Рассказы о насекомых
Рассказы о насекомых
Как летают насекомые
Большинство населяющих Землю насекомых имеет крылья. Правда, крыльями обладают только насекомые на взрослых стадиях развития. Как известно, ни личинки, ни нимфы, ни куколки не летают. У одних насекомых, как например у стрекоз, бабочек, перепончатокрылых, жуков — четыре крыла, у других: мух, комаров, некоторых подёнок — два крыла. Каждое насекомое имеет свои особенности полёта, каждое летает по-своему, но у многих из них есть общее в полёте. Прежде всего в основе их полёта лежит взмах крыльями — полёт машущий.
Наиболее простым взмахом крыльев обладают подёнки — они взмахивают каждым крылом сверху вниз и лишь немного ставят его под углом к набегающему навстречу потоку воздуха. Наиболее сложным взмахом крыльев обладают двукрылые (комары и мухи), а также перепончатокрылые (пчёлы, осы, крылатые особи муравьёв). Крылья их взмахивают так, что конец каждого крыла, если насекомое неподвижно, описывает в воздухе восьмёркообразную кривую. Взмахивая вниз, крыло в начале взмаха расположено почти горизонтально. Опускаясь вниз, оно одновременно заносится вперёд, а внизу переворачивается так, что, поднимаясь вверх, уже своим передним краем идёт вверх и назад. Такие взмахи повторяются с большой частотой. Каждое крыло работает, как пропеллер.
Полёт подёнок.
Схема взмахов крыла насекомого в полёте.
Стрелки указывают направление движения: А — опускание крыла (V положение изображено пунктиром); Б — поднимание крыла (положение I изображено пунктиром).
Схема восьми положений левого крыла на описываемой концом крыла восьмёрке у закреплённой на одном месте мухи-журчалки.
Внизу — те же положения крыла на синусоиде. Точка — передний край крыла, черта — пластинка крыла.
Такую восьмёрку можно наблюдать только у неподвижно закреплённого насекомого, когда оно взмахивает крыльями. При полёте же, когда насекомое движется вперёд, эта восьмёрка растягивается и конец крыла описывает волнообразную кривую (синусоиду).
У перепончатокрылых — четыре крыла, но переднее и заднее крылья каждой стороны тела соединены в полёте особой зацепкой из крючков, так что правая и левая пары крыльев действуют вместе как одно крыло.
Управление в полёте у насекомых достигается почти исключительно крыльями. Изменение направления плоскости взмахов крыльями сказывается на изменении направления полёта. Этим достигается изменение полёта на поступательное движение вперёд, назад, полёт на одном месте или висение в воздухе («стоячий» полёт), подъём вверх, повороты вправо и влево. Мухи — одни из самых поворотливых в полёте насекомых. Они часто делают резкие прыжки вбок. Достигается это внезапным выключением крыльев одной стороны тела — движение их на мгновение приостанавливается, тогда как крылья другой стороны тела продолжают колебаться, чем и вызывается прыжок в сторону от первоначального направления полёта.
Пчёлы в полёте.
Такие насекомые, как подёнки, могут также изменять направление полёта и слегка рулить, меняя положение брюшка и расположенных на его конце хвостовых нитей.
Насекомые, летая, очень часто машут крыльями, так часто, что отдельные взмахи крыльев человеческим глазом рассмотреть не удаётся. Мы часто можем слышать, как жужжат в полёте пчела или жук. Что значит это жужжание?
Звук — это колебания воздуха, которые мы улавливаем ухом. Чем чаще колебания воздуха, тем выше по тону звук. Навозный жук делает до 87 взмахов крыльями в секунду, звук, возникающий при этом, — жужжание сравнительно низкого тона. Комар, летая, производит крыльями до 594 взмахов в секунду, поэтому звук, возникающий в результате его полёта, такой высокий и напоминает писк.
