Муравей это физическое тело

Почему муравей такой сильный?

Наблюдая за муравьями в течение времени, вы станете свидетелями замечательных подвигов силы.

Крошечные муравьи, марширующие в ряд, могут тащить в свои колонии пищу, песчинки и даже мелкие камешки, которые во много раз больше их самих.

И это не иллюзия – исследования показывают, что муравьи могут поднимать предметы, которые весят в 50 раз больше их собственного веса тела.

Как такое может быть?

Ответ на вопрос, почему муравьи – или любое насекомое, если на то пошло, настолько сильны, заключается в его уменьшительных размерах. Это физика, простая и ясная.

Физика силы тела

Чтобы понять огромную физическую силу муравья, вам нужно сначала понять несколько основных физических принципов того, как связаны размер, масса и сила:

• Сила мышцы пропорциональна площади ее поперечного сечения.
• Таким образом, площадь поверхности представляет собой двумерное измерение и измеряется в соответствии с квадратом ее длины.
• С другой стороны, размер и масса животного определяются объемом. Объем представляет собой трехмерное измерение и рассчитывается путем умножения трех измерений.

Ключ здесь в том, чтобы признать, что вес животного связан с его объемом, который является трехмерным измерением, полученным путем вычисления кубического измерения.

Но, с другой стороны, сила мышцы – это двумерное измерение, достигаемое умножением только двух чисел, длины на ширину. Несоответствие здесь – это то, что создает разницу в относительной силе между большими и маленькими животными.

У более крупных животных гораздо больший объем и масса означают, что мышечная сила должна быть намного больше, чтобы поддерживать тот же уровень силы относительно массы тела. Мышцы также несут дополнительное бремя перемещения большего объема и массы тела вместе с любым поднимаемым объектом.

Крошечный муравей или другое насекомое имеет преимущество в силе из-за большего отношения площади поверхности к объему и массе. Мышцы муравья имеют довольно небольшую нагрузку, необходимую для подъема собственного тела, оставляя много мышечной силы для перемещения других объектов.

К этому добавляется тот факт, что тело насекомого по своей сути является легким относительно его объема по сравнению с другими животными. Структурно насекомые не имеют внутренних скелетов, как позвоночные животные, но вместо этого имеют твердую оболочку экзоскелета. Без веса внутренних костей, насекомое может содержать большее количество мышц.

Муравей не чемпион по тяжелой атлетике

Муравьи – это насекомые, которых мы чаще всего наблюдаем, поднимая тяжелые предметы, но они далеко не самые сильные члены мира насекомых. Известно, что навозный жук (Onthophagus taurus) поднимает грузы, в 1,141 раза превышающие его собственный вес – груз, эквивалентный человеку, поднимающему около 80 000 кг.

Источник

Почему муравьи — одни из самых сильных насекомых в мире?

Муравьи считаются одними из самых успешных созданий на нашей планете. Ведь какой еще вид живых существ может похвастаться тем, что они есть практически в каждом регионе? В мире насчитывается около 14 000 разновидностей муравьев и их можно встретить как во влажных лесах, так и в пустынях. Обычно ученые изучают только образ жизни этих крошечных созданий. В частности, их интересует муравьиная способность работать в команде. И очень редко исследователи интересуются строением их тела. А ведь если бы они провели тщательные исследования, то нам стало бы ясно, почему муравьи способны поднимать груз, который тяжелее их самих в 50 раз. Недавно изучением строения тела муравьев занялись японские ученые. Как и ожидалось, в ходе научной работы они смогли объяснить рекордную силу крошечных насекомых. Если коротко, то они так сильны, потому что не умеют летать.

Муравьи не только умеют работать сообща, но и обладают удивительной силой

Насколько сильны муравьи?

