Как дышит таракан орган дыхания

Дыхательная система

Своеобразие дыхательной системы (рис. 25). Дыхательная система насекомых своеобразна и характеризуется тем, что снабжение тканей и клеток тела кислородом происходит непосредственно. Она состоит из очень большого числа сильно разветвленных воздухоносных трубок — трахей, пронизывающих все тело; трахеи открываются наружу особыми отверстиями — дыхальцами, а мельчайшие разветвления трахей образуют трахейные капилляры — трахеолы. Помимо того, у ряда насекомых отдельные крупные трахейные стволы образуют сильные расширения — воздушные мешки. В целом дыхательную систему насекомых нередко обозначают трахейной системой.

Рис. 25. Трахейная система. А — окончание трахеи с трахеолами; Б — часть главнейших стволов трахей у черного таракана; В — схема поперечного ветвления трахей в сегменте; Г — схема продольных стволов трахей в сегментах (по Веберу и др.): трл — трахеолы, тр — трахеи, тем — тенидии, сер — сердце, вд — верхняя диафрагма, к — кишечник, ст — стигма, нд — нижняя диафрагма, нц — нервная цепочка

Трахеи, начинаясь на поверхности тела дыхальцами, многократно ветвятся внутри тела, оплетают ткани и органы и входят даже внутрь отдельных клеток. Они эктодермального происхождения и их стенки сходны по строению с кожными покровами: изнутри они выложены хитиновой интимой, соответствующей кутикуле кожи, и подстилаются слоем клеток — продолжением кожной гиподермы. Интима дает на своей внутренней поверхности нитевидные утолщения — тенидии, которые пробегают в виде спирали по стенке трахей; эти спиральные утолщения препятствуют сплющиванию трахей при движении и изгибах тела и, следовательно, обеспечивают нормальную работу трахей. Расположение трахей внутри тела различно у разных насекомых, но у крылатых возникает ряд продольных стволов, а также поперечные перемычки между ними. Таким путем обеспечивается трахейная связь между сегментами и между боковыми сторонами тела.

Дыхальца, или стигмы, располагаются по бокам сегментов и являются метамерными образованиями: в принципе каждый сегмент имеет по паре дыхалец — по одному с каждой стороны. Однако дыхальца исчезли на головных сегментах, на одном из сегментов груди и на вершинных сегментах брюшка; поэтому нормальным числом дыхалец у насекомых считается 10 пар — 2 пары грудных и 8 пар брюшных. Трахейная система с таким числом дыхалец называется голопнейстической; она характерна для большинства взрослых насекомых и личинок насекомых с неполным превращением. Но у ряда высших насекомых и особенно у их личинок и куколок число дыхалец сокращается, возникает гемипнейстическая система, которая, в свою очередь, подразделяется на несколько вариантов — перипнейстический тип (на груди лишь одна пара дыхалец), амфипнейстический (одна пара грудных и 2-3 пары на вершине брюшка), метапнейстический (развита лишь одна пара дыхалец на конце брюшка) и др. Существует еще и апнейстическая система, характеризующаяся отсутствием дыхалец; воздух проникает в замкнутую трахейную систему через поверхность тела или через особые выпячивания — трахейные жабры. Этот тип свойствен многим живущим в воде личинкам, а также личинкам некоторых паразитических насекомых — наездников и мух-тахин.

Обычно дыхальца имеют вид овального или круглого отверстия с утолщенными краями, образующими кольцеобразную раму дыхальца. Они снабжены фильтрующим приспособлением в виде волосков и выростов, а также сложным запирающим аппаратом; с помощью специальных мышц этого аппарата дыхальца могут закрываться и не пропускать воздуха, а фильтрующее устройство предохраняет дыхательную систему от засорения при поступлении в нее воздуха.

Трахеолы лишены спиральной выкладки — тенидий, представляют собою тончайшие окончания трахейной системы и их диаметр не превышает 1 мк. Разветвления трахей оплетают органы и ткани тела, а трахейные капилляры — трахеолы — проникают внутрь отдельных клеток. Воздушные мешки представляют собой расширения некоторых, преимущественно продольных, стволов и отличаются от нормальных трахей отсутствием спиральных утолщений. Они известны у двукрылых, жуков, саранчовых, пчел и других насекомых.

