Имеют ли способность эхолокации землеройки. В мире животных

Современные китообразные составляют два подотряда: усатые (Mystacoceti) и зубатые (Odontoceti) киты. Возможность использования эхолокации для обнаружения предметов в воде была показана впервые у дельфинов в 1958 г. Оценку порога сонарной системы дельфина производили в бассейне с натянутыми проволоками. Если у животных выключить зрение (на глаза надевали резиновые присоски), то они, ориентируясь только сонарной системой, в 100 % случаев избегали проволок диаметром 2,8-4 мм и в 90 % - проволок диаметром 0,5-2,8 мм и только при диаметре 0,2 мм число правильных проходов составило 46 %. Длительность импульса от 3 до 1,2 мс, частота заполнения 2 кГц, частота повторений до нескольких сот в секунду. Спектральный анализ показал, что частотный анализ излучаемых импульсов простирается до 170 кГц, но основная энергия концентрируется в диапазоне до 30 кГц. Интенсивность излучаемого сигнала сонарной системой составила по этим измерениям 70 дБ (фоновый шум в бассейне 35 дБ).

Весь диапазон звуков, излучаемых дельфинами (зубатые киты), разделяют на три категории: 1) эхолоцирующие сигналы (щелчки) - широкополосные высокочастотные импульсы, используемые для ориентации, поиска пищи и пр.; 2) коммуникационные сигналы, издаваемые дельфинами для общения между собой, в основном представлены свистами; 3) сигналы эмоционального и подражательного характера, которые через гидрофон прослушиваются как мяуканье, карканье и т.д.; биологическое значение этих звуков не исследовано. Для определения расстояния дельфины используют принцип временной задержки: измерение времени между излученным и отраженным импульсами.

Сигналы усатых китов впервые зарегистрированы в начале 1960-х годов. Это были низкочастотные сигналы, порядка 20 Гц, длительностью 1 с, которые через гидрофон прослушивались как крики и стоны. Биологическое значение этих звуков изучено недостаточно. Способ излучения акустических сигналов китообразных существенно отличается от того, как это происходит у наземных млекопитающих. У зубатых и усатых китов по-разному устроены дыхательные системы, но и у тех, и у других дыхательное отверстие открывается на темени. У зубатых китов дыхательная система полностью обособлена, тогда как у усатых китов, так же как у других млекопитающих, дыхательная система в глотке пересекается с пищеварительной системой. У зубатых китов имеется сложная система воздухоносных полостей (мешков), которые примыкают к надчерепным носовым проходам. У усатых китов подобные образования отсутствуют, но у них есть своеобразный гортанный мешок. Излучение звуков происходит по свистковому типу. Считают, что локационные сигналы генерируются при прохождении звуков между стенками наружного носового прохода и внутренними носовыми пробками. Кости черепа, вероятно, отражают звук вперед, а жировая подушка, столь характерная для рострума дельфинов, играет роль линзы, которая сужает или расширяет звуковой пучок путем изменения формы лобного выступа (рис. 14.46). Таким образом, предполагают, что дельфин способен фокусировать звуковой пучок. Например, при нахождении рыбы ниже челюстей дельфина, он ее не обнаруживает, но как только рыба перемещается выше челюстей, она сразу обнаруживается.

Строение органов слуха китообразных. Наружное ухо у китообразных редуцировано до узкого прохода (1,5-2 мм), который открывается наружу сзади глаз. Ушные раковины отсутствуют. Почти сразу за наружным слуховым отверстием слуховой проход резко сужается, а в жировом слое полностью зарастает. Пройдя жировой слой, слуховой проход делает S-образный изгиб, и в нем снова появляется просвет, который заканчивается у видоизмененной барабанной перепонки (она имеет форму сложенного зонтика).

Среднее ухо у китообразных массивное по сравнению со средним ухом наземных млекопитающих. Вершина барабанной перепонки соединена под углом с укороченной рукояткой молоточка, который, в свою очередь, связан тонким отростком с барабанной костью. Все три слуховые косточки (молоточек, наковальня, стремечко) плотные, небольшой величины, жестко соединены между собой. Система среднего уха специализирована для передачи звуков широкого частотного диапазона, включая ультразвуки.

Внутреннее ухо имеет черты приспособления к восприятию высокочастотных звуков. У китообразных, особенно у зубатых китов, улитка сильно увеличена по сравнению с вестибулярным аппаратом, особенно сильно развит базальный виток. Базилярная мембрана у основания узкая (ширина около 25 мкм), к вершине расширяется до 350 мкм (примерно в 14 раз). Количество волосковых клеток примерно такое же, как у человека. Строение кортиева органа такое же, как у наземных млекопитающих.

Методом регистрации микрофонного потенциала показано, что наружный слуховой проход не участвует в проведении звука. Предполагают, что волноводом служит нижняя челюсть и через нее звуковая волна достигает структур среднего уха. При плавании дельфины совершают маятниковые движения рострумом; считают, что таким образом дельфин как бы сканирует окружающее пространство.

Китообразные ведут водный образ жизни, поэтому их череп не может выполнять роль изолятора между двумя ушами. В связи с этим у китообразных структуры уха не срастаются с черепом, а подвешены на короткой сухожильной связке. Среднее ухо и внутреннее ухо располагаются в одном костном образовании (os petrotympanicum). В результате этого орган слуха механически достаточно надежно изолирован от костей черепа. Другая особенность заключается в том, что среднее ухо и внутреннее ухо окружены специальным синусом, заполненным воздухом и пеной из белковой эмульсии, что также способствует изоляции структур уха от черепа.

