермы, а многоклеточ­ные имеют вид мешков, гроздевидных образований или тру­бочек, находящихся в полости тела и открывающихся вы­водным протоком на поверхности кожи. С помощью желез вырабатываются в микроскопических дозах вещества (секреты), необходимые в жизни насекомых. Так, слюнные железы выраба­тывают слюну, прядильные железы выделяют шелк, а воско­вые — воск.

Рис. 1. Внутреннее строение черного таракана-самца:

А — с брюшной стороны: 1 — пищевод; 2 — резервуары слюнных желез; 3 — слюн­ные железы; 4 — зоб; 5 — мышечный желудок; 6 — слепые отростки желудка; 7 — средняя кишка; 8 — мальпигиевы сосуды; 9 — задняя кишка; 10 — прямая кишка; 11 — узлы нервной цепочки (ганглии); 12 — трахейные стволы; 13 — дыхальца; 14 — семенники; 15 — семяпровод; 16 — семяизвергательный канал; 17 — симпати­ческая нервная система; Б — сагиттальный разрез: 1— лобный узел; 2 — надгло­точный узел; 3 — пищевод; 4 — аорта; 5 — резервуар слюнных желез; 6 — слюнные железы; 7 — зоб; 8 — отростки желудка; 9 — жевательный желудок; 10 — средняя кишка; 11 — мальпигиевы сосуды; 12 — семенники; 13 — семяпроводы; 14 — копулятивный орган; 15 — ганглий брюшной нервной цепочки; 16 — прямая кишка; 17 – придаточная железа.

Мускулатура. У насекомых сильно развиты мышцы, которые прикрепляются к скелету и внутренним органам. Благодаря сильно развитой мускулатуре насекомые обладают большой мускульной силой. Например, у прыгающих насекомых высота прыжков превышает высоту их тела в десятки и сотни раз (блохи). Особенность мышц насекомых — способность к мно­гократным и очень быстрым сокращениям. Летательные мышцы комаров и мух, например, сокращаются по 300 и даже по 500 раз в секунду. Бабочки из семейства бражников пролетают в 1 мин расстояние в 22—25 тыс. раз больше длины их тела.

Полость тела. Внутренние органы насекомых (рис. 4) заклю­чены в полости тела, которая разделена двумя перегородками (диафрагмами) на три расположенных друг под другом отдела. В верхнем отделе находится нервная система, в среднем — ор­ганы пищеварения, выделения и размножения, в нижнем — нервная система. Органы дыхания проникают во все отделы полости тела.

Жировое тело. Заполняет промежутки между внутренними органами,  преимущественно в  среднем  отделе   полости   тела. Оно представляет собой рыхлую ткань бело-желтого или оран­жевого цвета. Клетки его наполнены каплями жира и белко­выми включениями. Накопление питательных веществ в жи­ровом теле способствует выживанию насекомых при низких температурах, дает возможность переживать голодовку и суще­ствовать насекомым, не питающимся во взрослой фазе. Кроме того, клетки жирового тела способны поглощать продукты обмена (мочевую кислоту), помогая органам выделения.

Органы пищеварения. Пищеварительный тракт состоит из трех отделов: передней, средней и задней кишки. Передняя кишка начинается ротовой полостью, где пища смачивается слюной и измельчается. За ротовой полостью следует глотка, за глоткой — пищевод. Пищевод переходит в зоб, который слу­жит для временного сохранения пищи и бывает не у всех на­секомых. За зобом помещается мышечный желудок, имеющий развитую мышечную ткань. Внутренняя полость всей передней кишки выстлана кутикулой, а стенки мышечного желудка по­крыты твердыми хитиновыми зубцами, содействующими механи­ческому перетиранию пищи.

Измельченная, перетертая и профильтрованная пища из передней кишки поступает в среднюю, или собственно желудок. Средняя кишка выстлана железистым эпителием и представ­ляет собой равномерно утолщенную трубку. В ней происходит химическая переработка пищи и ее усвоение. Химическая переработка пищи слагается из процессов раз­ложения (гидролиза) трех основных веществ ее: белков, жи­ров и углеводов. При помощи гидролиза сложные по составу химические вещества превращаются в более простые, идущие на построение тканей и органов, а молекулы коллоидальных растворов этих веществ распадаются на более простые моле­кулы, способные проникать через стенки кишечника в организм насекомого.