Частоту взмахов крыльями можно определить по высоте производимого ими звука. Надо только учесть, что наиболее высокая нота соответствует удвоенному числу колебаний в секунду, так как каждый взмах крыла даёт две волны колебаний воздуха.
Так, например, у медоносной пчелы высокая нота соответствует 440 двойным колебаниям в секунду, т. е. 220 взмахам в секунду. И действительно, как показывают наблюдения, пчела производит в среднем около 260 взмахов в секунду.
Разные насекомые, летая, машут крыльями с различной частотой, причём у двукрылых и бабочек число взмахов увеличивается при повышении температуры воздуха, а у перепончатокрылых и жуков частота взмахов крыльев не зависит от температуры. Реже всего машут крыльями дневные бабочки. Махаон делает 5 взмахов в секунду, брюквенница — 6, а траурница — 10 взмахов в секунду. На расстоянии полуметра полёт бабочек кажется совсем беззвучным, однако если дневная бабочка пролетит у самого уха, то можно услышать звук очень низкого тона, производимый её крыльями. Ночные бабочки обычно машут крыльями чаще. Совки (рода агротис) делают 37–48 взмахов в секунду, а глазчатый бражник — 37–41 взмах.
Бражники, особенно небольшие языканы, производят низкое гуденье, слегка напоминающее жужжание шмеля.
Глазчатый бражник.
Бражники-языканы.
Вверху — заметная волна, пробегающая по крыльям (по киносъёмке). Внизу — «стоячий» полёт бражника, сосущего нектар.
Шмель делает от 123 до 233 взмахов в секунду, а обыкновенная оса — 165–247. Комнатная муха делает 147–220 взмахов в секунду. Однако чаще всех машут крыльями комары-дергуны, которые иногда роями толкутся в воздухе. Их личинками часто кормят аквариумных рыб — это так называемый мотыль, ярко-красные подвижные червячки. Их рыболовы насаживают на рыболовный крючок, используя как наживку для ужения рыбы.
Комар-дергун.
Дергун мохнатоусый делает от 196 до 494 взмахов в секунду, а другие представители этого большого семейства дергунов производят даже до тысячи взмахов в секунду.
Сколько энергии нужно затрачивать насекомым на полёт при взмахивании крыльями с такой частотой! Как часто сокращаются их мышцы! Однако опыты показали, что пчела, летая за взятком на расстояние 3 километра, расходует всего 0,00035 грамма сахара. Зобик пчелы содержит обычно 0,02 грамма нектара. При концентрации сахара в нём в 20 процентов это количество равно 0,004 грамма чистого сахара. Следовательно, даже при расстоянии в 3 километра полёт пчелы вполне рентабелен, так как расход сгорающего питания в виде сахара не превышает 9 процентов груза.
Если мы возьмём пчёл или шмелей и посадим их в инсектарий или большую стеклянную банку, затянутую сверху марлей, то часа через 2–2,5 они погибнут от голода, так как, летая, израсходуют все свои силы и весь запас питания. Если же мы посадим их в тесную коробку с дырочками, где они не смогут летать, насекомые проживут гораздо дольше и сохранят способность к полёту.
Если же при первом опыте мы будем их подкармливать, то они долгое время не погибнут. Полёт требует от насекомого большого расхода энергии.
Есть киноаппарат («лупа времени»), при помощи которого можно делать моментальные снимки с очень большой скоростью. Если снять летающих насекомых со скоростью 2000 или 3500 кадров в секунду, а затем просматривать на экране снятый фильм со скоростью 16 кадров в секунду, т. е. соответственно в 125 и 219 раз медленнее, то можно увидеть все движения крыльев насекомых и рассмотреть, как они летают.