Секрет удивительной физической силы муравьев был раскрыт в научном журнале Frontiers in Zoology. Ученые считают, что успешность муравьев заключается не только в том, что они умеют работать в команде. Вдобавок к этому, они являются отличными строителями. При сооружении муравейников насекомым приходится перетаскивать на себе тяжелые для них ветки деревьев и другие строительные материалы. Учитывая, что масса тела одного муравья равняется 1-150 миллиграммам а ветки весят в десятки раз больше, физические возможности насекомых удивляют.

Муравьи без крыльев называются рабочими, а с крыльями — королевами

В ходе научной работы исследователи сделали рентгеновские снимки и создали трехмерные модели грудной клетки разных видов муравьев. Если вы посмотрите на фотографию муравья, заметите, что его тело состоит из трех частей. Грудная клетка — это часть, которая идет сразу же после головы. В ходе изучения строения этого сегмента тела выяснилось, что в отличие от других насекомых, в организмах муравьев есть больше места для мышц. Это обусловлено тем, что у них нет крыльев. Важно отметить, что хорошей мускулатурой обладают только рабочие муравьи. Особи с крыльями едва ли могут помериться с ними силами и выиграть.

Тело муравьев состоит из трех частей

О самых сильных животных нашей планеты можно почитать в этом материале

Предки муравьев

По словам японского исследователя Эвана Экономо (Evan Economo), рабочие муравьи произошли от летающих насекомых. У их предков было сложное строение тела. В частности, 50% объема их грудной клетки занимали мышцы, необходимые для движения крыльев. Из-за этого другие группы мышц, необходимые для движений головы, ног, живота и других частей тела, были прижаты к стенкам тела и не могли работать в полную силу.

Благодаря командной работе и силе муравьи способны строить очень высокие сооружения

Но в ходе эволюции некоторые виды насекомых лишились крыльев и возникли рабочие муравьи. Пространство внутри их грудной клетки стало более открытым и находящиеся внутри мышцы смогли в полной мере расшириться и раскрыли весь свой потенциал. Сканирование тела муравьев показало, что внутри их грудной клетки есть три группы мышц. По словам автора научной работы Кристиана Петерса (Christian Peeters), они расположены в небольшом пространстве в идеальном соотношении. В ходе эволюции они явно увеличились в объеме и позволили насекомым поднимать большие грузы.

Бескрылые осы отдаленно напоминабт муравьев

Во время исследования ученые также изучили строение тела бескрылых ос, у которых тоже были крылатые предки. Но на потерю возможности летать они отреагировали иначе. В то время как муравьи живут группами, осы предпочитают жить в одиночестве. При этом они не могут похвастаться такой же физической силой, как у муравьев. С чем это связано, ученым пока не ясно. Есть большая вероятность, что у муравьев хорошо развиты не только мышцы внутри грудного отдела. В ходе следующих научных работ ученые намерены изучить строение остальных сегментов их тела. Особое внимание они хотят уделить конструкции их челюсти и ног. В общем, изучение муравьев идет полным ходом и скоро мы узнаем о них еще больше интересных подробностей.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!

На тему муравьев у меня есть еще одна статья. В ней я рассказал о муравьях-бульдогах (Myrmecia pilosula), которые считаются самыми опасными на нашей планете. Их укусы очень болезненны, а когда они нападают на животных, пускают в их кровь ядовитые вещества. Если верить статистике, в Тасмании от укусов этих муравьев ежегодно погибает больше людей, чем от нападений пауков и змей. В общем, это удивительные создания и материал о них я рекомендую прочитать прямо сейчас.

Источник

Сообщение о муравьях — особенности строения, виды и характеристика насекомых

Общие сведения

Появление на земле муравьёв относится к верхнему мезозою, т. е. это событие произошло около 200 млн лет назад. Их прародители были свидетелями расцвета и исчезновения динозавров. Изначально насекомые обитали только под землёй, а позже расселились по её поверхности и на деревьях. Сейчас их можно увидеть в любом уголке мира, кроме очень холодных мест — Антарктиды, Гренландии, Исландии, а также удалённых островов, до которых им попросту не удалось добраться.

