Насекомые

Насекомые

Отряд стрекозы. Стрекозы относятся к древнейшим обитателям нашей планеты. Они существовали миллионы лет назад и незначительно изменились с тех пор (рис. 22). «Эти консервативные существа, — пишет Ханс Шерфиг, — видели гигантских ящеров, летали рядом с крылатыми ящерицами, а позже с удивительной птицей археоптерикс..., они — один из первых удачных экспериментов природы». Большую часть дня стрекозы — дневные хищники (рис. 23) проводят в воздухе. Они обычно летают и охотятся вблизи водоемов, но встречаются и вдали от них, на лесных полянах, на степных дорогах, в городах. Известны случаи, когда крупные стрекозы присаживались отдохнуть на палубы судов за много миль от береговой линии океана. До сих пор нет сведений об удачных попытках содержать стрекоз в неволе.

В отличие от взрослой формы насекомых личинки стрекоз живут в «царстве мрака и тины», в медленно текущих и стоячих водах.

Рис. 22. Стрекоза обыкновенная

При отлавливании личинок стрекоз нередко вытаскивают на берег водную растительность. Личинки иногда сразу, а иногда спустя некоторое время начинают интенсивно двигаться и легко заметны. Извлекая из мелководья слой тины, можно в нем найти донные формы личинок. Наконец, их ловят, проводя водным сачком по зарослям водных растений.

Личинки стрекоз делятся на три хорошо различимые группы: тип коромысло, собственно стрекозы и лютки. Для всех личинок характерны общие черты строения: голова с короткими, вперед направленными усиками, более или менее крупные фасеточные глаза, наличие снизу головы так называемой «маски», грудь с тремя парами ходильных ножек и зачатками крыльев на спине и брюшко разного размера и формы. У стрекозы — неполное превращение, отсутствует фаза куколки, поэтому личинок с зачатками крыльев иногда называют нимфами (рис. 24).

Рис. 23. Стрекоза-коромысло

Все личинки стрекоз — хищники, поджидающие добычу в засаде, лишь личинки коромысла сочетают подкарауливание с активным нападением на некоторые виды животных. В разных типах биотопов сформировались разные формы личинок. В тине, как правило, попадаются личинки собственно стрекоз. Личинки коромысла предпочитают отдельно стоящие крупные стебли растений; лютки, напротив, забираются в густое переплетение мелких зарослей.

Рис 24. Личинка стрекозы-коромысла

Наиболее крупные, — длиной до 4,5 см, — личинки стрекозы коромысло. Но этих личинок легко определить и в более раннем возрасте, когда они не более 8 — 12 мм. Глаза крупные. Брюшко чуть шире груди, равномерно суживается к концу. У личинок родов либеллула, кордулия глаза мелкие, брюшко укороченное, его средняя часть значительно шире груди. У люток глаза несколько больше, а брюшко стройное, цилиндрическое, уже груди. У первой группы на конце брюшка крупные (до 0,5 см) пирамидальные отростки — церки — окружают анальное отверстие; у собственно стрекоз на члениках брюшка сверху и по бокам шипики, церки невелики, укорочены; у личинок люток конец брюшка украшен тремя листочками или узкими трехгранными стилетами.

При рассмотрении внешнего вида личинок следует обратить внимание на их окраску. Лютки коричневатые, зеленые; их трудно заметить среди тонких стеблей. Донные личинки покрыты волосками и шипами, среди которых застревают комки грунта, маскирующие их. Встречаются и ярко светло-зеленые личинки этого типа, живущие среди растений. Крупные личинки коромысла обычно бурые, как отмершие части водных растений, иногда на их верхней стороне разрастаются нитчатые зеленые водоросли. Эти же личинки в более молодом возрасте зеленоватые. Причина зеленовато-прозрачной окраски личинок стрекоз до сих пор не совсем ясна. Ко бесспорно, что все вариации окраски способствуют незаметности неподвижно сидящих личинок — это спасает их от врагов и позволяет успешно подкарауливать добычу. Выпадает из этого ряда интенсивно-черная, с белой окантовкой брюшных колец окраска только вышедших из яиц личинок коромысла — причина и назначение этой окраски не ясна.

Наблюдения за личинками стрекоз позволяют учащимся выяснить реактивный способ передвижения, использование «маски» для захвата добычи, дыхание при помощи кишки и многое другое.

Рис. 25. Последовательные стадии выхода стрекозы-коромысла

из личиночной оболочки

Способы передвижения личинок в каждой группе особые. Лютки при плавании широко раздвигают ходильные ножки, которые в движении не участвуют. Плавает личинка изгибаясь всем телом. Помогают этому листоподобные церки. Они при плавании сжимаются в единую пластину (их можно сравнить с хвостовым плавником рыб). У личинок красавки трехгранные стилеты не дают такого эффекта, хотя тоже сжимаются воедино; плавает эта личинка хуже.

Донные формы плавают около дна с помощью активно действующих ног и реактивной струи; вода набирается в прямую кишку и выталкивается оттуда. Создается впечатление, что в слое воды у дна личинка прыгает. На открытом пространстве эти личинки предпочитают не показываться. Поэтому, если их пустить в просторный аквариум, они могут падать на дно без движения, иногда нижней стороной кверху, но вблизи дна быстро переворачиваются и активно удирают в укрытие.

