Реферат: Репродуктивное поведение насекомых

Одной из основных функций живого является воспроизведение, то есть образование себе подобных. Оно свойственно как организмам, так и отдельным органам, тканям и клеткам. Для воспроизведения и продолжения рода животные наделены, во-первых, всеми необходимыми механизмами, процессами и устройством организма и, во-вторых, – надежным репродуктивным поведением. В репродуктивный комплекс поведения входит огромное количество разнообразных поведенческих актов. Благодаря ним самки и самцы обязательно находят друг друга и место для выведения потомства, а если это заложено в их генетической программе, то выкормят и даже воспитают его.

Природное развитие живого организма связано с существованием двух мощных информационных потоков. Один из них обеспечивает воспроизведение особи определенного вида (наследственная информация), а другой – ее жизнедеятельность в конкретной среде обитания. Источником наследственной биологической информации служит предковый организм, а адресатом – потомок.

Что «знает» клетка?

Ни в одном учебнике даже кратко невозможно поведать о таинственном, практически непостижимом и жизненно важном процессе воспроизводства живых существ. И здесь мы только вскользь коснемся некоторых его проблем, связанных с информацией в клетке.

Прошедший век открыл нам для размышлений, душевного восприятия и формирования мировоззренческих понятий об устройстве мира удивительные знания. Как оказалось, почти все клетки любого живого организма включает в себя полный комплект генетической информации, необходимой для создания всего организма в целом. Каждая клетка, например сердца, глаза, кожи, «знает», как именно создается печень, вкусовой анализатор, мозг и т.д.

Жизнь любого организма после оплодотворения (в некоторых случаях и без него) начинается с единственной клетки, в которой заложена вся информация. После деления одни клетки дают начало костям, другие – мышцам, третьи – печени, четвертые – мозгу. А поскольку гены в каждой клетке способны дать начало любой части тела, то ученые предположили, что должны существовать специальные химические вещества, которые отдают нужные команды генам. Например, гены определенных клеток в какой-то момент получают сигнал, что им пора начинать строить сложную «архитектуру» глаза по известным им чертежам и технологии, используя весь комплекс наследственной информации. Тем временем гены других клеток уже делают подобным образом организованную работу по построению, скажем, желудка. Откуда же химическим веществам известно, каким клеткам и в какое время отдавать приказы, чтобы именно в свое место поместить глаза, а в свое – желудок? Предопределенность такой специализации клеток, управляемой какими-то «умными» веществами, так и остается одной из многочисленных загадок. Да и вообще, как считают ученые, клетка еще изучена слабо. Почти каждые 7-10 лет происходит открытие совершенно новой клеточной структуры. Мало того, функции давно уже открытых структур во многом до сих пор остаются неясными. Живая клетка предстает перед нами, как огромный мир, полный тайн!

Когда дети становятся взрослыми?

Тля, которая среди насекомых имеет самую короткую продолжительность жизни, развивается во взрослое насекомое из яйца за шесть суток (умирает после этого через пять дней). А, например, майский жук, чтобы полетать немного на воле и оставить после себя потомство, проводит в стадии личинки до пяти лет. Личинки же цикад некоторых видов проводят детство под землей в течение 13-17 лет, питаясь корнями растений. Поражает, что все цикады определенной местности одновременно получают сигнал выходить на поверхность. Превратившись во взрослых насекомых, они находят пары, затем откладывают яички и умирают. Потомство вновь проведет долгие годы под землей, чтобы однажды одновременно в огромном количестве выйти на поверхность. Представители некоторых видов жуков-древоточцев живут в виде личинки еще дольше. Они выбираются из дерева в возрасте от 30 до 40 лет, став не просто взрослыми, а почти «стариками»!