Строение и физиология слуховых центров изучены недостаточно, но необходимо отметить очень сильное развитие подкорковых слуховых центров.

И дельфины испускают ультразвук. Зачем это нужно и как оно работает? Давайте разберемся, что такое эхолокация и как она помогает животным и даже людям.

Что такое эхолокация

Эхолокация, также называемая биосонаром, представляет собой биологический гидролокатор, используемый несколькими видами животных. Эхолоцирующие животные излучают сигналы в окружающую среду и слушают отголоски тех вызовов, которые возвращаются из разных объектов рядом с ними. Они используют эти эхо-сигналы для поиска и идентификации объектов. Эхолокация применяется для навигации и для фуража (или охоты) в различных условиях.

Принцип работы

Эхолокация - это то же самое, что и активный сонар, который использует звуки, воспроизводимые самим животным. Ранжирование осуществляется путем измерения временной задержки между собственным звуковым излучением животного и любыми эхо-сигналами, возвращающимися из окружающей среды.

В отличие от некоторых гидролокаторов, созданных человеком, которые полагаются на чрезвычайно узкие лучи и множество приемников для локализации мишени, метод эхолокации животных основан на одном передатчике и двух приемниках (уши). Эхо-сигналы, возвращающиеся к двум ушам, поступают в разное время и на разных уровнях громкости, в зависимости от положения объекта, генерирующего их. Различия во времени и громкости используются животными для восприятия расстояния и направления. С эхолокацией летучая мышь или другое животное может видеть не только расстояние до предмета, но и его размер, то, какое это животное, и другие особенности.

Летучие мыши

Летучие мыши используют эхолокацию для навигации и фуража, часто в полной темноте. Они обычно выходят из своих ночлегов в пещерах, чердаках или деревьях в сумерках и охотятся за насекомыми. Благодаря эхолокации летучие мыши заняли очень выгодную позицию: они охотятся ночью, когда много насекомых, меньше конкуренции за еду и меньше видов, которые могут охотиться на самих летучих мышей.

Летучие мыши генерируют ультразвук через гортань и излучают звук через открытый рот или, что гораздо реже, нос. Они испускают звук в диапазоне от 14 000 до более 100 000 Гц, в основном за пределами человеческого уха (типичный диапазон слуха человека - от 20 Гц до 20 000 Гц). Летучие мыши могут оценить перемещение целей путем интерпретации картин, вызванных отражением эхо-сигналов от специального лоскута кожи во внешнем ухе.

Отдельные виды летучих мышей используют эхолокацию в определенных диапазонах частот, которые соответствуют их условиям жизни и типам добычи. Это иногда использовалось исследователями для определения вида летучих мышей, населяющих этот район. Они просто записывали их сигналы с помощью ультразвуковых регистраторов, известных как детекторы летучих мышей. В последние годы исследователи из нескольких стран разработали библиотеки сигналов летучих мышей, которые содержат записи местных видов.

Морские животные

Биосонар ценен для подотряда зубатых китов, который включает в себя дельфинов, касаток и кашалотов. Они живут в подводной среде обитания, которая обладает благоприятными акустическими характеристиками, и где видение чрезвычайно ограничено из-за мутности воды.

Наиболее значимых первых результатов в описании эхолокации дельфинов добились Уильям Шевилл и его жена Барбара Лоренс-Шевилл. Они занимались кормлением дельфинов и однажды заметили, что те безошибочно находят кусочки рыбы, которые бесшумно опускались в воду. За этим открытием последовал ряд других экспериментов. На данный момент установлено, что дельфины используют частоты в диапазоне от 150 до 150 000 Гц.

Эхолокация синих китов изучена намного меньше. Пока что только строятся предположения, что «песни» китов - это способ навигации и связи с сородичами. Эти знания используются для подсчета популяции и для слежения за миграциями этих морских животных.

Грызуны

Понятно, что такое эхолокация у морских животных и летучих мышей, и для чего она им нужна. Но зачем это грызунам? Единственными наземными млекопитающими, способными к эхолокации, являются два рода землероек, тейреки с Мадагаскара, крысы и щелезубы. Они испускают серию ультразвуковых скрипов. Они не содержат эхолокационных откликов с реверберациями и, по-видимому, используются для простой пространственной ориентации на близком расстоянии. В отличие от летучих мышей, землеройки используют эхолокацию только для изучения мест обитания добычи, а не для охоты. За исключением больших и, таким образом, сильно отражающих объектов (к примеру, большой камень или ствол дерева), они, вероятно, не способны распутывать эхо-сцены.

Самые талантливые эхолокаторы

Кроме перечисленных животных, есть и другие, способные заниматься эхолокацией. Это некоторые виды птиц и тюленей, но самые изощренные эхолокаторы - это рыбы и миноги. Раньше учёные считали летучих мышей самыми способными, но в последние десятилетия выяснилось, что это не так. Воздушная среда не располагает к эхолокации - в отличие от водной, в которой звук расходится в пять раз быстрее. Эхолокатором рыб является орган боковой линии, который воспринимает вибрации окружающей среды. Используется как для навигации, так и для охоты. У некоторых видов есть ещё и электрорецепторы, которые улавливают электрические колебания. Что такое эхолокация для рыб? Часто это синоним выживания. Она объясняет, как ослепшие рыбы могли доживать до почтенного возраста - им и не нужно было зрение.