Гидролиз происходит с помощью особых веществ — фермен­тов, которые выделяются клетками железистого эпителия. Здесь же происходит и всасывание пищи, которая переходит через стенки кишечника в кровь. Кровь, омывая внутренние органы, отдает тканям и отдельным клеткам продукты перева­ренной пищи, из которой создаются вещества, специфичные для тела насекомых.

Непереваренная пища поступает в заднюю кишку. Она де­лится на тонкую, толстую и прямую, стенки которых выстланы хитиновой кутикулой. Пища выделяется через анальное отвер­стие наружу в виде кала. Кал, проходя через заднюю кишку, приобретает определенную структуру и форму, по которым легко определить, какому виду насекомых он принадлежит.

Кровеносная система. Незамкнута, кровь заполняет полость тела и промежутки между органами, омывает их и только ча­стью заключена в спинной сосуд. Это трубка, подвешенная на

коротких тяжах к спинной стенке тела. Задняя часть спинного сосуда называется сердцем. Оно состоит из серии способных пульсировать камер. Впереди сердце переходит в аорту, кото­рая не замкнута в голове.

Камеры сердца последовательно сокращаются одна за дру­гой и перегоняют кровь вперед к головному концу, где она через аорту изливается в полость головы. Отсюда кровяной поток возвращается в общую полость тела, и кровь втягивается в сердце через отверстия, расположенные по бокам каждой камеры.

Кровь (гемолимфа) состоит из жидкой плазмы и кровяных телец — гемоцитов. Она представляет раствор множества не­органических и органических веществ, бесцветна или окрашена. Состав крови меняется в зависимости от образа жизни насе­комых и является хорошим показателем их жизнеспособности. Поэтому часто прибегают к анализу клеточных включений крови, по изменению которых судят о состоянии насекомого.

Функции крови разнообразны. Она служит переносчиком кислорода и участвует в удалении углекислоты из тканей, раз­носит питательные вещества к тканям и переносит вредные продукты обмена к органам выделения.

Кровь является носителем гормонов, выполняет функции им­мунитета и участвует в создании повышенного давления в от­дельных местах тела.

Органы дыхания. Представляют систему трахей, пронизы­вающих тело насекомого. Она обычно состоит из двух про­дольных стволов и ветвей, отходящих к различным органам и мышцам. Трахеи — это трубки округлого сечения, многократно ветвящиеся и заканчивающиеся тончайшими трахейными капил­лярами (трахеолами). Наружу трахейная система открывается особыми отверстиями — дыхальцами (стигмами), расположен­ными по бокам брюшка (до 8 пар) и на груди (2 пары). У дыхалец есть замыкательные клапаны. Воздух поступает через дыхальца в трахеи у одних насе­комых благодаря ослаблению мышц брюшка и увеличению объ­ема тела, у других — путем диффузии. Дальнейшее распростра­нение воздуха по мелким трахеям и трахеолам, а оттуда в клетки тканей происходит только с помощью диффузии. В тка­нях происходят окислительные процессы, в результате которых образуется углекислый газ и освобождается энергия, необхо­димая для жизни насекомых. Удаление углекислого газа из тела происходит через кожу и частично через трахеи.

У хорошо летающих насекомых в груди и брюшке име­ются связанные с трахеями воздушные мешки. Перед полетом они наполняются воздухом и облегчают полет. Так, у майского хруща общая емкость трахейной системы составляет 630 мм³, что позволяет сравнительно массивному насекомому делать большие перелеты.

Тестовое задание

Органами дыхания насекомых являются:

1)      Легкие;

2)      Жабры;

3)      Трахеи.

Органы выделения. Основным органом выделения являются мальпигиевые сосуды. Они представляют собой длинные тру­бочки, которые одним концом открываются около места соеди­нения средней кишки с задней, другим слепо оканчиваются в полости тела. Число их бывает различно: от 4 до 100 и более.

Мальпигиевые. сосуды отсасывают из гемолимфы продукты выделения: азотистые вещества преимущественно в виде моче­вой кислоты и ее солей (уратов). Вещества эти диффунди­руют в мальпигиевые сосуды, откуда выводятся в кишечник и удаляются через анальное отверстие.