Наиболее интересен способ плавания личинки коромысла. У нее два типа плавания (кроме медленного передвижения с помощью ножек). При спокойном плавании ножки расставлены в стороны, как у люток, но тело не извивается. Личинка набирает в прямую кишку небольшие порции воды и часто выбрасывает ее, двигаясь импульсивно. Такое движение хорошо видно в чистой, без грунта, банке, где личинка подталкивает себя ко дну, но не может за него зацепиться, или в тарелке с уровнем воды не более 2 см (иногда виден бурун над поверхностью от выброшенной струи воды). Более сильные такого же типа толчки личинка совершает, переходя внезапно от подкарауливания жертвы к нападению на нее. Слабые выбросы воды позволяют ей зависать на месте, перед тем как ножки ухватятся за субстрат.

Иначе осуществляется передвижение быстрое — от испуга или по другим причинам. Молодые черные личинки по неясным пока причинам часто носятся в открытой воде. Более крупные личинки, за исключением испуга, реже прибегают к этому способу.

При быстром движении ножки прижимаются к телу, вода набирается в прямую кишку полностью и выброс очень силен. Один импульс бросает личинку вперед на 8 — 12 см, импульсы следуют друг за другом, и в этом коротком полете «водяной ракеты» личинка коромысла не уступает рыбам.

При наблюдении следует предостеречь учащихся: если личинки коромысла сидят в аквариуме на стеблях и стенках вниз головой, а их церки близко расположены к поверхности, не стоит наклоняться над водой. При испуге личинка может облить лицо неосторожного наблюдателя струей воды. У личинок коромысла церки — оружие защиты; извернувшись брюшком, личинка может ощутимо уколоть ими. Наблюдение за дыханием личинок стрекоз также представляет интерес. Все типы личинок стрекоз дышат с помощью трахейных жабер, наибольшее разветвление трахей находится в области прямой кишки. У коромысла стенки прямой кишки покрыты пластинчатыми выростами, их около 300. У люток вдоль задней кишки проходят три продольные складки, покрытые прозрачным эпителием с крупными ядрами. Эпителий снабжается притоком крови, а у красоток он пронизан трахеями, капилляры которых входят внутрь клеток, жабры омываются водой в кишке.

У спокойно сидящих личинок коромысла хорошо видно, как брюшко наполняется водой, особенно в его нижней части. Затем вода, обогащенная углекислотой, выбрасывается наружу. «Вдох» и «выдох» следуют один за другим в последовательном ритме, церки раздвинуты. Выброс воды плавный, реактивного эффекта не дает и на спокойное положение личинки не влияет.

При недостатке кислорода в воде личинки располагаются на субстратах вниз головой и выставляют из воды конец брюшка, церки полусжаты. Это позволяет личинке обогащать кислородом атмосферы воду, находящуюся в кишке. По бокам тела, между первым и вторым сегментами груди, у крупных личинок открываются дыхальца — стигмы (на более ранней стадии развития они не работают). Если поместить личинок в охлажденную кипяченую воду, они через час займут на субстрате положение, при котором передняя часть тела располагается выше поверхности воды. Такое же положение занимают в водоемах личинки перед выходом стрекозы (иногда за 2 — 3 суток до превращения). Наконец, прямая кишка выполняет свои непосредственные функции. Но, поскольку личинки в засаде сидят неподвижно, фекальную массу требуется удалять от этого места. Она с силой выбрасывается с помощью все той же струи воды. В старших классах уместно обратить внимание учащихся на эту многофункциональность прямой кишки личинки стрекозы, при изучении экологии.

При наблюдении за дыханием личинок типа лютки требуется внимательно следить за брюшком через лупу. Тогда видно, что личинка раскрывает анальное отверстие и набирает в прямую кишку порцию воды. Затем анальное отверстие закрывается. Видно, как вода проталкивается мускулами брюшка по кишке вперед. Затем повторяется операция наполнения, и так от 4 до 7 раз. После небольшой паузы вся вода выбрасывается наружу и цикл повторяется. У красоток, как и у коромысла, воздухом наполняются трахеи; у люток и стрелок — кровь (трахейные и кровяные жабры).

Долгое время считали трахейными жабрами у люток листоподобные церки, в них действительно видно невооруженным глазом густое разветвление трахей (подобные утверждения можно встретить и в современных книгах). Но эти церки работают, по-видимому, только как дополнительные органы дыхания: в воде со слабым насыщением кислородом лютки иногда поводят брюшком из стороны в сторону, чтобы обеспечить ток воды вокруг церок. Основным органом дыхания церки быть не могут, так как личинки очень просто их сбрасывают — такое самокалечение называется автотомией. Без церки личинки прекрасно живут, но плохо плавают — в этом и состоит основное назначение листиков на конце брюшка. Новые церки появляются после линьки. Движение при плавании (у красавки стилетоподобные церки — орудие защиты), автотомкческая защита, дополнительный орган дыхания — пример многофункциональности одного органа.

Маска — это пластинка, прикрывающая рот снизу. Ее назначение — обеспечить питание. У коромысла и люток она плавно расширяется спереди и оканчивается двумя подвижными когтями. В спокойном состоянии маска сложена вдвое, обе ее пластины соединены подвижно. Так же она соединена с нижней частью головы. Она с силой выбрасывается вперед, и когти схватывают добычу» Выброс у коромысла осуществляется на !,5 см. Перед броском личинка медленно поворачивает голову или все тело в сторону «выстрела». Крупные личинки коромысла сами бросаются навстречу проплывающей добыче. Складываясь, маска подтягивает ко рту схваченную жертву.

Личинки коромысла прожорливы и нежелательны в рыбоводных хозяйствах. В эксперименте крупные личинки поедали за сутки от 12 до 50 мальков рыб! Донные личинки поедают от 3 до 8 мальков. Мальки порой вырываются, но погибают от полученных ран. Причем у головастиков и мальков рыб личинки выедают брюхо, остальное отбрасывают и снова готовы к охоте.