Копии своих родителей

Личинки насекомых с неполным превращением практически являются копиями своих родителей – тараканов, клопов, тлей, прямокрылых. Затем они вырастают до размера взрослой особи, постоянно меняя ставшую тесной шкурку. Интересен процесс их линьки, который происходит не сам по себе, а является сложной последовательностью действий различных систем и процессов в организме. В определенное время наследственная программа включает механизм избавления насекомого от тесного наружного скелета. И тогда специальные железы в голове выделяют определенный гормон, который разносится кровью по всему телу и активизирует деятельность личиночных желез и систем, отвечающих за изготовление скелета. Подтверждением такого механизма служат результаты эксперимента, когда кровь одного насекомого впрыснули другому, еще не дошедшему в развитии до этой стадии. Получив инъекцию, второе насекомое преждевременно сбросило свою «одежку». Под действием гормона специальные железы эластичной пленки, находящейся под твердым покровом, начинают выделять определенный секрет. Он-то и обеспечивает активное растворение внутренний слой скелета. Одновременно под защитой прежнего покрова формируется по новым «выкройкам» более просторный и гибкий скелет. Причем до определенного времени он сжат в гармошку, также как нами плотно укладывается одежда в тесном чемодане. Когда все подготовительные этапы работы пройдены, юное насекомое получает сигнал к выходу на свет. Оно разрывает старую размягченную оболочку и появляется в «новом костюме». Пройдет немного времени, и эта измятая и мягкая одежда расправится и затвердеет, чтобы верно послужить насекомому до новой линьки.

Внешне напоминают родителей и нимфы, например, разнокрылых стрекоз, но не без отличий, они – бескрылые. Многие их них, появляясь из яиц, отложенных в воду, проводят там свою жизнь. А когда после нескольких линек нимфы выползают на сушу, включается программа следующего этапа жизни, и их организм тот час переключается на дыхание кислородом.

Разнообразие личинок

У насекомых с полным превращением появляются мясистые червячки, или гусеницы. Так, у двукрылых личинки похожи на червячков, а у личинок некоторых насекомых нет не только ног, но даже явно выраженной головы. Им не нужны развитые органы чувств и органы движения, средства маскировки и защиты. Ведь эти личинки растут в той среде, насыщенной питательными веществами, куда заботливыми родителями были отложены яички. Такой питательной средой в зависимости от вида насекомых являются помет животных, скопления гниющей растительности, илистое дно водоемов и т.п. А у жуков – полное разнообразие видов личинок. Это и мясистые личинки - у долгоносиков, усачей, короедов, навозников, могильщиков, и жесткие, наподобие проволоки, – у щелкунов, и бегающие шестиногие – у жужелиц, божьих коровок, и плавающие – у плавунцов.

Образуется ли новый мозг?

Как известно, в процессе метаморфоза происходит превращение гусеницы в бабочку. Но, вероятно, мало кто задумывался над тем, сохраняется ли при этом мозг или образуется новый. У гусениц, которые лишь нуждаются в приеме пищи и небольшом передвижении, органы чувств и функции мозга хотя и достаточно сложны, но все же не настолько как у взрослой бабочки. Ведь гусеницам в основном необходимо управление мощными челюстями, системой пищеварения и громоздким способом передвижения. У бабочек же, в которых они впоследствии превратятся, хорошо развиты сенсорные системы, мозг управляет полетом и огромным комплексом целесообразного поведения. Поскольку жизненная цель бабочек – продолжение рода, то она обладает сложнейшим репродуктивным поведением. Оно сопровождается системой брачной сигнализации для поиска и общения с потенциальными партнерами и ритуальными действиями. Следовательно, мир гусениц отличается от мира бабочек. Во время метаморфоза организм гусеницы чудесным образом полностью меняется на организм бабочки. В теле куколки идет разрушение личиночных тканей и формирование органов взрослого насекомого. Происходит как бы растворение одного существа и появление чудесным образом из разжиженной массы другого. У куколки бабочки исчезают ноги, которые находились на ее брюшке, и появляются в грудном отделе длинные и тонкие новые ноги, свойственные взрослому насекомому. Вместо жующих ротовых частей формируются сосущие, преобразуется мышечная система, появляются крылья и т.д. И хотя сущность этих превращений издавна привлекает внимание исследователей, механизмы и процессы при метаморфозе во многом не ясны. Например, не понятно, что происходит в это время с мозгом насекомого. Ведь при его обновлении организм обеспечивает появление новых нервных клеток и связей между ними. Предыдущие же клетки мозга или частично сохраняют свои функции, или меняют их, или перемещаются на другое место или погибают. Каким же образом тогда осуществляется руководство процессами построения всего нового организма? Вероятно, в процессе перестройки мозга сохраняется так называемый «организационный центр». Он и несет в себе весь уникальный комплекс генетических знаний по созданию организма бабочки каждого вида из «строительных материалов» гусеницы. Как все в мире живого удивительно и совершенно!

