Насекомые

Отряд стрекозы. Стрекозы относятся к древнейшим обитателям нашей планеты. Они существовали миллионы лет назад и незначительно изменились с тех пор (рис. 22). "Эти консервативные существа,- пишет Ханс Шерфиг,- видели гигантских ящеров, летали рядом с крылатыми ящерицами, а позже с удивительной птицей археоптерикс..., они - один из первых удачных экспериментов природы". Большую часть дня стрекозы - дневные хищники (рис. 23) проводят в воздухе. Они обычно летают и охотятся вблизи водоемов, но встречаются и вдали от них, на лесных полянах, на степных дорогах, в городах. Известны случаи, когда крупные стрекозы присаживались отдохнуть на палубы судов за много миль от береговой линии океана. До сих пор нет сведений об удачных попытках содержать стрекоз в неволе.

Рис. 22. Стрекоза обыкновенная

В отличие от взрослой формы насекомых личинки стрекоз живут в "царстве мрака и тины", в медленно текущих и стоячих водах.

При отлавливании личинок стрекоз нередко вытаскивают на берег водную растительность. Личинки иногда сразу, а иногда спустя некоторое время начинают интенсивно двигаться и легко заметны. Извлекая из мелководья слой тины, можно в нем найти донные формы личинок. Наконец, их ловят, проводя водным сачком по зарослям водных растений.

Рис. 23. Стрекоза-коромысло

Личинки стрекоз делятся на три хорошо различимые группы: тип коромысло, собственно стрекозы и лютки. Для всех личинок характерны общие черты строения: голова с короткими, вперед направленными усиками, более или менее крупные фасеточные глаза, наличие снизу головы так называемой "маски", грудь с тремя парами ходильных ножек и зачатками крыльев на спине и брюшко разного размера и формы. У стрекозы - неполное превращение, отсутствует фаза куколки, поэтому личинок с зачатками крыльев иногда называют нимфами (рис. 24).

Все личинки стрекоз - хищники, поджидающие добычу в засаде, лишь личинки коромысла сочетают подкарауливание с активным нападением на некоторые виды животных. В разных типах биотопов сформировались разные формы личинок. В тине, как правило, попадаются личинки собственно стрекоз. Личинки коромысла предпочитают отдельно стоящие крупные стебли растений; лютки, напротив, забираются в густое переплетение мелких зарослей.

Наиболее крупные,- длиной до 4,5 см,- личинки стрекозы коромысло. Но этих личинок легко определить и в более раннем возрасте, когда они не более 8 - 12 мм. Глаза крупные. Брюшко чуть шире груди, равномерно суживается к концу. У личинок родов либеллула, кордулия глаза мелкие, брюшко укороченное, его средняя часть значительно шире груди. У люток глаза несколько больше, а брюшко стройное, цилиндрическое, уже груди. У первой группы на конце брюшка крупные (до 0,5 см) пирамидальные отростки - церки - окружают анальное отверстие; у собственно стекоз на члениках брюшка сверху и по бокам шипкки, церки невелики, укорочены; у личинок люток конец брюшка украшен тремя листочка-ми или узкими трехгранными стилетами.

Рис. 24. Личинка стрекозы-коромысла

При рассмотрении внешнего вида личинок следует обратить внимание на"их окраску. Лютки коричневатые, зеленые; их трудно заметить среди тонких стеблей. Донные личинки покрыты волосками и шипами, среди которых застревают комки грунта, маскирующие их. Встречаются и ярко светло-зеленые личинки этого типа, живущие среди растений. Крупные личинки коромысла обычно бурые, как отмершие части водных растений, иногда на их верхней стороне разрастаются нитчатые зеленые водоросли. Эти же личинки в более молодом возрасте зеленоватые. Причина зеленовато-прозрачной окраски личинок стрекоз до сих пор не совсем ясна. Но бесспорно, что все вариации окраски способствуют незаметности неподвижно сидящих личинок - это спасает их от врагов и позволяет успешно подкарауливать добычу. Выпадает из этого ряда интенсивно-черная, с белой окантовкой брюшных колец окраска только вышедших из яиц личинок коромысла - причина и назначение этой окраски не ясна.

Наблюдения за личинками стрекоз позволяют учащимся выяснить реактивный способ передвижения, использование "маски" для захвата добычи, дыхание при помощи кишки и многое другое.

Рис. 25. Последовательные стадии выхода стрекозы-коромысла из личиночной оболочки

Способы передвижения личинок в каждой группе особые. Лютки при плавании широко раздвигают ходильные кожки, которые в движении не участвуют. Плавает личинка изгибаясь всем телом. Похмогают этому листоподобные церки. Они при плавании сжимаются в единую пластину (их можно сравнить с хвостовым плавником рыб). У личинок красавки трехгранные стилеты не дают такого эффекта, хотя тоже сжимаются воедино; плавает эта личинка хуже.

Донные формы плавают около дна с помощью активно действующих ног и реактивной струи; вода набирается в прямую кишку и выталкивается оттуда. Создается впечатление, что в слое воды у дна личинка прыгает. На открытом пространстве эти личинки предпочитают не показываться. Поэтому, если их пустить в просторный аквариум, они могут падать на дно без движения, иногда нижней стороной кверху, но вблизи дна быстро переворачиваются и активно удирают в укрытие.

Наиболее интересен способ плавания личинки коромысла. У нее два типа плавания (кроме медленного передвижения с помощью ножек). При спокойном плавании ножки расставлены в стороны, как у люток, но тело не извивается. Личинка набирает в прямую кишку небольшие порции воды и часто выбрасывает ее, двигаясь импульсивно. Такое движение хорошо видно в чистой, без грунта, банке, где личинка подталкивает себя ко дну, но не может за него зацепиться, или в тарелке с уровнем воды не более 2 см (иногда виден бурун над поверхностью от выброшенной струи воды). Более сильные такого же типа толчки личинка совершает, переходя внезапно от подкарауливания жертвы к нападению на нее. Слабые выбросы воды позволяют ей зависать на месте, перед тем как ножки ухватятся за субстрат.

Иначе осуществляется передвижение быстрое - от испуга или по другим причинам. Молодые черные личинки по неясным пока причинам часто носятся в открытой воде. Более крупные личинки, за исключением испуга, реже прибегают к этому способу.

При быстром движении ножки прижимаются к телу, вода набирается в прямую кишку полностью и выброс очень силен. Один импульс бросает личинку вперед на 8-12 см, импульсы следуют друг за другом, и в этом коротком полете "водяной ракеты" личинка коромысла не уступает рыбам.

При наблюдении следует предостеречь учащихся: если личинки коромысла сидят в аквариуме на стеблях и стенках вниз головой, а их церки близко расположены к поверхности, не стоит наклоняться над водой. При испуге личинка может облить лицо неосторожного наблюдателя струей воды. У личинок коромысла церки - оружие защиты; извернувшись брюшком, личинка может ощутимо уколоть ими. Наблюдение за дыханием личинок стрекоз также представляет интерес. Все типы личинок стрекоз дышат с помощью трахейных жабер, наибольшее разветвление трахей находится в области прямой кишки. У коромысла стенки прямой кишки покрыты пластинчатыми выростами, их около 300. У люток вдоль задней кишки проходят три продольные складки, покрытые прозрачным эпителием с крупными ядрами. Эпителий снабжается притоком крови, а у красоток он пронизан трахеями, капилляры которых входят внутрь клеток, жабры омываются водой в кишке.

У спокойно сидящих личинок коромысла хорошо видно, как брюшко наполняется водой, особенно в его нижней части. Затем вода, обогащенная углекислотой, выбрасывается наружу. "Вдох" и "выдох" следуют один за другим в последовательном ритме, церки раздвинуты. Выброс воды плавный, реактивного эффекта не дает и на спокойное положение личинки не влияет.

При недостатке кислорода в воде личинки располагаются на субстратах вниз головой и выставляют из воды конец брюшка, церки полусжаты. Это позволяет личинке обогащать кислородом атмосферы воду, находящуюся в кишке. По бокам тела, между первым и вторым сегментами груди, у крупных личинок открываются дыхальца - стигмы (на более ранней стадии развития они не работают). Если поместить личинок в охлажденную кипяченую воду, они через час займут на субстрате положение, при котором передняя часть тела располагается выше поверхности воды. Такое же положение занимают в водоемах личинки перед выходом стрекозы (иногда за 2 - 3 суток до превращения). Наконец, прямая кишка выполняет свои непосредственные функции. Но, поскольку личинки в засаде сидят неподвижно, фекальную массу требуется удалять от этого места. Она с силой выбрасывается с помощью все той же струи воды. В старших классах уместно обратить внимание учащихся на эту многофункциональность прямой кишки личинки стрекозы, при изучении экологии.