Эхолокация у животных помогла объяснить схожие способности у слабовидящих и незрячих людей. Они ориентируются в пространстве с помощью издаваемых ними щелкающих звуков. Ученые говорят, что такие короткие звуки издают волны, которые можно сравнить со светом карманного фонарика. На данный момент слишком мало данных для разработки этого направления, поскольку способные эхолокаторы среди людей - большая редкость.

Саранча как объект исследования. Классификация и распространение саранчи

Прежде чем рассматривать полет саранчи, а также механизмы, обеспечивающие его, коснемся вопроса, уже несомненно возникшего у многих читателей: почему так получилось, что именно саранча стала тем насекомым, полет которого в настоящее время оказался изученным лучше всего? Ведь исследовались механизмы полета и других насекомых - мух, стрекоз, бабочек… Почему же саранче «повезло» больше всех? И имеются ли здесь какие-либо объективные причины?

Такие причины имеются. Дело в том, что изучая какую-нибудь сложную проблему (а согласитесь, что проблема полета насекомых именно такой и является), очень важно правильно выбрать объект изучения. Это во многом определяет успех всей работы. Возьмите обыкновенную лягушку. Сколько открытий на заре нейрофизиологии было сделано на таком относительно простом и легкодоступном материале! А представьте себе, что лягушка была бы сверхсложным и капризным в работе животным, доставать лягушек было бы страшно трудно, например, экспериментатор ждал бы каждый раз начала лета, чтобы с неимоверными трудностями поймать два-три экземпляра! Конечно, ни о какой систематической работе тогда не могло бы быть и речи.

Итак, простота и доступность. Отвечает ли этим критериям саранча? Отвечает. Относится она не к самым высокоорганизованным насекомым, полет ее мощен, надежен, но не слишком сложен. В природе саранчи очень много (некоторые даже скажут - слишком много!). И наконец, разводить ее в условиях лаборатории удается круглый год и в больших количествах.

Не менее важно и то, что саранча - крупное насекомое с твердым наружным скелетом. Ведь, изучая механизмы, обеспечивающие полет насекомого, мы не можем ограничиваться одним созерцанием полета. Нам мало знать, что насекомое летает «хорошо» или «плохо», что оно способно или не способно, например, к стоячему полету. Изучая нейронные механизмы полета насекомого с помощью современной техники, необходимо добираться до всех звеньев его летательной системы, «влезать» внутрь насекомого - вводить туда электроды и другие приспособления. И чем крупнее насекомое, чем жестче его наружный скелет, тем легче все это осуществить. Так что саранча удобна и в этом отношении.

Саранча - серьезный вредитель сельского хозяйства. Таким образом, ее изучение имеет большое народнохозяйственное значение. Фактор тоже немаловажный.

И последнее. Малоперспективно изучать локомоторные механизмы у животного, не зная его образа жизни, поведенческих реакций, циклов развития. В этом отношении саранча находится в особом положении по сравнению с другими насекомыми: ее жизнь и повадки изучали такие специалисты, как Б. П. Уваров и Г. Я. Бей-Биенко, а в Англии для этой цели даже создан специальный Международный противосаранчовый центр. Познакомимся же с саранчой поближе.

Прежде всего, заметим, что понятие «саранча» - собирательное, так как существует много видов этих насекомых. Однако под саранчой понимают обычно стадные виды (нестадные называют кобылками) (Впрочем, как впервые установил Б. П. Уваров, и стадные виды саранчи при определенных условиях развития (степень скученности, эффект группы и др.) способны давать одиночные формы. Даже внешность у насекомых-одиночек существенно иная: другая окраска, пропорции тела (особенно это заметно по длине задних ног и крыльев, форме переднегрудки). Такое явление получило название фазовой изменчивости, оно обратимо). Различают: перелетную, или азиатскую, саранчу, красную саранчу, пустынную саранчу, мароккскую саранчу и другие виды. Однако нас в дальнейшем будут интересовать лишь наиболее изученные в плане поведения и с физиологической точки зрения пустынная и перелетная саранча. Вот «визитная карточка» этих видов.

Класс - насекомые (Insecta)

Подкласс - открыточелюстные, или настоящие, насекомые (Ес-tognatha)

Раздел - крылатые насекомые (Pterygota)

Отдел - насекомые с неполным превращением (Hemimetabola)

Надотряд - ортоптероидные (Orthopteroidea)

Отряд — прямокрылые (Orthoptera) Подотряд - короткоусые (Brachycera) Надсемейство - саранчовые (Acrididea) Семейство - настоящие саранчовые (Acrididae) Подсемейство: Acridinae и Catantopinae Род: Locusta и Schistocerca

Вид: перелетная саранча (Locusta migratoria L.) и пустынная саранча (Schistocerca gregaria Forsk.)