За всю историю развития некоторые виды муравьёв вымерли, другие появились. На сегодняшний день науке известно примерно 12 тысяч их разновидностей. Эти существа относятся к классу Насекомых, отряду Перепончатокрылых и образуют семейство Муравьёв или по-латыни Formicidae. По организации жизнедеятельности они относятся к общественным созданиям, в сообществах которых существует четкое разделение на следующие касты:

Численность муравьиной семьи практически невозможно определить — некоторые насчитывают до миллиона особей. Вокруг муравейников можно наблюдать тропы, по которым туда-сюда постоянно снуют рабочие муравьи. Дорожки, проложенные насекомыми, никогда не пересекаются, а некоторые не изменяют свою конфигурацию долгие годы.

В природе встречаются муравьи самых разнообразных окрасок: чёрные, рыжие, красные, жёлтые, зелёные и даже синеватых оттенков. Главные муравьиные враги — ящерицы, некоторые птицы и жуки-стафилиниды, паразитирующие в муравейниках и способные одурманивать добычу опьяняющими веществами. Защищаясь от них, муравьи выставляют брюшко вперед и порциями выстреливают в нападающего ядовитую муравьиную кислоту, влияющую на нервную систему, дыхание и сердцебиение живых существ.

Если рабочий муравей не погибает насильственной смертью, то он может прожить от трёх до пяти лет, сохраняя поразительную трудоспособность, показанную в рассказе «Как муравьишка домой спешил». Срок жизни матки намного дольше — до двадцати лет, самцы обычно живут несколько недель, пока не оплодотворят самку или не будут убиты своими сородичами.

Образ жизни

Муравьи живут семьями в муравейниках, внутри которых выстраивают гнездо, в котором главное место занимает муравьиная матка или королева вместе с потомством на разных стадиях развития. Сообщества бывают очень большими, иногда несколько муравейников объединяются в одну семью и обмениваются сородичами, путешествующими по постоянным или временным обменным тропам. Различные беспозвоночные животные и падь (выделения тлей) попадают в гнездо по кормовым дорожкам.

Питаются муравьи и семенами растений, некоторые разновидности устраивают домашние склады зерна, любят нектар или берёзовый сок и даже выращивают в гнездах грибковые колонии. Пустынные виды готовят запасы из сушеных насекомых или многоножек, а некоторые матки умеют откладывать так называемые кормовые яйца, которые употребляют в пищу все члены семьи.

Разделение обязанностей

В муравьиных сообществах существует чёткая иерархия, которая называется полиэтизм. Некоторые муравьиные «профессии»:

• Фуражиры — занимаются поиском еды и больше других подвергаются опасности.
• Разведчики и наблюдатели.
• Охотники.
• Строители — обустраивают гнездо и роют новые ходы.
• Дорожники — восстанавливают разрушенные тропы.
• Няньки — кормят матку и ухаживают за потомством на всех стадиях развития.

Существует и возрастной полиэтизм: молодые особи сначала работают в гнезде, взрослея, становятся строителями, а ещё позже — фуражирами. Отличаются муравьи разных специализаций и по внешним признакам — опасной деятельностью занимаются более крупные особи. Встречаются среди муравьёв и агрессивные виды. Они могут похищать куколок других разновидностей и выращивать для своих нужд или внедряться в чужие муравейники.

Организация муравейников

Гнезда эти насекомые строят из тех материалов, которые находятся в среде обитания определённого вида. Это может быть хвоя, земляные комочки, песчинки, части листьев. Причём время от времени строительный материал меняется местами, поэтому верхушки муравейников всегда остаются сухими. В пустынях наружного холмика у гнезд почти нет, зато очень много подземных ходов.

Разновидности, живущие в местах затоплений, прячутся во время прилива в жилище и закупоривают его, а сами пережидают это время в воздушных пузырях. В тропических лесах обитают муравьи-портные, которые сшивают себе гнездо из листьев при помощи паутины.