При наблюдении за дыханием личинок типа лютки требуется внимательно следить за брюшком через лупу. Тогда видно, что личинка раскрывает анальное отверстие и набирает в прямую кишку порцию воды. Затем анальное отверстие закрывается. Видно, как вода проталкивается мускулами брюшка по кишке вперед. Затем повторяется операция наполнения, и так от 4 до 7 раз. После небольшой паузы вся вода выбрасывается наружу и цикл повторяется. У красоток, как и у коромысла, воздухом наполняются трахеи; у люток и стрелок - кровь (трахейные и кровяные жабры).

Долгое время считали трахейными жабрами у люток листоподобные церки, в них действительно видно невооруженным глазом густое разветвление трахей (подобные утверждения можно встретить и в современных книгах). Но эти церки работают, по-видимому, только как дополнительные органы дыхания: в воде со слабым насыщением кислородом лютки иногда поводят брюшком из стороны в сторону, чтобы обеспечить ток воды вокруг церок. Основным органом дыхания церки быть не могут, так как личинки очень просто их сбрасывают - такое самокалечение называется автотомией. Без церки личинки прекрасно живут, но плохо плавают - в этом и состоит основное назначение листиков на конце брюшка. Новые церки появляются после линьки. Движение при плавании (у красавки стилетопсдобные церки - орудие защиты), автотомическая защита, дополнительный орган дыхания - пример многофункциональности одного органа.

Маска - это пластинка, прикрывающая рот снизу. Ее назначение - обеспечить питание. У коромысла и люток она плавно расширяется спереди и оканчивается двумя подвижными когтями. В спокойном состоянии маска сложена вдвое, обе ее пластины соединены подвижно. Так же она соединена с нижней частью голозы. Она с силой выбрасывается вперед, и когти схватывают добычу. Выброс у коромысла осуществляется на 1,5 см. Перед броском личинка медленно поворачивает голову или все тело в сторону "выстрела". Крупные личинки коромысла сами бросаются навстречу проплывающей добыче. Складываясь, маска подтягивает ко рту схваченную жертву.

Личинки коромысла прожорливы и нежелательны в рыбоводных хозяйствах. В эксперименте крупные личинки поедали за сутки от 12 до 50 мальков рыб! Донные личинки поедают от 3 до 8 мальков. Мальки порой вырываются, но погибают от полученных ран. Причем у головастиков и мальков рыб личинки выедают брюхо, остальное отбрасывают и снова готовы к охоте.

У донных личинок конечные когти на маске плоские, это треугольные лопасти, густо усеянные по краям щетинками. Образуется ковш, прикрывающий, как маской, всю нижнюю часть головы. Такой маской личинка не только хватает подходящую добычу, но и набирает детрит, процеживает тину сквозь щетиночный фильтр, а мелкую донную живность поедает.

В аквариумах личинок стрекоз следует кормить мотылем, дафниями (циклопа едят неохотно), а личинок коромысла - плавающими на поверхности мухами, тараканами.

Во внеклассной работе можно поставить опыты по наблюдению за линькой личинок, выходом взрослой стрекозы (рис. 25). Под твердыми хитиновыми покровами личинки образуется новая, более просторная, лежащая в складках кожа. Старая кожа со временем лопается на голове и спине и личинка постепенно выбирается из старой оболочки. Пока новый хитиновый покров не расправится и не затвердеет, личинка растет, следовательно, в целом, в онтогенезе рост личинок происходит импульсно. Перед линькой личинка становится вялой, 2 - 3 суток не ест, после линьки, до отвердения покровов и хватательных когтей на маске, тоже не питается, прячется от возможных врагов. Личинки коромысла проводят в воде 2 - 3 года, скачкообразно 10 - 12 раз наращивая свои размеры. Личинки люток завершают развитие за год. Все личинки зимуют, жизнь взрослых насекомых ограничивается одним летом.

Перед выходом личинка несколько суток сидит у поверхности головой вверх, иногда высунувшись из воды ка одну треть. Естественно, она не ест в этот период. В аквариуме должны быть стебли, выходящие из воды. В этот период происходят сложные внутренние процессы формирования стрекозы. Затем она полностью выползает из воды, поднимается над нею на 10 - 50 см.

Как и при линьке, внешние изменения начинаются с появления трещины на голове и спине. Из нее начинает выдаваться спинка стрекозы. После отдыха спина выпячивается вверх и удлиняет трещину в шкурке, а ка голове образуется поперечная трещина от глаза к глазу. Голова стрекозы и глаза увеличиваются, появляются из шкурки, затем появляется грудь. Несоответствие объемов взрослой и личиночной форм очень велико.

Чтобы извлечь из футляров ноги, стрекоза откидывается назад. Пошевелив освободившимися ногами, стрекоза впадает в оцепенение. Эта пауза длится от 10 до 40 мин. Затем следует резкий бросок откинутого назад тела вниз - при этом наполовину извлекается брюшко. Снова пауза, и снова скачок, при котором ноги вцепляются в спинку шкурки, после чего брюшко извлекается и растет. А крылья остаются такими же короткими, тесно сжатыми пластинками, какими они и были на спине нимфы. Но если у нимфы эти пластинки ровные, у взрослой стрекозы они как бы плиссированы. Для расправления крыльев требуется 4 - 6 ч, которые стрекоза проводит неподвижно либо на шкурке, либо перебравшись с нее на стебель. Расправляются крылья от притока в них полостной жидкости (крови), а затем они затвердевают, раскрываются в стороны. Теперь стрекоза готова для полета и жизни воздушного хищника.

Весь цикл развития личинок можно проследить, собрав летом листья и стебли водных растений с кладками яиц стрекозы. У некоторых видов люток выходят из яиц недозрелые, так называемые предличинки, из которых сразу при линьке появляются личинки. У коромысла, как уже говорилось, из яиц выходят черные личинки. При содержании в аквариумах личинок надо обильно кормить, сортировать по размерам, сделать в водоеме укрытия, заросли растений, так как личинки склонны к каннибализму.

Отряд поденок. Личинок поденок легко отличить по трем хвостовым нитям и листовидным брюшным трахейным жабрам. Ко в улове они не сразу бросаются в глаза. Стебли растений надо сполоснуть в банке с водой, улов выбросить из сачка в тарелку или плоскую посуду из белой эмали, пластмассы. Личинки поденок очень стремительны, плавающие формы так быстро передвигаются, что глаз не успевает их разглядеть в движении. В отличие от других водных насекомых эти существа требуют насыщенной кислородом воды, поэтому содержать их лучше понемногу в небольших банках с водными растениями, находящихся под хорошим освещением.

Существуют четыре формы личинок поденок: роющие, живущие в быстро текущей воде, ползающие и плавающие. Роющие формы снабжены сильными роющими конечностями, голова с развитыми челюстями. Эти личинки редко попадают в аквариумы, так как живут в норах береговых откосов, а в аквариуме, если их удастся выловить, быстро исчезают в грунте и малоинтересны.

Ползающие формы обычно покрыты частичками песка и ила, что хорошо их маскирует. Встречаются они при выловах довольно часто, но в содержании малоинтересны, так как их не видно среди грунта и растений в аквариуме.

Поденок из быстрых ручьев, живущих под камнями (рис. 26), содержать в аквариумах в личиночной форме трудно. Только что выловленные из ручьев и помещенные в банку, они тут же начинают гибнуть.

Рис. 26. Личинка поденки из быстро текущих водоемов

Для содержания в аквариумах подходят плавающие формы со стройным телом и хвостовыми нитями, густо усеянными волосками. Различают три способа плавания личинок. Медленное - за счет движения жаберных листиков; среднее - сочетание первого способа с легкими волнообразными движениями тела и нитей; быстрое - мощньши изгибами тела в вертикальной плоскости и за счет сильных ударов хвостовых нитей. Эти личинки чаще всего встречаются в уловах и хорошо живут годами в банках-аквариумах, постоянно находятся на виду (рис. 27).

В уголке живой природы можно наблюдать способ дыхания личинок. Каждый сегмент брюшка имеет пару листочков - наружных трахейных жабер (форма их различна и служит видовым признаком при определении). Жабры постоянно двигаются, личинка ритмично взмахивает ими либо синхронно - одновременно у одних видов, либо волнообразно - у других, как будто волна пробегает по листочкам от передней пары к хвосту. Наряду . с трахейными жабрами есть и кровяные (сравнить с личинками люток), их роль выполняют хвостовые нити, в которые подается кровь, а оттекает от них обратно близко от поверхности покровов нитей и при этом обогащается кислородом.