У донных личинок конечные когти на маске плоские, это треугольные лопасти, густо усеянные по краям щетинками. Образуется ковш, прикрывающий, как маской, всю нижнюю часть головы. Такой маской личинка не только хватает подходящую добычу, но и набирает детрит, процеживает тину сквозь щетиночный фильтр, а мелкую донную живность поедает.

В аквариумах личинок стрекоз следует кормить мотылем, дафниями (циклопа едят неохотно), а личинок коромысла — плавающими на поверхности мухами, тараканами.

Во внеклассной работе можно поставить опыты по наблюдению за линькой личинок, выходом взрослой стрекозы (рис. 25). Под твердыми хитиновыми покровами личинки образуется новая, более просторная, лежащая в складках кожа. Старая кожа со временем лопается на голове и спине и личинка постепенно выбирается из старой оболочки. Пока новый хитиновый покров не расправится и не затвердеет, личинка растет, следовательно, в целом, в онтогенезе рост личинок происходит импульсно. Перед линькой личинка становится вялой, 2 — 3 суток не ест, после линьки, до отвердения покровов и хватательных когтей на маске, тоже не питается, прячется от возможных врагов. Личинки коромысла проводят в воде 2 — 3 года, скачкообразно 10—12 раз наращивая свои размеры. Личинки люток завершают развитие за год. Все личинки зимуют, жизнь взрослых насекомых ограничивается одним летом.

Перед выходом личинка несколько суток сидит у поверхности головой вверх, иногда высунувшись из воды на одну треть. Естественно, она не ест в этот период. В аквариуме должны быть стебли, выходящие из воды. В этот период происходят сложные внутренние процессы формирования стрекозы. Затем она полностью выползает из воды, поднимается над нею на 10 — 50 см.

Как и при линьке, внешние изменения начинаются с появления трещины на голове и спине. Из нее начинает выдаваться спинка стрекозы. После отдыха спина выпячивается вверх и удлиняет трещину в шкурке, а на голове образуется поперечная трещина от глаза к глазу. Голова стрекозы и глаза увеличиваются, появляются из шкурки, затем появляется грудь. Несоответствие объемов взрослой и личиночной форм очень велико.

Чтобы извлечь из футляров ноги, стрекоза откидывается назад. Пошевелив освободившимися ногами, стрекоза впадает в оцепенение. Эта пауза длится от 10 до 40 мин. Затем следует резкий бросок откинутого назад тела вниз — при этом наполовину извлекается брюшко. Снова пауза, и снова скачок, при котором ноги вцепляются в спинку шкурки, после чего брюшко извлекается и растет. А крылья остаются такими же короткими, тесно сжатыми пластинками, какими они и были на спине нимфы. Но если у нимфы эти пластинки ровные, у взрослой стрекозы они как бы плиссированы. Для расправления крыльев требуется 4 — 6 ч, которые стрекоза проводит неподвижно либо на шкурке, либо перебравшись с нее на стебель. Расправляются крылья от притока в них полостной жидкости (крови), а затем они затвердевают, раскрываются в стороны. Теперь стрекоза готова для полета и жизни воздушного хищника.

Весь цикл развития личинок можно проследить, собрав летом листья и стебли водных растений с кладками яиц стрекозы. У некоторых видов люток выходят из яиц недозрелые, так называемые предличинки, из которых сразу при линьке появляются личинки. У коромысла, как уже говорилось, из яиц выходят черные личинки. При содержании в аквариумах личинок надо обильно кормить, сортировать по размерам, сделать в водоеме укрытия, заросли растений, так как личинки склонны к каннибализму.

Отряд поденок. Личинок поденок легко отличить по трем хвостовым нитям и листовидным брюшным трахейным жабрам. Но в улове они не сразу бросаются в глаза. Стебли растений надо сполоснуть в банке с водой, улов выбросить из сачка в тарелку или плоскую посуду из белой эмали, пластмассы. Личинки поденок очень стремительны, плавающие формы так быстро передвигаются, что глаз не успевает их разглядеть в движении. В отличие от других водных насекомых эти существа требуют насыщенной кислородом воды, поэтому содержать их лучше понемногу в небольших банках с водными растениями, находящихся под хорошим освещением.

Существуют четыре формы личинок поденок: роющие, живущие в быстро текущей воде, ползающие и плавающие. Роющие формы снабжены сильными роющими конечностями, голова с развитыми челюстями. Эти личинки редко попадают в аквариумы, так как живут в норах береговых откосов, а в аквариуме, если их удастся выловить, быстро исчезают в грунте и малоинтересны.

Ползающие формы обычно покрыты частичками песка и ила, что хорошо их маскирует. Встречаются они при выловах довольно часто, но в содержании малоинтересны, так как их не видно среди грунта и растений в аквариуме.

Рис. 26. Личинка поденки из быстро текущих водоемов

Поденок из быстрых ручьев, живущих под камнями (рис. 26), содержать в аквариумах в личиночной форме трудно. Только что выловленные из ручьев и помещенные в банку, они тут же начинают гибнуть.

Для содержания в аквариумах подходят плавающие формы со стройным телом и хвостовыми нитями, густо усеянными волосками. Различают три способа плавания личинок. Медленное — за счет движения жаберных листиков; среднее — сочетание первого способа с легкими волнообразными движениями тела и нитей; быстрое — мощными изгибами тела в вертикальной плоскости и за счет сильных ударов хвостовых нитей. Эти личинки чаще всего встречаются в уловах и хорошо живут годами в банках-аквариумах, постоянно находятся на виду (рис. 27).