Различают еще подвиды саранчи, например среднерусскую перелетную саранчу и др., но таких деталей мы касаться не будем. К «паспортным» же данным саранчи дадим одно пояснение. Саранча относится к насекомым с неполным превращением. Это означает, что от момента появления на свет до взрослого состояния она проходит лишь три стадии развития: яйцо - личинку - имаго (взрослое насекомое), в то время как насекомые с полным превращением, например бабочки или мухи, имеют четыре стадии: яйцо - личинку - куколку - имаго.

Личинки саранчи по внешнему виду похожи на взрослых насекомых, но летать не могут: они обладают лишь зачатками крыльев. Линяя, т. е. сбрасывая старую и получая новую, более просторную кутикулу, личинки растут и после последней, пятой линьки, наконец, окрыляются, превращаясь во взрослое насекомое.

Через несколько дней после окрыления саранча приобретает способность к полету. Однако требуется еще некоторое время для того, чтобы летные способности насекомого проявились полностью.

Области распространения пустынной и перелетной саранчи весьма обширны. Перелетная саранча живет в Азии, Южной Европе, Африке, Австралии и Новой Зеландии. Пустынная - в сухих районах Передней Азии, Северо-Западной Индии, а также в Северной и Центральной Африке. Оба эти вида саранчи могут залетать в больших количествах и на юг нашей страны. Особенно опасны нашествия очень подвижной и выносливой пустынной саранчи. Наиболее крупное такое нашествие за последние 60 лет в южные районы СССР наблюдалось в 1929 г., когда полчища пустынной саранчи оккупировали площадь более 1,5 млн. га. В 1962 г. пустынная саранча из Ирана и Афганистана проникла в Туркмению, причем фронт ее распространения составил около 160 км.

Что же касается перелетной саранчи, то гнездится она (в сравнительно небольших количествах) и на территории нашей страны: в центре европейской части она живет в песчаных местах, а в южных районах (в Средней Азии, Казахстане) предпочитает сырые болотистые места с густыми зарослями тростника и травы.

Строение тела саранчи, а также некоторых систем, обеспечивающих ее полет

Перелетная и пустынная саранча отличаются друг от друга по размерам (пустынная саранча несколько крупнее, но в целом насекомые обоих видов могут достигать в длину 6 см), окраске и некоторым другим признакам. Однако по общей организации, пропорциям тела пустынная и перелетная саранча достаточно близки. Большое сходство в структурно-функциональной организации летательных систем этих видов насекомых позволит нам рассматривать приводимые ниже данные в значительной степени обобщенно.

Как же устроено тело саранчи, в чем его особенности по сравнению с другими насекомыми? Приведем лишь самые основные сведения, которые должны облегчить понимание излагаемого в дальнейшем материала (см. фотографию I на вклейке).

Голова саранчи имеет овальную, вытянутую сверху вниз форму. Передняя ее поверхность образована лбом. По его сторонам располагаются щеки. Кверху лоб и щеки переходят в темя. Позади щек находятся защеки. Заднюю часть головы составляет затылок. Подо лбом лежит пла­стинка - наличник, к которому причленяется верхняя губа, прикрывающая сверху ротовые органы. Ротовой аппарат у саранчи грызущего типа. По бокам головы, ближе к ее верхней части, находятся два сложных глаза, а спереди, между ними и несколько ниже,- три глазка. Между сложными глазами, по бокам лба, располагаются антенны. У саранчи они короче половины длины тела. Отсюда, между прочим, и название подотряда, к которому относятся эти насекомые,- короткоусые. Некоторые детали головы саранчи можно видеть на фотографии II.

Грудь саранчи несет три пары конечностей и две пары крыльев. Крылья крупные: у перелетной саранчи, например, передние крылья имеют в длину 42-54 мм у самцов и 46-56 мм у самок (самки несколько больше самцов по размеру). Примерно такова же длина и задних крыльев (рис. 12). Саранча относится к заднемоторным насекомым, и задние крылья у нее ведущие. Как видно на фотографии, по форме, величине поверхности и по строению они отличаются от более узких и плотных передних и в раскрытом состоянии похожи на веер. Хотя задние крылья крупнее передних, в сложенном виде эти крылья располагаются под передними, которые таким образом выполняют защитную функцию, предохраняя нежные задние крылья от возможных повреждений при перемещении насекомого по земле. Из трех пар ног саранчи две первые имеют сходное строение и являются ходильными. Задние конечности превратились в прыгательные, хотя помогают насекомому и в ходьбе.

Брюшко имеет сильно вытянутую форму и состоит из ряда сегментов, связанных эластичными мембранами. Поскольку у саранчи некоторые элементы сегментов смещены, тергитов в брюшке оказывается больше, чем стернитов: соответственно - у самцов 10 и 9, у самок - 10 и 8.

Центральная нервная система. В состав ее у саранчи входит десять ганглиев: надглоточный, подглоточный, три грудных и пять брюшных. Двигательным поведением непосредственно управляют три грудных ганглия. Вот как выглядят эти ганглии с основными отходящими от них нервами у перелетной саранчи (рис. 13). Последний из грудных ганглиев сложный и состоит из четырех нейромеров: грудного и трех брюшных. Каждый из грудных ганглиев управляет работой одной пары ног своего сегмента, I и II ганглии - работой крыльев первой пары, а II и III ганглии - работой крыльев второй пары. Таким образом, II грудной ганглий саранчи работает по отношению к крыльям сразу «на два фронта».