Железы и секреция. Выше уже упоминались железы, связан­ные с кожными покровами насекомых. Они разнообразны по функциям и строению. Одни из них участвуют в пищеварении насекомых, другие осуществляют механическую защиту, третьи образуют биологически активные вещества, называемые телергонами. Сильно пахнущие, отпугивающего действия телергоны называются репеллентами, а служащие для передачи информа­ции особям своего вида — феромонами. Среди феромонов наи­более изучены половые аттрактанты, позволяющие самкам при­влекать самцов с больших расстояний.

Имеются эндокринные железы, лишенные выводных прото­ков, они выделяют секреты непосредственно в кровь. Такие секреты называют гормонами. Попадая в кровь, гормоны пере­даются ею во все части тела и регулируют обмен веществ и развитие насекомых.

Нервная система. Регулирует все функции организма и объ­единяет его в единое целое. Ее основу составляют нервные клетки — нейроны. Нервная система насекомых сильно диффе­ренцирована и разделяется на центральную, периферическую и симпатическую.

Центральная нервная система состоит из совокупности нерв­ных узлов (ганглиев), от которых отходят нервы. Нервные узлы соединяются продольными и поперечными перемычками. В голове насекомого над пищеводом расположен надглоточный, а под пищеводом — подглоточный ганглий. Надглоточный ганглий развит очень сильно и называется головным мозгом. Особенно сложно строение головного мозга у насекомых с вы­сокоразвитой нервной деятельностью (муравьи, пчелы). Он является главным центром, подчиняющим себе деятельность прочих нервных узлов. От него отходят нервы к глазам и уси­кам, а от подглоточного узла — к ротовым органам и в пе­редний отдел кишечника.

Периферическая нервная система образована из нервов, отходящих от ганглиев центральной и симпатической нервных систем. Они связывают эти системы с различными органами.

Симпатическая нервная система регулирует работу внут­ренних органов и мускулатуры насекомых и имеет весьма слож­ное строение.

Тестовое задание

Головным мозгом насекомых является:

1)      Надглоточный ганглий;

2)      Подглоточный ганглий;

3)      Нейрон.

Органы чувств. Являются посредником между нервной систе­мой и внешней средой, воздействующей на организм насеко­мого. По аналогии с позвоночными животными у насекомых различают органы зрения, обоняния, осязания, слуха и вкуса. Лучше всего развиты органы зрения.

Органами зрения являются сложные, или фасеточные, глаза и простые глазки. Фасеточные глаза состоят из множества круг­лых или шестигранных фасеток и дают прямое мозаичное изо­бражение. У разных насекомых степень развития сложного глаза и зрительных восприятий различна. Одни насекомые раз­личают только общие очертания предмета, другие обладают способностью очень четких восприятий. Так, бражники «уз­нают» знакомые им цветки на рисунках и подлетают к ним со­сать нектар. У насекомых хорошо развито цветное зрение. Они воспринимают ультрафиолетовые лучи.

Простые глазки воспринимают только движение предметов. У взрослых насекомых они расположены на лбу, а у личинок на боковых частях головы.

Очень сильно развито у насекомых обоняние. Органы обоня­ния расположены на усиках в виде особых клеток, связанных с нервными окончаниями. Усиками насекомые ощупывают все, что встречают на пути. Так, наездник эфиальт, ощупывая уси­ками кору, чует личинку рогохвоста в древесине, жуки короеды отыскивают в лесу по запаху ослабленные деревья, самцы ино­гда за несколько километров отыскивают самку и т. д.

Органы осязания представляют собой волоски, щетинки, шипики, находящиеся на усиках, щупиках и на поверхности тела. Органы вкуса расположены на ротовом аппарате в виде чув­ствительных волосков. Органы слуха имеются только у насекомых, издающих звуки. Это чувствительные клетки, расположенные внутри отверстия, затянутого перепонкой. К ним подходят нервные окончания. Рас­положены органы слуха в разных местах тела. Так, у саранчо­вых они расположены по бокам первого сегмента брюшка, а у кузнечиков — на передних голенях.

Поведение насекомых чрезвычайно разнообразно и во мно­гих случаях сложно. Наиболее просто их нервная деятельность проявляется в таксисах. Это простейшая положительная или от­рицательная двигательная реакция (рефлекс) на то или иное внешнее раздражение, усложненная общим возбуждением нерв­ной системы. Особенно развиты у насекомых термотаксис, фототаксис, гидротаксис, хемо- и трофотаксисы. Соответственно в этих слу­чаях насекомые реагируют на тепло, свет, влагу, химические раздражители и пищу. Более сложным видом нервной деятельности являются ин­стинкты. Они представляют сложную цепь рефлексов. Проявление определенного инстинкта связано с состоянием орга­низма насекомого. Так, созревание оплодотворенных яиц вы­зывает у самки появление заботы о потомстве.

