Реферат: Защитные способности организма

Жданова Т. Д.

Насекомые большинства видов служат добычей для многих животных, поэтому способность избегать хищников и защищаться чрезвычайно важна для сохранения жизни особей и выживания популяции в целом. Несмотря на малые размеры, слабосилие насекомых, множество врагов и потери этот класс активно живет, занимая на Земле свои устойчивые экологические ниши. Вызвано это тем, что насекомые, как и любые живые существа, наследственно обеспечены всем необходимым для сохранения жизни. Это и целесообразное строение организма, и оборонительное (защитное) поведение, обеспечивающее безопасность, и устранение угрозы жизни особей. Такое поведение включает пассивно-оборонительные реакции и активную защиту себя, своего жилища и территории. К основным защитным устройствам и процессам относятся различные типы защитной окраски и формы живого существа, производство ядовитых веществ и пигментов и органы их выделения. Среди многообразных средств защиты от врагов особенно часто встречаются бег (например, у жужелиц даже личинки с бегательными ногами), прыжки (земляные блошки), быстрый взлет (скакуны, златки), падение с растений с подогнутыми конечностями и способность притворяться мертвыми (божьи коровки), а также маскировочная окраска, взбрызгивание едкой или пахучей жидкости. Многие насекомые используют все данные им возможности для комбинированной защиты от хищников.

Маскировка и демонстрация

Различают три типа защитной окраски и формы тела: маскировку, мимикрию и демонстрацию. Насекомые, как и многие животные, не только укрываются от хищников в убежищах, но и маскируются, скрываясь от их глаз с помощью покровительственной окраски. Она делает их менее заметными в местах обитания, позволяя слиться с фоном. Или, наоборот, яркость цвета и специфичность рисунка служат предупреждением врага о ядовитости насекомого. Одним из типов защитной окраски является и мимикрия.

Окраска и форма тела насекомого преимущественно соответствуют особенностям его местообитания. Биологические, морфологические и физиологические характеристики вида, которые находятся в соответствии с окружающей средой, называют жизненной формой. Например, жизненные формы саранчовых объединены в два класса: обитатели растений (фитофилы) и жители открытых участков на поверхности почвы (геофилы). Так, живущие среди зелени особи – зеленые, и окраска их способна удивительным образом меняться вплоть до желтой по мере высыхания растительности.

Окраска и форма тела гусениц тесно связаны с их образом жизни. Покровительственная окраска зачастую дана тем гусеницам, которые ведут открытый образ жизни. Она прекрасно гармонирует с окружающим фоном. Причем эффективность такой окраски повышается благодаря специфичности рисунка. Например, у гусениц бражника по зеленому или серому фону проложены косые полоски. Они как бы делят тело гусеницы на отрезки, что делает ее еще менее заметной на пестрой зелени. Сходство с частями растений, на которых обитает гусеница, увеличивается сочетанием покровительственной окраски с характерной формой тела. Так, гусеница пяденицы походит на сухие сучки.

Насекомые, обеспеченные покровительственной окраской и формой тела, сходными с листьями, веточками или даже птичьим пометом, зачастую сочетают это с особым инстинктивным поведением. Они способны оценивать ситуацию и в соответствии с ней располагаться по отношению к окружающим объектам, принимая различные маскировочные позы. Так, напоминающий лист кузнечик в целях защиты от хищников либо сидит неподвижно с плотно сжатыми крыльями, имитируя стебель, либо держит крылья расправленными, становясь похожим на лист. Покровительственная окраска и маскировочные позы могут способствовать как пассивному сохранению жизни насекомых, так и лучшим возможностям для охоты. Например, как было показано выше, богомол – хищник, и благодаря эффекту маскировки может долго сидеть неподвижно, поджидая свою жертву. Кроме того, он способен хорошо замаскироваться с защитной целью.

Насекомые некоторых видов наделены пестрой демонстрационной (угрожающей) окраской. Она является сигналом для их врагов: «Не трогай! Опасно для твоей жизни!». Например, птица, отведав несъедобную божью коровку или жалящее насекомое, хорошо запоминает неприятный урок и яркую окраску насекомого. Предупреждающая окраска может быть у особи постоянной, как у жалящих насекомых, или появляется в опасный момент, «вспыхивая», когда насекомое принимает позу угрозы. Многие гусеницы тоже наделены демонстрационной окраской тела, свидетельствующей об их несъедобности. А например, у античной волнянки эффект такой окраски зависит еще и от цвета волосяного покрова. Эта гусеница имеет причудливый вид – с яркими красными и черными пятнами по светлому фону и с пучками черных и желтых волосков различной длины.