Со структурой и функцией важнейших органов чувств, обеспечивающих работу крылового аппарата саранчи, мы познакомимся по ходу изложения в последующих главах.

Дыхательная система. Как и многие другие насекомые, саранча обладает хорошо развитой трахейной системой. Ее обслуживают десять пар дыхалец: две пары грудных и восемь пар брюшных. Однако трахейная система груди саранчи имеет важную особенность: она устроена таким образом, что имеет возможность функционировать автономно. Такая необходимость возникает у насекомого во время полета. Рассмотрим сначала последовательность событий при дыхании саранчи в покое.

Воздух входит в трахейную систему в этом случае через дыхальца первых четырех пар (всех грудных и первых двух брюшных), а выходит через оставшиеся брюшные. Направленный ток воздуха создается координированной работой дыхалец: при вдохе саранча закрывает задние брюшные дыхальца и открывает дыхальца первых четырех пар: воздух поступает в грудную часть трахейной системы. Затем дыхальца первых четырех пар закрываются и открываются дыхальца остальных шести пар. В результате воздух прогоняется через все тело саранчи, выходя через задние дыхальца, т. е. движется от передней части тела к задней. В состоянии покоя дыхательные движения саранчи обеспечиваются сокращениями мышц брюшка.

Во время полета вентиляторные движения брюшка саранчи резко увеличиваются и по частоте, и по амплитуде. При этом, естественно, увеличивается снабжение органов и тканей насекомого кислородом, а также усиливается ток гемолимфы и, следовательно, улучшается доставка питательных веществ к крыловым мышцам.

Однако, даже работая на полную мощность, брюшко способно «прогонять» лишь 150 мл воздуха на 1 г веса саранчи в час, а этого в полете оказывается недостаточно. Поэтому для вентиляции саранча начинает активно использовать движения грудного отдела. Увеличиваясь в объеме и работая в ритме крыловых биений, грудь дает саранче около 350 мл воздуха на 1 г веса в час, что вполне покрывает потребности крыловых мышц, поскольку в полете грудь работает в основном на крыловые мышцы.

Понятно, что режим работы дыхалец во время полета саранчи теперь уже иной. Согласно данным английского исследователя П. Миллера, дыхальца первой пары, как и дыхальца четвертой-десятой пар, работают хотя и более часто, но по-прежнему ритмически открываясь и закры­ваясь. Дыхальца первой пары снабжают кислородом голову и грудные ганглии, а дыхальца четвертой - десятой пар - брюшко. Однако дыхальца второй и третьей пар, обеспечивающие крыловые мышцы, работают теперь совсем по-другому: в полете эти дыхальца вообще не закрываются, а периодичность притока и оттока воздуха регулируется за счет движений самих крыловых мышц.

Подсчеты ряда авторов показывают, что общая эффективность работы трахейной системы саранчи достаточно высока: если пустынная саранча в покое потребляет 0,63 мл кислорода на 1 г веса в час, то в полете потребление кислорода может увеличиваться до 30 мл на 1 г за час, т. е. возрастать почти в 50 раз!

Интересно, что далеко не все насекомые в полете активно включают в вентиляторные движения грудь. Помимо саранчи, этот способ в явной форме реализуют, пожалуй, лишь стрекозы. Помогает вентиляции, хотя и в меньшей степени, грудь у чешуекрылых и жесткокрылых. Однако перепончатокрылые и двукрылые обходятся в основном работой одного брюшка.

Жировое тело и источники энергии в полете. Хотя основным «горючим» у саранчи в полете служит жир, накапливаемый в жировом теле (В жировом теле, несмотря на такое название, депонируются не только жиры, но и белки и углеводы (гликоген). С другой стороны, помимо жира жирового тела, во время полета саранча может, по-видимому, утилизировать также и жир, имеющийся в самих мышцах между волокнами), в начале полета насекомое использует не его, а углеводы (гликоген). Гликоген запасается в самих мышцах и поэтому всегда «под рукой». Кроме того, он быстрее жира способен диффундировать к местам потребления: молекулы у него меньше по размерам. Таким образом, гликоген выполняет функцию своеобразного «запального горючего». Поэтому полет саранча начинает очень энергично, и скорость ее в это время даже несколько выше обычной крейсерской. Однако вскоре запасы гликогена в крыловых мышцах начинают истощаться, и скорость полета падает. Вот тут-то в ход и пускается жир. Поставляемое к мышцам в виде жирных кислот новое «горючее» повышает скорость полета до крейсерской и уже поддерживает ее на этом уровне в течение многих часов.

Однако возникает вопрос: для чего саранче вообще требуется переходить на использование в полете жира? Ведь запасы гликогена, наверное, можно было бы увеличить до нужных количеств, разместив их если не в самих крыловых мышцах, то во всяком случае в жировом теле. Между прочим, именно углеводы, запасенные в виде гликогена, используют в качестве «горючего» на всем протяжении полета перепончатокрылые, двукрылые, таракановые и некоторые другие виды насекомых. Причин, почему саранча не следует примеру этих насекомых, несколько.