В уголке живой природы можно наблюдать способ дыхания личинок. Каждый сегмент брюшка имеет пару листочков — наружных трахейных жабер (форма их различна и служит видовым признаком при определении). Жабры постоянно двигаются, личинка ритмично взмахивает ими либо синхронно — одновременно у одних видов, либо волнообразно — у других, как будто волна пробегает по листочкам от передней пары к хвосту. Наряду с трахейными жабрами есть и кровяные (сравнить с личинками люток), их роль выполняют хвостовые нити, в которые подается кровь, а оттекает от них обратно близко от поверхности покровов нитей и при этом обогащается кислородом.

Рис. 27. Личинка поденки из стоячего водоема

Поденки питаются растительным детритом, водорослями, различными разлагающимися остатками водных животных, мелкими живыми обитателями воды; реофильные личинки обычно хищники. В банке с личинками поденок, где на грунте из песка есть заиленные участки, а по стенкам ползают мелкие улитки, кормить личинок поденок практически нет надобности. Личинки поденок почти все время едят, жуют (для сравнения вспомним, что прожорливые личинки стрекоз большую часть времени проводят подкарауливая свои жертвы). Такое непомерное потребление пищи имеет свое объяснение и свою биологическую целесообразность, о чем будет сказано ниже.

В аквариуме возможны наблюдения за развитием и ростом поденок. Их личинки живут в воде до трех лет, растут спорадично при каждой линьке. Всего бывает 19 — 22 линьки, в зависимости от принадлежности к определенному виду.

По завершении цикла развития личинка становится малоподвижной, перестает есть и сквозь ее покровы поблескивают пузырьки газа. Этот газ и поднимает утерявшую подвижность личинку к поверхности воды: наступает момент выхода взрослого насекомого.

Появление взрослых форм поденок в аквариуме вполне возможно, но следует предупредить учащихся, что, в отличие от стрекоз, личинка поденки выходит за несколько секунд. У реофильных личинок, которые для превращения выходят на берег, надводные камни и стебли, опасность не столь велика и темп превращения не такой быстрый.

У всплывающей личинки вода скатывается со спинки и сухая спинка, оказавшаяся на воздухе, тут же лопается, и за несколько секунд из образовавшейся щели выходит насекомое. Три — пять секунд — и насекомое, взмахивая крыльями, взлетает над водой. В природе оно взмывает в воздух, в закрытом аквариуме садится на стенку над водой. Но это еще не поденка. Хотя и у этих насекомых, как и у стрекоз, тоже неполное превращение — нет стадии куколки, у них есть уникальная фаза — полувзрослое насекомое. Взрослая фаза насекомого носит название имаго, а полувзрослая — субимаго — тусклая, серая, с толстыми мутными крыльями и толстыми ножками. Вскоре субимаго сбрасывает шкурку и наконец появляется во всем великолепии настоящая поденка.

Взрослые поденки живут около 12 ч, иногда 2 — 3 дня. Если выход из личинок совпал с плохой погодой, могут прожить и 2 — 3 недели. Поденки-однодневки превращаются в имаго из полувзрослой стадии через несколько минут после выхода из личиночной оболочки (хотя и не так быстро, как выход из личинки). Живущие дольше могут пробыть 12 ч и более в стадии субимаго, имеющего недоразвитые рот и пищеварительный тракт и не питающегося. Функция взрослых насекомых: взлететь, встретиться, оплодотвориться и отложить яйца. Самцы погибают сразу после копуляции в воздухе; самки либо сбрасывают мешочки с яйцами в воду и затем гибнут, либо гибнут с мешочками на конце брюшка на пути к воде.

Здесь следует обратить внимание на два любопытных момента биологии поденок. Желудочно-кишечный канал этих насекомых не работает по своему прямому назначению, а заполнен газом и играет роль аэростатического аппарата. Он облегчает насекомому парение в воздухе. Учителю следует привлечь внимание к этому оригинальному факту перемены функций органа (сравнить с многофункциональностью прямой кишки у личинок стрекозы), а при изучении общей биологии этим фактом проиллюстрировать явление биологического регресса. Из органа пищеварения желудочно-кишечный тракт, утеряв свои первоначальные функции и способность химически перерабатывать пищу, превратился по существу (хотя и инертно) в орган движения.

Второй любопытный момент биологии поденок — несоответствие огромной затраты энергии — на два превращения, полеты, копуляцию, откладку яиц — полному отсутствию ее пополнения. За счет чего живет насекомое в эти краткие часы полкой движения жизни? Оказывается, за счет накопленной впрок энергии: непомерное обжорство личинки позволило накопить в ее теле жировой запас, он, естественно, переходит и во взрослое насекомое. Вся длительная жизнь взрослой поденки происходит за счет сжигания энергии, полученной из этих запасов. Насекомое живет как бы поедая само себя и, исчерпав запасы, погибает, исчерпав свой жизненный ресурс полностью. Поэтому И. И. Мечников назвал поденок классическим примером естественной смерти организма, т. е. такой, при которой смерть определяется исключительно самим организмом, а не какими-либо внешними обстоятельствами или случайностями, что, конечно, не исключает гибели миллионов поденок от случайностей — в пасти хищников, например. Но те, которые погибли «своей смертью», погибают потому, что они выполнили свое назначение и жизнь каждой из них уже не нужна, нужна жизнь вида в целом, а ее насекомые обеспечили, спарившись и отложив яйца. Этим примером в курсе общей биологии можно проиллюстрировать некоторые положения учения о биологическом прогрессе вида, показать соотношение между постоянно существующим и развивающимся видом в целом и дискретными его образующими популяциями, индивидуумами, чья жизнь кратковременна и задача заключается в сохранении и развитии вида в целом. При наблюдениях за поденками юннатов-семиклассников разворачивать подобные рассуждения рано, но следует обратить их внимание на своеобразное «разделение труда» в онтогенезе поденки: личинка растет, ест и накапливает потенциальную энергию; имаго запускает и тратит эту энергию, но за счет ее израсходования обеспечивает продолжение вида.

