как насекомые приспособлены к полету какое это имеет значение для насекомых

Как насекомые приспособлены к полету

Насекомые (Insécta) — самый многочисленный, удивительный и разнообразный класс обитателей нашей планеты. Бронированные и летающие, землекопы и хищники, живущие в колониях и по одному, все они носят одно название — насекомые. Спустя 1000 лет, после того как их предки вышли из моря, насекомые покорили сушу, получили они и крылья, чтобы подняться в воздух, единственное место где нет никаких границ.

Как насекомые приспособлены к полету, и какое это имеет значение? Благодаря способности летать насекомые завоевали воздушный океан. Развиваясь в процессе эволюции, эта способность позволила им освоить места обитания, недоступные для других животных. Благодаря появлению крыльев, насекомые стали более быстрыми, маневренными, приобрели способность к регулярным миграциям, резко усложнилось их поведение. Увеличились возможности для питания и размножения и появились новые способы для избегания врагов.

Например, в полете бабочка крапивница подвергается двойному нагреванию: изнутри — от работы мышц, приводящих в движение крылья, и извне — от солнечных лучей; поэтому-то ее и можно встретить в горах Кавказа на высоте 4000 метров, где температура воздуха не поднимается выше 0°.

Фундамент для процветания насекомых был заложен после выхода первых живых организмов из воды на сушу. Природа подвергла их сотням видам изменения, чтобы приспособить их к различным условиям обитания. Какое это имеет значение? Обретя крылья, насекомые одержали биологическую победу. Полет дал им свободу перемещения и позволил заселить каждый приспособленный для жизни уголок земли.

Полет — один из основных способов передвижения многих видов насекомых, помогающий им находить пищу, полового партнера для размножения, расселяться и мигрировать, спасаться от хищников. Более 300 миллионов лет назад некоторые крылатые насекомые, например, стрекоза достигали 75 сантиметров в длину. Со временем, размеры, форма и функция крыльев претерпевали изменения, становились разнообразнее. Тело насекомых тоже приспосабливалось к полету, становясь более обтекаемым и легким.

Многообразие крыльев насекомых, можно классифицировать по типам полетов. Существует активный или машущий, поступательный, пассивный полет и зависание. В зависимости от траектории и скорости движения пассивный полет в свою очередь подразделяют на парашютирование, пикирование, планирование и парение.

Среди всего этого разнообразия летунов жесткокрылым или жукам было суждено стать самой удачной модификацией. Где только не обитают эти насекомые. Она могут жить не только в воздухе, но и в воде, откуда вышли их прародители.

Источник

Полёт насекомых

Полёт — один из основных способов передвижения множества насекомых различных отрядов, помогающий им искать пищу, полового партнёра для размножения, расселяться и мигрировать, спасаться от хищников. Насекомые первыми на Земле выработали способность к полёту и поднялись в воздух, являясь единственной группой беспозвоночных, способной к полёту. Благодаря появлению крыльев, насекомые стали более быстрыми, маневренными, приобрели способность к регулярным миграциям, резко усложнилось их поведение. Увеличились возможности для питания и размножения и появились новые способы для избегания врагов. Изучение принципов полёта насекомых представляет большой интерес для сравнительной физиологии, систематики, прикладной энтомологии и бионики.

Содержание

Эволюция и адаптация

В течение длительного периода исторического развития система обеспечения полета насекомых прогрессивно развивалась, а их полетные возможности совершенствовались.

Анатомия структур, приспособленных к полёту

Крылья

Крыловая мускулатура

Крылья насекомых, в отличие от крыльев летающих позвоночных животных, лишены собственной мускулатуры и приводятся в движение сокращением мышц груди.

Виды полёта

Полет насекомых может быть активным и пассивным.

Активный полёт

Основной формой передвижения насекомых в воздухе является машущий полет, который используют всё способные к нему крылатые насекомые.

Поступательный полёт

Поступательный машущий полет насекомых расценивают как маневренный, экономичный, устойчивый и быстрый, хотя отдельные его показатели могут изменяться у разных групп насекомых.

Крупные насекомые способны к прямолинейному полету в течение более длительного временного промежутка, чем мелкие. Причем, у жесткокрылых данная тенденция выражена гораздо больше, чем у других групп насекомых. Данная тенденция связана со стабилизацией траектории полёта с помощью расставленным в стороны надкрылий. Траектория полета большинства видов складывается из различных поворотов, коротких бросков в стороны, петель, неожиданных остановок, резких изменений высоты. Эти изменения сопровождают все маневры в горизонтальной плоскости и обычны в прямолинейном полете. Из-за этого траектория полёта часто становится волнистой. Также полёт насекомых характеризуется выраженной неравномерностью скорости движения. В отдельные моменты насекомое может развивает высокую скорость, а в другие — останавливаться или продолжать полёт с гораздо меньшей скоростью.