Поденки питаются растительным детритом, водорослями, различными разлагающимися остатками водных животных, мелкими живыми обитателями воды; реофильные личинки обычно хищники. В банке с личинками поденок, где на грунте из песка есть заиленные участки, а по стенкам ползают мелкие улитки, кормить личинок поденок практически нет надобности. Личинки поденок почти все время едят, жуют (для сравнения вспомним, что прожорливые личинки стрекоз большую часть времени проводят подкарауливая свои жертвы). Такое непомерное потребление пищи имеет свое объяснение и свою биологическую целесообразность, о чем будет сказано ниже.

В аквариуме возможны наблюдения за развитием и ростом поденок. Их личинки живут в воде до трех лет, растут спорадично при каждой линьке. Всего бывает 19 - 22 линьки, в зависимости от принадлежности к определенному виду.

Рис. 27. Личинка поденки из стоячего водоема

По завершении цикла развития личинка становится малоподвижной, перестает есть и сквозь ее покровы поблескивают пузырьки газа. Этот газ и поднимает утерявшую подвижность личинку к поверхности воды: наступает момент выхода взрослого насекомого.

Появление взрослых форм поденок в аквариуме вполне возможно, но следует предупредить учащихся, что, в отличие от стрекоз, личинка поденки выходит за несколько секунд. У реофильных личинок, которые для превращения выходят на берег, надводные камни и стебли, опасность не столь велика к темп превращения не такой быстрый.

У всплывающей личинки вода скатывается со спинки и сухая спинка, оказавшаяся на воздухе, тут же лопается, и за несколько секунд из образовавшейся щели выходит насекомое. Три - пять секунд - и насекомое, взмахивая крыльями, взлетает над водой. В природе оно взмывает в воздух, в закрытом аквариуме садится на стенку над водой. Но это еще не поденка. Хотя и у этих насекомых, как и у стрекоз, тоже неполное превращение- нет стадии куколки, у них есть уникальная фаза - полувзрослое насекомое. Взрослая фаза насекомого носит название имаго, а полувзрослая - субимаго - тусклая, серая, с толстыми мутными крыльями и толстыми ножками. Вскоре субимаго сбрасывает шкурку и наконец появляется во всем великолепии настоящая поденка.

Взрослые поденки живут около 12 ч, иногда 2 - 3 дня. Если выход из личинок совпал с плохой погодой, могут прожить и 2 - 3 недели. Поденки-однодневки превращаются в имаго из полувзрослой стадии через несколько минут после выхода из личиночной оболочки (хотя и не так быстро, как выход из личинки). Живущие дольше могут пробыть 12 ч и более в стадии субимаго, имеющего недоразвитые рот и пищеварительный тракт и не питающегося. Функция взрослых насекомых: взлететь, встретиться, оплодотвориться и отложить яйца. Самцы погибают сразу после копуляции в воздухе; самки либо сбрасывают мешочки с яйцами в воду и затем гибнут, либо гибнут с мешочками на конце брюшка на пути к воде.

Здесь следует обратить внимание на два любопытных момента биологии поденок. Желудочно-кишечный канал этих насекомых не работает по своему прямому назначению, а заполнен газом и играет роль аэростатического аппарата. Он облегчает насекомому парение в воздухе. Учителю следует привлечь внимание к этому оригинальному факту перемены функций органа (сравнить с многофункциональностью прямой кишки у личинок стрекозы), а при изучении общей биологии этим фактом проиллюстрировать явление биологического регресса. Из органа пищеварения желудочно-кишечный тракт, утеряв свои первоначальные функции и способность химически перерабатывать пищу, превратился по существу (хотя и инертно) в орган движения.

Второй любопытный момент биологии поденок - несоответствие огромной затраты энергии - на два превращения, полеты, копуляцию, откладку яиц - полному отсутствию ее пополнения. За счет чего живет насекомое в зги краткие часы полной движения жизни? Оказывается, за счет накопленной впрок энергии: непомерное обжорство личинки позволило накопить в ее теле жировой запас, он, естественно, переходит и во взрослое насекомое. Вся длительная жизнь взрослой поденки происходит за счет сжигания энергии, полученной из этих запасов. Насекомое живет как бы поедая само себя и, исчерпав запасы, погибает, исчерпав свой жизненный ресурс полностью. Поэтому И. И. Мечников назвал поденок классическим примером естественной смерти организма, т. е. такой, при которой смерть определяется исключительно самим организмом, а не какими-либо внешними обстоятельствами или случайностями, что, конечно, не исключает гибели миллионов поденок от случайностей - в пасти хищников, например. Но те, которые погибли "своей смертью", погибают потому, что они выполнили свое назначение и жизнь каждой из них уже не нужна, нужна жизнь вида в целом, а ее насекомые обеспечили, спарившись и отложив яйца. Этим примером в курсе общей биологии можно проиллюстрировать некоторые положения учения о биологическом прогрессе вида, показать соотношение между постоянно существующим и развивающимся видом в целом и дискретными его образующими популяциями, индивидумами, чья жизнь кратковременна и задача заключается в сохранении и развитии вида в целом. При наблюдениях за поденками юннатов-семиклассников разворачивать подобные рассуждения рано, но следует обратить их внимание на своеобразное "разделение труда" в онтогенезе поденки: личинка растет, ест и накапливает потенциальную энергию; имаго запускает и тратит эту энергию, но за счет ее израсходования обеспечивает продолжение вида.

В плане охраны природы можно обратить внимание на все сокращающиеся масштабы массовых вылетов поденок. Описан такой взлет в 1932 г. на Иртыше. Стаи поденок наблюдались на сотни километров, полоса их трупов сохранялась по берегам до осени. Есть немало красочных описаний лёта поденок в Европе, сделанных авторами в XVIII - XIX вв. Промышленное загрязнение рек в Европе привело к резкому сокращению популяций этих насекомых и сегодня в Западной Европе массовый вылет поденок уже не встречается.

В связи с этими обстоятельствами необходимо привлечь внимание учащихся к созданию всех необходимых условий жизни поденок в уголке живой природы и бережному отношению к ним, как, впрочем, и ко всем обитателям живой природы.

Рис. 28.Клоп-гладыш

Отряд полужесткокрылые. Группа водяных клопов - вторично водные животные (предки их жили на суше), но ими освоены практически все основные биотопы пресных стоячих и слабо текущих вод. Прибрежное мелководье, заросли водной растительности у поверхности воды заселены водяным скорпионом; при поверхностные стебли растений в отдалении от берега освоены ранатрой; в зарослях растений и на тенистом дне мелководья скапливаются кориксы и другие клопы-гребляки; среди подводных лесов охотятся плавты и плен; в открытой воде бесчинствуют гладыши; они же охотятся у поверхностной пленки воды снизу; сверху, на поверхности открытой воды, то же проделывают водомерки; среди полузатопленных растений береговой зоны - палочковидные водомерки; поверхность быстро текущих вод населяют велии; дно быстрин - офелохирусы.

В нашем описании мы разделим водных клопов на три характерные группы по экологическим признакам.

Плавающие в воде клопы. Представитель этой группы - клоп-гладыш (рис. 28). Голова гладыша треугольной формы, что вообще характерно для клопов; на голове большие красноватые глаза. Такие глаза позволяют гладышу хорошо видеть любое движение, как в воде, так и на ее поверхности. Следует обратить внимание на хоботок насекомого: на конце хоботка подвижные колющие стилеты, этими стилетами клоп пронзает не только покровы жертвы, но и кожу человека. При укусе в тело жертвы (и ткани руки также) попадает довитая слюна, способствующая растворению тканей жертвы (у человека эта жидкость вызывает сильную боль и жжение на месте укуса).

Головогрудь и брюшко плотно пригнаны, первая пара крыльев превращена в надкрылья, они плотно закрывают собственно крылья и спину. Надкрылья образуют крышевидное покрытие спины. Такая выпуклая поверхность с килем по оси насекомого играет двоякую роль. При плавании киль помогает насекомому удерживать прямолинейное движение, при подготовке к полету гладыш подплывает к поверхности воды и выставляет спину, она возвышается над водой, надкрылья раздвигаются, и клоп готов взлететь прямо с воды. У других клопов, например у ранатры, подготовка к полету занимает длительное время. Клоп-гладыш плавает на спине, поэтому и приспособительные признаки связаны с таким существованием перевертыша: киль, образованный надкрыльями, расположен при плавании на спине снизу, а все тело насекомого напоминает контуры лодки. При взгляде сверху на воду четко выделяются светлые предметы, поэтому у рыб, ряда водных насекомых, земноводных верхняя сторона темнее нижней (если взглянуть снизу на поверхность воды в аквариуме, видно, что на ее светлом зеркальном фоне теряются светлые предметы). Поскольку гладыш - перевертыш, у него все наоборот: темное брюшко и серебристо-светлая блестящая спина (этот светлый блеск обеспечивает прослойка воздуха под прозрачными надкрыльями).