В плане охраны природы можно обратить внимание на все сокращающиеся масштабы массовых вылетов поденок. Описан такой взлет в 1932 г. на Иртыше. Стаи поденок наблюдались на сотни километров, полоса их трупов сохранялась по берегам до осени. Есть немало красочных описаний лёта поденок в Европе, сделанных авторами в XVIII — XIX вв. Промышленное загрязнение рек в Европе привело к резкому сокращению популяций этих насекомых и сегодня в Западной Европе массовый вылет поденок уже не встречается.

В связи с этими обстоятельствами необходимо привлечь внимание учащихся к созданию всех необходимых условий жизни поденок в уголке живой природы и бережному отношению к ним, как, впрочем, и ко всем обитателям живой природы.

Отряд полужесткокрылые. Группа водяных клопов — вторично водные животные (предки их жили на суше), но ими освоены практически все основные биотопы пресных стоячих и слабо текущих вод. Прибрежное мелководье, заросли водной растительности у поверхности воды заселены водяным скорпионом; приповерхностные стебли растений в отдалении от берега освоены ранатрой; в зарослях растений и на тенистом дне мелководья скапливаются кориксы и другие клопы-гребляки; среди подводных лесов охотятся плавты и плеи; в открытой воде бесчинствуют гладыши; они же охотятся у поверхностной пленки воды снизу; сверху, на поверхности открытой воды, то же проделывают водомерки; среди полузатопленных растений береговой зоны — палочковидные водомерки; поверхность быстро текущих вод населяют велии; дно быстрин — офелохирусы.

В нашем описании мы разделим водных клопов на три характерные группы по экологическим признакам.

Рис. 28. Клоп-гладыш

Плавающие в воде клопы. Представитель этой группы — клоп-гладыш (рис. 28). Голова гладыша треугольной формы, что вообще характерно для клопов; на голове большие красноватые глаза. Такие глаза позволяют гладышу хорошо видеть любое движение, как в воде, так и на ее поверхности. Следует обратить внимание на хоботок насекомого: на конце хоботка подвижные колющие стилеты, этими стилетами клоп пронзает не только покровы жертвы, но и кожу человека. При укусе в тело жертвы (и ткани руки также) попадает ядовитая слюна, способствующая растворению тканей жертвы (у человека эта жидкость вызывает сильную боль и жжение на месте укуса).

Головогрудь и брюшко плотно пригнаны, первая пара крыльев превращена в надкрылья, они плотно закрывают собственно крылья и спину. Надкрылья образуют крышевидное покрытие спины. Такая выпуклая поверхность с килем по оси насекомого играет двоякую роль. При плавании киль помогает насекомому удерживать прямолинейное движение, при подготовке к полету гладыш подплывает к поверхности воды и выставляет спину, она возвышается над водой, надкрылья раздвигаются, и клоп готов взлететь прямо с воды. У других клопов, например у ранатры, подготовка к полету занимает длительное время. Клоп-гладыш плавает на спине, поэтому и приспособительные признаки связаны с таким существованием перевертыша: киль, образованный надкрыльями, расположен при плавании на спине снизу, а все тело насекомого напоминает контуры лодки. При взгляде сверху на воду четко выделяются светлые предметы, поэтому у рыб, ряда водных насекомых, земноводных верхняя сторона темнее нижней (если взглянуть снизу на поверхность воды в аквариуме, видно, что на ее светлом зеркальном фоне теряются светлые предметы). Поскольку гладыш — перевертыш, у него все наоборот: темное брюшко и серебристо-светлая блестящая спина (этот светлый блеск обеспечивает прослойка воздуха под прозрачными надкрыльями).

Задняя пара ног превращена у клопа в мощные весла, они густо усеяны щетинками. Передние ноги служат для схватывания добычи. Ими гладыш как бы упирается в поверхность воды снизу, когда дышит, выставляя из воды кончик брюшка, густо усеянный волосками.

В природных водоемах гладыши живут примерно год, с перезимовкой, от лета до лета. Летом в тех же водоемах в обилии встречаются личинки разных возрастов. У них укороченное тело, на спине только зачатки надкрыльев, поэтому сверху хорошо видны сегменты брюшка. В аквариумах можно содержать либо личинок одного размера, либо взрослых насекомых (размер взрослого гладыша около 15 мм). В лабораторных аквариумах гладыши могут прожить более полутора лет. В школьных аквариумах они успешно живут ряд месяцев, сохраняют активность и зимой.

Для этих клопов необходим достаточно просторный сосуд и водные растения, расположенные с одной из сторон аквариума. Гладыши при обильном кормлении хорошо живут вместе с ранатрами, водяными скорпионами и водомерками. Но спокойнее содержать их отдельно. Корм для клопов — живой мотыль, мелкие насекомые, мухи с оторванными крыльями, брошенные на поверхность воды. Гладыши стремительно взлетают с поверхности воды, поэтому аквариум накройте крышкой.

В уголке живой природы, во внеклассной работе следует провести наблюдение за охотой гладышей, за отдыхом этих насекомых, выявить особенности передвижения, следует обратить внимание учащихся на любопытные черты этих клопов. Гладыши охотно заплывают за выступы, под укрытия, где находятся под водой без напряжения мускулатуры, обычно всплывают пассивно, без усилий к поверхности, перед погружением выпускают воздух из стигм, а погружаясь, сбрасывают излишки воздуха пузырьками. Что это дает насекомому? Гладыш вообще не смачивается, он живет в воде как бы в пузыре воздуха. Можно спросить учеников за счет чего удерживается этот воздух?