Ювенильное поведение

Инстинктивные действия являются у многих малышей такими же сложными и целесообразными, как и у взрослых насекомых. Кроме того, чтобы вырасти и использовать все видоспецифические возможности, заложенные в организме, и весь поведенческий диапазон, нужно многому научиться. Ведь молоди понадобится запоминать окружающую местность, отличать, что съедобно, а что нет, постепенно совершенствовать свое строительное мастерство и т.д.

Классический пример запрограммированной последовательности действий демонстрирует сетчатокрылое насекомое – личинка муравьиного льва. Ее инстинктивное пищевое поведение основано на стратегии засады и состоит из ряда последовательных этапов. Вылупившаяся из яичка личинка тотчас ползет на муравьиную дорожку, привлекаемая запахом муравьиной кислоты. Знания об этом сигнальном запахе своей будущей добычи личинка получила по наследству, и передаст далее своим потомкам. На этой дорожке она тщательно выбирает сухой песчаный участок для создания воронкообразной ямы-ловушки. Чтобы ее построить, личинка с удивительной геометрической точность вначале проводит на песке круг, обозначая размер ямы. Потом она одной из передних лапок начинает ее рыть. Нагружая песок на свою плоскую голову, личинка выбрасывает его за пределы круга. Пятясь назад, она постепенно возвращается к исходной позиции. Потом личинка проводит новый круг и выкапывает следующую бороздку. И так далее, пока не дойдет до дна воронки. Перед началом каждого цикла в программе предусмотрена смена «рабочей» ноги. Поэтому следующая бороздка проводится личинкой в противоположном направлении. Если на пути попадаются маленькие камушки, личинка с силой выбрасывает их за пределы воронки. Крупный камень, зачастую в несколько раз тяжелее самого насекомого, личинка ловко взваливает на спину и медленными осторожными движениями вытаскивает наверх. А если камень круглый и постоянно скатывается назад, она бросает бесполезную работу и принимается строить другую яму. Когда ловушка готова, наступает следующий, ответственный для насекомого этап. Личинка зарывается в песок, выставляя наружу только длинные челюсти. Когда какое-либо маленькое насекомое оказывается у края ямы, песок под его ногами осыпается. Это случит сигналом для охотника. Используя голову как катапульту, личинка сбивает неосторожное насекомое, чаще всего муравья, удивительно точными выстрелами песчинок. Добыча скатывается вниз к поджидающему ее «льву». В этом инстинктивном поведенческом комплексе все части процесса идеально подогнаны друг к другу и все прекрасно скоординировано – каждое звено вызывает последующее. Разница в индивидуальном поведении различных особей этого вида будет лишь в скорости постройки за счет приобретения навыков по «подгонке» всех стереотипных действий к конкретным условиям, связанным с засоренностью и влажностью песчаной почвы.

Разнообразие ритуального поведения

Взаимодействия самцов и самок одного и того же вида могут сопровождаться ритуальным поведением, преимущественно инстинктивным. Это ухаживание, брачные игры, танцы, пение, бои за самку. Разнообразие ритуального поведения насекомых чрезвычайно велико. Рассмотрим некоторые характерные его проявления.

Довольно сложен ритуал ухаживания у разных видов плодовых мушек. Сюда входит дрожание ножек, вибрация крыльев, сигнализация крыльями, кружение и даже облизывание. Тропический клоп приносит самке в подарок семечко фикуса. Ухаживание самцов мух ктырей также не обходится без подарков в виде пойманных мух. А мухи плясуньи (толкунчики) изготавливают специальные шелковые «баллоны», достигающие их собственных размеров. Затем они образуют рой, из которого самка выбирает себе партнера. Он и преподносит ей этот подарок, зачастую с мушкой внутри. Самец биттаки из отряда скорпионниц во время спаривания кормит самку пойманной мушкой или другой мелкой добычей.

Один из самых крупных рогачей нашей фауны – жук-олень славится настоящей битвой с самцами своего вида за благосклонное внимание самки. Он обладает мощными верхними челюстями в виде так называемых «рогов», которые и применяет как турнирное оружие. Во время боя жуки встают на дыбы, высоко поднимаясь на передних и средних ногах. Широко раскрывая челюсти, они бросаются друг на друга, и дерутся нередко до увечий кого-либо из бойцов.