Дыхание. При дыхании воздух через дыхальца проникает в крупные трахейные стволы и далее по разветвлениям трахей достигает трахеол, через которые и осуществляется отдача кислорода клеткам и тканям. Поступление воздуха в трахеи происходит двояко: либо пассивно, путем диффузии, что свойственно многим мягкотелым личинкам и ряду мало активных форм, либо активно, с помощью дыхательных движений. При дыхательных движениях брюшко изменяет свой объем путем попеременного его удлинения и укорочения или путем уплощения и расширения в дорсо-вентральном направлении; при этом те или иные дыхальца открываются или закрываются, выполняя вдыхательную или выдыхательную функцию. Ритм дыхательных движений, а отсюда и интенсивность трахейной вентиляции, зависит от вида насекомого, его состояния и внешних условий. Так, медоносная пчела в покое может совершать 40 дыхательных движений в минуту, а при работе — до 120; у саранчовых с повышением температуры среды отмечено повышение их числа с 6 до 26 и более.

Закрывание и открывание дыхалец имеет значение не только как регулирующих дыхание клапанов, но и контролирует диффузию газов и водяных паров при дыхании. Установлено, что избыток углекислоты или недостаток кислорода в воздухе удлиняют период открытия дыхалец; в первом случае — вследствие замедления диффузии углекислоты из трахей ввиду повышенного ее содержания в воздухе, во втором — вследствие быстрого расхода кислорода. Очевидно, что применение газообразных ядов в борьбе с вредными насекомыми будет более эффективным в средах с избытком углекислого газа или с недостатком кислорода. Через дыхальца происходит и потеря воды из организма; поэтому влажность окружающего воздуха может также влиять на работу дыхалец.

С помощью дыхательных движений или диффузии воздуха при открытых дыхальцах воздух легко проникает в крупные трахеи. Проникновение же его в тонкие трахеи и в трахеолы путем нагнетания, видимо, невозможно вследствие огромного капиллярного сопротивления. В этом случае, согласно диффузионной теории А. Крога, кислород может поступать путем диффузии вследствие различия его парциального давления в поступающем воздухе и в концевых разветвлениях трахейной системы; расчеты показали, что чрезвычайная разветвленность трахей обеспечивает возможность поступления необходимого количества кислорода даже при том низком коэффициенте диффузии, который характерен для этого газа. В дальнейшем английский физиолог В. Вигглсворт выдвинул свою теорию трахеальной диффузии, согласно которой поступление в трахеолы воздуха из трахей зависит от изменения количества жидкости в трахеолах. При усилении жизнедеятельности насекомого в его тканях повышается содержание продуктов обмена, что повышает осмотическое давление в тканях и крови, т. е. создает гипертоническую среду. Жидкость из трахеол начинает диффундировать в клетки тканей, а ее место замещается поступающим из трахей воздухом. В состоянии покоя, наоборот, жидкость поступает из тканей в трахеолы, вытесняет из них воздух и потребление кислорода уменьшается (рис. 26).

Рис. 26. Схема трахеольной диффузии воздуха (по Вигглсворту): пок — ткань в покое, деят — деятельная ткань, трл — трахеолы, тр — трахея; слева трахеолы наполнены водой, справа — наполнены воздухом

Вентиляция трахейной системы обеспечивает не только поступление в организм кислорода, но и удаление из него углекислого газа. Это достигается как при дыхательных движениях путем выдыхания, так и с помощью диффузии через кожу. Последний способ имеет немаловажное значение ввиду того, что диффузия углекислоты через животные ткани совершается в 35 раз быстрее, чем у кислорода; этим путем у насекомых удаляется до 25% всей выделяемой углекислоты.