Мимикрия

Мимикрия – это эффект подражательного сходства по форме и окраске тела представителей незащищенных видов насекомых с более защищенными. Либо это внешнее сходство животных с объектами окружающей среды. Мимикрия является еще одной из множества загадок непостижимой сложности и целесообразности устройства организмов и поведения особей. Многие ученые считают, что она не могла стать результатом проб и ошибок. Одним из примеров проявления такой мимикрии служит внешнее подобие бабочек белянок некоторых видов геликонидам, разновидностям южноамериканских булавоусых бабочек. Многие из геликонид обладают резким запахом и неприятны на вкус, благодаря чему их не трогают птицы. А бабочки белянки наделены целым комплексом подражательных возможностей, чтобы напоминать свои прототипы. Они держатся вблизи летающих или отдыхающих геликонид, имея не только подобную форму и окраску крыльев, но даже характер полета. В Южной Америке на одном кусте могут располагаться бабочки пяти видов практически одинаковой окраски. И хотя ядовиты представители только одного вида, птицы не трогают никого.

Кто посмеет напасть на перепончатокрылых? Одного раза будет достаточно, чтобы больше не захотелось. Под надежной охраной чужого устрашающего облика неуязвима бабочка-стеклянница. Она имеет желтое как у осы брюшко с полосками и прозрачные крылья, которые почти не несут чешуек, – ну точная копия осы. Мухи-журчалки тоже удивительно похожи на ос, а представители некоторых их видов – на шершней. Ильницы-пчеловидки напоминают пчел, шмелевидки – шмелей, а жука-восковика тоже не отличишь от шмеля. Безвредный европейский и южноамериканский шершневидный мотылек тоже защищен тем, что замаскирован под жалящего шершня.

Бабочки некоторых видов имеют на крыльях яркие пятна в виде глаз, отпугивающие хищников. Обычно крылья сидящей бабочки сложены, но при прикосновении к ней, они мгновенно раскрываются. Рисунок глаз отпугивает мелких птиц. А некоторые гусеницы имеют ложные глаза и наделены способностью также извиваться всем телом. Такое демонстрационное поведение гусеницы обычно отпугивает от нее мелких птиц и других хищников.

Вполне съедобный мотылек-медвежонок сохраняет жизнь благодаря ультразвуковой мимикрии. Этот мотылек наделен удивительной способностью «подражать» щелкающим высокочастотным звукам, которые издают для своей защиты тигровые ночные мотыльки. Ведь летучие мыши, которые охотятся по принципу эхолокации, избегают насекомых со щелкающими звуками. Их наследственные знания, иногда дополняемые приобретенным опытом, показывают что, как правило, «звучащая» добыча ядовита или имеет отвратительный вкус. Почему? Секрет прост – ядовитые насекомые используют предупреждающие ультразвуковые сигналы потому, что для летучих мышей, которые охотятся в ночное время, яркая окраска не имеет значение. Заодно летучие мыши не трогают вполне аппетитного мотылька, «подражающего» несъедобному.

Пассивно-оборонительные реакции

Чтобы избежать хищников, основными пассивно-оборонительными реакциями являются замирание, бегство, укрытие в убежищах и другие целесообразные поведенческие приемы.

Для того чтобы быстро уйти от врага и остаться невредимыми, многие насекомые обладают удивительно целесообразными устройствами. Среди них – органы движения, которые зачастую так совершенны и так гармонично связаны со всем организмом, что обеспечивают невероятные результаты. Так, жук-щелкун наделен сильными грудными мышцами и специальным механизмом на нижней стороне груди, благодаря чему в случае опасности он высоко подбрасывает себя в воздух. Жук длинной в 1 см подпрыгивает на высоту около 10 см. При этом он издает громкий щелчок, отпугивающий хищников. А расстояние, на которое прыгает в таких случаях блоха, в 350 раз превышает длину ее тела. В пересчете на рост человека – это прыжок на высоту 600 м!

Многие насекомые способны в случае опасности замирать или, как принято говорить, притворяться мертвыми. Например, если потревожить жучка яблоневого долгоносика, он мгновенно складывает ножки, падает с ветки на землю и некоторое время лежит там неподвижно. Этот рефлекс обмирания вызван важным для жизни жучка инстинктивным защитным механизмом. Падение с дерева обеспечивает более быстрое, чем передвижение с помощью лап, ускользание от врага. А серая окраска неподвижно лежащего со сложенными ножками маленького долгоносика, делает его неотличимым от комочков почвы. Существует даже семейство «жуков-притворяшек», которые обладают подобными защитными способностями, но отличаются особой быстротой проявления рефлекса обмирания.