Оказывается, полёт бабочек, особенно дневных, сильно отличается от полёта других насекомых. Правая и левая пары их крыльев при взмахах приближаются друг к другу над туловищем и под ним. Над спиной крылья даже часто полностью встречаются и иногда ударяются друг о друга, издавая звук. Крылья правой и левой стороны взмахивают одновременно, так как переднее и заднее соединены друг с другом и обычно для этой цели обладают специальной зацепкой. При сближении крылья сначала соприкасаются передними краями, а затем всей плоскостью. Благодаря этому крылья как бы выдавливают оказавшийся между ними воздух. То же происходит при встрече крыльев под телом при взмахе вниз. Кроме того, при таком замедленном просмотре скоростного фильма видно, как крылья бабочек плавно изгибаются, по их крыльям пробегает волна от переднего края к заднему, и они как бы плавают, медленно шевеля крыльями.
Полёт дневных бабочек:
А — адмирал; Б — крапивница.
Стрекоза пользуется самыми различными приёмами в полёте; то она взмахивает попеременно передними и задними крыльями, то вдруг переходит на планирующий полёт на распростёртых неподвижных крыльях, то опять взмахивает крыльями, но на этот раз сразу вместе и передними и задними. Наблюдались случаи, когда стрекоза делала взмахи одной передней парой крыльев, держа спокойно распростёртой заднюю пару. Часто можно видеть, как стрекоза висит неподвижно в воздухе, как бы «стоит», взмахивая крыльями на одном месте. Стрекоза может также в полёте двигаться не только вперёд, но и назад, а, преследуя ускользающую добычу (мелких насекомых), может взмывать на короткое расстояние вверх почти вертикально.
Полёт стрекозы-либеллюли.
«Стоячий» полёт стрекозы-коромысло.
Погоня за добычей стрекозы-коромысло.
Аэродинамикам известно явление, называемое фляттер. Это вредные колебания крыла в полёте, которые у скоростных самолётов могут достигать опасных размеров, так что крылья даже ломаются. Техники долгое время искали способы погашения этих вредных колебаний. Гибли модели новых испытываемых самолётов, погибали и лётчики-испытатели, но конструкторы долго не могли найти правильного решения задачи. Наконец, задача была решена: противофляттерное устройство было найдено. У передней кромки на конце каждого крыла делалось утяжеление (в простейшем случае запаивалась свинцовая гиря) — оно гасило вредные колебания.
Вверху — схема крыла стрекозы с глазком (птеростигмой) у вершины; внизу — схема самолёта с обозначением месторасположения противофляттерных утяжелений.
Машущий полёт насекомых, и в частности полёт стрекоз, также обладает вредными колебаниями. Природа в течение веков вырабатывала приспособления для борьбы с фляттером. Это приспособление отчётливо выражено у большинства стрекоз. На каждом крыле в вершинной его части у переднего края имеется тёмное хитиновое утолщение — птеростигма, или крыловый глазок. Удаление этого глазка, не лишая стрекозу возможности летать, нарушает правильность колебаний крыла, стрекоза начинает как бы порхать. Опыты показали механическое значение этих образований, регулирующих колебания крыла. Глазок оказался приспособлением, избавляющим машущее крыло от вредных колебаний типа фляттер. Если бы это значение крылового глазка у стрекоз было бы известно раньше, чем техники изобрели противофляттерное устройство у самолётов, то, заимствовав его у насекомых, можно было бы избежать долгих поисков.
У жуков, когда они не летают, передние жёсткие крылья, или надкрылья, накрывают и защищают сложенные задние перепончатые крылья. Надкрыльями жуки почти не пользуются в полёте; надкрылья только слегка качаются в такт взмахам задних крыльев. В полёте надкрылья жуки держат под некоторым углом друг к другу — в виде латинской буквы V. Это обеспечивает поперечную устойчивость жуков в полёте, так же как V-образно приподнятые крылья у самолёта обеспечивают его устойчивость при поворотах. Когда самолёт поворачивает, он накреняется и ложится на одно крыло, другое при этом поднимается кверху. Набегающий на крыло воздух давит на его поверхность и возвращает к прежнему положению, выправляя самолёт.