Биохимически дыхание представляет собой окислительный процесс, идущий за счет кислорода воздуха и сопровождающийся выделением углекислого газа. Процесс окисления идет при участии окислительных ферментов — оксидаз, сопровождается постепенным распадом молекул расходуемых соединений — белков, жиров или углеводов — и выделением энергии. Распад названных веществ в конечном счете завершается образованием углекислого газа, воды, а для белков — еще и аммиака; освобождающаяся при этом преимущественно тепловая и механическая энергия идет на поддержание жизнедеятельности организма. Этим определяется физиологическая необходимость дыхания.

Так как при дыхании поглощаемые и выделяемые вещества газообразны, процесс дыхания называется также газообменом; последний является одним из звеньев общего обмена веществ. При этом соотношение между объемом выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода, или дыхательный коэффициент, не постоянен. При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен единице, так как количество поглощенных молекул кислорода и выделенных молекул углекислого газа равно между собой (С₆Н₁₂О₆+6О₂=6СО₂+6Н₂О), а по закону Авогадро и объемы этих газов равны. Если газообмен идет за счет жиров и белков, т. е. менее окисленных соединений, дыхательный коэффициент снижается до 0,7-0,8. Определение дыхательного коэффициента, как и интенсивности дыхания, производится при помощи особых приборов — микрореспирометров.

Особые формы дыхания. Не все насекомые обладают трахейной системой; некоторые мелкие формы из числа первичнобескрылых (Apterygota), а также личинки некоторых внутренних паразитов из числа наездников и мух лишены трахей и дышат через кожу. Диффузия кислорода через кожу происходит и при апнейстическом типе дыхания.

У личинок паразитических насекомых помимо кожного дыхания наблюдаются и другие способы. Так, некоторые включают свою трахейную систему в трахеи хозяина, другие прорывают покровы хозяина и выставляют свои дыхальца наружу, третьи имеют специальные выросты, служащие местом наиболее интенсивного газообмена.

Водные насекомые имеют еще более разнообразное дыхание; одни из них дышат атмосферным воздухом, другие с помощью жабр используют растворенный в воде воздух. Дыхание атмосферным воздухом происходит по-разному. Некоторые, например жуки плавунец и водолюб, живя в воде, расходуют имеющийся запас воздуха и для его возобновления вынуждены время от времени подниматься до водной поверхности. При этом, например, жук-плавунец выставляет наружу конец брюшка, отгибает его от надкрылий и создает запас воздуха в образовавшейся полости; с этим запасом он погружается в воду и использует его с помощью дыхалец, которые расположены у него на спинной стороне брюшка, т. е. под надкрыльями. Некоторые жуки и их личинки добывают в воде атмосферный воздух из растений — путем включения своей трахейной системы в воздухоносные сосуды растений, либо путем использования выделяемых ими пузырьков воздуха.

Жаберное дыхание характерно для личинок многих водных насекомых — поденок, стрекоз, веснянок, ручейников, некоторых сетчатокрылых и двукрылых и пр. В большинстве эти жабры пронизаны трахеями, т. е. относятся к числу трахейных жабр (рис. 27); газообмен происходит через их стенки. По своему строению они разнообразны, но часто имеют вид наружных ветвистых или пластинчатых образований, сидящих на месте дыхалец; сами же дыхальца при этом отсутствуют (апнейстический тип). У личинок низших стрекоз в жабры превращены хвостовые придатки, тогда как высшие стрекозы имеют своеобразные внутренние жабры, связанные с задней кишкой; задний ее отдел, именно прямая кишка, снабжена жаберными лепестками, пронизанными многочисленными трахеями. Личинка через анальное отверстие периодически набирает и выпускает воду, которая омывает стенки прямой кишки, отдает свой кислород и поглощает углекислоту; выбрасывание воды производится с силой и используется личинкой для движения по принципу ракетного двигателя. У личинок комаров наблюдается два типа водного дыхания — с помощью четырех трахейных жабр на конце брюшка и с помощью дыхательной трубки на VIII сегменте брюшка, в которую открываются дыхальца; в последнем случае дыхание происходит атмосферным воздухом, для чего дыхательная трубка выставляется на поверхность воды.