Задняя пара ног превращена у клопа в мощные весла, они густо усеяны щетинками. Передние ноги служат для схватывания добычи. Ими гладыш как бы упирается в поверхность воды снизу, когда дышит, выставляя из воды кончик брюшка, густо усеянный волосками.

В природных водоемах гладыши живут примерно год, с перезимовкой, от лета до лета. Летом в тех же водоемах в обилии встречаются личинки разных возрастов. У них укороченное тело, на спине только зачатки надкрыльев, поэтому сверху хорошо видны сегменты брюшка. В аквариумах можно содержать либо личинок одного размера, либо взрослых насекомых (размер взрослого гладыша около 15 мм). В лабораторных аквариумах гладыши могут прожить более полутора лет. В школьных аквариумах они успешно живут ряд месяцев, сохраняют активность и зимой.

Рис. 29. Клоп-плавт

Для этих клопов необходим достаточно просторный сосуд и водные растения, расположенные с одной из сторон аквариухма. Гладыши при обильном кормлении хорошо живут вместе с ранатрами, водяными скорпионами и водомерками. Но спокойнее содержать их отдельно. Корм для клопов - живой мотыль, мелкие насекомые, мухи с оторванными крыльями, брошенные на поверхность воды. Гладыши стремительно взлетают с поверхности воды, поэтому аквариум накройте крышкой.

В уголке живой природы, во внеклассной работе следует провести наблюдение за охотой гладышей, за отдыхом этих насекомых, выявить особенности передвижения, следует обратить внимание учащихся на любопытные черты этих клопов. Гладыши охотно заплывают за выступы, под укрытия, где находятся под водой без напряжения мускулатуры, обычно всплывают пассивно, без усилий к поверхности, перед погружением выпускают воздух из стигм, а погружаясь, сбрасывают излишки воздуха пузырьками. Что это дает насекомому? Гладыш вообще не смачивается, он живет в воде как бы в пузыре воздуха. Можно спросить учеников за счет чего удерживается этот воздух?

Брать гладышей руками нельзя!

Великолепно плавает и клоп-плавт, но путь его приспособления к жизни в водной среде иной по сравнению с гладышем. Тело плавта уплощенное, сверху оливково-зеленое, снизу серебристое за счет воздушного покрова. Последняя пара ног удлинена, густо покрыта волосками - это мощный плавательный орган. В длину плавт такой же, как и гладыш, в ширину значительно больше (рис. 29). Полезно сравнить особенности плавания плавта с гладышем. Гладыш - хищник открытой воды - плавает в основном прямолинейно, с помощью широко раставленных в стороны задних ног. Ими он делает мощные гребки. Плавт - хищник зоны водной растительности - свободно маневрирует среди стеблей, может описывать крутые виражи, свободно давать задний ход, его гребные ноги взмахивают более часто. Он может действовать ими вместе или попеременно - при крутых поворотах. Плавт, возможно, и не такой быстрый пловец, как гладыш, но более маневренный. В этом смысле его манера плавания ближе к жукам-плавунцам, чем к ближайшему родичу - клопу-гладышу (явление конвергенции).

При наблюдениях за плавтом интересно рассмотреть его передние ноги - совершенный хватательный аппарат. Это уже и не ноги, а клещи. Они укорочены, бедро расширено, голень и лопатка сужены. В состоянии покоя узкая часть входит в паз широкого бедра, как лезвие перочинного ножа.

Плавт нападает на все, что ему кажется подходящим в качестве добычи по размеру. Плавты - нежелательные гости в рыболовных хозяйствах. они активно поедают молодь рыб. В аквариуме плавты равного размера при хорошем кормлении живут до года, зимой сохраняют активность. Кормить надо так же, ка и гладыша. Правда, мух с поверхности едят менее охотно - это не типичные для них вид добычи и зона охоты. Плавт, однако, легко схватывает корм с поверхности, переворачиваясь на спину. Охотно ест моллюсков, нападает на аквариумных улиток.

Самец плавта издает высокие щелкающие звуки, призывая самку и ухаживая за ней. Личинки плавта появляются в природе в середине лета. В аквариумах они успешно живут, линяют и к началу учебного года превращаются во взрослое насекомое. Брать плавта в руки нельзя - укол болезнен, слюна ядовита!

Третьим представителем плавающих клопов является группа гребляков - корикса, сигара и др. Размер крупных гребляков - до 16 мм, как и плавта, но уплощенное тело их более вытянуто, чем у него. Сигары значительно меньше. Плавательные ноги - задние. Средние играют большую роль якоря-захвата, когда насекомое присаживается на глубине для отдыха и питания на растения грунт. Передние ноги превращены в своеобразные черпочки, их края усажены толстыми жесткими щетинками. Щетинками клоп наскребает водорослевый налет растений и грунта, собирает его в черепочки и затем всасывает несколько расширенным по сравнению с другими клопами хоботком. Таким образом, все три пары ног гребляков узкоспециализированы (рис. 30). Передними ногами гребляки издают мелодичные звуки, привлекающие самок. Эти звуки трудно услышать с берега водоема, но из аквариума они доносятся отчетливо. Известный натуралист-путешественник А. Фидлер в книге о природе Мадагаскара "Горячее селение Амбинанителло" писал, что тропические гребляки ночью дают столь мощные концерты, что заглушают пение птиц.

Рис. 30. Клоп-корикса

Питание гребляков - предмет давнишнего спора ученых: хищник ли этот клоп? Бесспорно, что гребляки растительноядны, зеленая масса пищи хорошо просвечивает сквозь тело личинок, имеющих лишь зачатки надкрыльев. О таком характере питания говорит и специализация передней пары ног. В аквариуме можно наблюдать и сам процесс питания. Тем не менее ряд авторов считает гребляков хищниками, даже опасными для рыболовства. Последнее предположение можно выяснить во внеклассной работе.

Дышат гребляки, стремительно выставляя у поверхности не заднюю часть брюшка, а спинку головогрудки. Взятые в руки, гребляки выделяют пахучую защитную жидкость. Покровы и взрослых насекомых довольно мягки, поэтому гребляков не стоит содержать с другими клопами даже равного размера, содержать их надо в обильно засаженном растениями, ярко освещенном аквариуме. Живут в таких условиях эти клопы по нескольку месяцев.

Рис. 31. Клоп водяной скорпион

Клопы, живущие на субстрате. Водяной скорпион, как и гладыш, широко распространен в наших водоемах. Рассматривая внешний вид клопа (рис. 31), следует обратить внимание на две задние пары ног, сравнить с ногами у свободно плавающих клопов. Ноги скорпиона лишь слегка опушены волосками, морфологически аналогичны ногам наземных клопов и почти не перетерпели особых изменений при перемещении из воздушной среды в водную. В основном они выполняют сходные функции, служат для передвижения по субстрату. Но клоп может передвигаться медленно, отрываясь от субстрата неохотно.

Зато передняя пара специализирована на охватывании добычи, превращена в мощные рычаги-захваты. Ноги выдвинуты вперед, бедро расширенно, голень и лапки напоминают лезвие ножа. Это лезвие почти полностью укладывается в спокойном состоянии в соответствующий паз бедра, а конец лапки даже заходит за крючок в основании бедра. Находясь в засаде, клоп держит ноги-захваты в рабочем состоянии; они широко расставлены, лезвия стоят под прямым углом к бедрам. Захват молниеносный; хотя добыча довольно крупная и пытается вырваться. Помогают ходильные ноги, они крепко держат клопа на субстрате. Сорванный с субстрата водяной скорпион не может овладеть крупной и сильной добычей. На субстрате он может справиться с головастиками, лягушатами, мальками рыб. Пока жертва безнадежно бьется в мощных захватах, хоботок клопа ищет надежное место и, наконец, вонзается в добычу. Действие слюны аналогично действию слюны гладыша. Хоботок водяного скор-пиона успешно пронзает и кожу человека, укус клопа болезнен.

При демонстрации приспособленности клопа к жизни в воде обращается внимание учащихся на способ дыхания. На конце брюшка у водяного скорпиона есть два длинных и тонких желебообразных выроста; вогнутая часть их - это хорошо видно в лупу- густо покрыта волосками и не смачивается. Соединенные желоба образуют дыхательную трубку, кончик которой насекомое выставляет из воды. Иногда клоп раздвигает половинки трубки, трет их друг о друга,- одним словом, тщательно следит за работоспособностью воздухопровода. Трубка позволяет скорпиону находиться в засаде в некотором отдалении от поверхности, что повышает безопасность. Она же помогает клопу часами поджидать добычу в неподвижности. Незаметности клопа на бурой листве или у берега способствует и грязно-бурая окраска верхней стороны тела, и форма, напоминающая упавший в воду лист. У скорпиона и ранатры две пары ног почти не изменились, передняя пара превратилась в орудие захвата - ловчий аппарат (конвергентно: мы видим такую же специализацию у наземных богомолов). Образование дыхательной трубки связано с глубокой перестройкой морфологии филогенетического характера.

