Удивительные насекомые

Общества энтомологов

В XIX столетии происходило интенсивное развитие различных областей науки. Именно тогда появилось много ученых, избравших энтомологию делом всей своей жизни. Были открыты многие неизвестные до сей поры виды насекомых, в связи с чем ученые-энтомологи стали выбирать для себя более узкую специализацию. Вместе с тем ученым пришлось признать, что время талантливых одиночек прошло. Если в прошлые столетия ученый в одиночку мог совершать великие открытия, то сейчас это становилось практически невозможным. На то существовали свои причины: во-первых, постоянно увеличивалось количество новых, неизвестных ранее видов насекомых; во-вторых, становилось очевидным, что теория должна быть объединена с практикой. Но часто одному человеку нелегко было заниматься практическими наблюдениями и их дальнейшей систематизацией. В результате ученые-энтомологи стали создавать общества, объединяясь на основе своих научных интересов. В 1832 году во Франции было создано первое общество энтомологов, а в дальнейшем ученые стали кооперироваться в других европейских странах. В России энтомологическое общество было создано в 1860 году; впоследствии оно стало Всесоюзным энтомологическим обществом.

В ХХ столетии было сделано множество открытий, чему способствовал накопленный за много веков фактический материал по энтомологии. Значительно возросло количество изученных видов насекомых. Совершенствовалась классификация насекомых, появлялись новые, более точные и совершенные методы исследований. Насекомые уже не казались людям загадочными существами. Ученые всего мира смогли разгадать многие тайны, касающиеся жизни и строения этих существ. Разумеется, наблюдения за насекомыми и исследования продолжаются, и людям предстоит узнать еще очень много интересного.

Глава 3

Современные энтомологические исследования

Звездный путь

В мире насекомых немало загадок и удивительных явлений. Жук-скарабей (лат. Scarabaeus sacer), один из самых почитаемых символов мифологии Древнего Египта, оказывается, умеет ориентироваться по звездам. Шведские исследователи, ученые Лундского университета, смогли обнаружить эту способность в 2013 году. Группа ученых работала под руководством профессора зоологии Эрика Варранта. Исследователи утверждают, что это – единственный доказанный случай таких уникальных способностей насекомых.

Сначала ученые заметили, что скарабей скатывает шарик и целеустремленно катит его в определенном направлении. Даже если переместить его в совершенно незнакомую местность, жука это не дезориентирует. Он уверенно движется таким образом, чтобы оказаться как можно дальше от навозной кучи. Несколько лет назад исследователи выяснили, что жуки ориентируются не по внешнему виду ландшафтов. Они руководствуются положением небесных тел – Луны и Солнца. Предполагалось, что скарабеи каким-то образом воспринимают поляризованный свет светил. Но о звездах поначалу и речи не шло. К тому же в ранних экспериментах шведских исследователей скарабеи, не видя Луну, терялись в пространстве, хотя звезды им были прекрасно видны.

Жук-скарабей (Scarabaeus sacer)

Но в ходе исследований обнаружилось, что звезды в жизни жуков-скарабеев все же играют роль. В 2012–2013 годах ученые Лундского университета продолжили исследования совместно с Университетом Витватерсранда (ЮАР). Исследователи поместили жуков-скарабеев в своеобразный «загон», оснащенный высокими стенками, таким образом, чтобы насекомые могли видеть только определенный участок неба. Жуки должны были найти самый короткий путь из центра загона к краю, где можно было спрятать навозный шарик.

В некоторых экспериментах жукам надевали особые «шапочки», чтобы они вообще не видели неба. Исследования проводились в лунные, безлунные и пасмурные ночи. Оказалось, что жуки ведут себя наиболее уверенно, когда видят небо. Но нужны ли им звезды для перемещения в пространстве? Не настолько у жуков хорошее зрение, чтобы их рассмотреть.

Совместная работа ученых и жуков-скарабеев продолжилась в планетарии, где можно «включать» или «выключать» те или иные звезды.