Во-первых, 1 г жира дает больше энергии, чем 1 г углеводов (9,3 и 4,1 ккал соответственно). Во-вторых, вес жира меньше, чем гликогена, в восемь раз, если взять равные по калорийности количества того и другого вещества. Поэтому в длительном полете выгоднее иметь запасы энергетически емкого и в то же время менее тяжелого «горючего». Не случайно 80-85% энергетических запасов у саранчи содержится в виде жира, причем около 90% этого количества предназначено для снабжения в полете крыловых мышц. В-третьих, еще одно. Жиры при сгорании дают примерно вдвое больше воды, чем углеводы, и это в какой-то степени компенсирует потери воды через кутикулу и трахейную систему во время длительного полета насекомого. Для саранчи же, совершающей свои перелеты в условиях сухого и жаркого климата, это обстоятельство представляется особенно важным.

Транспорт жирных кислот к крыловым мышцам обеспечивается кровью (гемолимфой). Кровеносная система у насекомых не замкнутая, и в ней нет привычных для нас сосудов за исключением «аорты». Направление тока гемолимфы создает сердце; ему помогают в этом особые диафрагмы.

Напомним, что циркуляция гемолимфы в процессе полета насекомого при сокращениях и расслаблениях крыловых мышц усиливается. При этом наличие в мышечных волокнах системы поперечных трубочек (Т-системы) позволяет доставлять гемолимфу прямо в глубь волокна, что резко уменьшает путь диффузии питательных веществ через ткани.

Перелеты во время миграций

Взрослая саранча способна к ходьбе, прыжкам и полету. Однако для личинок саранчи прыжки, сочетаемые с ходьбой, являются основным способом передвижения, и за время личиночной жизни некоторые стадные саранчовые способны преодолевать многие десятки километров.

С помощью ходьбы и прыжков может успешно перемещаться и взрослая саранча. Но, конечно, основным и наиболее эффективным способом преодоления расстояний у взрослого насекомого служит полет.

Перелеты во время миграций саранча совершает в стаях (о нестадных фазах саранчи речь в этой книге не пойдет). Наиболее хорошо изучено поведение таких стай у пустынной саранчи. Стаи передвигаются обычно двумя способами: низко - в нескольких метрах над землей (слоистый тип стаи) и высоко - до 1000 м и более над землей (кучевой тип стаи). В первом случае плотность стаи велика: от 1 до 10 насекомых в 1 м3, во втором - значительно меньше: 0,001-0,1 насекомых в 1 м3.

Образование стай того или иного типа зависит в основном от температуры почвы, с которой взлетает саранча, и воздуха, в котором проходит ее полет. Если температуры почвы и воздуха близки, саранча летит низко. Если разность температур достаточно велика- высоко, поскольку в этом случае возникает конвекция воздуха, направленная вверх: почва нагревается больше. Поэтому одна и та же стая саранчи в разных условиях способна летать по-разному: высоко или же низко, на «бреющем полете», и соответственно форма стаи может быть кучевой или слоистой. Нужно отметить, однако, что небольшие стаи (в поперечнике менее километра) имеют, как правило, кучевую форму независимо от токов воздуха.

Размеры стай могут сильно варьировать. «Средняя» по величине стая, когда садится на землю, занимает площадь 10 км2, крупная - 250 км2 и более. Подсчитано, что в стае, занимающей поверхность в 20 км2, находится около 1 млрд. насекомых. Понятно, что, хотя масса каждой саранчи невелика - 2-3 г, общая масса такой стаи огромна. Особенно крупные стаи образуются в так называемые неблагополучные годы, когда численность насекомых резко увеличивается. Эти годы характеризуются нашествиями саранчи. Тогда стаи насекомых способны растягиваться на многие десятки и сотни километров, а их масса достигает сотни тысяч и более тонн.

Перемещаются стаи саранчи по ветру из области более высокого в область более низкого барометрического давления. Это не только помогает саранче экономить силы, но и «автоматически» приводит насекомых в области, очень важные для их жизнедеятельности.

Дело в том, что в таких местах вследствие восходящих токов воздуха чаще выпадают осадки и соответственно гуще и сочнее растет трава, удобнее оказываются места для откладывания яиц и т. п. Тесная связь перелетов саранчи с направлением ветров (особенно устойчивых ветров) позволяет лучше прогнозировать появление стай насекомых и принимать необходимые меры для встречи незванных гостей. Все это имеет очень большое значение для сельского хозяйства многих развивающихся стран Африки.

Саранча предпочитает лететь днем, хотя полет стаи в ряде случаев может продолжаться и ночью (Отдельные особи одиночной фазы саранчи, как правило, совершают перелеты ночью. Таким образом, в этом случае меняются и очень важные особенности перелетов насекомого). Впрочем, ночью, особенно если она прохладная, саранча обычно отдыхает, неподвижно повиснув на растениях. При этом насекомые впадают в состояние холодового оцепенения, и их можно собирать буквально голыми руками. Так и поступают многие жители Африки, набивая саранчой це­лые мешки: эти насекомые здесь считаются деликатесом. Саранча может впадать и в тепловую депрессию, если температура ее тела становится выше 50° С.

Хотя скорость полета любой отдельной особи саранчи достаточно высока - 10-12 км/ч, а при попутном ветре и того больше, стаи летят обычно очень «неторопливо», со скоростью в несколько километров в час. Это на первый взгляд загадочное поведение стай саранчи объясняется просто: хотя вся стая (как целое) летит в одном общем направлении (по ветру), в разных местах стаи существуют небольшие группы насекомых, которые в большей или меньшей степени отклоняются от единого маршрута, а затем к нему возвращаются. Кроме того, если саранча летит не очень высоко, отдельные особи время от времени совершают посадку, а потом снова взлетают и следуют за стаей. Понятно, что все эти перемещения могут существенно уменьшать скорость полета всей стаи, что и происходит в действительности.