Зависание

В зависающем полете, в отличие от поступательного, насекомое стремится сохранить свое положение в пространстве неизменным. В англоязычной литературе для обозначения данного типа машущего полета применяется специальный термин — ховеринг (англ. hovering). Он характерен для:

К ховерингу способны бражники, стрекозы, некоторые виды клопов, жуки, а также все двукрылые и перепончатокрылые. Траектория, которую описывают крылья насекомого, находящегося в состоянии зависающего полета, может быть под разными углами наклонена к горизонтальной плоскости. В зависимости от этого различают три типа ховеринга.

При первом типе плоскость взмаха крыла располагается горизонтально, что достигается путем придания телу наклонного или вертикального положения. Крылья насекомого при этом двигаются с большой амплитудой, а их вершины описывают траекторию в форме горизонтальной восьмерки. В крайней передней и задней точках траектории крыло сильно вращается вокруг своей продольной оси; обе ветви оно проходит с одинаковым по величине углом атаки, причем вектор полной аэродинамической силы направлен вверх. Это так называемый нормальный ховеринг. Его наиболее часто используют в полете различные насекомые: комары-долгоножки, мухи-сирфиды, пчелы, бражники, некоторые жуки.

Пассивный полёт

Пассивный полёт по сути является продолжением машущего: крылья не создают тягу, и насекомое движется за счет энергии, накопленной ранее в активном машущем полёте. При данном типе полёта на насекомое действуют следующие силы: 1) сила тяжести; 2) полная аэродинамическая сила, возникающая при обтекании потоками воздуха движущегося тела с расправленными крыльями. [2] Движущей силой при планирующем полёте служит составляющая массы тела по направлению перемещения, которая возникает вследствие наклона траектории движения к горизонту. Следовательно, только сравнительно крупные и тяжелые насекомые способны к пассивному полёту. В среднем площадь крыльев увеличивается при возрастании массы тела однако не все крупные насекомые способны к пассивному полёту.

Планирующий полет характерен для насекомых с большой площадью крыльев (бабочки, стрекозы). Разогнавшись, они прекращают движения крыльями и некоторое время планируют благодаря инерции. Некоторые насекомые, например стрекозы, способны не только планировать, но и использовать восходящие потоки воздуха, чтобы подниматься вверх — парящий полёт.

В зависимости от траектории и скорости движения пассивный полёт подразделён на [2] :

Парашютирование обеспечивает наиболее простое взаимодействие крыльев с воздухом и представляет собой медленное снижение по вертикальной траектории. Встречается у насекомых двух групп: поденок и длинноусых молей рода Adela при полёте в рое. Роящиеся самцы взлетают вертикально, а затем, остановив крылья в приподнятом положении, медленно снижаются.

Насекомые, склонные к парящему полёту

В основе других типов пассивного полёта лежит принцип планирующего полета. Крыло, обтекаемое потоком воздуха, создаёт в нём возмущения, приводящие к отклонению воздушной массы потока вниз. Подъёмная сила возникает под воздействием воздушного потока на крыло. Набегающий поток воздуха разделяется крылом на две части — верхнюю и нижнюю, — при этом верхняя часть проходит более длинный путь, чем нижняя, вследствие выпуклости крыла. Исходя из условия о неразрывности потока, скорость потока сверху крыла больше, чем снизу, что вызывает разность давлений — образуется область низкого давления над крылом и область более высокого давления под крылом — что и создаёт подъёмную силу. Последняя прямо пропорциональна площади крыльев и квадрату скорости.

Отличие планирования от пикирования заключается в том, что насекомое, набрав скорость в полёте, продолжает движение вперед без взмахов крыльев, экономя таким образом энергию. Насекомые использующие планирующий полёт характеризуются низкими нагрузками на крыло — то есть малым отношеним массы тела к площади крыльев. В свою очередь парение отличается от планирующего полёта тем, что поток набегает на крыло под большим, чем при планировании, (углом).