Как сообщается в британском научном биологическом журнале «Current Biology», в ходе экспериментов удалось выяснить, что для уверенного перемещения в пространстве жукам-скарабеям нужен Млечный Путь. Жуки, от которых закрывали это скопление звезд, петляли по территории. Те же, кто видел звезды, быстро прикатывали свои навозные шарики к краю загона. Если не видно ни Млечного Пути, ни Луны, насекомые теряются в пространстве, и даже самые яркие звезды не могут помочь им отыскать дорогу. Казалось бы, провал эксперимента? Вовсе нет!

Жук-скарабей в шапочке

Благодаря опыту, поставленному в планетарии, исследователи поняли, почему ранее жуки не обращали внимания на звезды. Эксперименты проводились в Южной Африке осенью, в октябре. В это время года Млечный Путь там находится очень низко, у самого горизонта, и ориентироваться по нему сложно.

Эксперименты ученых на этом не остановились. Исследователи намерены выяснить, что же жуки-скарабеи предпочитают: звезды или Луну? К тому же осталось неясным, каким образом насекомые определяют положение светил. Какие нервные механизмы в этом задействованы? И вообще, зачем природа наделила этих жуков возможностями ориентироваться по небесной карте?..

Чистоплотные жуки

Насекомым, оказывается, не чужды гигиенические процедуры. Уже достаточно давно исследователи обратили внимание, что насекомые, как и млекопитающие, порой «умываются». Только долгое время ученые не могли понять, зачем им гигиена? С хищниками все ясно: они смывают с себя чужие запахи, чтобы те не выдали их на охоте. Существовало множество гипотез, пытающихся объяснить такое высокоорганизованное поведение насекомых. Но все они не были подтверждены экспериментально.

Группа ученых под руководством М. Жуковской задалась этим вопросом. Результаты экспериментов были опубликованы в 2013 году в одном из ведущих американских научных журналов «Proceedings of the National Academy of Sciences».

Помимо российских энтомологов, в составе группы были и исследователи из Университета штата Северная Каролина. Наблюдения показали, что насекомые, «умываясь», «чистят» свои «антенны». На вопрос «зачем» энтомологи отвечают: жучки счищают с усиков восковой налет. Дело в том, что на хитине усиков образуются своеобразные углеводные выделения, благодаря которым чувствительность антенок повышается. Но переизбыток вещества тоже вреден. Если его излишки не счищать, насекомые могут потерять не только обоняние, но и способность ориентироваться в пространстве. Каким образом исследователи смогли выяснить этот факт?

Они провели целый цикл экспериментов. В качестве «подопытных» были избраны американские тараканы (лат. Periplaneta americana). Энтомологи склеивали насекомым мандибулы (челюсти) таким образом, что жуки не могли чистить антенны. В некоторых опытах ученые надевали на усики насекомых колечки, мешающие гигиенической процедуре. После чего на помощь приходил сканирующий микроскоп.

В ходе наблюдений выяснилось, что всего через сутки на антеннах собирается воск, его образуется почти в 4 раза больше, чем на усиках умывающихся тараканов. Воск забивает чувствительные клетки – сенсиллы, – и насекомые теряют обоняние. А это значительно усложняет их жизнь.

Американский таракан (Periplaneta americana)

Избегающий гигиенических процедур таракан может ощутить половые феромоны (продукты внешней секреции), только если их концентрация превышает обычную в шесть раз! Вряд ли «грязнуля» сможет найти себе партнершу для продолжения рода.

Экспериментаторы проверили это следующим образом. Они поставили в «манеже» с тараканами емкость, в которой содержались половые феромоны. Особи с чистыми усиками прибегали к имитации самок в несколько раз быстрее.

Выводы, полученные учеными в ходе экспериментов, были проверены и на других видах насекомых. Это рыжий таракан, или прусак (лат. Blattella germanica), муравей-древоточец (лат. Camponotus herculeanus), комнатная муха (лат. Musca domestica). Муравью и мухе, чтобы они не смогли «умыться», исследователи удаляли передние конечности. Ученые получили аналогичные результаты. На нечищеных антеннах тоже скапливался воск в 3,5, 4,5 и 1,8 раз больше нормы.

