Членистоногие

Теория для подготовки к блоку №3 ОГЭ по биологии: система, многообразие и эволюция живой природы.
Теория для подготовки к блоку №4 ЕГЭ по биологии: система и многообразие органического мира.


Тип Членистоногие (Arthropoda)


Членистоногие —самый крупный тип животных, к нему относится более половины от всех видов, населяющих планету. Тип Членистоногие включает в себя насекомых, ракообразных, паукообразных и многоножек.

Особенности строения:

  • наружный хитиновый скелет;
  • сегментированное симметричное тело с парными конечностями. Отделов тела три: голова, грудь и брюшко. Первые два отдела у некоторых классов сливаются в головогрудь.
  • Кровеносная система незамкнутая, сердца нет, его заменяет сердечная трубка.
  • Нервная система устроена достаточно сложно, в неё входят окологлоточное нервное кольцо и брюшная нервная цепочка.

Членистоногие обитают повсеместно, могут быть как травоядными, так и хищниками или паразитами. Для многих видов характерен половой диморфизм: самки отличаются от самцов размерами, окраской, строением тела.

Самый простой способ определить, к какой группе относится членистоногое – посчитать количество конечностей у животного. Насекомые имеют 3 пары ног, паукообразные – 4 пары, ракообразные – 5 и больше.

Класс Ракообразные (Crustacea)

Часто учёные рассматривают ракообразных, как несколько классов. К этой довольно крупной группе относятся крабы, лобстеры, раки, креветки, криль и другие животные. Всего около 73 000 видов, большая часть которых живёт в воде и ведёт активный образ жизни. Некоторые крабы, мокрицы живут на суше. Некоторые виды, как морской жёлудь, ведут прикреплённый образ жизни. Мелкие рачки могут паразитировать на рыбах и водных беспозвоночных.

Типичный представитель ракообразных – речной рак (Astacus astacus). Он имеет пять пар ходильных конечностей, две пары чувствительных усиков. Тело состоит из головогруди и брюшка. Брюшко образовано 18 подвижными сегментами, заканчивается анальной лопастью с хвостовым плавником.

Панцирь в основном хитиновый. Хитин – углевод, который также можно встретить в клеточных стенках грибов. Он выделяется клетками кожи членистоногих и образует мягкий и эластичный слой. Над хитиновым слоем находится прочный и жёсткий известковый (неорганический слой), покрытый снаружи кутикулой с щетинками.

Изнутри к пластинам панциря крепятся мышцы и связки, формируя подвижные сочленения. Внутреннего скелета, как у хордовых, у членистоногих нет.

Панцирь не может увеличиваться вместе с животными, поэтому ракообразные линяют: сбрасывают старый панцирь, быстро растут и выделяют новый покров. Во время линьки животные особенно уязвимы и вынуждены укрываться в защищённых местах.

Пищеварительная система устроена довольно просто. Кишечник состоит из переднего, среднего и заднего отделов. Желудок разделён на две части: жевательную и цедильную. В жевательном отделе происходит механическая обработка пищи с помощью «зубов» из кутикулы. Затем в цедильном отделе пища подвергается химической обработке пищеварительными ферментами.

В кишечник впадает проток от печени, по нему поступают печеночные ферменты. Анальное отверстие открывается на анальной лопасти.

Органы дыхания ракообразных – жабры. Они находятся под панцирем. Могут состоять из листовидных пластинок, тонких ветвящихся нитей или одиночных выростов. Ракообразные очень маленьких размеров не нуждаются в жабрах и получают необходимый кислород путём диффузии.

В передней части головогруди располагается пара почек – зелёные железы. Каждая железа состоит из концевого мешочка, от которого отходит извитой канал. В мешочке из тканевой жидкости образуется первичная моча. При прохождении по извитому канальцу моча концентрируется и в итоге попадает в мочевой пузырь, где накапливается.

Кровеносная система незамкнутая. Функции крови выполняет гемолимфа, жидкость желтоватого цвета, близкая по составу к плазме.

На спинной стороне головогруди находится пятиугольное сердце, которое на самом деле является расширенным сосудом. От него отходит разветвлённая сосудистая сеть. Гемолимфа изливается в полость тела, омывает органы, просачивается к жабрам и вновь собирается в сосуды.

Центральная нервная система состоит из крупного надглоточного узла (головного мозга), окологлоточного кольца и брюшной нервной цепочки с ганглиями. К мышцам и органам чувств отходят периферические нервные отростки. У некоторых ракообразных нервная система может быть ортогонального типа.

Из-за панциря осязание ракообразных затруднено. Органами осязания служат усики, на них же расположены рецепторы химического чувства, чувства равновесия.

