чем представлена выделительная система насекомых
Выделительная система насекомых
У насекомых имеется три группы выделительных желез: экскреторная, секреторная и эндокринная. Их общее физиологическое свойство — способность выделять наружу или внутрь разнообразные вещества, тем самым участвуя в обмене веществ в организме.
Экскреторная, или собственно выделительная, система поддерживает относительное биохимическое постоянство внутри организма насекомых и контролирует ионный состав крови. Вещества, удаляемые из организма, называются экскретами, а процесс — экскрецией. Экскреты состоят из азотистых соединений, которые образуются в результате усвоения и распада белков пищи. При распаде жиров и углеводов конечные продукты — CO2 и H2O, они выводятся из организма органами дыхания, а накопление азотсодержащих веществ может привести организм к гибели.
Основной орган выделения — мальпигиевы сосуды. Это замкнутые на одном конце трубочки, прикрепленные своим основанием к кишечнику на границе между средней и задней кишкой. Число их колеблется от 2 до 200. У тлей они отсутствуют. Своей свободной частью они располагаются в гемолимфе, отсасывая из нее продукты выделения. Продукты выделения (ураты) в виде солей мочевой кислоты в мальпигиевых сосудах превращаются в мочевую кислоту, которая накапливается в виде кристаллов, а затем выводится в кишечник и удаляется вместе с экскрементами через анальное отверстие.
Жировое тело также может выполнять экскреторную функцию, хотя его основная роль — запасание в организме питательных веществ. В нем в виде кристаллов накапливаются экскреты и остаются там либо на всю жизнь, либо передаются мальпигиевым сосудам. Часто это происходит во время линьки или при окукливании.
Выделительная система
Выделительная система – система органов, отвечающая за выведение из организма конечных продуктов обмена веществ.
Выделительная система
1 – средняя кишка, 2 – мальпигиевы сосуды,
3 – задняя кишка, 4 – прямая кишка
Мальпигиевы сосуды: строение и функция
Главными органами выделения являются мальпигиевы сосуды. Так называются тонкие длинные трубочки, которые впадают в кишечный канал в области соединения средней и задней кишок. Их количество составляет от 1 до 250 и даже более. Если их много, они обычно группируются в пучки. [2]
Основное количество метаболитов, выводимых этими органами, образуются в процессе обмена белков; это различные производные аминокислот, мочевина, мочевая кислота, аммиак. Они синтезируются в клетках и выбрасываются в гемолимфу, откуда, в свою очередь, извлекаются мальпигиевыми сосудами. Последние открываются и выводят свое содержимое в кишечный канал. Отведение осуществляется благодаря тому, что в стенках мальпигиевых сосудов имеются мышечные пучки, вызывающие их сокращение. [3] (фото)
У примитивных насекомых (коллемболы, тли, некоторые двухвостки) этих органов выделения нет, а у трипсов, уховерток и щетинохвосток в них нет мышечного слоя. Проникая в гемолимфу, сосуды лишь пассивно колеблются в ее токах, и так же пассивно и неполноценно (в сравнении с высшими насекомыми) выполняют свою функцию. У прямокрылых мальпигиевы сосуды также устроены довольно просто. Они насасывают внутрь себя плазму, не отделяя от нее вредных веществ. Потом эта «первичная моча» выбрасывается в кишечник, и уже там жидкая часть плазмы и соединения, необходимые организму, всасываются обратно, а метаболиты, которые надо вывести, остаются. Плохая «производительность» таких сосудов компенсируется у этих насекомых их большим числом.В более сложных случаях в сосуды всасываются только вещества, подлежащие выведению. [1]
Личинка муравьиного льва
Особенности работы выделительной системы
У многих насекомых мальпигиевы сосуды «работают» постоянно, но в ряде случаев их функция может периодически усиливаться под действием определенных стимулирующих факторов. [1]
Например, у клопа Rhodniusprolixus, который за один раз насасывает большое количество крови и после питания нуждается в интенсивном выведении метаболитов, имеется гормональный механизм, регулирующий работу органов выделения. Грудные ганглии этих насекомых выделяют диуретический гормон, под действием которого скорость экскреции продуктов обмена увеличивается в 1000 раз. Образование этого гормона происходит в тот момент, когда брюшко клопа начинает растягиваться во время питания. [1]