Органы размножения. Насекомые раздельнополы. У многих насекомых развит половой диморфизм и самцы отличаются от самок по различным внешним признакам (величине тела, уси­кам, окраске и др.). Однако очень часто оба пола внешне неот­личимы.

Половые органы самцов состоят из семенников, семя­проводов, семяизвергательного канала, совокупительного органа и придаточных половых желез.

Половые органы самки состоят из двух яичников, двух яйцеводов, непарного влагалища, прида­точных половых желез, семяприемника и яйцеклада. Семенники представляют собой трубчатые железы (гонады). Они имеют вид округлых тел и состоят из многих трубок (фол­ликулов). В семенниках образуются сперматозоиды, которые при спаривании с самкой выводятся наружу через семяизвергательный канал и копулятивный орган. Яичники составляют основу половой системы самки. Они со­стоят из яйцевых трубок, которых бывает от 1—4 до 100 и бо­лее пар. Здесь происходит созревание яиц, которые затем поступают в яйцеводы и через половое отверстие выходят наружу. Количество откладываемых самкой яиц зависит от строения и величины яичников и специфично для каждого вида насеко­мого. Так, самка непарного шелкопряда откладывает 450—800, иногда 1000 яиц, сосновая пяденица 120—180, а самки хищ­ных жуков всего 10—20 шт. В отдельных случаях плодовитость достигает огромных размеров. Например, самка (матка) медо­носной пчелы откладывает в день до 3 тыс. яиц, а самка тер­митов - до 30 тыс. Плодовитость резко колеблется в зависи­мости от погодных условий и питания.

Тестовое задание

Какова плодовитость сосновой пяденицы:

1)      10-20 яиц;

2)      120-180 яиц;

3)      450-800 яиц.

Инстинкты. Никто не учил пчелу строить ячейку, короеда прокладывать под корой определенной формы ход, жука слоника скручивать лист в виде трубки или сигары, гу­сеницу плести кокон и т. д. Под влиянием условий жизни мо­гут возникать новые инстинкты и могут ослабевать и даже исчезать старые, однако для этого нужен значительный период времени.

Инстинкты могут быть направлены на сохранение вида (за­боту о потомстве) и особи. Особенно сложны инстинкты у пчел, муравьев и термитов, умеющих строить очень сложные соору­жения и ухаживать за потомством, регулируя его состав.

У насекомых может в отдельных случаях наблюдаться и высшая нервная деятельность, проявляющаяся в выработке условных рефлексов. Одним из примеров служит быстрое ус­тановление у пчелы связи запаха цветка с его медоносностью. Довольно сильное впечатление оставляют инстинкты насекомых – достаточно посмотреть, как слаженно работают муравьи над возведением муравейника или медовые пчелы над строительством идеально ровных восковых сот. Тем не менее, слепой инстинкт не может заменить способность критически мыслить. Если проткнуть соты, пчела не перестанет носить туда мед. Ее не будет смущать тот факт, что мед утекает в отверстие.  Сбор пищи, выкармливание личинок, защита гнезд/сот/муравейника – эти инстинкты насекомых помогают им выживать. Повинуясь велению инстинкта, насекомые способны безошибочно находить дорогу к гнезду, даже находясь на значительном удалении от него. И, наконец, защищая свою колонию, насекомые бесстрашно бросаются в бой – они скорее погибнут, чем уступят агрессору. Муравьи не только строят сложные гнезда, но и заводят «домашний скот» - тлей, которых они доят. Южноамериканские муравьи заядлые огородники – они разводят некоторые виды грибов в своих гнездах. Живут муравьи огромными колониями, и каждая особь, научившаяся чему-либо новому, тотчас начинает обучать своих собратьев. Если муравью приходится выполнять работу (например, рыть тоннель) в одиночку, то он будет делать это весьма неохотно.

Вопросы для самоконтроля

1.      Проиллюстрируйте внутреннее строение насекомых с помощью схемы.

2.      Определите отличия насекомых от других представителей животного мира?

3.      Что Вам известно об инстинктах насекомых?