Брачный танец обычно представляет собой последовательность сигналов взаимодействия партнеров друг с другом. Или, например, брачный танец бабочек включает приближение самца к самке, их «знакомство» и не менее прекрасный полет. Во взаимоотношениях между ними отражается управляемая наследственной программой сложная цепь стимулов и реакций.

Удивительно красив предсмертный танец поденок. Эти легкие и нежные насекомые с прозрачными крыльями живут только один день или даже несколько часов. Они все вместе выходят из личинок, живших в воде 2 – 3 года, чтобы станцевать в небе брачный танец и умереть. Их характерный полет можно наблюдать тихим погожим вечером. Вначале, быстро взмахивая крыльями, поденки взмывают вверх. Затем они замирают и благодаря большой поверхности крыльев медленно, как на парашюте, спускаются вниз. Такой танец из взлетов и плавных падений поденки совершают в период размножения, когда самец встречается с самкой. Организм поденок построен с учетом того, что эти насекомые, живущие такой короткий период, не нуждаются в питании. Рот у них мягкий, а вместо кишечника – воздушный пузырь. Он уменьшает массу насекомого и способствует такому легкому парению поденки во время брачного танца.

Брачные сигналы

Для репродуктивного комплекса поведения характерны разные периоды, каждый из которых следует один за другим согласно наследственной программе. Эти периоды создают последовательную цепочку действий, подчиняющихся определенным внутренним и внешним сигналам. Они обеспечивают встречу полов и согласование поведения супругов. При кажущемся сходстве врожденных брачных сигналов у каждого вида есть своя характерная система кодов, которая передается типичными для вида звуками, окраской, телодвижениями. При этом сигнализация идет обычно сразу же по нескольким каналам, в первую очередь по оптическому, звуковому и химическому. Оптический канал (зрение) передает определенную гамму красок, поз и движений. По звуковому каналу (слух) идут специфичные для конкретного вида звуки. А химический канал (обоняние) передает сигналы, отражающие свойства пахучих веществ, оставленных самцами или самками.

Пахучие вещества для сигнализации

В мире живого распространено привлечение партнеров запахом определенных веществ. Первичное обнаружение особи другого пола с помощью обоняния часто происходит и у насекомых. Самки бабочек, жуков, тараканов многих видов наделены железами, выделяющими пахучие вещества – феромоны. Этот секрет выделяется самками в период размножения и улавливается самцами. У каждого вида насекомых свой запах феромонов, то есть сигнализация осуществляется видоспецифическими пахучими веществами.

Наглядный пример эффективности действия феромонов у насекомых демонстрирует тутовый шелкопряд. Для того, чтобы показать свою готовность к спариванию, самка выделяет небольшое количество феромона (бомбикола). Даже если его количество будет всего одна миллионная грамма, самец способен расшифровать такое сообщение, важное для продолжения его рода. При этом достаточно всего одной молекулы бомбикола, выделяемого самкой, чтобы запустить нервный импульс в рецепторной клетке антенн самца. А если генерируется 200 импульсов в секунду, самец начинает искать самку, двигаясь против ветра, приносящего химическую информацию от подруги. Существует даже способ ловли самцов тутового, непарного шелкопряда, волнянок, павлиноглазок (сатурниц), коконопрядов. Самку сажают в клетку, и на ее запах слетаются многочисленные самцы. Высокая чувствительность насекомых к запахам просто поражает. Так, меченые самцы непарного тутового шелкопряда устремлялись на запах самки с расстояния 3,8 км, а самцы бабочки большого ночного павлиньего глаза – с 8 км.

Поскольку вещества феромонов, определяющие запах, разносятся ветром, летящий самец наделен способностью учитывать при ориентации движение воздуха. На его маршрут влияет направление ветра, и угол полета меняется с концентрацией запаха. В отсутствие запаха самец летает взад-вперед, не выстраиваясь против ветра. А когда ветер приносит запах, угол полета изменяется. При этом насекомое движется против ветра зигзагами, что связано с границами запаха. При его снижении у края струи самец перемещается в противоположном направлении. Это пример поискового поведения с движением в сторону более высокой концентрации феромона. Оно связано с наличием в организме насекомого внутреннего эталона для сравнения полученной информации.