Рефлекс обмирания характерен и для божьей коровки. И хотя она является активным охотником за тлями, регулируя количество вредителей растений, но при этом сама прекрасно защищена от посягательств любых хищников. Важным способом ее самозащиты является способность притворяться мертвой. Если этому жучку грозит опасность, он, прижимая к телу усики и ножки, падает на землю и лежит там недвижимо. Как только опасность миновала, жучок мгновенно оживает. Но если угроза остается, божья коровка выделяет желтоватую жидкость, неприятную на запах и вкус, которая отпугивает врага. И тогда ее пестрая окраска служит подтверждением того, что яркокрылый жучок ядовит и в пищу не годится.

Защитное устройство сверчка

Полет врага сверчков – летучей мыши совершенно бесшумен. Услышать ее приближение и спастись смогут лишь те, кому дана способность улавливать ультразвуковые сигналы. Как же спастись ночному сверчку во время охоты летучих мышей? Конечно, можно было бы прятаться ночью в укрытии, не попадаясь на пути этих хищников. Но тогда сверчок не был бы ночным. И все-таки он наделен необходимым устройством для спасения – крошечным одноклеточным, но необыкновенно чувствительным рецептором. Этот миниатюрный живой «прибор» встроен в нервную систему сверчка. Он реагирует на частоту звука, издаваемого летучей мышью для ее ориентации в пространстве. Рецептор сверчка, приводимый в действие этой частотой, испускает импульсы – сигналы тревоги, которые заставляют насекомое стремительно удаляться от источника звука. Такой уникальный рецептор обладает еще одним свойством, удивившим энтомологов. Оказывается, он включается только тогда, когда сверчок находится в полете и становится уязвим для ночных хищников. А в то время, когда насекомое находится в безопасности – отдыхает, питается, заботится о потомстве, - рецептор «молчит», не беспокоя напрасно своего владельца. Стоит только сверчку взлететь и стать потенциальной жертвой летучих мышей, как одноклеточный живой «прибор» вновь готов отреагировать на ультразвуковые сигналы хищника, поднять тревогу и спасти насекомое. Здесь проявляется идеальная целесообразность и изящество защитных механизмов и устройств насекомого. Богомолу для избежания встречи с летучими мышами, наряду с прекрасным зрением даны и особые органы слуха. Они расположены на груди между ногами и служат для восприятия ультразвука. У богомолов некоторых видов, кроме ультразвукового органа слуха, существует второе ухо, которое воспринимает гораздо более низкие частоты. Функция его неизвестна.

Способы активной защиты

Защита насекомых от многочисленных врагов осуществляется не только с помощью пассивно-оборонительных реакций и различных видов окраски. В случае опасности многие из них наделены способностью активно защищаться. Обычно насекомые используют целый комплекс различных защитных приемов. Характерно поведение жука полевого скакуна – в момент опасности он очень проворно убегает или пугливо вспархивает и стремительно улетает. Его практически невозможно поймать. Но если все же удастся схватить полевого скакуна пальцами, он начинает отчаянно вырываться и яростно кусаться своими серпообразными челюстями. Все это вынуждает скорее отпустить жука, который мгновенно скрывается в безопасном месте. Существуют и жалящие насекомые – пчелы, осы, шмели, муравьи и некоторые другие насекомые обеспечены жалом для впрыскивания яда. Оно используется в опасный для насекомого момент или для парализации добычи. У медоносных пчел жало зазубрено и застревает в теле напавшего на нее животного. И, несмотря на то, что после его выдергивания пчела погибает, такая защитная реакция не проходит бесследно. Животное, получившее болезненный укол, навсегда запоминает полученный урок и не будет больше нападать на жалящих или внешне похожих на них насекомых. Здесь проявляется не индивидуальная, а социальная защита, от которой зависит защищенность целого вида. В отличие от пчелы жало осы не застревает в теле животного, и она может достаточно болезненно жалить множество раз. Окраска осы, как и пчелы (сочетание черных и желтых полосок), также является предупреждающей, особенно для тех, кто ранее испытал на себе действие их яда: «Не тронь, я больно ужалю!».

Активно защищаются насекомые и с помощью неприятных на вкус и запах или ядовитых и едких выделений. Биохимические средства для этой цели в нужный момент изготавливаются организмом насекомого согласно наследственной программе, управляющей комплексом защитных средств и механизмов для выживания особи.