Рыжий таракан (Blattella germanica)

Красногрудый муравей-древоточец (Camponotus herculeanus)

Комнатная муха (Musca domestica)

Зачем же насекомым воск, раз он «мешает жить» и заставляет уделять время гигиене? На этот вопрос ученые тоже смогли дать ответ. Это вещество защищает организм жучков от проникновения активных веществ.

Впрочем, энтомологам предстоит немало работы. Ведь до сих пор неизвестно, каким образом насекомые умудряются регулировать выделение воска.

Тремя годами ранее, в 2010 году, М. Жуковская занималась изучением воздействия запахов на тех же американских тараканов. Исследовательница выяснила, что при искусственном внедрении запахов в вольер, где содержались насекомые, они начинали значительно чаще чистить свои усики. На процесс «умывания» к тому же затрачивалось больше времени. При этом частота «мытья» лапок не менялась. Вероятно, это открытие и привело исследовательницу к дальнейшему изучению значения умывания в жизни насекомых.

Живые огоньки

Вы хоть раз видели светящегося «просто так» человека? Или кошку? Вряд ли. Конечно, в природе много удивительного. Биолюминесценцией, или способностью испускать свечение, обладают некоторые живые организмы. Это отдельные виды бактерий, грибов, медуз и костистых рыб. Своими способностями они обычно пользуются в темных пещерах или недрах океана, освещая свой путь.

Изучение биолюминесценции животных увлекало многих специалистов. Научные исследования этого удивительного явления начались в 1887 году. Первые опыты проводились на водных обитателях. Ведь именно подводные жители нередко отличаются способностью испускать свет. Физиолог Р. Дюбуа во Франции для изучения химических особенностей биолюминесценции использовал бурильщика, одного из съедобных моллюсков. В холодной воде вытяжка моллюска несколько минут излучала свет, после чего феномен свечения исчезал. Но исследователь продолжал опыты. И если к вытяжке добавлялся экстракт, полученный ополаскиванием морского создания теплой водой, жидкость снова светилась. Ученый предположил, что свечение вовсе не стало следствием подогрева воды. Напротив, именно «теплый» экстракт – основа для начала биолюминесценции. Вещество, содержащееся в экстракте, Дюбуа назвал люциферином (от лат. Lucifer – светоносный). Вещество же, содержащееся в холодной воде, получило название люцифераза – биологический катализатор процесса свечения.

Е. Гарвей, ученый из США, описал реакции люциферазы в различных организмах. Благодаря его исследованиям стало понятно, что подобные реакции могут быть нескольких типов. Морской рачок кипридина, обитающий в Японском море, стал объектом опытов ученого. Это создание может светиться. Японские солдаты даже использовали высушенных рачков в качестве фонариков: насыпали порошок из них на ладонь и смачивали водой. Света, излучаемого субстанцией, хватало для чтения, при этом он был незаметен противнику. А несколько лет назад биохимики из Японии сумели выделить из кипридины светящееся вещество – люциферин. Они определили, что люциферин морских обитателей похож по молекулярной структуре на то же вещество светлячков.

Светиться могут и кольчатые черви, и одноклеточные организмы. Но это явление, как мы уже говорили, значительно чаще встречается среди морских обитателей. На суше нередко встречается свечение грибов. Наверное, многие из вас видели, как светятся гнилые пни. Явление биолюминесценции изучено сравнительно неплохо. Ученые знают, что свечение происходит благодаря окислительным процессам в клетках. Для получения этого феномена в клетке должны присутствовать такие вещества, как рибофлавин, фермент, альдегид и кислород.

Но по сей день загадкой являются причины свечения насекомых. А их достаточно много. Известны светящиеся мушки, личинки некоторых мух, жуки-щелкуны и ногохвосты. Разумеется, самые популярные светящиеся жуки – это светляки и их личинки.