Такие насекомые, как разнокрылые стрекозы, некоторые сетчатокрылые и чешуекрылые используются для парящего полёта также восходящие потоки воздуха. Так среди чешуекрылых способностью к парению обладают представители семейств: данаиды, Nymphalidae, Papilionidae, Pieridae, Morphinae, Uraniidae. Мелкие виды из семейства нимфалиды для парения используют термические потоки, образующиеся у самой земли, чернушка Neptis aceris, может летать кругами над дорогой, от которой поднимаются нагретые потоки воздуха. Более крупные виды парят выше, часто на уровне крон деревьев. Еще более приспособленными к парению являются представители семейства парусников. Обыкновенный аполлон (Parnassius apollo) может длительное время парить над склонами горных ущельев, корректируя траекторию полета взмахами крыльев и меняя высоту. Атрофанейра алкиной при парящем полете летает на уровне крон, используя прерывистые взмахи — при этом передние крылья распластаны, а задние приподняты и сложены «лодочкой». Повышение устойчивости при парящем полёте достигается длинным хвостовидным выростам задних крыльев. Особенно большой длины эти достигают у сетчатокрылых, например Nemoptera sinuata, и некоторых видов бабочек из семейства Сатурнии (Actias artemis, Coscinocera hercules, Argema mimosae). Их задние крылья имеют длинные хвостовидные выросты, закрученные в направлении, противоположном концевым завихрениям, и совпадающем с направлением вращения вихревых потоков у внутреннего края. Хвостовидные выросты при планирующем полете сближены и направлены строго назад.

Поддержание равновесия в полёте

Полет насекомых контролируется рефлекторно и поддерживается стимуляцией механочувствительных сенсилл у оснований крыльев. Отклонение от ориентации во время полёта, могут быть описаны как вращение вокруг трех основных пространственных осей:

Также ориентация поддерживается за счет зрительной информации, частично — информации от чувствительных органов у сочленения головы и груди. У двукрылых — частично от жужжалец. У стрекоз, например, имеется три подушечки волосковых сенсилл с каждой стороны сочленения головы и груди, которые способные детектировать угловые ускорения. В полете голова поддерживается в своём положении зрительной информации от глаз. При изменениях и нарушениях положения тела, сенсиллы волосковых подушечек воспринимают данные изменения. Две пары крыльев при этом работая рефлекторно, восстанавливают соосность расположения головы и тела. Такой же механизм существует и у большинства других летающих насекомых. У двукрылых задняя пара крыльев модифицируется в гантелевидные жужжальца с многочисленными колоколовидными сенсиллами у их оснований. Жужжальца колеблются синхронно с движениями крыльев на 180 градусов, с частотой от 100—500 Гц. Колоколовидные сенсиллы воспринимают различные силы, действующие на сочленении жужжалец с грудью при кабрировании, рысканьи и закрутке. Экспериментальное удаление жужжалец приводило к нарушениям рефлекторного компенсаторного контроля мышц крыльев.

Скорость и маневренность полёта

Скорость перемещения насекомых в первую очередь зависит от ветра. Различают скорость абсолютную (воздушную) — скорость полета насекомого во время штиля, и скорость относительную (земную), которая зависит от скорости и направления ветра. Путём сложения векторов скорости ветра и воздушной скорости объекта можно определить земную скорость последнего. При попутном ветре насекомое достигает более высокой скорости перемещения относительно элементов ландшафта. Так, бабочка-монарх при попутном ветре может лететь со скоростью более 14 м/с. В среднем скорость полёта насекомых колеблется у различных видов от нескольких сантиметров в секунду до 15 м/с. Максимальная скорость полета характерна для таких насекомых, как разнокрылые стрекозы, бражники и высшие мухи.

Активный осуществляется за счет энергии сокращений мышц, пассивный — за счет использования энергии внешней среды и массы тела насекомого.

Источник

Полет насекомых

Полет – способ активного или пассивного передвижения насекомых по воздуху, осуществляемый с помощью крыльев и/или при участии сил внешней среды.

Содержание:

Сочленение крыла с телом

1 – наружная часть крыла («длинное плечо»), 2 – тергит, 3 – плейрит, 4 – нога,

Крепление крыльев к телу и их движение

Способность к полетам выработалась у насекомых на протяжении эволюции: как известно, наиболее примитивные отряды могут передвигаться лишь при помощи ног, так как не имеют крыльев. Перемещение по воздуху более выгодно в плане скорости, и на него, к тому же, тратится куда меньше энергии, чем на ходьбу. [1]

Для осуществления полета крылья должны иметь особое расположение и возможность свободно двигаться. Как известно, крыловые пластинки прикрепляются к мембране на задней части груди (птероторакса), располагаясь по боковой поверхности соответствующего сегмента, на границе его тергита и плейрита. Плейрит обладает свойством растяжимости, а тергит способен несколько смещаться вверх и вниз относительно плейрита, поэтому каждое крыло имеет возможность совершать взмахи с амплитудой до 180 градусов.Основание крыловой пластинки погружено внутрь тела. Это один из важных факторов, благодаря которым возможен полет. [2]