Иногда мальпигиевы сосуды берут на себя не только выведение экскретов, но и добавочные функции. Например, у личинок муравьиного льва (фото) перед окукливанием они превращаются в шелкоотделительные железы. Образующийся шелк скапливается в прямой кишке, а затем постепенно выходит наружу, и насекомое плетет из него свой кокон. [3]
Гусеница Hyalophora cecropia
Другие органы, участвующие в выведении продуктов метаболизма
Летучие и нелетучие продукты обмена веществ, а также балластные и отравляющие вещества, проникшие в организм насекомого извне, удаляются из него сразу несколькими путями. Несмотря на то, что не все из перечисленных ниже органов относятся собственно к выделительной системе, все они участвуют в «очищении» тела насекомого. Итак, в широком понимании к органам выделения можно отнести:
Мальпигиевы сосуды (своеобразный аналог почек животных) – выводят метаболиты из тканей;
Кишечник – освобождает организм от непереваренных остатков пищи и некоторых продуктов обмена (мочевая кислота, мочевина);
Железы. Например, у коллебмол функцию экскреции выполняют лабиальные железы, а у гусеницы шелкопряда Hyalophora cecropia (фото) выводить продукты обмена могут шелкоотделительные железы. У самцов ряда тараканов мочевая кислота выделяется через половые железы, которыми она используется для покрытия сперматофоров. [3]
Также в выведении летучих веществ участвуют покровы тела, а некоторые ядовитые соединения накапливаются в жировом теле и кутикуле, что также делает их участниками процесса выведения из организма всего «лишнего». [1][3] Так, у американской белой бабочки кристаллы мочевой кислоты накапливаются в чешуйках крыльев, из-за чего ее крылья имеют характерный белоснежный цвет. [3]
Класс насекомые
Класс насекомые лидирует по числу видов среди всех животных. На настоящее время описано около 1,1 млн. видов насекомых, при том факте, что истинное число видов оценивается от 2 до 8 млн. разными исследователями. Можно смело заявить, что половина (скорее всего, гораздо больше) видов насекомых еще не изучены.
Строение насекомых
Три пары ходильных ног крепятся к груди. Членистая конечность насекомого оканчивается двумя коготками, между которыми иногда располагаются присоски. Конечности насекомых разнятся по выполняемой функции, в соответствии с ней получая свои названия: копательная, бегательная, прыгательная, плавательная, собирательная.
У большинства насекомых имеются слюнные железы. Насекомые обладают самыми разнообразными сложноустроенными ротовыми аппаратами. Строение ротового аппарата отражает способ питания. Ниже вы видите таблицу, отражающую многообразие ротовых аппаратов у насекомых.
Для насекомых характерен незамкнутый (лакунарный) тип кровеносной системы. Кровь свободно движется по лакунам (синусам), непосредственно омывая внутренние органы и ткани. Функцию сердца выполняет спинной сосуд: благодаря его сокращениям кровь перекачивается из задней части тела в переднюю.
Функционирование сосуда-сердца схоже с таковым у ракообразных. В момент расслабления сосуда-сердца через отверстия (остии) кровь наполняет его, а в момент сокращения (систолы) кровь выталкивается в артерии, затем попадает в полость тела, омывает органы и ткани.
Внутреннюю среду насекомых составляет гемолимфа, представляющая собой бесцветную или желтоватую жидкость. В гемолимфу из кишечника всасываются питательные вещества, после чего доставляются к клеткам организма. В нее же удаляются побочные продукты обмена веществ.
Как вы помните, перед насекомыми стоит сложная задача: максимально сохранить воду в организме. Мальпигиевы сосуды этому способствуют: в них поступают продукты обмена веществ из гемолимфы в виде суспензии. По мере продвижения по мальпигиевым сосудам, из суспензии всасывается вся вода обратно в гемолимфу, а продукты обмена веществ (кристаллы мочевой кислоты) в сухом виде поступают в кишку и выводятся из организма с экскрементами.
Органы чувств развиты хорошо. Глаза простые или сложные (фасеточные), одна пара усиков (антенн), на которых располагаются органы обоняния и осязания. Имеются органы вкуса, локализующиеся на щупиках нижней губы и нижней челюсти.