Рис. 27. Трахейные жабры. А — личинка жука вертячки; Б — личинка поденки (с удаленными левыми крыльями); В — схема трахеации жабр. (по Вейссьеру и др. из Кузнецова): ж — жабры, тр — трахеи

Источник

Строение таракана

Главные вредители домохозяек, тараканы, относятся к типу Членистоногих и образуют отряд Таракановых. Внешнее и внутреннее строение таракана схоже с паукообразными, однако отличается некоторыми параметрами…

Внешнее строение тараканов

Внешнее строение таракана делят на три раздела: головной, грудной и брюшной.

Отделы тела

Головной отдел
Голова таракана состоит из усиков, 3-х челюстей, подглоточника, пары губ и глаз.
1.1. Усики
Усики — главный орган обоняния и осязания насекомого. Они достаточно длинные, могут быть длиннее, чем все тело паразита. Ими таракан чувствует разные запахи, будь то еда или химическое едкое вещество для его отравления.
1.2. Челюсти
Строение челюстей таракана таково: 2 верхние позволяют паразиту откусывать и измельчать пищу, а нижняя челюсть отвечает за удерживание еды во рту и ее проглатывание. Они достаточно сильные, способны прокусывать достаточно твердую пищу.
1.3. Подглоточник
Орган выполняет функцию языка. С его помощью насекомое проглатывает еду, а между подглоточником и нижней губой (о ней говорится чуть ниже) находятся слюнные железы, смачивающие, размягчающие пищу. При помощи этих органов паразит проглатывает кусочки еды.
1.4. Губы
Верхняя губа существа играет роль ограничителя, не дающего насекомому проглотить слишком много пищи за раз. Нижняя губа дает насекомому возможность принимать жидкую пищу. Она состоит из непарного основания и трехчленистых щупальцев.
1.5. Глаза
У тараканов есть 2 глаза, которые обеспечивают отличную видимость даже в полной темноте. Они состоят из 4000 крошечных сегментов, с помощью которых паразиты видят все стороны своего окружения. Насекомое, наряду с «человеческим» спектром цветов, видит ИК и УФ-излучение.
На самом деле, у тараканов может быть как хорошо развитое зрение, так и полное его отсутствие. Все зависит от условий обитания конкретного вида:
• У видов, обитающих в темной среде, зрение плохо развито или отсутствует.
• У видов, приспособившихся к жизни в жилых помещениях, наблюдаются хорошие зрительные способности.
2. Грудной отдел
Грудь паразита состоит из 3-х подразделов: верхнего, среднего, нижнего. В каждом из них есть пара ходильных ног. Также в грудном отделе расположены 2 пары крыльев.
2.1. Ноги
Ноги таракана являются главными частями тела их грудного отдела. Ножки паразита состоят из бедра, голени и лапки с парой крохотных коготков. С их помощью насекомое перемещается по поверхности, разгоняется, тормозит, а также ползает по неровностям.
Биологи классифицируют конечности существа по 3 уровням: верхний, средний и нижний:
На верхнем подразделе расположены самые короткие лапки. Они помогают таракану тормозить.
На среднем находятся ножки, которые предназначены для придания ускорения и убавления скорости.
На нижнем уровне располагаются самые длинные, самые мощные ножки. Благодаря ним паразит в случае угрозы «делает ноги», причем довольно быстро. Это позволяет существу спасаться от мухобоек домохозяек и оставаться в безопасности.
Разная длина ног таракана обуславливает маневренность, подвижность существа, его способность быстро убегать от возникшей опасности.
2.2. Крылья
Крылья таракана расположены в центре грудного отдела. Их всего 2 пары. Они придают ускорение существу, а также способствуют резкому и безболезненному торможению (у некоторых видов они также используются и для полета). Более того, крылья служат дополнительной защитой брюшка и дыхалец (о них разговор пойдет чуть позже)
Задается резонный вопрос: «Если у таракана есть крылья, то почему же он не летает по всей квартире?» Дело в том, что в процессе эволюции большинство видов разучилось летать, поскольку насекомые приспособились к жизни в жилых помещениях. Однако в расчет не стоит брать виды, обитающие в дикой природе.
3. Брюшной отдел
Брюшко Таракановых связано с грудью широким сочленением. Раздел выполняет функцию стабилизатора тела, позволяя паразиту быстро бегать и пролазить сквозь маленькие щели.
В зависимости от вида таракана, у насекомого на брюшке есть определенное количество сегментов (максимальное их число — 11). На последнем сегменте у паразита расположены церки, выполняющие схожую с усиками роль. На конце брюшка, рядом с церками, находится анальное отверстие.