Клопы, живущие на поверхности воды - это различные виды водомерок. Водомерки - наиболее сложные для содержания в аквариумах насекомые пресных водоемов. Во-первых, им нужна сравнительно обширная площадь поверхности водоема. Если и подобрать такой аквариум, то весь его остальной объем пропадает, так как бегающие по поверхности насекомые привлекают любого жителя глубин, будь то рыбы или насекомые. С другой стороны, водомерки очень пугливы, если клопы на субстрате при испуге замирают, а свободно плавающие устремляются в глубину, водомерки мчатся по поверхности и сильно ударяются в стенки аквариума. Затруднено и их кормление. Кормить надо мухами, тараканами, брошенными на поверхность воды, можно осторожно опускать на воду пинцетом отдельных личинок комара - мотыль. Эти личинки имеют несмачиваемую поверхность, если их предварительно минут пять подержать на сухой газете поодиночке, поэтому некоторое время они плавают полупогруженными. Чтобы резкими движениями они не отрывались от поверхности и не уходили на глубину, перед скармливанием им придавливают пинцетом переднюю часть. Беда, однако, в том, что пинцет с кормом больше пугает водомерок, чем привлекает.

Тем не менее один-два месяца водомерок можно держать в аквариуме совместно с моллюсками, ракообразными. Не обращают внимание на водомерок и не могут их поймать крупные личинки жуков. Лучше живут в неволе палочковидные водомерки и велии, чем наши обычные прудовая и рыжеватая, достигающие в длину 17 мм.

Рассматривая водомерку, следует обратить внимание на специализацию ног: передняя пара - хватательные; средняя - основной двигатель; задняя - рули поворота и обеспечения устойчивости и прямолинейности движения. Можно сравнить хватательные ножки с такими же у плавта и скорпиона - у водомерки специализация не зашла столь далеко и хватательный аппарат не столь совершенен. Распределение ролей между двумя остальными парами ног лучше наблюдать на экскурсии.

Рис. 32. Личинки клопа-водомерки

Плотность водомерки близка к единице, поэтому тонкие, покрытые волосками ножки не пробивают, а прогибают поверхностную пленку воды. Если удалось нормально посадить водомерку на поверхность воды в достаточно широкой плоской банке (можно использовать салатницу) , осторожно приблизьте к банке сильную настольную лампу.

На дне сосуда образуется тень от расположенного на поверхности воды насекомого, при этом на месте лапок будут видны широкие темные овалы типа таежных лыж. На самом деле никакого расширения соприкасающихся с водой концов ножек нет, нет и широко раздвигающихся волосков, как предполагали раньше (подобную тень от водомерки можно увидеть и на песке водоема). Это оптический эффект, связанный с вогнутостью под тяжестью ноги поверхностной пленки воды и лучепреломлением (рис. 32).

Водомерка палочковидная, или гидрометра, имеет тонкое вытянутое тело. Почти треть тела занимает голова с выпуклыми глазками. Достигает в длину 9 мм, движется по поверхности воды медленно, часто ползает по плавающим листьям. В аквариумах, где самопроизвольно размножились на поверхности воды подуры, гидрометру специально кормить не нужно. В отличие от обычных водомерок гидрометры движутся по поверхности, попеременно переставляя ноги. Велии тоже живут в аквариумах неплохо. Это обычно бескрылые водомерки. Они могут находиться и на растениях, но превосходно бегают и по воде, причем быстро текущей. В ручьях забавно наблюдать, как велии бегут по стремительно несущейся воде, причем могут двигаться и против течения, а иногда бегут даже задним ходом (это любопытное приспособление к жизни на быстринах, ведь пока насекомое будет разворачиваться, его основательно снесет потоком).

Отряд жесткокрылые. В природных водоемах встречается большое количество прибрежных и собственно водяных жуков. Их можно успешно содержать несколько месяцев в аквариумах. Однако для учебных целей достаточно иметь в школьном аквариуме всего трех представителей отряда жесткокрылых (жук-плавунец, водолюб и вертячка), на примере которых можно не только рассмотреть общие черты этого отряда, но и специализацию к жизни в водной среде. На примере первых двух можно в аквариуме проследить весь онтогенетический цикл с полным превращением - яйца, личинки, куколки, взрослая форма. Известную сложность представляет в неволе лишь один этап - переход от второй к третьей фазе, но при некотором навыке эта трудность преодолима.

Несколько сложнее содержать в аквариуме вертячек, но они настолько специализированы, что их присутствие в школьном уголке аквариумов весьма желательно.

Жук-плавунец - один из крупнейших представителей жуков на нашей территории. Под этим широко распространенным названием скрывается несколько видов схожих крупных обитателей вод: плавунец окаймленный до 35 мм, плавунец широкий до 45 мм, плавунец лапландский до 28 мм (этого жука неспециалисты путают с окаймленным плавунцом; в окрестностях Ленинграда, в средней полосе европейской части страны, в Сибири он нередок) и цибистер (рис. 33). На уроках при прохождении тем демонстрируют жуков, выставленных на столы учащихся в аквариуме или в банках.

В школьной программе по биологии и учебнике предлагается изучение особенностей строения насекомых на примере майского жука и параллельное использование живых водяных жуков. Это расширит и углубит представление учащихся о характерных особенностях представителей этого отряда, а присутствие живых объектов сделает урок более интересным.

При использовании водных жуков на уроке "Отряд жесткокрылых" демонстрируются не только характерные особенности жуков, но и черты приспособленности их к жизни в водной среде. Приобретенные учащимися знания помогут им осмыслить понятие "приспособленность" при изучении его в курсе общей биологии.

Тело плавунца сверху темно-зеленое, с коричневатым отливом, снизу он имеет либо коричневую, либо темно-кремовую окраску. Окраска верха защитная. По краям тела проходит желто-бурая полоса (окаймленный плавунец), такие же полоски отделяют от головы и надкрылий грудь.

Рис. 33. Плавунцы: окаймленный, цибистер, широкий (сверху вниз)

Элитры (твердые надкрылья) самцов и самок различны - у некоторых самок они покрыты глубокими бороздами. Однако этот признак не обязателен, в тех же водоемах встречаются самки с гладкими надкрыльями.

Тело кпереди и к боакам утончается и образуется краевой киль, помогающий разрезать плотную среду - воду. Все три основных отдела жука - голова, грудь, брюшко - плотно пригнаны друг к другу и образуют монолитный корпус своеобразной подводной лодки (сравнить с наземными жуками, где такая подгонка отсутствует, эти части сочленены обычно не столь плотно).

Благодаря этому жук свободно маневрирует в воде без затраты мускульной энергии на сохранение формы тела и удерживает под надкрыльями, в субэлитральной полости, довольно большой пузырь воздуха.

Вторая особенность жука как обитателя вод - специализация ног. Первая пара в движении не участвует, они служат для схватывания добычи и передвижения по субстрату. Вторая пара - якори. С их помощью жук балансирует на глубине, иногда эти ноги участвуют в удержании добычи. Обе пары мало отличаются от обычных ходильных ног. Третья пара специализирована именно на плавании. Членики этой пары уплощены и по краям усеяны жесткими волосками, при движении ноги вперед волоски складываются вдоль ноги, а при загребании раздвигаются и увеличивают плоскость весла, следовательно, и мощность броска тела вперед. Гребет плавунец задними ногами одновременно. С помощью подвижной пары коготков на каждой ноге жук может держаться на субстрате, ползать.

Со способом дыхания плавунца учащиеся знакомятся во внеклассной работе, проводя наблюдения в уголке живой природы, но на уроке при обзорном изучении отряда не исключен краткий рассказ учителя или сообщение ученика о приспособленности к дыханию жука-плавунца. Жуку, дышащему атмосферным воздухом, приходится периодически подниматься к поверхности воды за пополнением запаса кислорода. У жука есть грудные стигмы, плотно закрытые в воде. Через них жук дышит во время полета, при движении вне воды. Брюшные стигмы находятся в субэлитральной области, там же сосредоточен и запас воздуха. При соприкосновении с поверхностью воды жук выставляет задний овальный конец брюшка, и воздух субэлитральной области соединяется с атмосферой. Если опасности нет и жук не торопится, обновление субэлитрального объема происходит пассивно, за счет диффундирования молекул газа. Если же жук спешит, он с силой выжимает воздух из трахей и субэлитральной области, затем чуть приподнимает надкрылья и набирает новый запас.