Крыло насекомых можно сравнить с двуплечим рычагом. Короткое плечо представлено его внутренней частью (основанием), которая скрыта под мембраной, а длинное располагается снаружи: собственно, эту видимую часть и принято считать крылом. На внутренней поверхности экзоскелета, сразу под местом сочленения крыла с телом, находится плотный выступ, который называют плейральным столбиком; данная структура играет роль точки опоры при взмахе крыльев. [1] (фото)

Когда насекомое собирается расправить крылья, оно сокращает специальные мышцы (крыловые мышцы), прикрепленные к спинке. Спинка перемешается немного вниз, надавливая на внутреннюю часть крыловой пластинки. Она, в свою очередь, упирается в плейральный столбик. При этом основание крыла опускается, а его наружная часть одновременно идет вверх. Если же необходимо опустить крыло, спинка снова поднимается, и все приходит в исходное положение. [1]

Взаимодействие крыльев в полете

Обычно крылья образуют единую летную поверхность, однако у разнокрылых стрекоз первая и вторая пара двигаются по-разному.

В области сочленения крыловой пластинки с телом находится несколько мелких склеритов – сочленовых пластинок (аксиллярные и промежуточная). Они укрепляют основание крыла и обеспечивают его гибкое и подвижное соединение с телом. В результате насекомое может не только перемещать крыло вверх и вниз, но и совершать движения в любых плоскостях (спереди назад, ротационные движения), а также особым образом складывать крылья в состоянии покоя. [2]

Взаимодействие крыльев во время полета

Насекомые перемещаются либо с помощью четырех (жуки, бабочки), либо с помощью двух крыльев. Обычно пара крыловых пластинок, расположенная на одной стороне тела, при расправлении образует единую летную поверхность. Исключение составляют лишь некоторые представители класса. Например, среди стрекоз есть как равнокрылые, у которых крылья движутся одинаково, так и разнокрылые – у них каждое крыло перемещается по-своему. [3] (видео)

Пчела в полете

Во время полета крылья насекомых осуществляют движение, напоминающее фигуру восьмерки.

Типы полета

Разделение полета на разновидности может проводиться с разных точек зрения. Например, в зависимости от его цели специалисты выделяют два основных типа:

Эта градация не относится к самым удачным, так как она не отражает особенностей работы крылового аппарата насекомого в том или ином случае. Так, и саранча, и бабочки могут мигрировать на большие расстояния, однако конкретные способы, которыми они это делают, отличаются, и это надо учитывать. По этой причине самой удобной представляется функциональная классификация полета на пассивные и активные способы. [3]

Пассивный полет

Активный полет

Способность к машущему полету имеют все крылатые отряды, а стоячий могут продемонстрировать лишь мухи, бабочки и некоторые другие, довольно немногочисленные насекомые. При этом во время стояния на месте кончик крыла описывает фигуру восьмерки. Если же насекомое смещается вперед, эта фигура «растягивается», и крыло «рисует» синусоиду. [3] (видео)

Бражник

Бражник – самый быстрый летун среди бабочек.

Скорость и дальность полета

Казалось бы, чем легче насекомое, тем быстрее оно должно летать, но в живой природе все нередко происходит наоборот. Чем меньше размеры у летуна, тем труднее ему противиться току воздуха, и тем больше усилий надо прикладывать для перемещения. Поэтому быстрее всего летают средние и крупные мухи, бабочки и стрекозы. Жуки им в этом уступают: с увеличением размера тела Жесткокрылые становятся более тяжелыми и неповоротливыми. Так, например, бабочка бражника в полном безветрии способна перемещаться на 15 м за одну секунду (54 км/ч) (фото), а у майского хруща в тех же условиях скорость полета оказывается «всего» 3,5 м/с (12,6 км/ч). [3]

Насекомые летают достаточно быстро, и их проворность напрямую зависит от активности работы крылового аппарата. Чем больше крылья и чем легче тело, тем меньше крыловых биений требуется для движения. Например, для бабочки махаона частота взмахов крыльев в секунду составляет 85, а шмель, с его тяжелым телом и маленькими крылышками, вынужден совершать до 240 биений в секунду. Двукрылым, которым по понятным причинам требуется работать крыльями еще интенсивнее, приходится быть активнее: так, комар-дергун машет крыльями 1046 раз в секунду. [3]