В умеренном климате колонии насекомых тщательно накапливают запасы корма, чтобы семья могла благополучно перезимовать холодное время года. Входы в муравейник закупориваются, и подготавливаются специальные отсеки для зимовки. Некоторые особи в морозы спят, другие — продолжают работать, но с минимальной активностью.

Внешние особенности

При всем разнообразии строение муравья любого вида довольно типично и отличается только незначительными особенностями. Их тело покрыто хитиновым экзоскелетом и разделено на три части:

Последние соединяются между собой очень тонкой перемычкой, придающей телу гибкость, которая называется стебелёк. Для передвижения у муравьёв имеются шесть тонких ножек. Каждая из них заканчивается парой коготков, с помощью которых насекомые могут карабкаться вверх. Между коготками есть липкая подушечка, помогающая удерживать всё тело на гладких поверхностях. Шпоры на лапках используются для чистки усиков.

С обеих сторон головы располагаются сложные глаза, состоящие из множества фасеток, что позволяет насекомым различать малейшее движение, но не даёт видеть изображение отчётливо. Острота зрения зависит от вида насекомого — некоторые почти слепы, другие различают предметы на расстоянии сотни метров. На голове также находятся ротовые части или жвалы, три пары простых глаз и сегментарные усики-антенны со жгутиками, которые служат для выполнения следующих действий:

• улавливают запахи;
• ощущают вибрацию почвы;
• способны определить направление воздушных потоков.

Обоняние очень важно для нормальной жизнедеятельности любого вида муравьёв, так как они ориентируются в пространстве по большей части не по свету или окружающим предметам, а по феромонам, выделяемым особыми железами. С их помощью эти насекомые узнают членов своей семьи, могут легко обнаружить кормовые запасы, подают сигналы тревоги и призывы о помощи.

На жгутиках усиков и нижней губе насекомых находятся вкусовые рецепторы, а покрывающие во многих местах тело щетинки определяют информацию о движении воздуха и гравитации. Здесь же сосредоточены и рецепторы, отвечающие за тактильные ощущения. У некоторых видов на конце брюшка есть жало. Жвалы используются для захвата и удержания пищи и при самообороне.

Размеры особей варьируются в зависимости от видовой и кастовой принадлежности муравьёв в пределах от 1 мм до 3 см. Самыми крупными бывают как самцы, так и самки. Насекомые одного вида из разных каст могут и выглядеть по-разному. Например, у самцов обычно туловище намного больше головы, рабочие особи не имеют крыльев, а самки их лишаются после брачного периода.

Внутреннее строение

Под экзоскелетом муравья находятся поперечно-полосатые мышцы, к которым крепятся внутренние органы. У рабочих особей они наименее развиты, в отличие от крылатых самок и самцов, которым требуются ещё и летательная мускулатура. Дыхательная система образована трахеями, открывающимися наружу так называемыми дыхальцами.

Кровеносная состоит из основного мускулистого сосуда, проходящего вдоль спины, который выполняет работу сердца, т. е. заставляет циркулировать по другим сосудам «кровь» муравья — бесцветную гемолимфу. Центральную нервную систему составляют несколько нервных узлов — ганглиев. Надглоточный ганглий можно считать примитивным мозгом насекомого, потому что в нем формируются временные связи, ведущие к появлению условных рефлексов. Именно они управляют всеми действиями муравьёв, которые со стороны кажутся вполне осмысленным.

Самый большой размер «мозга» у рабочих особей, у самок он чуть меньше, а у самцов совсем маленький. Пищеварительная система состоит из трёх отделов кишечника, средний из которых сходен с работой желудка — в нём происходит основное переваривание еды. В первый отдел входят:

• глотка;
• пищевод;
• слепой отросток пищевода — зоб;
• провентрикулюс.