Поскольку рак не может поворачивать голову, он обладает очень подвижными глазами на стебельках. Глаза сложные фасеточные, состоят из множества (более 3000) глазков. Зрение членистоногих называют также мозаичным, потому что целое изображение складывается из частичных мелких изображений, которые даёт каждый глазок.

Ракообразные обычно раздельнополы, самцы внешне отличаются от самок. Половые железы располагаются в теле между кишечником и спинной аортой. Оплодотворение у большинства видов наружное, сперматозоиды и яйцеклетки сливаются в воде.

Если размножение с превращением, из яиц выходят личинки: науплиусы у простых раков и зоэа у высших. Такое размножение характерно для большей части ракообразных, в том числе для креветок.

У речного рака развитие прямое, то есть из яиц выходят маленькие рачки. Они цепляются за гребные конечности матери и путешествуют вместе с ней, пока не вырастут.

Микроскопические ракообразные играют важную роль в пищевых цепочках, образуя зоопланктон. Дафнии, циклопы, диаптомусы, бокоплавы имеют размеры меньше 1 мм. Они парят в толще воды и служат пищей для многих рыб, китообразных и других животных.

Класс Паукообразные, или Арахниды (Arachnida)

В этот класс входят пауки, скорпионы и клещи, всего коло 114 000 видов. Размеры не превышают нескольких сантиметров. Многие паукообразные имеют специальные органы: ядоносный и прядильный аппараты. Почти все представителя класса – хищники, обитают на суше.

Тело состоит из головогруди с конечностями и брюшка, однако членистое строение выражено не так ярко, как у ракообразных. Более всего на раков похожи скорпионы, у них наибольшая степень расчленения брюшка. У всех паукообразных четыре пары ходильных конечностей.

Снаружи тело покрыто хитиновой кутикулой, она предохраняет организм от потери влаги. Это позволяет паукообразным заселять самые засушливые районы. Дополнительную прочность кутикуле придают белки, рассеянные в ней.

Пищеварительная система типичная, представлена передней, средней и задней кишкой. У пауков может быть внешнее пищеварение (экзоцитоз): яд из желёз не только обездвиживает, но и переваривает жертву. Так как пауки часто питаются другими членистоногими, они впрыскивают яд под покровы жертве и ждут, пока та переварится внутри панциря.

Желудок крупный, кишечник имеет несколько выростов, что позволяет всасывать большой объём пищи. В среднюю кишку открываются протоки печени.

Дыхательная система может быть представлена лёгкими и/или трахеей. У мелких пауков и клещей органы дыхания отсутствуют. Лёгочные мешки более древние по происхождению, считается, что они образовались при погружении жаберных конечностей внутрь тела. По сути, лёгкие являются углублениями с лёгочными листочками, на которых совершается газообмен между кровью и воздухом. Трахеи же – это тонкие разветвлённые каналы, которые проходят по всему телу, они доставляют воздух ближе к тканям.

Кровеносная система такая же, как у ракообразных. У мелких клещей сердце может быть очень маленьким или вообще отсутствовать.

Выделительная система образована мальпигиевыми сосудами. Это сеть каналов, которые сходятся к кишечнику и открываются отверстием между средней и задней кишкой. Продукты обмена по каналам идут от тканей и выводятся вместе с непереваренными остатками пищи.

Кроме мальпигиевых сосудов могут быть и коксальные железы. Это небольшие мешочки, находящиеся в головогруди. От них отходят извитые каналы. Коксальные железы работают по принципу почек.

На конце брюшка находятся паутинные железы. Они могут производить разные типы нитей. Например, для строения паутины сперва необходимо создать каркас из опорных нитей (прочных, толстых и нелипких), а потом уже оплетать его ловчими (тонкими и очень липкими). От паутины отходит сигнальная нить, с её помощью паук определяет, попалась ли в ловушку жертва.

Нервная система состоит из крупного головного мозга и брюшной нервной цепочки.

Органы зрения представлены простыми (не фасеточными!) глазками, поэтому зрение у паукообразных слабое. У пауков может быть до 12 простых глаз.

Имеются органы химического, тактильного чувства, органы равновесия. Органы слуха развиты плохо.

Паукообразные раздельнополые, оплодотворение внутренние. Самки откладывают яйца, но у некоторых видов есть живорождение: яйцо развивается в половых путях и вылупляется внутри материнского организма.

Развитие чаще прямое, у клещей с метаморфозом (у личинки клеща три пары ног).

Класс Насекомые (Insecta)

В мире по самым скромным подсчётам есть более миллиона видов насекомых, учёные регулярно описывают новые виды. Насекомые освоили практически все среды обитания.