Такое прогрессивное развитие нервной системы заложило фундамент для появления у насекомых сложнейших и удивительных рефлексов. Среди всех беспозвоночных только насекомые отличаются общественным (социальным) образом жизни: они совместно строят гнездо, ухаживают за потомством, разделяют обязанности среди членов семьи. Общественными насекомыми являются пчелы, осы, муравьи, шмели.
Заметим, что в переднем отделе мозга расположены грибовидные тела, ассоциативные центры головного мозга. Особенно хорошо развиты грибовидные тела у насекомых, ведущих общественный образ жизни, что связано с их сложным поведением.
Развитие может быть прямым или непрямым. Запомните, что у всех насекомых развитие непрямое.
Логично предположить, что у насекомых с неполным превращением личинка напоминает взрослую особь, но меньше ее в размерах. У насекомых с полным превращением, которое сопровождается метаморфозом (гусеница становится бабочкой), личинка совершенно не похожа на взрослую особь, разительно отличается от нее по строению и функциям.
Партеногенез встречается у следующих насекомых: тли, муравьи, пчелы, осы, шмели, тутовый шелкопряд. Партеногенез относится именно к половому (а не бесполому) типу размножения, поскольку новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (женской гаметы). Данный процесс играет важную роль: он значительно увеличивает темпы роста популяции, регулирует соотношение женских и мужских особей, обеспечивает продолжение существования вида.
Значение насекомых
Некоторые насекомые определенно приносят человеку больше вреда, чем пользы:
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Чем представлена выделительная система насекомых
Выделительная система
Своей свободной частью мальпигиевы сосуды взвешены и как бы плавают в гемолимфе, отсасывая из нее продукты выделения. Однако у гусениц бабочек, у многих жуков и их личинок и у некоторых других насекомых конец трубочек фиксирован на задней кишке; это явление обозначается как криптонефрия и обеспечивает всасывание трубочками воды из задней кишки, тем самым дополняя функцию последней.
Экскреторную функцию имеет и жировое тело, хотя важнейшая его роль состоит в накоплении в организме запасных питательных веществ. Но в отличие от выносящей функции мальпигиевых сосудов и лабиальных органов, жировое тело производит внутриклеточное накопление экскретов, обычно в виде кристаллов. Эти экскреты остаются в жировом теле либо пожизненно, либо после накопления передаются мальпигиевым сосудам, которые и выводят их из организма. Последний способ свойствен личинкам стебельчатых перепончатокрылых и высших двукрылых, а также гусеницам бабочек; освобождение жирового тела от экскретов происходит у них при окуклении.
Экзокринные железы разнообразны по функциям и строению и частью уже рассматривались выше. Это различные железы как кожного (эктодермального), так и другого происхождения. Одни из них участвуют в пищеварении (слюнные и железы средней кишки), другие выделяют вещества механической защиты (восковые, лаковые, шелкоотделительные), третьи образуют биологически активные вещества, обеспечивающие химическую защиту насекомого, четвертые выделяют привлекающие вещества.
В целом с помощью аттрактантов обеспечивается распознавание особей своего вида, концентрация их на подходящих местах и заселение территории, встреча полов и пр. Следовательно, аттрактанты являются веществами для передачи информации, т. е. играют роль своеобразного химического языка, который обеспечивает связь между особями своего вида.
Нейросекреторные клетки головного мозга выделяют мозговой гормон, функция которого, видимо, разнообразна. В ряде случаев этот гормон контролирует и активизирует деятельность переднегрудных желез; при прекращении его выделения у личинок и куколок затормаживается рост и развитие, возникает диапауза. Активационная роль мозгового гормона особенно хорошо изучена у шелкопряда Platysamia и у других чешуекрылых. Мозговой гормон может аккумулироваться в прилежащих и кардиальных телах, также способствуя их активизации.
Переднегрудные, или проторакальные, железы представляют собой пару желез, расположенных в брюшной части переднегруди по бокам переднегрудного ганглия и связанных с последним нервами. Эти железы свойственны личинкам многих насекомых и выделяют линочный гормон, или экдизон; его эмпирическая формула С18Н30О4,и он был выделен химически в кристаллической форме. Экдизон прекращает диапаузу, вызывает у личинки линьку и регулирует, следовательно, развитие личинки.