Внешние условия, такие, как ветер и дождь, очень сильно влияют на возможность полета. Обычно насекомые стараются не взлетать при неблагоприятных условиях среды. Однако у некоторых существуют весьма необычные взаимоотношения с природными явлениями. Например, при скорости ветра до 0,7 м/с синие мясные мухи летают очень активно – такая интенсивность течения воздушных потоков действует на них стимулирующее. Однако, как только показатель достигнет больших величин, полет у этих Двукрылых сразу же становится крайне непопулярным занятием. [3]

Во время расселения или миграций насекомые порой могут совершать достаточно длительные перелеты, но на это способны не все. Например, большинство мух в спокойных условиях преодолевают несколько метров, а затем присаживаются отдохнуть. Если лишить их такой возможности, они пролетят чуть больше километра, а затем устанут и упадут. Другие же достаточно сильны для того, чтобы перелетать на куда большие расстояния. Например, стрекоз видели посреди Карибского моря более, чем за 500 км от ближайшего участка суши. Если учесть, что такое насекомое обладает достаточным запасом сил, чтобы вернуться назад, оно показывает фантастические результаты выносливости. [3]

Источник

Как насекомые летают

Содержание статьи

Согласно исследованиям, проведенным энтомологами, насекомые являются первыми организмами на Земле, которые сумели подняться в воздух, выработав у себя уникальную способность к полету. В это трудно поверить, но более 360 млн лет назад некоторые представители класса насекомых уже летали над планетой Земля. Тогда был один единственный материк – сверхконтинент Пангея, объединявший почти всю сушу Земли.

Насекомые вообще являются единственным классом беспозвоночных животных, которые могут летать. Именно появление у них крыльев сделало их быстрыми и маневренными существами. Кроме этого, они приобрели способность к регулярным миграциям, а их общее поведение усложнилось. С появлением умения летать увеличились и возможности для размножения, питания и обороны от хищников.

Полет насекомых не на шутку интересует ученые умы. Сегодня механизм и принципы полета этих созданий представляют огромный интерес для прикладной бионики и энтомологии, а также для систематики и сравнительной физиологии. Некоторые люди сравнивают полет насекомых с полетом самолета. Это не совсем точно сравнение. Дело в том, что насекомые для своего полета используют воздушные потоки, в то время как для самолета возникающая турбулентность очень опасна.

Как насекомые летают?

Как уже было сказано выше, для своих полетов насекомые используют мощные потоки воздуха, и если для самолета большое значение имеет снижение сопротивления воздуха (для этого крылья самолета неподвижны и обтекаемы), то для насекомых – нет. Напротив, их крылья во время полета находятся в постоянном движении. Именно поэтому турбулентность им не страшна.

Насекомые умеют совершать несколько видов полета. Основным является, конечно же, активный (машущий) полет. Кроме этого они используют так называемый поступательный полет, являющийся довольно маневренным, быстрым, устойчивым и экономичным. Нередко насекомые просто зависают в воздухе. Это тоже полет, позволяющий сохранить неизменным свое положение в пространстве. Подобно птицам, насекомые практикуют и пассивный полет, подразделяющийся на парашютирование, пикирование, планирование и парение. Чтобы совершить все эти виды полетов, эти удивительные создания должны быть «оснащены» специальными «приспособлениями».

Какие «приспособления» помогают насекомым летать?

Крылья. Они представляют собой пластинчатые выросты покровов, которые непосредственно соединяются с целым комплексом обслуживающих их мышц. В основном, насекомые имеют две пары крыльев: передние и задние. Сами крылья состоят из тончайшей крыловой пластинки (мембраны), которая крепится на твердых жилках. Жилки, в свою очередь, составляют прочную основу крыла.

Мускулатура крыла. В отличие от крыльев птиц и летучих мышей, крылья насекомых лишены своей собственной мускулатуры, поэтому их приводят в движение грудные мышцы. К ним относятся продольные спинные мышцы, плейральные мышцы, продольные вентральные мышцы и дорсо-вентральные мышцы.

Восьмое чудо света

Ученые называют чудом технику полета насекомых. К примеру, обыкновенный комар в воздухе способен без особых усилий догнать самку, заставив ее спуститься. Специалист из американского университета в штате Флорида Джерри Батлер смог определить скорость этого самого комара с помощью пули, выпущенной из пистолета. Оказалось, что насекомое сумело догнать эту пулю в воздухе на скорости 144 км/час! Поразительно!

Источник

• ← Что такое полнотелость вина
• что такое самоутверждаться за счет другого человека →