Брать гладышей руками нельзя!

Рис. 29. Клоп-плавт

Великолепно плавает и клоп-плавт, но путь его приспособления к жизни в водной среде иной по сравнению с гладышем. Тело плавта уплощенное, сверху оливково-зеленое, снизу серебристое за счет воздушного покрова. Последняя пара ног удлинена, густо покрыта волосками — это мощный плавательный орган. В длину плавт такой же, как и гладыш, в ширину значительно больше (рис. 29). Полезно сравнить особенности плавания плавта с гладышем. Гладыш — хищник открытой воды — плавает в основном прямолинейно, с помощью широко расставленных в стороны задних ног. Ими он делает мощные гребки. Плавт — хищник зоны водной растительности — свободно маневрирует среди стеблей, может описывать крутые виражи, свободно давать задний ход, его гребные ноги взмахивают более часто. Он может действовать ими вместе или попеременно — при крутых поворотах. Плавт, возможно, и не такой быстрый пловец, как гладыш, но более маневренный. В этом смысле его манера плавания ближе к жукам-плавунцам, чем к ближайшему родичу — клопу-гладышу (явление конвергенции).

При наблюдениях за плавтом интересно рассмотреть его передние ноги — совершенный хватательный аппарат. Это уже и не ноги, а клещи. Они укорочены, бедро расширено, голень и лопатка сужены. В состоянии покоя узкая часть входит в паз широкого бедра, как лезвие перочинного ножа.

Плавт нападает на все, что ему кажется подходящим в качестве добычи по размеру. Плавты — нежелательные гости в рыболовных хозяйствах. Они активно поедают молодь рыб. В аквариуме плавты равного размера при хорошем кормлении живут до года, зимой сохраняют активность. Кормить надо так же, как и гладыша. Правда, мух с поверхности едят менее охотно — это не типичные для них вид добычи и зона охоты. Плавт, однако, легко схватывает корм с поверхности, переворачиваясь на спину. Охотно ест моллюсков, нападает на аквариумных улиток.

Самец плавта издает высокие щелкающие звуки, призывая самку и ухаживая за ней. Личинки плавта появляются в природе в середине лета. В аквариумах они успешно живут, линяют и к началу учебного года превращаются во взрослое насекомое. Брать плавта в руки нельзя — укол болезнен, слюна ядовита!

Третьим представителем плавающих клопов является группа гребляков — корикса, сигара и др. Размер крупных гребляков — до 16 мм, как и плавта, но уплощенное тело их более вытянуто, чем у него. Сигары значительно меньше. Плавательные ноги — задние. Средние играют роль якоря-захвата, когда насекомое присаживается на глубине для отдыха и питания на растения и грунт. Передние ноги превращены в своеобразные черпачки, их края усажены толстыми жесткими щетинками. Щетинками клоп наскребает водорослевый налет с растений и грунта, собирает его в черепочки и затем всасывает несколько расширенным по сравнению с другими клопами хоботком. Таким образом, все три пары ног гребляков узкоспециализированны (рис. 30). Передними ногами гребляки издают мелодичные звуки, привлекающие самок. Эти звуки трудно услышать с берега водоема, но из аквариума они доносятся отчетливо. Известный натуралист-путешественник А. Фидлер в книге о природе Мадагаскара «Горячее селение Амбинанителло» писал, что тропические гребляки ночью дают столь мощные концерты, что заглушают пение птиц.

Рис. 30. Клоп-корикса

Питание гребляков — предмет давнишнего спора ученых: хищник ли этот клоп? Бесспорно, что гребляки растительноядны, зеленая масса пищи хорошо просвечивает сквозь тело личинок, имеющих лишь зачатки надкрыльев. О таком характере питания говорит и специализация передней пары ног. В аквариуме можно наблюдать и сам процесс питания. Тем не менее ряд авторов считает гребляков хищниками, даже опасными для рыболовства. Последнее предположение можно выяснить во внеклассной работе.

Дышат гребляки, стремительно выставляя у поверхности не заднюю часть брюшка, а спинку головогруди. Взятые в руки, гребляки выделяют пахучую защитную жидкость. Покровы и взрослых насекомых довольно мягки, поэтому гребляков не стоит содержать с другими клопами даже равного размера, содержать их надо в обильно засаженном растениями, ярко освещенном аквариуме. Живут в таких условиях эти клопы по нескольку месяцев.

Клопы, живущие на субстрате. Водяной скорпион, как и гладыш, широко распространен в наших водоемах. Рассматривая внешний вид клопа (рис. 31), следует обратить внимание на две задние пары ног, сравнить с ногами у свободно плавающих клопов. Ноги скорпиона лишь слегка опушены волосками, морфологически аналогичны ногам наземных клопов и почти не претерпели особых изменений при перемещении из воздушной среды в водную. В основном они выполняют сходные функции, служат для передвижения по субстрату. Но клоп может передвигаться с их помощью, гребет обеими парами, плавает медленно, отрывается от субстрата неохотно.

Рис. 31. Клоп водяной скорпион

Зато передняя пара специализирована на схватывании добычи, превращена в мощные рычаги-захваты. Ноги выдвинуты вперед, бедро расширено, голень и лапки напоминают лезвие ножа. Это лезвие почти полностью укладывается в спокойном состоянии в соответствующий паз бедра, а конец лапки даже заходит за крючок в основании бедра. Находясь в засаде, клоп держит ноги-захваты в рабочем состоянии; они широко расставлены, лезвия стоят под прямым углом к бедрам. Захват молниеносный; хотя добыча довольно крупная и пытается вырваться. Помогают ходильные ноги, они крепко держат клопа на субстрате. Сорванный с субстрата водяной скорпион не может овладеть крупной и сильной добычей. На субстрате он может справиться с головастиками, лягушатами, мальками рыб. Пока жертва безнадежно бьется в мощных захватах, хоботок клопа ищет надежное место и, наконец, вонзается в добычу. Действие слюны аналогично действию слюны гладыша. Хоботок водяного скорпиона успешно пронзает и кожу человека, укус клопа болезнен.