Прилежащие, или добавочные, тела (corpora allata) располагаются над передней кишкой позади головного мозга, обычно в виде пары округлых образований. Они выделяют ювенильный гормон, или неотенин, свойственны всем крылатым насекомым и части двухвосток (Diplura) как в личиночном, так и во взрослом состоянии. Действие ювенильного гормона состоит в том, что он способствует развитию личиночных органов и препятствует превращению во взрослую фазу, т. е. является ингибитором метаморфоза. При пересадке прилежащих тел в личинку последнего возраста линька во взрослую фазу замещается обычной линькой, и вместо взрослого насекомого возникает ненормально крупная личинка.
Изменение действия ювенильного гормона в течение развития личинки объясняют падением его концентрации в крови к последнему возрасту личинки, вследствие чего роль его затухает. Происходит это потому, что рост тела личинки опережает рост прилежащих тел, развитие личиночных органов ослабевает и затем останавливается. В связи с этим происходит ослабление роли проторакальных желез как личиночного органа; прекращается выделение линочного гормона, линьки прекращаются, что и составляет характерную особенность взрослого насекомого. Минимальная концентрация ювенильного гормона отмечена у диапаузирующих куколок.
Кардиальные тела (corpora cardiaca) сходны по форме и положению с прилежащими телами, близко примыкают к ним, но расположены впереди последних, связаны нервами с головным мозгом и свойственны личинкам и имаго. Их роль наименее изучена; у тараканов они регулируют секреторную деятельность проторакальных желез.
Эндокринные железы связаны друг с другом, действуют взаимосвязано, но функционируют также под воздействием нервной системы и внешней среды (тепло, свет и другие факторы). В целом эти железы образуют эндокринную систему, играющую важную роль в регуляции роста и развития насекомых.
Какова выделительная система у насекомых?
альпигиевы сосуды и задняя кишка служат основными органами выделения у преобладающего большинства насекомых. Наиболее примитивными органами выделения являются парные лабиальные органы щетинохвосток. Это гомологи метамерных органов кольчатых червей, а также антеннальных и максиллярных желёз ракообразных. Они состоят из начального мешочка, извитого лабиринта, выводного протока, открывающегося отверстием над основанием нижней губы.
У более совершенных групп насекомых основным органом выделения являются мальпигиевы сосуды. Они имеют вид трубочек, открывающихся на границе средней и задней кишок. Часто мальпигиевы сосуды свободно заканчиваются в гемолимфе. Их количество варьирует в различных группах от двух — восьми до 80—100 штук. В ряде случаев имеет место крептонефрия, когда кончики мальпигиевых сосудов прирастают к задней кишке (встречается у жуков, сетчатокрылых, гусениц и личинок пилильщиков), что уменьшает потерю влаги. Мальпигиевы сосуды и задняя кишка являются органами эмункториальной экскреции и освобождают организм насекомого от продуктов обмена веществ путём их выведения во внешнюю среду. В органах накопительной экскреции метаболиты накапливаются в клетках или тканях без непосредственного их выделения из организма. У насекомых такими органами являются жировое тело и перикардиальные клетки. Личинки перепончатокрылых, чьё развитие происходит в сотах, не выделяют экскременты до момента окукливания, и конечные продукты их метаболизма откладываются в жировом теле. Перикардиальные клетки располагаются вокруг аорты и сердечного сосуда, порой образуя скопления и в других участках тела. К дополнительным органам накопительной экскреции относятся эпидермальные клетки и их производные. У некоторых насекомых (тутовый шелкопряд, гладыши) выделительную функцию выполняют также некоторые клетки гиподермы, скидываемые во время линьки.
Формирование экскретов в мальпигиевых сосудах и задней кишке происходит в две фазы: фильтрация гемолимфы и обратное всасывание (реабсорбция) воды и полезных веществ в гемолимфу. Сформировавшиеся экскреты выводятся наружу вместе с экскрементами. Главным азотистым экскретом у наземных насекомых является мочевая кислота. Производные мочевой кислоты аллантоин и аллантоиновая кислота (является основным азотистым экскретом у некоторых чешуекрылых) также могут являться экскреторными продуктами. У водных насекомых и личинок мясных мух конечным продуктом азотистого обмена является аммиак.