Зоб у муравьёв большой и имеет свойство сильно растягиваться. Его можно назвать общественным желудком муравьиной семьи, так как пища может там долго храниться и передаваться другим особям. Провентрикулюс выполняет роль заслонки, не позволяющей еде, скопившейся в зобе, продвигаться в желудочный отдел. В пищевод пища попадает только в жидком состоянии, твёрдые частицы задерживаются в отдельной части глотки и сплёвываются.

Задний отдел имеет выход в анальную трубочку, здесь же находятся и мальпигиевы сосуды — своего рода выделительная система, освобождающая организм насекомого от мочевой кислоты и других конечных продуктов обмена веществ. В теле каждой особи сосредоточено много желез, имеющих разные характеристики — одни участвуют в пищеварении и обмене едой, другие выделяют различные феромоны, третьи хранят экскрет — особый продукт для вскармливания матки и личинок.

Размножение муравьев

Во главе практически каждой муравьиной семьи стоит одна или несколько маток (королев), хотя встречаются виды и без главной самки. У них размножаются муравьи рабочей касты. Матка откладывает яйца, из неоплодотворённых вырастут будущие самцы, из оплодотворённых — полноценные самки или недоразвитые, которые станут рабочими муравьями. После созревания кладки из яиц появляются личинки. Они малоподвижны и, подрастая, проходят четыре стадии линьки.

Уходом за ними и кормлением занимаются самые молодые рабочие муравьи. Процесс питания личинок называется трофаллаксис — это отрыжка жидкой пищи из зоба, но возможно кормление и твёрдой пищей — кормовыми яйцами, зёрнами растений, экскретом. После наступает период окукливания, у некоторых видов куколки созревают в коконе. Важным условием, выйдет ли из куколки имаго (особь, способная к размножению) или недоразвития самка, является питание личинки, оно же определяет и будущую специализацию молодого рабочего муравья.

Вылупиться из куколки молодняк сам не может, ему помогают другие члены семейства. Недоразвитые молодые самки сначала помогают с имаго, а позже начинают выполнять те действия, для которых были рождены. Особи, способные к размножению, окрепнув, отправляются в брачный лёт. Половая система самцов состоит из семенных мешочков для хранения спермы, протока и семенников, самки — из множественных яйцевых трубочек, яйцевода и семяприёмников, где хранится семенная жидкость на протяжении всей жизни самки после однократного оплодотворения во время лёта.

Имаго больше никогда не возвращаются в старую семью. Самцы чаще всего погибают после спаривания, а самки выбирают место для собственного муравейника, отгрызают себе крылья и делают первую кладку в вырытой первой камере нового гнезда.

Первое потомство, мелкое и слабое, помогает королеве ухаживать за следующей кладкой и расширяет муравейник. Следующий выводок рабочих муравьёв получается обычного размера.

Польза и вред

Муравьи считаются полезными существами, значение их деятельности для природы велико. Они разрыхляют почву, что способствует хорошему доступу воздуха, уничтожают множество листогрызов и вредителей, живущих под корой деревьев. Велика их роль и в поддержке водного и кислотного баланса почв, насыщении их азотом и оксидами калия.

Медоносные разновидности собирают падь тлей, чем предотвращают закупоривание устьиц листьев и спасают множество растений, а также производят падевый мёд, не уступающий по качеству пчелиному. Но использовать в пищу можно только продукт, полученный с хвойных деревьев, потому что дубовая и ивовая падь может быть ядовитой. Некоторые животные используют муравейники для очищения кожи или шерсти от паразитов.

Однако существует и немало вредоносных насекомых, доставляющих неприятности человеку. Они могут уничтожать посевы на фермах, а в домах деревянные детали отделки и мебель, быть переносчиками бактерий, гельминтов и других паразитов. Но не следует относить к Перепончатокрылым термитов. Хоть их и называют белыми муравьями, эти насекомые являются родственниками тараканов.

Источник