Рассмотрим некоторые из видов активной защиты насекомых.

Использование ядов

Одним из основных средств для защиты и нападения в мире живого являются яды. Это выделения специальных желез, которые способны отпугнуть, парализовать или убить противника. Среди насекомых много ядовитых видов, хотя понятие ядовитости относительно. Для крупных животных укусы одних насекомых проходят почти безболезненно, а яд других (жуки-нарывники, жалящие насекомые) вызывает у них сильные аллергические реакции. Тот же самый яд для мелких животных может оказаться смертельным. Ядовитые вещества применяются разными способами: они либо впрыскиваются в тело врага, либо обрызгивают его струей, либо выстреливают со взрывом и образованием едкого облака.

Организм некоторых насекомых способен создавать для использования в качестве яда смеси, в которых свыше 50 различных химических соединений. Они вызывают зуд, боль, судороги и даже разрушение клеток кожи или панциря животных. Установлено, что представители некоторых видов муравьев после опрыскивания врага муравьиной кислотой, поливают его смесью из двух сложных химических соединений. Эти вещества, специально синтезируемые организмом муравья, хотя и приятно пахнут лимоном, несут в себе определенную ядовитость. Кроме того, они обладают важной особенностью – способствуют проникновению муравьиной кислоты сквозь наружные покровы животного. Исследования также показали, что химическая лаборатория муравья под управлением врожденной программы создает и множество других защитных веществ. Среди них есть даже такие, которые убивают возбудителей холеры, тифа и туберкулеза. Ученые работают над возможностью использования этих веществ в медицинских целях.

Муравьи относятся к жалящим перепончатокрылым, однако представители некоторых их видов могут выбрызгивать ядовитую смесь на врага, находящегося на достаточном большом расстоянии. Так поступают рабочие муравьи из подсемейства фурмицин. Половина их брюшка занимает огромная железа, вырабатывающая муравьиную кислоту. Она окружена мощным мускульным мешком. В случае опасности мышца сокращается, и яд выбрасывается на расстояние до полуметра. Поразительно, что расстояние, на которое произведен «выстрел» ядовитым веществом, в 500 раз превышает длину тела муравья.

С помощью специфических выделений защищаются многие жуки, например, листоеды и их личинки. Они выпускают капельки сильно ядовитой и резко пахнущей желто-оранжевой жидкости через сочленения своего тела. Исследование выделений, например листоедов-тимарх, показало, что введение в кровь их микроскопической дозы вызывает гибель небольшого животного. Интересны наблюдения за насекомоядными охотниками, попробовавшими такого жука. Ящерицы, случайно схватив, тотчас же выбрасывают его изо рта, и потом долго вытирают мордочку о различные предметы. Лягушка, попавшая в такую ситуацию, старается как можно больше высунуть язык и тщательно обтереть его о растения. Еще более ядовиты маленькие жучки-нарывники. Даже крупные домашние животные могут погибнуть, съев их вместе с травой. Раньше сушеных нарывников применяли в аптекарском деле для приготовления нарывного пластыря.

Взрывная смесь

Удивительной системой самозащиты наделен жук-бомбардир из семейства жужелиц. В случае опасности он выбрасывает из конца своего брюшка и умело направляет на врага струю буквально кипящей (1000С) едкой жидкости. В воздухе она с треском испаряется, образуя облако из неприятно пахнущего химического вещества. Исследования показали, что такая взрывная реакция жука со скорострельностью 500 – 1000 выбросов в секунду оставляет на теле нападающего на него животного серьезные ожоги.

Интересна особая технология, с помощью которой уникальный организм бомбардира производит ядовитую смесь. Жук вырабатывает и хранит химические компоненты смеси (два хитона и перекись водорода) в раздельных камерах, иначе сразу же пойдет бурная реакция. Смесь будет изготовлена только тогда, когда органы чувств жука дадут сигнал о приближении постороннего объекта. С помощью анализаторов, сравнивающих полученную информацию с извлеченными из памяти эталонами, бомбардир мгновенно оценивает опасность ситуации и готовит смесь к бою. Химические компоненты как по команде целенаправленно поступают в специально предназначенную для этого камеру, где и образуется взрывная смесь. Она с большой скоростью вырывается наружу через особое сопло, и жук-бомбардир метко стреляет в нужном направлении.