А — схема действия на надкрылья воздушных (аэродинамических) сил, обеспечивающих поперечную устойчивость жука; Б — V-образное расположение крыльев у самолёта. Вверху — нормальное положение крыльев при прямолинейном полёте. Внизу — самолёт, накренившийся на левое крыло, скользит влево, но возвращается в нормальное положение благодаря набегающей массе воздуха (показано стрелками).
Жуки из семейства бронзовок летают со сложенными надкрыльями, выставляя из-под них перепончатые крылья. Полёт бронзовок обладает большой маневренностью.
Вверху — полот жука-приона; внизу — полёт бронзовки со сложенными на спине надкрыльями.
Самой большой скоростью полёта обладают бабочки-бражники и слепни: они развивают скорость от 14 до 15 метров в секунду. Стрекозы летают со скоростью 10 метров в секунду, жуки-навозники — до 7 метров в секунду, майские жуки — до 3 метров в секунду, пчёлы — до 6,7 метра в секунду.
Однажды наблюдали, как крупная стрекоза не отставала от самолёта, летевшего со скоростью 144 километра в час, и временами даже обгоняла его.
Скорость полёта насекомых в сравнении с птицами мала. Если шмель делает 18 километров в час, то ворона — 50 километров, скворец — 70, а стриж — 100 километров. Рекордная скорость винтомоторного самолёта — 900 километров в час.
Однако если подсчитать, с какой скоростью двигаются вперёд шмель, стриж, скворец, ворона и самолёт на расстояние, равное длине собственного тела, то оказывается, что относительная скорость будет меньше всего у самолёта и больше всего у насекомых.
Сравнительная таблица скоростей полёта.
При большой скорости полёта выгоднее иметь более обтекаемую форму тела. Бабочки-бражники, многие мухи имеют обтекаемую форму тела и при полёте держат все свои шесть ног тесно прижатыми к телу. Многие же другие насекомые летают, растопырив ноги и иногда даже выставив передние ноги вперёд, как бы ощупывая встречный воздух. Это тоже имеет значение, так как на концах лапок многих насекомых есть органы осязания, «ощупывающие» встречную струю воздуха.
Полёт мухи-журчалки.
Полёт жука-дровосека приона с вытянутыми вперёд лапками первой и второй пары ног.
Как насекомые различают цвета и ощущают запах и вкус
Как красив пёстрый луг! Чего-чего только здесь не цветёт! Тут и фиолетовый мышиный горошек, и жёлтая чина, и розовый клевер, и белые с жёлтой серединкой ромашки.
Жужжит, перелетая от цветка к цветку, большой тёмный шмель с ярко-рыжим кончиком брюшка. Подлетают к чине и «деловитые» пчёлы. И как они не ошибутся и не сядут на другой цветок, а среди множества цветов луга выбирают только жёлтые цветки чины?
Учёные установили, что зрение пчёл отличается от зрения человека. Пчёлы прежде всего не различают красного цвета. Кроме того, если человек различает около шестидесяти отдельных цветов видимого спектра — пчела, как в последнее время доказано, различает лишь шесть цветов: жёлтый, сине-зелёный, синий, «пурпурный», фиолетовый и невидимый для человека ультрафиолетовый (см. цветную таблицу). Пчелиный «пурпурный» цвет является смесью жёлтых и ультрафиолетовых лучей спектра, видимого пчелой, в отличие от пурпурного цвета у человека, представляющего восприятие смеси лучей красной и сине-фиолетовой области.
Букет цветов.
Левая половина рисунка изображает, как видит человек. Правая — как видит пчела («ультрафиолетовая» окраска обозначена условно: белым с фиолетовым в шахматном порядке).
Такое зрение свойственно, по-видимому, многим насекомым. Известно, что муравьи также видят ультрафиолетовые лучи и не видят красных. Единственными насекомыми, способными различать красный цвет, являются бабочки.