При демонстрации приспособленности клопа к жизни в воде обращается внимание учащихся на способ дыхания. На конце брюшка у водяного скорпиона есть два длинных и тонких желобообразных выроста; вогнутая часть их — это хорошо видно в лупу — густо покрыта волосками и не смачивается. Соединенные желоба образуют дыхательную трубку, кончик которой насекомое выставляет из воды. Иногда клоп раздвигает половинки трубки, трет их друг о друга,— одним словом, тщательно следит за работоспособностью воздухопровода. Трубка позволяет скорпиону находиться в засаде в некотором отдалении от поверхности, что повышает безопасность. Она же помогает клопу часами поджидать добычу в неподвижности. Незаметности клопа на бурой листве или у берега способствует и грязно-бурая окраска верхней стороны тела, и форма, напоминающая упавший в воду лист. У скорпиона и ранатры две пары ног почти не изменились, передняя пара превратилась в орудие захвата — ловчий аппарат (конвергентно: мы видим такую же специализацию у наземных богомолов). Образование дыхательной трубки связано с глубокой перестройкой морфологии филогенетического характера.

Клопы, живущие на поверхности воды — это различные виды водомерок. Водомерки — наиболее сложные для содержания в аквариумах насекомые пресных водоемов. Во-первых, им нужна сравнительно обширная площадь поверхности водоема. Если и подобрать такой аквариум, то весь его остальной объем пропадает, так как бегающие по поверхности насекомые привлекают любого жителя глубин, будь то рыбы или насекомые. С другой стороны, водомерки очень пугливы, если клопы на субстрате при испуге замирают, а свободно плавающие устремляются в глубину, водомерки мчатся по поверхности и сильно ударяются в стенки аквариума. Затруднено и их кормление. Кормить надо мухами, тараканами, брошенными на поверхность воды, можно осторожно опускать на воду пинцетом отдельных личинок комара — мотыль. Эти личинки имеют несмачиваемую поверхность, если их предварительно минут пять подержать на сухой газете поодиночке, поэтому некоторое время они плавают полупогруженными. Чтобы резкими движениями они не отрывались от поверхности и не уходили на глубину, перед скармливанием им придавливают пинцетом переднюю часть. Беда, однако, в том, что пинцет с кормом больше пугает водомерок, чем привлекает.

Тем не менее один-два месяца водомерок можно держать в аквариуме совместно с моллюсками, ракообразными. Не обращают внимание на водомерок и не могут их поймать крупные личинки жуков. Лучше живут в неволе палочковидные водомерки и велии, чем наши обычные прудовая и рыжеватая, достигающие в длину 17 мм.

Рассматривая водомерку, следует обратить внимание на специализацию ног: передняя пара — хватательные; средняя — основной двигатель; задняя — рули поворота и обеспечения устойчивости и прямолинейности движения. Можно сравнить хватательные ножки с такими же у плавта и скорпиона — у водомерки специализация не зашла столь далеко и хватательный аппарат не столь совершенен. Распределение ролей между двумя остальными парами ног лучше наблюдать на экскурсии.

Плотность водомерки близка к единице, поэтому тонкие, покрытые волосками ножки не пробивают, а прогибают поверхностную пленку воды. Если удалось нормально посадить водомерку на поверхность воды в достаточно широкой плоской банке (можно использовать салатницу), осторожно приблизьте к банке сильную настольную лампу.

Рис. 32. Личинки клопа-водомерки

На дне сосуда образуется тень от расположенного на поверхности воды насекомого, при этом на месте лапок будут видны широкие темные овалы типа таежных лыж. На самом деле никакого расширения соприкасающихся с водой концов ножек нет, нет и широко раздвигающихся волосков, как предполагали раньше (подобную тень от водомерки можно увидеть и на песке водоема). Это оптический эффект, связанный с вогнутостью под тяжестью ноги поверхностной пленки воды и лучепреломлением (рис. 32).

Водомерка палочковидная, или гидрометра, имеет тонкое вытянутое тело. Почти треть тела занимает голова с выпуклыми глазками. Достигает в длину 9 мм, движется по поверхности воды медленно, часто ползает по плавающим листьям. В аквариумах, где самопроизвольно размножились на поверхности воды подуры, гидрометру специально кормить не нужно. В отличие от обычных водомерок гидрометры движутся по поверхности, попеременно переставляя ноги. Велии тоже живут в аквариумах неплохо. Это обычно бескрылые водомерки. Они могут находиться и на растениях, но превосходно бегают и по воде, причем быстро текущей. В ручьях забавно наблюдать, как велии бегут по стремительно несущейся воде, причем могут двигаться и против течения, а иногда бегут даже задним ходом (это любопытное приспособление к жизни на быстринах, ведь пока насекомое будет разворачиваться, его основательно снесет потоком).

Рис. 33. Плавунцы: окаймленный, цибистер, широкий (сверху вниз)

Отряд жесткокрылые. В природных водоемах встречается большое количество прибрежных и собственно водяных жуков. Их можно успешно содержать несколько месяцев в аквариумах. Однако для учебных целей достаточно иметь в школьном аквариуме всего трех представителей отряда жесткокрылых (жук-плавунец, водолюб и вертячка), на примере которых можно не только рассмотреть общие черты этого отряда, но и специализацию к жизни в водной среде. На примере первых двух можно в аквариуме проследить весь онтогенетический цикл с полным превращением — яйца, личинки, куколки, взрослая форма. Известную сложность представляет в неволе лишь один этап — переход от второй к третьей фазе, но при некотором навыке эта трудность преодолима.