Объем воздуха в субэлитральной области играет и роль гидростатического аппарата, обеспечивая плавучесть жука. Чтобы уйти от поверхности в глубину, жук прилагает усилия ног-весел, но может ослабить это усилие, уменьшив запас воздуха, выпустив его пузырьками. Этот же запас воздуха позволяет плавунцу пассивно подниматься к поверхности, как это бывает у гладыша.

Если жук слишком много сбросил воздуха при спуске или солидно наелся на глубине, запас воздуха в субэлитральной области уже не обеспечивает подъем, приходится усиленно грести вверх.

В жизни этого великолепного пловца есть моменты, при которых он может утонуть и погибнуть от удушья, захлебнуться. Если сброс воздуха был излишним, а удельный вес увеличился за счет съеденной пищи, жуку не удается даже догрести до поверхности. Жук срыгивает пищу, освобождает кишечник, но иногда и это не помогает, приходится ползти к поверхности по стеблям растений.

Иногда жука неосторожно хватают, а потом помещают в банку с другими выловленными животными, чтобы нести с экскурсии в уголок живой природы. Если в банке много животных, да еще есть моллюски, выделяющие слизь, а при переносе вода сильно колеблется, плавунцы могут утонуть в пути. Выпуская их в аквариум лучше положить на лист, позволяя жуку самому "решить", когда ему нырнуть в воду.

В субэлитральной области находятся и большие, прозрачные, сложенные крылья, а так как они постоянно в камере с воздухом, то никогда не намокают. Жуки перелетают из водоемов, когда те высыхают, или переполняются, в сумерки. Перед полетом жук выбирается из воды, его покровы сразу высыхают, но для полета это тяжелое насекомое не готово: требуется закачать в трахеи воздух, срыгнуть пищу, опорожнить кишечник. Накачивание воздуха в трахеи сопровождается характерным звуком. Минут через пять - десять жук раскрывает элитры, расправляет собственно крылья и тяжело взлетает. Полет у плавунцов прямолинейный, не маневренный, но летают они на большие расстояния. Очевидно, плавунцы в полете хорошо чувствуют направление на водоем, видят среди суши его поверхность даже ночью. Но иногда ошибаются и с грохотом ударяются о стеклянные крыши оранжерей, блестящую поверхность мокрого асфальта. Привлекает их и свет.

Питание жуков-плавунцов не всегда удается продемонстрировать на уроке, лучше это наблюдать во внекласной работе. Едят жуки много, жадно, небрежно. Капля крови, попавшая в воду, вызывает у них неистовство. В аквариумах их можно кормить любым животным белком: сухим кормом для аквариумных рыб, креветками и мясом. Плавунцы наносят известный ущерб рыбоводным хозяйствам; есть сведения, что они нападают на рыб, больших по размерам. Н. Ф. Золотницкий описывает, как они напали на лужанку и проникли даже в раковину, куда улитка попыталась спрятать ногу. Не отрицая достоверность этих сведений, хотелось отметить, что в наших условиях жуки-плавунцы отлично уживаются с улитками-ампулляриями, рыбами, тритонами и лягушками, равными им по размерам.

Размножение плавунцов можно наблюдать в уголке живой природы. Самец преследует самку по всему аквариуму и, наконец, схватывает ее передними двумя парами ног за спинку. На передней паре у него дисковидное утолщение, на котором в лупу видны две круглые присоски, а в микроскоп - множество мелких.

Всего на диске каждой передней лапки 170 присосок, а на каждой лапке второй пары - 1590 еще более мелких, в целом у жука их 3520. Присоски действуют по типу известной игрушки, где стрелы снабжены резиновыми присосками. При ударе о гладкую поверхность присоска расплющивается и стрела присасывается. Захват самки осуществляется самцом с силой и быстро, диски расплющиваются и присасываются. Но, чтобы избежать дальнейшей деформации и отпадения, присоски закрепляются выделяемым из их центра клейким, нерастворимым в воде секретом. Сила приклеивания очень велика, можно за спинку выхватить из воды самца спарившейся пары и самка будет висеть на его ножках-присосках. В эксперименте присоска выдерживала большую массу, чем у самого жука.

Пара жуков может плавать в таком положении не один день. При этом гребет самец, он определяет темп и направление движения; самка пассивна, может лишь ухватиться за субстрат. У поверхности дышит тоже самец, самке просто не достать поверхности. Дышит она своеобразно: из субэлитральной области выдавливается пузырек воздуха; поскольку в нем концентрация углекислоты превышает ее концентрацию в воде, а концентрация кислорода, напротив, меньше, чем в воде, молекулы начинают диффундировать, пока уровни концентрации не выравниваются. Тогда самка втягивает обновленный воздух и им заполняются трахеи. У плавунца такой способ дыхания характерен и для зимнего подледного дыхания, когда энергетический расход не велик у полуоцепеневшего жука. При таком дыхании масса самки, приведенная к единице объема, оказывается значительно больше единицы. Если разбить пару жуков после двух дней спаривания, можно увидеть, как самец удирает, а самка падает на дно, иногда она так и не может достигнуть поверхности и гибнет. Если пара благополучно спарилась, у самки образуется сперматофор - мешок с семенем, который закрывает ее половое отверстие вязкой белой массой. Теперь сперматозоиды и яйца будут находиться в теле самки до весны, когда произойдет откладывание яиц.

Но нужно еще сохранить и самку, вернуть ей утерянную за время спаривания плавучесть. И вот самец подплывает к поверхности, вдыхает много воздуха, а затем становится почти вертикально. При таком положении до поверхности достает и конец брюшка самки, она интенсивно дышит, обновляя воздух во всей системе. Только после этого пара распадается.

В аквариуме самка плавунца откладывает продолговатые светлые яйца в стебли водных растений, например стрелолиста, черешки листьев алисмы, эхинодорусов, циперуса. Яйцекладом делается разрез, и в углубление опускается яичко. Яйца мягкие, растительная ткань служит им естественной защитой. Через 3 - 5 недель - в зависимости от температуры - выходят личинки и падают на дно, где некоторое время и лежат неподвижно. Главная задача новорожденной личинки - наполнить воздухом трахейную систему. К поверхности личинка добирается с большими усилиями и выдвигает из воды задний конец тела с дыхальцами. На конце последнего членика брюшка имеются два отростка. Как только они коснутся поверхности, личинка как бы прилипает к поверхности и замирает в характерной позе - изогнувшись так, что грудь и голова находятся горизонтально, под прямым углом к вертикально стоящему брюшку. Заполняя трахеи воздухом, личинка растет в объеме, увеличиваясь с 10 до 16 мм.

Затем личинка переходит к активному питанию и уже через неделю достигает 25 мм, .а после первой линьки растягивается до 36 мм. Вскоре личинка линяет снова. Больше она линять до конца личиночной стадии не будет, но, в отличие от личинок стрекозы, рост ее будет продолжаться, ткани и покровы - растягиваться, пока она не достигнет в длину 65 мм при диаметре 10 - 12 мм в наиболее полной части брюшка.

Личинка плавунца хорошо плавает с помощью шести покрытых волосками ног. Своеобразным веслом является последний членик брюшка, он тоже имеет два ряда густых волосков. Ударяя этим веслом, личинка может делать резкие скачки. Наиболее быстрое движение достигается волнообразными движениями всего тела в вертикальной плоскости. Такой же характер плавания у личинки перед окукливанием. Заметив, что личинка перестала питаться и плавает только таким способом, надо помочь ей выйти из воды: либо поместить в горшок со мхом и влажным песком, либо пересадить в акватеррариум. Поползав некоторое время по влажной почве, личинки плавунца начинают строить гнездо для окукливания. В земле она выстраивает из почвы кокон с гладкими стенками. В наших условиях окукливание проходило в густом мху, переплетении надводных корней циперуса. Куколок переносят в пол-литровые банки, на одну треть заполненные чуть влажным песком, закрывают и ставят в темноту. Через три-четыре недели куколка шевелится все чаще, а затем, изворачиваясь, разрывает кожу и из футляра выходит белый с черными глазами жук. К концу дня усики и ноги становятся коричневыми, затем темнеет и твердеет хитиновый покров туловища. Через неделю после выхода из оболочки куколки жука можно осторожно с плавающего листа растения или плотика пустить в воду аквариума.

Весь цикл развития длится 3 - 5 месяцев, взрослые жуки живут в аквариумах по 2 - 3 года, были случаи, доживали и до 5 лет. Для полного цикла развития жуков критическими являются два периода: откладка яиц (нужно, чтобы были подходящие стебли и их с яйцами следует перенести в специальный водоем) и выход личинки для окукливания. Наблюдая за личинкой, учащиеся должны помнить, что ни в коем случае ее нельзя брать руками - укус челюстями очень болезнен.