Имеющиеся в Европе красные цветы, строго говоря, в большинстве не красные, а пурпурные. Такие цветы пчёлам кажутся синими. Другие же цветы, хотя и красные, но довольно нежного красного цвета. Эти цветы, как давно уже установили биологи, посещаются и опыляются бабочками. Ярко-красные цветы редки в Европе, но многие растения Америки и Африки имеют ярко-красную окраску. Они посещаются и опыляются не насекомыми, а птицами. Известно, что зрение птиц особенно чувствительно к красному цвету.
Но как же тогда объяснить тот факт, что ярко-красные цветы мака часто посещаются пчёлами? — возразите вы мне, читатель.
Вероятно, это исключение из правила, но это исключение не противоречит правилу. Дело в том, что цветы мака отражают ультрафиолетовые лучи. Человек не видит ультрафиолетовой окраски мака, а видит только красную, пчёлы же не видят красного цвета, но воспринимают ультрафиолетовую окраску.
Солнечный свет человеком воспринимается как белый. Однако, если его пропустить сквозь стеклянную призму, он разложится на цветовой спектр, т. е. на семь основных цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый, со всеми переходами между ними. Если с помощью линзы опять собрать этот спектр, то получится снова белый свет. Если из этого света удалить какие-либо лучи, то оставшиеся лучи в сумме уже не дадут белого света. Удалим, например, жёлтые лучи, и свет примет синюю окраску, так как жёлтый цвет является дополнительным к синему.
Белый свет для пчёл также состоит из смеси тех лучей, которые видят пчёлы, т. е. жёлтых, сине-зелёных, синих, «пурпурных», фиолетовых и ультрафиолетовых. Если удалить последние, то свет будет восприниматься пчёлами уже не как белый, а как дополнительный к ультрафиолетовому, по-видимому, как сине-зелёный. Почти все белые цветы в природе поглощают ультрафиолетовые лучи, тогда как жёлтые и синие чаще их отражают. Поэтому цветы, белые для глаза человека, пчёлами воспринимаются как цветные, вероятно, как сине-зелёные (см. цветную таблицу).
Различие между светоощущением пчелы и человека, как выясняется в настоящее время, не столь уж велико, как это считалось до сих пор, несмотря на вышеприведённые отличия в восприятии окрасок.
Окраска цветков в природе приспособлена к зрению насекомых, многие из которых являются их опылителями.
Издали цветки привлекают к себе прежде всего окраской и запахом, а вблизи — пищей: нектаром и пыльцой.
Чтобы насекомые легче могли найти нектар, у многих цветков выработались своеобразные приспособления. Часто вход в трубочку, содержащую нектар, окрашен иначе, чем другие части цветка, — темнее или светлее, а иногда он другого цвета. Такие окрашенные пятна служат указателями, помогающими насекомым-опылителям отыскивать нектар. Если на большом куске синего картона поместить небольшое жёлтое пятно, то пчёлы, разыскивающие пищу, садятся преимущественно на это пятно. Таким же образом эти иначе окрашенные «указатели нектара» привлекают пчёл и других насекомых на цветки, которых они никогда не видели.
Хорошим примером таких цветков может служить незабудка. Её тёмно-голубые цветки имеют жёлтое кольцо в середине, вокруг входа к месту выделения нектара.
Голубые цветки незабудки с жёлтым кольцом в середине (указатель нектара).
Пчёлы, начав посещать цветки определённого вида, в течение долгого времени продолжают посещать те же цветки. Это для них имеет большое значение, так как все цветки одного вида растений одинаково устроены; пчёлы приспосабливаются к однотипным цветкам, и тем самым сокращается время сбора нектара и пыльцы. Это выгодно для растений, так как обеспечивает опыление пыльцой того же вида.