Самыми известными «огоньками» являются светляки. Эти жуки семейства Lampyridae встречаются практически повсеместно. Они предпочитают выбирать в качестве места жительства влажные, сырые места. Любят обитать и среди опавших листьев. Личинки светляков зимуют в специальных пещерках под землей или под камнями. Светляки – хищники, они питаются мелкими личинками других насекомых, а порой даже улитками и пауками.

Таинственный зеленоватый свет светлячков с древности привлекал людей. Когда-то этих насекомых называли живыми светильниками. Их держали в маленьких клетках, чтобы освещать с их помощью жилища.

Светляк (Lampyris)

Тельца светляков снабжены кольцами так называемых фотоцит, отражающих клеток. Внутри этих клеток есть активные вещества: белки и ферменты, которые при смешивании с кислородом могут испускать свечение. Впрочем, ученые пока еще не поняли, как же работает «выключатель» у этих насекомых. Существует только следующее предположение, пока принимаемое как наиболее достоверное.

За свечение «отвечает» специальный орган в теле этих насекомых. Именно он, когда возникает необходимость «включить освещение», направляет кислород на соединение с другими химическими веществами, отвечающими за процессы биолюминесценции. Как только необходимость в свечении отпадает, кислород «перекрывается». Поскольку светляки, как и прочие насекомые, не обладают легкими, они оснащены сложной системой трубочек-трахеол. Именно по ним и поступает кислород. Что удивительно, мышцы, управляющие трахеолами, работают медленно. И ученые долгое время не могли понять, как же могут эти жучки-светлячки стремительно «выключать» освещение. Но после длительного изучения им удалось установить, что тело насекомых вырабатывает окись азота. Это вещество, повинуясь команде нервного центра, в нужное время «вытесняет» кислород.

По-прежнему открытым остается вопрос о значении световых сигналов. Ученые предполагают, что таким образом жучки могут «общаться» с соседями. Как такое возможно?

Светится обычно конец брюшка насекомого. Тельце жука в этом месте прикрыто прозрачной кутикулой и состоит из отражающих клеток. К ним подходят нервы и трахеи. Роль отражателей нередко играют клетки, заполненные кристаллами мочевой кислоты.

Исследователей вообще интересуют необычные способности, которые встречаются в природе. Только представьте: если человек раскроет тайну светимости и начнет использовать ее в своих целях, как может измениться наша жизнь! Как минимум, значительно сократятся расходы на электроэнергию. Эффективность светимости светляков поистине удивительна: почти 98 % энергии у них превращается в световую! Для сравнения: энергосберегающая лампа, наиболее эффективная в наши дни, испускает лишь 45 % затраченной энергии.

В Американском музее естественной истории в 2012 году проходила выставка биолюминесценции. Работники выставки рассказывали о многофункциональности этой способности насекомых. Биолюминесценция служит для самых разных целей. Например, светлячки с помощью своих световых сигналов привлекают партнеров. Оказывается, светиться они могут по-разному. И для того чтобы жука, готового к продолжению рода, в ночной тьме заметила самочка, он начинает светиться. Кроме того, свет для этих жуков – своеобразный защитный механизм. Хищники побаиваются нападать на такую странную добычу, ведь они понимают, что могут столкнуться с токсичными веществами.

В лесах, покрывающих предгорья Кавказа, можно ночью насладиться удивительным зрелищем. Огромное количество летающих жуков-светляков люциола мингрелика (лат. Luciola mingrelica) создает картину удивительного, сложного рисунка-танца. И самцы, и самки светляков этого рода обладают крыльями и способностью к полету. Также их организмы «оборудованы» органами свечения. Но светятся они совершенно различно. Светляки словно пульсируют, испуская кто более, кто менее яркие световые лучи. Зрелище феноменальное!

Танец светлячков

Еще более удивительную картину можно увидеть в Малайзии. Светляки рода фриксотрикс (лат. Phrixothrix) устраиваются на деревьях и кустарниках. После чего самцы синхронно «включают» и «выключают» свои огоньки. Самки отвечают им тем же самым. В итоге зритель ощущает себя словно новогодней ночью перед гирляндами.