Трудно себе представить последовательное появление (даже за миллиарды лет) в организме жука всех элементов этой технологической цепи. Например, у него первыми развились бы процессы синтеза сложных соединений, которые при соединении дают взрывную смесь, а производство разделительных емкостей отстало бы во времени. Тогда химические вещества, не успев появиться хотя бы в небольших количествах, тотчас соединились бы в его теле, образовав взрывоопасную смесь. Для бомбардиров это закончилось бы плачевно. Правильнее было бы, чтобы и химические вещества и отдельные камеры для их производства и хранения создавалось множеством поколений одновременно, параллельно. Но тогда жукам с самого начала необходимо было обладать разумом. Ведь путем «запрограммированных» мутаций им нужно было создать целесообразный комплекс из устройств организма, технологических процессов и защитного поведения. В общем, тем, чем жуки-бомбардиры обладают сейчас.

Защита с помощью растительных средств

Ядовитое и неприятно пахнущее вещество в виде пены образуют некоторые бескрылые кузнечики-увальни. В случае опасности они выпускают эту пену со свистящим шипением изо рта и грудки. Она состоит из смеси хинина, фенола и пузырьков воздуха. Своим происхождением ядовитые вещества обязаны той растительной пище, которой питается кузнечик. Личинки известных всем цикад, наделенных музыкальными способностями, тоже умеют защищаться подобной пеной. Например, пенница слюнявая получила свое название в связи с тем, что после привычного потребления большого количества сока растений она выделяет его в виде пены. Эти выделения служат как отличной защитой ее организма от высыхания, так и от нападения птиц и других врагов.

Удивительными защитными возможностями наделена и личинка пилильщика. При питании сосновой хвоей она собирает в особые мешочки, связанные с кишечником, сгустки смолы. В опасную минуту гусеница выделяет комочек этой смолы, затем надувает его и выстреливает. Таким выстрелом она склеивает лапки, например муравья. Враг обезоружен и недвижим, а гусеница с помощью инстинктивного защитного поведения и особого устройства организма сохранила себе жизнь.

Отпугивание врагов

Для того, чтобы отпугивать хищников насекомые производят не только ядовитые выделения, но и просто неприятно пахнущие вещества. Причем специальные железы клопов, жуков и гусениц выделяют такой пахучий секрет, который надолго оставляет в памяти врага след от этой встречи. При этом у хищников вырабатывается условный рефлекс – избегать дурно пахнущих насекомых определенного вида и окраски. Однако некоторых насекомых это не всегда спасает. Например, самые крупные в нашей фауне жуки-чернотелки из рода медляков, реагируют на приближение опасного объекта стойкой на передних лапках и выделением неприятно пахнущей жидкости. Но мыши, знающие об этой особенности чернотелки, пользуются медлительностью жука и успевают схватить его до проявления защитной реакции и вдавить кончик брюшка в землю. Затем мышь съедает все, кроме этого кончика. Такое целесообразное поведение мыши может быть инстинктивным, а может быть и результатом научения, накопления опыта после получения неприятных уроков общения с этими жуками.

Отпугивает врагов и бабочка аполлон. В случае крайней опасности падает на землю, скребет ножками и угрожающе «шипит». Этот эффект она усиливает распахиванием своих предупреждающе ярких крыльев. Ведь красные пятна на задних крыльях аполлона служат условным знаком для птиц – насекомое ядовито.

Постоять за себя

Богомолы многих видов умеют не только хорошо прятаться благодаря своей покровительственной окраске, но и в случае опасности постоять за себя. Это насекомое поднимается, принимает угрожающую позу, пышно распускает задние крылья и демонстрирует свою яркую окраску. Затем богомол проводит со скрипом по ним брюшком и дополняет угрожающий шум щелканьем хватательными ногами.

Различны и способы отпугивания хищников у гусениц. Некоторые из них в момент опасности принимают угрожающую позу, а иногда издают разнообразные звуки. Например, гусеницы большого ночного павлиньего глаза при появлении врага пугают его пронзительным скрипом. А гусеницы большой гарпии в таких случаях сразу же угрожающе поднимают кверху кончик брюшка со своеобразной «вилкой», образованной двумя сильно пахнущими нитями.

Медведка в случае опасности в первую очередь стараются избежать врага. Она способна быстро попятиться назад, зарыться в землю или довольно проворно убежать. Но если возникает необходимость защищаться, медведка пытается кусаться. Клещи уховерток представляют собой органы защиты и нападения. Когда насекомое тревожат, оно принимает угрожающий вид и поднимает концы клещей над головой. Причем, двигательные мышцы клещей настолько сильны, что маленькая уховертка может проколоть ими кожу до крови.