Внешняя оболочка

Тело таракана защищено твердой оболочкой, которая называется хитин. Она органическая, относится к группе полисахаридов. Сверху защитного слоя находятся крылья, конечности насекомого, которые крепятся специальными маленькими члениками. Хитин защищает насекомое от внутренних травм, выполняет роль защитной стены для всех частей тела паразита.

Внутреннее строение таракана делят на следующие группы:

Нервная система
Кровеносная система
Дыхательная система
Пищеварительная система
Выделительная система
Половая система
Рассмотрим каждый пункт дательнее.

Нервная система

Нервная система таракана состоит из 11 узлов, 2 из которых являются главными. Они находятся в головном отделе насекомого и отвечают за работу усиков, глазных мышц.
3 грудных узла обеспечивают оперативную работу мышц ног, крылышек, челюстей, подглоточника.
6 оставшихся узлов, расположенных в брюшном отделе, в ответе за функционирование половых органов (о них речь пойдет ниже), анального отверстия и органов слуха.

Кровеносная система

Кровеносная система таракана открытая, цвет крови – белый. Она называется гемолимфа, течет медленно и обеспечивает работу мышц сердца. Это делает насекомых чувствительными к изменениям окружающей среды. Особенно данный факт проявляется в параметрах температуры и атмосферного давления.

Дыхательная система

Дыхательная система тараканов устроена таким образом:
По обеим сторонам брюшка насекомого можно заметить 10 небольших отверстий, которые служат для дыхания существа. Их называют дыхальцами. Они в ответе за снабжение кислородом клеток и тканей организма. Далее воздух попадает по трахеолам, специальным трубочкам, которые соединяются в 6 стволов и разносят кислород по всей оставшейся части организма. Так он насыщается азотом и кислородом.

Пищеварительная система

Пищеварительная система тараканов устроена следующим образом:
После откусывания пищи еда смачивается слюнными железами и попадает в переднюю кишку, где тщательно раздробляется. Затем перетертые частички проходят путь от передней до задней кишки, откуда они попадают в кишечник организма. Он полон бактериями, способными расщепить даже неорганические соединения. Поэтому у тараканов быстрый обмен веществ, а все отходы жизнедеятельности выходят через анальное отверстие.

Выделительная система

Выделительная система таракана представлена специальным аппаратом в виде трубочек, расположенных внутри тела. С их помощью насекомое выделяет продукты жизнедеятельности через анальное отверстие, предварительно очистив кровь от самих «отходов» за счет мальпигиевых сосудов (трубочек, о которых говорилось выше).

Половая система

Самцы

Половая система тараканов-самцов представлена половым органом, семенниками, грибковой железой, семенными пузырьками.
После спаривания выделившиеся сперматозоиды образуют сперматофор, окруженный прочной оболочкой (мембраной). Стенки мембраны имеют разную функцию: одна занимается накоплением семени, другая ее хранением, а третья – ее своевременным выбросом. После образования сперматофора он попадает в организм самки, и уже там происходит процесс зарождения потомства (ниже данный процесс описан подробнее).

Самки

Половая система самок состоит из яичников, яйцеклада, половой камеры, двух яйцеводов.
После спаривания образовавшийся сперматофор оплодотворяет яйцеклетки. В результате появляется капсула, где образуются яйца с потомством. Они на протяжении всей беременности хранятся в специальной капсуле, которая по мере развития зародышей становится больше и шире.

Заключение

Оказывается, столь небольшое существо, как таракан, имеет более комплексное строение, чем крылья да ножки. Они научились быстро приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания, а потому и являются по-настоящему живучими организмами.

Источник