Звуковая сигнализация

Сигнальная информация закодирована и в акустических образах. Разнообразные, но строго определенные сигнальные звуки, которые издают сверчки, кузнечики, саранча или цикады каждого вида, играют важную роль в их репродуктивном поведении – при ухаживании и привлечении самок. Между призывным сигналом самца и его восприятием и распознаванием самкой существует генетическая связь. В сигналах можно выделить определенные звуковые элементы – пульсы. Периодически повторяющиеся группы пульсов образуют определенные серии, а те, в свою очередь, объединяются в ритмически повторяющиеся музыкальные фразы.

Самцы сверчков своими призывными сигналами привлекают самок с большого расстояния. Звуковой сигнал образуется при ритмичном раскрытии и складывании специальных надкрылий. На них находится особый фрикционный механизм. Призывные сигналы сверчков резко различаются у разных видов, особенно во временной организации звуковых импульсов. Самки соответствующих видов реагируют только на конкретные видотипичные призывные сигналы самцов. Особые сигналы самцы издают во время борьбы за самку и при защите территории. Для усиления звука, например, сверчки-кроты роют норку определенной формы, которую используют во время брачного пения. Наследственные знания подсказывают ему, что норка должна быть определенной V-образной формы. Она служит усилителем, и призывные песни самца разносятся довольно далеко. А некоторые сверчки способны издавать оригинальные чирикающие звуки, поэтому их иногда держат в качестве домашних животных.

Кузнечики-самцы для привлечения самок издают сигнальные звуки, водя своим смычком по «скрипке». Короткоусый кузнечик водит по крыльям задними лапками, а длинноусый потирает одно крыло о другое. Стрекотание зеленого кузнечика можно услышать в дневное, вечернее и даже ночное время (до 2–3 ч ночи). А утром он отлеживается, принимая «солнечную ванну». Ожидая самку, кузнечик подставляет бока солнечным лучам, переворачиваясь время от времени на другую сторону.

Среди всех насекомых самые громкие звуки издают самцы цикад. Их ребристые пластинки производят вибрации в двух резонаторных полостях на брюшке. Звук, рождаемый цикадами, настолько силен, что услышан на расстоянии свыше 400 м. Стрекот тропических цикад напоминает звук циркулярной пилы. А у цикад Южной Америки и Индии звук по громкости и резкости не уступает пронзительному паровозному свистку.

Световые сигналы

У некоторых видов насекомых средством распознавания особей своего вида и привлечения особей одного пола к другому является свечение. В темную ночь холодновато зеленоватый свет, испускаемый светящимися насекомыми, виден за сотни шагов. Причем зачастую все особи, слетевшиеся вместе, вспыхивают светом и гаснут одновременно. Для наблюдателей устраиваемая этими насекомыми иллюминация представляет собой сказочное зрелище. А для ученых это - очередная загадка. Кто же обеспечивает синхронность действий многих насекомых и дирижирует прекрасным световым оркестром? В тропических странах обитает множество светящихся жуков, а в Европе их шесть видов, в числе которых жуки-светляки, жуки-щелкуны и другие.

Брачные сигналы светляков – подобны маячкам друг для друга. Летая над полями или лесами, самцы производят специфичные вспышки света. Самки тоже определенной вспышкой реагируют на эти сигналы. Самцы, отвечая на сигналы подруг, движутся к ним. Приблизившись к самке на несколько метров, самец вновь посылает сигнал. Получив на него ответ, он уточняет направление движения к подруге. Бразильские жуки светят так ярко, что один светлячок позволяет читать газету, несколько же «фонариков» освещают целую комнату. А светляки некоторых видов способны излучать свет настолько большой силы, что на темном горизонте его можно спутать со светом звезды. Испускают свет и отложенные яички светляков. Однако их слабый свет скоро гаснет.

Свечение вызывается сложнейшими окислительными процессами, которые осуществляются в предназначенных для этого органах насекомого. А свет испускают специальные фотогенные клетки или выделяемое ими вещество. Под этими клетками находятся особые отражатели света. Это клетки, заполненные кристаллами определенных химических соединений. В организме предусмотрены и особые воздухоносные трубочки, по которым к фотогенным клеткам поступает кислород, необходимый для процессов свечения. Все эти уникальные устройства и процессы создают, например, у жуков-светляков, необычайно высокую эффективность свечения. В свет превращается 98% всей затраченной энергии. А для электрической лампочки, созданной человеком, этот показатель составляет всего лишь 4%.

Инстинктивное строительное поведение

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--