В результате такого способа преодоления пространства стая за сутки покрывает лишь несколько десятков, реже - сотню и более километров. Но при необходимости саранча может полностью реализовывать и свои стайерские (или даже марафонские) возможности. Такая необ­ходимость возникает, например, при перелетах стай саранчи через горы и водные преграды. Тогда характер движения стай меняется. Во всяком случае, насекомые не совершают посадок. Не удивительно, что и скорость полета стаи в целом значительно возрастает (до 30 км и более в час в зависимости от скорости попутного ветра).

Особенно длительные беспосадочные перелеты способна совершать пустынная саранча. Описаны случаи залета небольших стай этого вида из Северо-Западной Африки на Британские острова, причем весь путь (в 2400 км!) насекомые проделали без отдыха, поскольку все время летели над волнами Атлантического океана.

И если уж речь зашла о рекордах, то несколько слов о рекордах высоты. Хотя средняя высота полета стай саранчи (в стаях кучевого типа) составляет всего 500-600 м, стаи этих насекомых наблюдали и на высоте 2 км, а отдельные экземпляры - даже на высоте 6 км!

Совы определяют местоположение своей жертвы по звукам, исходящим от нее самой, но некоторые позвоночные извлекают информацию из слабых отражений (эхо) звуков, которые они же сами и издают. Такая эхо-локация (биосонар) особенно хороша развита у летучих мышей, но существует также у китов, дельфинов, землероек и некоторых птиц.
Давно известно, что летучие мыши могут свободно летать в совершенно темном помещении независимо от того, открыты ли их слабо развитые глаза. Одна из наиболее изученных летучих мышей-большой бурый кожан (Eptesicus fuscus). Летая в темноте, он издает звуковые импульсы, неслышимые для человека, так как частота их составляет примерно от 25 000 до 50 000 Гц. Каждый импульс, или «щелчок», длится около 10--15 мс, и такие импульсы могут повторяться около пяти раз в секунду. Получая информацию об окружающей среде с помощью эхо, летучая мышь способна избегать всяких препятствий и даже пролетать между проволоками, натянутыми в помещении.
Если летучая мышь приближается к особенно «интересному» предмету, например к летящему насекомому, число звуковых щелчков возрастает, а длительность каждого щелчка уменьшается, так что частота их может достигать 200 в секунду, а отдельный щелчок Длится Меньше 1 мс.
Одно из преимуществ использования высокочастотного звука (с короткой длиной волны) состоит в том, что его направленность гораздо точнее, чем у низкочастотного звука, который рассеивается слишком широко и дает диффузные отражения, не позволяющие точно засекать положение предметов. Кроме того, звуковые волны отражаются только от объектов, имеющих определенную минимальную величину по отношению к длине волн. Чем короче волны, тем меньше может быть предмет, дающий отчетливое отражение, и поэтому самые высокие частоты позволяют обнаруживать самые мелкие предметы.
Поразительное умение летучей мыши не натыкаться на тонкие проволоки можно испытать в длинном помещении, где животное имеет возможность летать взад и вперед. Если середину помещения разделить вертикальными проволоками, натянутыми с промежутками в 30 см, то для летучей мыши, не имеющей о них никакой информации, вероятность не наткнуться на проволоку составит 35%. Мышь успешно избегает проволок толщиной в несколько миллиметров, но если их толщина будет меньше 0,3 мм, то животное при полете будет чаще наталкиваться на них или касаться их. Если проволоки очень тонки - 0,07 мм, - число столкновений и прикосновений растет, а число удачных пролетов снижается до случайной величины 35%, такой же, как в опытах, где летучих мышей делают на время глухими, затыкая им уши (рис. 12.11)
Самые короткие волны, которые посылала летучая мышь, использованная в этих опытах (бурая ночница), -около 3 мм (100 000 Гц). Таким образом, животное обнаруживает предметы диаметром не более чем около Vio длины волны.

Акустическая ориентация, разумеется, особенно полезна животным, активным в темноте, но она играет также важную роль в глубоких или мутных водах. И дельфины, и киты пользуются эхо-локацией, чтобы избегать столкновения с предметами и с дном океана, а также при поисках пищи. Плавая в открытой воде, они встречают мало препятствий, но ночью и на глубинах, куда свет почти

Рис. 12.11. Избегание препятствий летучей мышью Myotis lucifugus при полете в темноте между рядом вертикальных проволок, разделенных промежутками в 30 см. Статистическая вероятность избегания проволок была равна 35%. Способность избегать проволок ухудшилась, когда их толщина была уменьшена до lt; 0,3 мм. (Griffin, 1958.)