Специализируясь в посещении одних и тех же цветков, пчёлы должны уметь хорошо отличать цветки одного вида растений от другого. Одна окраска не может оградить их от ошибок; ведь пчёлы различают всего шесть главных цветовых качеств. Многие различно окрашенные, на наш взгляд, цветки пчёлам кажутся почти тождественными, и они не различают их по окраске. При распознавании цветков растений разных видов насекомые руководствуются также формой и запахом цветка.
Цветки черники и дикого винограда очень невзрачны, неприметны, лишены также запаха, но, несмотря на это, охотно посещаются пчёлами. Выяснилось, что эти растения привлекают пчёл окраской листьев. Опыты показали, что, если поместить над черникой световой фильтр, поглощающий ультрафиолетовые лучи, восприятие окраски листьев этих растений у пчёл меняется. Очевидно, они руководствуются здесь «ультрафиолетовой» окраской.
Исследования показали, что пчёлы различают разные запахи подобно человеку, причём запахи, которые кажутся человеку похожими, пчёлы также воспринимают как схожие.
Органы обоняния у насекомых расположены на усиках, или антеннах. У пчелы такими органами обоняния обладают восемь концевых члеников усиков, а четыре членика основания усиков лишены их.
Антенна рабочей пчелы.
А — восемь конечных члеников антенны (до линии Б — Б) снабжены органами обоняния. Четыре основных членика (ниже линии Б — Б) лишены органов обоняния. В — часть членика антенны с органами чувств при большом увеличении; 1 — орган осязания; 2 — пористые пластинки (органы обоняния); 3 — конусовидные органы обоняния.
Окраска цветков привлекает пчёл на большом расстоянии; на более же близком расстоянии запах позволяет сделать окончательный выбор и отличить нужный цветок от сходно окрашенных.
Органы чувств, расположенные на антеннах, могут обнаруживать столько же разных запахов, сколько может различить и человек. Но органы обоняния насекомых отличаются от органов обоняния человека и, возможно, более совершенны. Человек ощущает запах, вдыхая воздух через нос. Проходя через нос, воздух хорошо перемешивается. У человека по запаху не возникает никакого представления о форме пахнущего предмета. У насекомых же, в том числе и у пчёл, органы обоняния расположены на подвижных антеннах, вместе с органами осязания, и вследствие этого насекомые могут воспринимать форму предметов по запаху. Предмет округлой формы воспринимается насекомым совершенно иначе, чем предмет угловатой формы.
Запах белого цветка нарцисса с жёлтым указателем нектара отличается в разных частях его. Белая часть цветка пахнет иначе, чем жёлтый указатель нектара. Человек обнаруживает эту разницу, только вдыхая аромат порознь от каждой части растения, а, нюхая цветок в целом, вдыхает перемешанный воздух, не различая этих запахов в отдельности. Насекомые благодаря расположению органов обоняния на поверхности антенн направляются к нектару, руководствуясь также и его отдельным запахом.
Белый цветок нарцисса с жёлтым указателем нектара (показан точками).
На ротовых частях насекомых находятся органы вкуса, с помощью которых они определяют вкус пищи. Так же как и человек, насекомые различают сладкое, солёное, кислое и горькое. Доказано, что пчёлы несколько более чувствительны к солёному и кислому, нежели человек. К горькому же эти насекомые менее чувствительны: они употребляют в пищу такую смесь хинина с сахаром, которая для человека почти неприемлема.
Но не у всех насекомых органы вкуса расположены во рту или около него. Мухи, например, ощущают его кончиками ног. Бабочка ощущает вкус кончиками лапок. Вы, читатель, можете в этом убедиться сами. Возьмите осторожно за крылья любую бабочку: крапивницу, лимонницу, траурницу или адмирала, посадите её на сахарный сироп, и вы тотчас же увидите, как она выпустит свой хоботок и начнет сосать этот сироп. Затем посадите её на чистую поверхность бумаги и, расправив хоботок бабочки иглой, окуните его кончик в сладкий сироп. Бабочка останется совершенно равнодушной к нему и тотчас же свернёт свой хоботок.