Их размеры колеблются от 0,14 мм (паразитические наездники) до 57 см (палочник). Наземные членистоногие не могут быть такими крупными, как водные, у которых размах конечностей иногда превышает 1,5-2 м. Это связано в неэффективным способом дыхания, дыхательная система не может справится с большим объёмом тела. В Юрском периоде концентрация кислорода в воздухе была выше и на планете могли жить гигантские стрекозы.

Насекомые имеют подвижную голову, грудь и сегментированное брюшко. На голове находятся усики и ротовой аппарат. Грудь разделена на три членика, несёт три пары конечностей и две пары крыльев. У многих видов крылья редуцируются или изменяются. Так, у мух вторая пара крыльев видоизменилась в специальные жужжащие придатки – жужжальца. У жуков пара крыльев превратилась в жёсткие защитные надкрылья.

Пищеварительная система имеет слюнные железы. Варианты строения ротовых аппаратов очень разнообразны. Грызущий характерен для жуков, лижущий есть у мух, сосущий у бабочек, колюще-сосущий у комаров и т.д.

У видов, которые питаются твёрдой пищей, за зобом расположен жевательный желудок с хитиновыми зубцами. Слепые выросты кишечника увеличивают поверхность всасывания.

Дыхание осуществляется только с помощью трахей. По бокам груди и на каждом членике брюшка расположены дыхальца, или стигмы – дыхательные отверстия. Они ведут в тонкие трубочки трахей, трахеи ветвятся на трахеолы и образуют небольшие расширения – воздушные мешки. Для лучшего газообмена некоторые насекомые вынуждены постоянно двигать брюшком.

Кровеносная система типичного строения. Сердец может быть несколько.

Выделительная система представлена мальпигиевыми сосудами, которые открываются в кишечник. Помимо них есть жировое тело. Клетки жирового тела накапливают токсичные вещества в течении всей жизни насекомого, такая система называется почкой накопления.

Нервная система состоит из крупных над- и подглоточных нервных узлов и брюшной нервной цепочки. У общественных животных, муравьёв, пчёл, термитов, мозг очень сложный. Они общаются друг с другом с помощью системы сигналов, заложенной на уровне инстинктов.

Зрение цветное, играет большую роль в жизни насекомых. Есть сложные и простые глаза. Слух достаточно хороший, улавливает не только вибрацию воздуха, но и колебания поверхности или воды. Обоняние и вкус могут быть разделены.

Насекомые раздельнополы, оплодотворение внутреннее. Развитие в основном с превращением. Взрослое животное называется имаго. Из отложенных имаго яиц вылупляется личинка первого возраста, которая обычно живёт дольше взрослого животного. Личинка может расти в несколько стадий, после чего окукливается. В куколке тело животного полностью перестраивается, наружу выходит взрослая особь, готовая к половому размножению.

Таким образом, главная задача личинки – накопить энергию, задача имаго – размножиться. У некоторых насекомых взрослая стадия очень короткая, например, майский жук живёт несколько дней, в то время как его личинка развивается годами. У взрослого майского жука даже нет ротового аппарата, после спаривания и откладывания яиц жуки умирают.

Классификация насекомых

Отряды

Тип развития

Кол-во пар крыльев

Ротовой аппарат

Особенность развития крыльев

Некоторые представители

Таракановые

С неполным превращением

2 пары

Грызущий

Надкрылья

Рыжий и черный тараканы

Термиты

С неполным превращением

2 пары

Грызущий

Сетчатые

Термит

Прямокрылые

С неполным превращением

2 пары

Грызущий

Надкрылья

Саранча, кузнечики, сверчки

Вши

С неполным превращением

Нет крыльев

Колющесосущий

Бескрылые

Вошь головная, вошь платяная

Клопы

Вошь

2 пары

Колющесосущий

Надкрылья

Клоп-черепашка, клоп-гладун, клоп-водомерка

Равнокрылые

С неполным превращением

2 пары

Колющесосущий

Сетчатые

Цикады

Жуки, или жесткокрылые

С полным превращением

2 пары

Грызущий

Надкрылья твердые

Майский жук, колорадский жук, жуки-могильщики, жуки-короеды

Бабочки, или чешуекрылые

С полным превращением

2 пары

Сосущий

Сетчатые с чешуйками

Капустница-белянка, боярышница, тутовый шелкопряд

Перепончатокрылые

С полным превращением

2 пары

Грызущий, лакающий

Сетчатые

Пчелы, шмели, осы, муравьи

Двукрылые

С полным превращением

1 пара

Колюче-сосущий

Сетчатые

Комары, мухи, оводы, мошки

Блохи

С полным превращением

Нет

Колюче-сосущий

Бескрылые

Блоха человеческая, блоха крысиная