или совсем не проникает, эхо-локатор помогает им избегать столкновения с дном. Способность находить пищу в темноте и при плохой видимости дает, конечно, большое преимущество.
Как дельфины используют акустическую активность, было показано на животных, содержавшихся в неволе. Обученный дельфин находит мертвую рыбу, брошенную в воду, и подплывает к ней с противоположного конца бассейна за несколько секунд, даже если вода настолько мутна, что человек совсем не видит рыбу. Если путь прегражден барьером из прозрачного пластика, дельфин немедленно находит отверстие, через которое проплывает без колебаний (Kellogg, 1958; Norris et al., 1961).
К другим млекопитающим, использующим акустическую ориентацию, или эхо-локацию, относятся землеройки, которые издают звуковые импульсы малой длительности и высокой частоты (до 50 000 Гц и более) (Gould et al., 1964).
Эхо-локация встречается и у птиц, ее используют по меньшей мере два рода: гуахаро (Steatornis) в Южной Америке и Colocalia в юго-восточной Азии. Эти птицы не являются близкими родственниками, но обе живут и устраивают гнезда в глубоких пещерах. Более известны гуахаро, которые свободно летают в темных пещерах, не наталкиваясь на стены и другие препятствия. Система эхолокации у них в принципе такая же, как у летучих мышей, но с той разницей, что издаваемые ими звуки имеют частоту всего лишь 7000 Гц. Поэтому их хорошо слышит человек, и их сравнивали с треском пишущей машинки. Если этим птицам заткнуть уши, они теряют способность ориентироваться в темноте, но все еще летают по светлому помещению, очевидно пользуясь для ориентации глазами (Griffin, 1953, 1954).

рефлекс?Какие бывают рефлексы? 5)У каких животных сетчатая нервная система? 6)Как устроена нервная система дождевого червя? 7)Расскажите о строение нервной системы позвоночных. 8)Какие отделы различают в головном мозге позвоночных? 9)Какие отделы головного мозга наиболее хорошо развиты у млекопитающих и почему? 10)Что такое кора головного мозга?Какого ее значение? 11)Что такое гормоны? 12)Какие железы,выделяющие гормоны,вы знаете у животных? 13)Что такое ростовые вещества и как они влияют на растение? СКАЖИТЕ УМОЛЯЮ)

каких животных сетчатая нервная система?

5) Как устроена нервная система дождевого червя?

6) Расскажите о строении нервной системы позвоночных?

7) Какие отделы различают в головном мозге позвоночных?

8) Какие отделы головного мозга наиболее хорошо развиты у млекопитающих и почему?

9)Что такое кора головного мозга? Каково его значение?

10) Что такое гормоны?

11) Какие железы, выделяющие гормоны, вы знаете у животных?

12)Что такое ростовые вещества и как они влияют на растение?

4-что такое артерия?

5-какие животные называются холоднокровными?

6-какие типы дыхания свойственны данным животным: насекомые;лягушка;рыба? 7-какую роль играет наружный скелет? Приведите примеры живых организмов.

8-что такое оплодотворение?

9-перечислите способы бесполого размножения. Приведите примеры.

2)Что такое авитаминоз? Какие авитаминозы вам известны, каковы их признаки? Как их можно избежать?
3)Почему людям необходима пища животного и растительного происхождения? Как следует готовит пищу, чтобы в ней сохранилось максимальное количество витаминов?
4)

сахар, соль, сода, уксусная кислота и многие другие), из чего-то состоят: предметы– из определённых деталей, эти детали состоят из веществ, а вещества, в свою очередь, состоят из мельчайших частиц– молекул и атомов. Атомы и молекулы, взаимодействуя друг с другом, образуют новые, более сложные вещества. Мельчайшие частицы, взаимодействуя между собой, образуют систему. Взаимодействующие между собой части системы называют элементами этой системы. Чем больше взаимодействующих элементов составляют систему, тем она сложнее. Вспомните хотя бы разные конструкторы. Чем больше в них деталей, тем сложнее и длительней будет их сборка. Детали различных приборов и механизмов, части организмов взаимодействуют между собой. В результате такого взаимодействия приборы нормально работают, а в организме идут процессы жизнедеятельности. И прибор, и организм– это системы, работающие благодаря взаимодействию деталей или органов. Но прибор– это неживая система, а организм– живая. Так как мы изучаем биологию, то нас будут интересовать живые системы, т.е. организмы. Примером не самой сложной системы в организме может служить рука человека. Она состоит из костей, мышц, связок. Лишённая хотя бы одного из составляющих элементов, рука работать не сможет. Рука является подсистемой(элементом) более сложной системы«человеческий организм». Глаза и уши, мозг и сердце, кости и мышцы– это элементы системы «человек». Все вместе они удивительно слаженно работают, образуя организм, хотя каждый из органов имеет свои особенности строения. Только взаимодействуя, отдельные органы образуют полноценный организм и обеспечивают его долгую и слаженную работу. Важно понять ещё одну мысль: свойства любой системы отличаются от свойств тех элементов, которые составляют систему. Так, например, лист, отделённый от растения, не способен создавать органические вещества, так как в него не поступает вода из корней. Клетка, лишённая ядра, не способна к размножению. Можно назвать много подобных примеров, чтобы доказать, что система приобретает новые свойства, которых не было у элементов, составляющих данную систему. Используя содержание текста«Что такое система?» и знания школьного курса биологии, ответьте на вопросы и выполните задание. 1) Что является главным условием возникновения системы? 2) Чем с позиции анатомии отличается система«рука» от системы«мышца»? 3) На примере строения цветка докажите, что это система. ПОМОГИТЕ ЗАВТРА ГИА