Несколько сложнее содержать в аквариуме вертячек, но они настолько специализированы, что их присутствие в школьном уголке аквариумов весьма желательно.

Жук-плавунец — один из крупнейших представителей жуков на нашей территории. Под этим широко распространенным названием скрывается несколько видов схожих крупных обитателей вод: плавунец окаймленный до 35 мм, плавунец широкий до 45 мм, плавунец лапландский до 28 мм (этого жука неспециалисты путают с окаймленным плавунцом; в окрестностях Ленинграда, в средней полосе европейской части страны, в Сибири он нередок) и цибистер (рис. 33). На уроках при прохождении тем демонстрируют жуков, выставленных на столы учащихся в аквариуме или в банках.

В школьной программе по биологии и учебнике предлагается изучение особенностей строения насекомых на примере майского жука и параллельное использование живых водяных жуков. Это расширит и углубит представление учащихся о характерных особенностях представителей этого отряда, а присутствие живых объектов сделает урок более интересным.

При использовании водных жуков на уроке «Отряд жесткокрылых» демонстрируются не только характерные особенности жуков, но и черты приспособленности их к жизни в водной среде. Приобретенные учащимися знания помогут им осмыслить понятие «приспособленность» при изучении его в курсе общей биологии.

Тело плавунца сверху темно-зеленое, с коричневатым отливом, снизу он имеет либо коричневую, либо темно-кремовую окраску. Окраска верха защитная. По краям тела проходит желто-бурая полоса (окаймленный плавунец), такие же полоски отделяют от головы и надкрылий грудь.

Элитры (твердые надкрылья) самцов и самок различны — у некоторых самок они покрыты глубокими бороздами. Однако этот признак не обязателен, в тех же водоемах встречаются самки с гладкими надкрыльями.

Тело кпереди и к бокам утончается и образуется краевой киль, помогающий разрезать плотную среду — воду. Все три основных отдела жука — голова, грудь, брюшко — плотно пригнаны друг к другу и образуют монолитный корпус своеобразной подводной лодки (сравнить с наземными жуками, где такая подгонка отсутствует, эти части сочленены обычно не столь плотно).

Благодаря этому жук свободно маневрирует в воде без затраты мускульной энергии на сохранение формы тела и удерживает под надкрыльями, в субэлитральной полости, довольно большой пузырь воздуха.

Вторая особенность жука как обитателя вод — специализация ног. Первая пара в движении не участвует, они служат для схватывания добычи и передвижения по субстрату. Вторая пара — якори. С их помощью жук балансирует на глубине, иногда эти ноги участвуют в удержании добычи. Обе пары мало отличаются от обычных ходильных ног. Третья пара специализирована именно на плавании. Членики этой пары уплощены и по краям усеяны жесткими волосками, при движении ноги вперед волоски складываются вдоль ноги, а при загребании раздвигаются и увеличивают плоскость весла, следовательно, и мощность броска тела вперед. Гребет плавунец задними ногами одновременно. С помощью подвижной пары коготков на каждой ноге жук может держаться на субстрате, ползать.

Со способом дыхания плавунца учащиеся знакомятся во внеклассной работе, проводя наблюдения в уголке живой природы, но на уроке при обзорном изучении отряда не исключен краткий рассказ учителя или сообщение ученика о приспособленности к дыханию жука-плавунца. Жуку, дышащему атмосферным воздухом, приходится периодически подниматься к поверхности веды за пополнением запаса кислорода. У жука есть грудные стигмы, плотно закрытые в воде. Через них жук дышит во время полета, при движении вне воды. Брюшные стигмы находятся в субэлитральной области, там же сосредоточен и запас воздуха. При соприкосновении с поверхностью воды жук выставляет задний овальный конец брюшка, и воздух субэлитральной области соединяется с атмосферой. Если опасности нет и жук не торопится, обновление субэлитрального объема происходит пассивно, за счет диффундирования молекул газа. Если же жук спешит, он с силой выжимает воздух из трахей и субэлитральной области, затем чуть приподнимает надкрылья и набирает новый запас.

Объем воздуха в субэлитральной области играет и роль гидростатического аппарата, обеспечивая плавучесть жука. Чтобы уйти от поверхности в глубину, жук прилагает усилия ног-весел, но может ослабить это усилие, уменьшив запас воздуха, выпустив его пузырьками. Этот же запас воздуха позволяет плавунцу пассивно подниматься к поверхности, как это бывает у гладыша.

Если жук слишком много сбросил воздуха при спуске или солидно наелся на глубине, запас воздуха в субэлитральной области уже не обеспечивает подъем, приходится усиленно грести вверх.

В жизни этого великолепного пловца есть моменты, при которых он может утонуть и погибнуть от удушья, захлебнуться. Если сброс воздуха был излишним, а удельный вес увеличился за счет съеденной пищи, жуку не удается даже догрести до поверхности. Жук срыгивает пищу, освобождает кишечник, но иногда и это не помогает, приходится ползти к поверхности по стеблям растений.

Иногда жука неосторожно хватают, а потом помещают в банку с другими выловленными животными, чтобы нести с экскурсии в уголок живой природы. Если в банке много животных, да еще есть моллюски, выделяющие слизь, а при переносе вода сильно колеблется, плавунцы могут утонуть в пути. Выпуская их в аквариум лучше положить на лист, позволяя жуку самому «решить», когда ему нырнуть в воду.