Рис. 34. Личинка плавунца

Питание личинки можно проследить в уголке живой природы (рис. 34). Вонзив в жертву серповидные челюсти, хищница замирает. Жертва некоторое время бьется, потом затихает, происходит это под влиянием жидкости, выделяемой стенками пищевода, жидкость эта ядовита, лишает пойманное животное способности двигаться. Яд поступает в жертву по каналам внутри челюстей (сравнить с ядовитыми зубами змеи), настоящий рот отсутствует. Затем также отрыгивается черная жидкость из желудка, богатая ферментами, которые переводят белки жертвы в жидкое состояние. Через каналы в челюстях личинка начинает засасывать разжиженные белки. Если осторожно наклониться над личинкой, хорошо видно сквозь прозрачный покров головы, как по каналу, проходящему по ее оси, импульсами продвигается кашица из пищи. Высосав первую порцию, личинка снова отрыгивает ферменты, и так до тех пор, пока не останется от добычи пустая шкурка. Рот есть у только что вышедших из яйца личинок, затем он зарастает и появляется уже на стадии куколки. Следовательно, наружное пищеварение и насос появились как более позднее приобретение в филогенезе. Цибистер - имеет русское название - скоморох. Этот жук встречается в Западной Европе, Прибалтике, на юге европейской части СССР, в Закавказье, Средней Азии. Относится к индо-малайской фауне. С восточного побережья Африки нам привозили крупных (длиной 4,5 см), черно-зеленых, с вишневым низом и ногами жуков, которые тоже относятся к роду цибистер. На наш взгляд, этот род более адаптирован к жизни в воде. Части тела его еще более подогнаны друг к другу, при взгляде сбоку не видно характерного для плавунца спинного горба, нет и резкого сужения брюшка к концу. На конце брюшка не овал, выставляемый для дыхания, а октаэдр. Густо опушена вторая пара ног. Третья пара имеет более густые и широкие волоски, чем на гребной паре плавунца. На этих ногах один неподвижный коготок, но зато на очень широких голенях по паре больших шпор (у тропических цибистеров длина шипов 5 мм). Задние ноги цибистеров в состоянии покоя не изгибаются серповидно на спину, а расставлены в сторону (рис. 33). Цибистеры более стремительны на быстром ходу, а количество гребков у них меньше, чем у плавунца; маневрирование на малой скорости происходит как с помощью загребающих и рулящих ног, так и с помощью второй пары. Цибистер может на полном ходу остановиться.

Цибистеры живут в неволе по 3 года. Можно проследить в аквариуме цикл их размножения и развития. Спаривание как у плавунцов (присосочный диск состоит только из мелких присосок). Личинка более неповоротлива, чем у плавунца, предпочитает передвигаться в зарослях растений, плавает плохо и неохотно. Поэтому ловит медлительных животных на стеблях. Следовательно, вред от личинки цибистера для рыб в рыбхозах исключен.

Жук-водолюб - самый крупный жук Европы (длиной до 5 см). Отделы тела его пригнаны друг к другу не так хорошо и плотно, как у плавунцов и цибистеров. У самца на передней паре ног треугольные выросты с присосками. Нижняя сторона жука кажется серебристо-белой из-за прослойки воздуха, удерживаемой густыми волосками. На брюшке и снизу среднегруди расположены дыхальца. Приближаясь к поверхности, водолюб выставляет вперед сяжок, так что один из члеников соприкасается с поверхностью и тут же образует воздушный канал от атмосферы к прослойке на нижней стороне тела, по которому и идет обновление воздуха (рис. 35).

Водолюбы хорошо и подолгу живут в аквариумах, в том числе и совместно с рыбами. Питаются они в основном низшей растительностью, иногда незначительно повреждают и высшие растения. Охотно поедают мотыль, белый хлеб, мясной фарш, подбирают в аквариуме падаль. Взятый в руку, жук скрипит и больно колется шпорами на ногах. Водолюбы хорошо сживаются со всеми обитателями аквариума.

Рис. 35. Водолюб черный

На уроке можно рассмотреть способ передвижения водолюба. Ходильные ноги его мало изменились в водяной среде. Они слабо сплющены, не сильно опушены волосками. Гребет он попеременно, в отличие от плавунцов; в плавании участвуют две задние пары ног. Наш водолюб - пловец плохой. Но плавание - не основной вид передвижения этих жуков. Они предпочитают и вверх и вниз передвигаться по стеблям растений. Свои экскременты эти жуки оставляют на растениях, в серебристо-белых капсулах.

Оплодотворенная самка может в аквариуме отложить яйца. Она помещает их в кокон, который сплетает из тонких белых нитей (рис. 36). Кокон отличается характерным рогом, торчащим вверх. Как полагают, это воздухопроводящее устройство и одновременно нечто вроде мачты, обеспечивающей устойчивость кокона на поверхности воды. Из кокона выходит личинка (рис. 37) длиной 14 мм (в 4 раза длиннее яиц). За время развития личинки линяют три раза и достигают 8 см.

Толстая серая личинка плавает плохо, ее ножки слабо-выражены, поэтому она предпочитает передвигаться по растениям. В основном питается улитками и другими малоподвижными животными. Схватив катушку и прикрепившись к растению или пассивно качаясь у поверхности, личинка выбрасывает над водой голову. С помощью жвал и щупиков она ощупывает раковину, поворачивает ее, дробит, на тело моллюска отрыгивает пищеварительные соки и полупереваренным поедает. Действие этих соков возможно только вне воды, поэтому личинка высовывает голову. Каналов в жвалах нет, пищу она засасывает ртом (рис. 37).

Рис. 36. Кокон водолюба

Личинка водолюба, если взять ее пинцетом, притворяется мертвой и повисает. Но она может и защищаться: отрыгивает черную жидкость, пытается укусить жвалами.

Перед окукливанием личинка действует так же, как личинка плавунца. Уловив этот момент, ее надо извлечь из воды в банку с чуть влажным песком, где и произойдет превращение в куколку.

Рис. 37. Личинки водолюба

Вертячки - маленькие (до 8 мм) черные жучки родов Gyrinus и Orectochilus - обитают на поверхности воды (рис. 38). Они быстро движутся кругами или медленно описывают плавные дуги на поверхности воды. Скорость их феноменальна, Рис. 36. Кокон водолюба при испуге они мелькают как черные точки. В горных речках удается наблюдать, как жуки из заводей попадают на бурлящую стремнину, но преодолевают поток и успешно возвращаются в тихую гавань. Вертячки могут уходить на глубину, где тоже развивают большую скорость. Причину и механизм их криволинейного движения необходимо изучать. X. Шерфиг, приводя ряд мнений ученых по этому поводу, заключает, что "прямолинейное движение для них исключено". Как и водомерки, вертячки - обитатели поверхности водоема - трудны для содержания в аквариуме. Они могут, конечно, прожить несколько месяцев в банках, но это не жизнь, а медленное угасание. В достаточно плоском и широком водоеме они живут лучше. Но оптимальных условий для жизни создать им не удается. Зона кружения одного жучка составляет 1 - 2 м². Это - стайные насекомые, а зона стаи еще больше. Но вертячки нужны как пример наиболее интересной приспособленности жуков к жизни в водной среде. На уроке рассмотреть механизм движения жучка трудно, лучше это сделать во внеклассной работе, а на урок представить доклад юнната. Две пары задних ног жука превращены в совершенные весла: все членики превратились в широкие пластинки, даже волоски имеют вид пластинок. Когда жук несет ногу вперед, все пластинки складываются, а когда он делает гребок назад, раскрываются, как веер. Не удивительно, что жучки обладают такой скоростью.

Передняя пара ног мало изменилась, они служат для захвата пищи и удержания на субстрате. В аквариуме вертячки поедают мотыль и мух, брошенных на поверхность воды.

Рис. 38. Вертячка

Одно из интересных приспособлений - глаза жучков. Живут вертячки на границе двух сред - воздуха и воды. Соответственно этому каждый глаз перегорожен хитиновой полоской на две части. Эта разделяющая полоса располагается на уровне поверхности воды. Можно дополнительно сообщить учащимся, что в тропиках природа повторила этот прием у рыб: приповерхностная рыба четырехглазка имеет горизонтальное разделение каждого глаза, хотя у нее, естественно, не фасеточные глаза, как у жуков. Вертячки также при помощи усиков воспринимают распространяющиеся на поверхности воды волны, создаваемые различными организмами, и посылают свои, улавливая их эхо от предметов и живых существ. На экскурсии, заметив заводь, где плавают вертячки, коснитесь рукой воды где-нибудь в стороне, за кустами: вертячки мигом ныряют на 3 - 5 мин.

Таким образом вертячки блестяще приспособлены к жизни в водной среде.

Отряд ручейники. На территории СССР встречается более 600 видов ручейников. Взрослые насекомые похожи на невзрачных ночных бабочек, окрашены в серые, бурые тона, летают мало, чаще сидят или ползают на прибрежных растениях. Могут бегать и по поверхности воды. Питаются цветочным соком. В неволе могут некоторое время жить, питаясь медом, сахарным песком. Есть, впрочем, виды, у которых взрослые насекомые вообще не питаются, подобно поденкам. Многие ручейники выпускают защитную, резко пахнущую жидкость.

Личинки ручейников - наиболее интересные для наблюдения обитатели воды. Этот отряд насекомых распространен практически во всех типах пресных водоемов (в тропиках встречаются прибрежные морские виды) и освоил самые разнообразные биотопы.

В быстро текущих водах обитают ручейники, которые строят ловчие сети - конусы. Поток воды надувает эти сети и заносит в них мельчайших животных - питание личинки. В аквариуме такую личинку содержать трудно - она требует прохладной, насыщенной кислородом воды. Кроме того, личинка в стоячей воде строит сеть, но это бесформенный комок паутинок.

В зоне прибоя озер и во впадающих в них ручьях живут личинки, которые строят переносные домики из песчинок. У одних это изогнутая, чуть расширяющаяся к переднему входу трубочка; у других - тоже трубочка, но прикрытая сверху слепленным из песчинок щитом. Волны прибоя скользят по щитку домика, и это позволяет личинке цепляться за грунт и удерживаться на месте. В аквариумах кислородный режим не подходит для содержания подобных личинок. Не подходят и ручьевые, речные личинки, живущие на струе свежей воды.

Рис. 39. Личинка ручейника

Но личинки ручейников освоили и мелководные заросли озер, пруды, лужи и даже мелкие канавы, вода в которых бедна кислородом. Переносные домики таких личинок - трубочки, слепленные из кусочков тростника, мха, листьев, построенные из поперечно закрепленных маленьких обломков стеблей, из палочек, расположенных у одних видов вдоль конструкции, а у других в поперечном направлении, и даже из раковин моллюсков - у одних видов из катушек, у других- из шаровок (рис. 39). Это разнообразие домиков вполне достаточно, чтобы показать разнотипность формирования видовых признаков - каждый вид строит строго

Определенный переносный домик с характерным принципом постройки и выбором строительного материала.

Именно эти личинки (определение их видов не входит в задачи данного пособия) и пригодны для содержания в школьном аквариуме. В водоеме с достаточным количеством водных растений и аэрацией воды или небольшим количеством личинок при большом объеме воды ручейники успешно содержатся год и более. Обычно их не приходится специально кормить, они находят еду среди детрита, растений, повреждают и сами растения. Можно давать немного скобленого мяса (у разных видов разная потребность в животном белке). Содержать совместно с ними можно личинок стрекоз (люток и донные формы), паука-серебрянку, жука-водолюба, мелких рыб.

Извлекать личинку из домика очень трудно. Для этого в заднее отверстие домика осторожно вводят соломину, проволоку, подталкивают личинку. Личинка все более высовывается из домика и, наконец, выходит из него.

Цилиндрическое тело личинки состоит из головы, груди и брюшка. Голова и грудь бурые, покрыты твердым хитиновым покровом и высовываются из домика; нежное брюшко белое, иногда желтое, розовое, чехол-домик защищает его. Можно сравнить это соотношение защищенных и незащищенных частей тела у личинки ручейника и рака-отшельника.

Пока личинка не спряталась в домик, следует рассмотреть три детали ее брюшной части. На первом членике по бокам и сверху имеются сосочки. На десятом членике по сторонам имеются ложные ножки с крючками на концах - этими крючками личинка и держится в домике, когда ее пытаются вытолкнуть. На втором - восьмом члениках видны нити - это трахейные жабры. По бокам видны волоски так называемой "боковой линии".

Теперь можно позволить личинке вновь забраться в домик - большинство из них это делают быстро и весьма охотно - и подождать, пока она успокоится. Вода в раздаточных ванночках, в которых удобно рассматривать личинок, быстро прогревается и теряет кислород, поэтому успокоившаяся личинка вскоре цепляется за дно или какой-либо предмет и начинает волнообразно покачивать брюшком внутри домика. Действия личинки следует рассматривать на свет, тогда видно, что происходит в домике.

Личинка упирается сосочками первого сегмента брюшка в стенки домика, диаметр трубочки которого больше, чем диаметр брюшка. И начинает волнообразно колебать брюшко, закрепленное лишь в двух местах: на сосочках и на крючках. Колеблются и нити трахейных жабр. Волоски "боковой линии" усиливают ток воды. Вода входит между сосочками в переднее отверстие домика и выходит через заднее. Таким образом, и личинки ручейников из стоячей воды живут по существу в водном потоке, движение воды улучшает дыхание личинок. Вот почему в аквариуме с личинками ручейника желательно постоянно аэрировать воду. Если отобрать у личинки домик, можно наблюдать волнообразные колебания брюшка.

В лабораториях наблюдали за строительством личинкой домика; У здоровой крупной личинки осторожно острыми ножницами выстригали кусочек переднего края домика. Так как домик наращивается соответственно росту личинки, она быстро обнаруживала неудобство от нарушения конструкции чехла. Это вызывало беспокойное ползание ее по дну. Личинка находила подходящий материал (песчинка, камушек), прикладывала к поврежденному домику и отбрасывала, если он не годился. Листья или веточки подгрызала и снова примеряла. Если материал подходил, личинка проводила по куску специальным язычком нижней губы, при этом клейкая нить приклеивалась к строительному материалу. Кусочек с клейким секретом приставлялся на подобранное для него место, и личинка быстро двигала головой, замазывая изнутри заплаты зигзагообразно располагающейся нитью. Таким образом личинка покрывает внутреннюю поверхность нового участка мягкой паутинной подстилкой. Ею изнутри окутан весь чехлик. Надо отметить, что нити придают чехлику большую прочность, разорвать пустой чехол руками не очень просто.

Существует рекомендация заставить личинок строить домики из того материала, который предлагает экспериментатор, в том числе из бисера, цветной бумаги, станиоля, яичной скорлупы. На практике осуществить такой опыт не так просто. Изгнанная из чехлика личинка действительно стремится укрыться как можно скорее, прежде всего опять в свой домик. Лишенная домика, она беспокойно бегает по дну, прячется среди растений и не спешит браться за строительство. В наших условиях личинки оставались без переносного жилища по нескольку дней, потом гибли. Иные брались и за строительство, но дело это шло не столь гладко. Во-первых, личинки с домиками из камышовых и растительных чехликов не способны строить их из бисера и яичной скорлупы, так как генетически запрограммированы совсем на другой строительный материал. Во-вторых, домик делается постепенно, в течение ряда месяцев жизни личинки, подновляется и наращивается, но не строится заново: практически извлечение личинки из чехлика в природе означает ее гибель, а живой она покидает свой домик лишь в исключительных случаях. В генетическом коде отсутствует программа возобновления домика в первоначальном варианте, тем более из неестественных материалов. Новый домик чаще всего плохой формы и слабо защищает личинку. По-видимому, строятся два домика - сначала временный, потом постоянный, аккуратный. Поэтому рациональнее наблюдать не за постройкой чехлика заново, а за починкой его.

Достигнув зрелости (у разных видов от года до трех лет) личинка готовится к окукливанию. Она находит удачное разветвление стеблей и прикрепляет домик неподвижно, потом заделывает передний край сеточкой, чтобы сохранить ток воды. Куколка у ручейника похожа на взрослое насекомое, ее конечности свободны, есть три элемента, отсутствующие у взрослой формы: развитый рот со жвалами (взрослому ручейнику он не нужен), нитевидные трахейные жабры на брюшке, плавательные волоски на ногах. Разглядывая чехлики с куколками на просвет, можно заметить, что брюшко куколки все время волнообразно колеблется, создавая вокруг жабр ток воды. Куколка может и прочищать входное и выходное отверстия, если они засорились.

После сложных преобразований куколка покидает домик, где в личиночной стадии провела много месяцев. Она прогрызает вход-сеточку жвалами (на этом их функции в онтогенезе особи завершаются) и выбирается наружу. Наблюдения над куколкой в живом уголке представляют большой интерес: нечто вроде бабочки со сложенными на спинке крыльями плавает под водой. Иногда несколько дней плавает, у некоторых видов даже месяц. Потом куколка по стеблям, в углах аквариумов выбирается из воды и надолго застывает. Со временем на спинной стороне головы и груди лопается покров и из него выходит взрослая форма насекомого. Иногда куколка по неясным причинам гибнет. У некоторых видов ручейника куколка всплывает, как личинка поденки, к поверхности, и ручейник выходит на плаву.

Водные членистоногие при длительном наблюдении за ними предстают перед школьниками необыкновенным, удивительным миром, исследование которого повышает интерес учащихся к природе и желание углубленно изучать биологию.