六足亚门—昆虫纲(二):运动器官
(2)运动器官
昆虫的运动方式多种多样,有的昆虫会游泳,有的昆虫会跳跃,大多数昆虫的成虫都会飞。足帮助昆虫行走、跳跃或游泳,翅膀则帮助昆虫飞行。它们是昆虫运动必需的身体构造。
①伪足
一般昆虫的胸部生有3对足,有些昆虫则要多长出一些足来,如:毛毛虫主要以蠕动的方式移动,它的胸腔上就多长出5对腹足,这种腹足被称为伪足,可以帮助毛毛虫固定在某个位置。
②足的类型
昆虫的种类、生活习性不同,因此它们的足的类型也不同:如瓢虫、天牛的步行足,蝗虫、蟋蟀的跳跃足,螳螂、猎蝽的捕捉足,蜜蜂的携粉足,龙虱、仰游蝽的游泳足等。
③翅膀
一般昆虫只有一对翅膀,如甲虫、蟋蟀的翅。甲虫类的前翅骨化程度较高,看不到翅脉,形成了鞘翅;蟋蟀等昆虫的前翅骨化程度较低,革质而半透明,称为直翅(复翅)。
翅膀中有分支复杂的血管系统,称作翅脉,其走向和分布是分辨昆虫种类的特征之一。前翅膀比起后翅膀窄而有力,有时会加固,甚至像甲虫那样成为坚硬的翅膀盖。
在双翅目昆虫中,只有一对翅膀发育正常。而后面另一对翅膀则成为平衡棒。许多昆虫在进化的过程中失去了翅膀,而成为寄生虫,如跳蚤和虱。但是在蝗虫里面也会找到许多没有飞行能力的种类。一些古老,构造简单的古昆虫也飞不起来,它们是从没有飞行能力的祖先进化而来的。
(3)视觉器官
昆虫的视觉器官包括复眼和单眼。复眼位于昆虫头部上方两侧,有数目不等的小眼聚合而成。单眼的组成与小眼相似,一般依据其着生的位置,可分为背单眼和侧单眼。
(4)其他器官
①外骨骼
所有昆虫的身体都分为头、胸、腹三部分,头部生有眼睛、触角和口器;胸部生有三对足和一对至两对翅膀;腹部含有内脏器官。它们体表长着坚硬的外骨骼,可以保护柔软的躯体。
②蜕皮
许多昆虫看起来身体很柔软,实际上它们却都生有较为坚硬的外骨骼。昆虫的幼虫在生长过程中会蜕掉外骨骼,长出新的、更大的外骨骼,使柔软的躯体得到更有力的保护。
③尾须
昆虫的尾须通常是一对须状的突起,长在第十一腹节转化成的肛上板和肛侧板之间的膜上。尾须只在蜉蝣目、蜻蜓目等低等昆虫中较为常见,而且形状、构造等变化很大。
④肌肉
昆虫的肌肉是由肌纤维和包在外围的结缔组织所组成的,肌纤维是组成肌肉的基本单位,而其中所含的肌原纤维,是执行收缩机能的细胞器。有些昆虫虽然体型小,但它们的拖拉力却十分惊人。一只仅有6克重的小甲虫能用足拖动1千克重的物体;一只蚂蚁能把超过自身体积和重量1400倍的食物拖入穴中。
6.神经系统
昆虫通过神经系统(nervoussystem)与外界环境取得联系。神经系统联系着体壁表面和体内各式各样的感觉器和反应器。昆虫的神经系统也是昆虫的信息通讯系统和重要的整体控制系统
(1)基本分类
中枢神经系统:感觉、联系和运动协调中心,中枢神经系统包括脑和腹神经索,是昆虫神经系统的核心部分。
交感神经系统:控制取食、呼吸、生殖及内脏器官活动。它包括控制消化道的口道交感神经系统,控制气门与背血管的中神经和控制生殖器官和后肠的腹末端神经节。
外周神经系统:收集感觉器的刺激至中枢神经、传递中枢神经的讯号至反应器,包括中枢系统发出的所有神经。基本构造.
(2)神经组织
神经元:传递信息的功能细胞。神经元又称神经细胞,是构成神经系统的基本单位。昆虫的神经元由1个神经细胞体、1个或多个树突1个轴突三部分构成。
胶细胞:为神经细胞供应营养和稳定内环境,是神经节的重要组成部分,形成神经鞘。
神经节:神经元、胶细胞和非细胞组织形成的卵圆形或多角形构造;外层是非细胞组织的围膜和胶细胞层构成的具有保护和营养功能的神经鞘。
神经的传导机制:神经活动的基础是神经细胞的跨膜电位,外界的刺激使膜的通透性发生变化,引起动作电位的发生。神经的传导机制分为轴突传导和突触传导。
轴突传导:轴突是神经冲动的起始部位,是在轴突的起始段,沿轴突膜进行的神经传导方式。轴突的主要功能是将神经冲动由细胞体传至其他神经元或效应细胞。
突触传导:突触是神经元间、神经和肌肉间、神经和腺体间的连接点,是神经传导的联络区。突触由突触前膜、突触后膜和突触间隙三部分组成。突触传导是神经冲动在神经元之间通过突触间隙进行的传导。突触分为电突触和化学突触两种类型
电突触的特点:间隙极小、神经冲动直接通过,速度快、传导没有方向。
化学突触特点:传导有方向性、速度慢、靠递质作用于后膜上受体进行兴奋传导。
突触传导的过程:突触传导完成后,乙酰胆碱随即被膜上的乙酰胆碱酯酶水解,水解产物为突触前膜吸收,在胆碱乙酰化酶的作用下再合成乙酰胆碱,储存于小泡内,为下一次传递做准备。
7.消化系统
昆虫的消化道系统可以分为前肠、中肠和后肠。
(1)前肠
前肠的功能在于取入食物、贮存、磨碎食物,将食物送到下一个区域。通常前肠被分为口、食道和嗉囊。口的唾液腺提供液体与酵素,可以润滑并分解食物。嗉囊主要的功能为贮存食物。前胃或称砂囊具有齿用以磨碎食物。
(2)中肠
主要的消化在中肠进行,消化酶在此分泌、消化产物的吸收,然后肠道内食物残渣及来自马氏管的尿进入后肠。中肠分为两个主要区域,管状的胃和末端封闭、被称为盲囊的侧支囊。大部分的昆虫的中肠皮膜与食物之间又围食膜,由几丁质纤维、蛋白质和碳水化合物交织合成,功能为保护消化的细胞。中肠到后肠之间有幽门瓣膜调节物质从中肠至后肠。
(3)后肠
水分、盐类及其他有用的分子则于粪便经由肛门排出之前的吸收。具有回肠、结肠和直肠,都用来吸收水分和盐类。马氏管作为排泄器官,从血液腔中移除含氮废物。有毒的氨进行化学反应,转换成尿素,再转换成尿酸。以排遗颗粒排出体外。而直肠垫帮助水分在吸收的速率。
(4)液流循环学说
在虫体中,由于主要负责营养吸收的胃盲囊胃于中肠前端,而主要负责分泌消化液的杯状细胞则多分布在中肠后段,因此在肠腔(围食膜与肠壁细胞间)常形成从后向前,逆围食膜中食物而动的液流。基于对蛇蛉和美洲蜚蠊的研究,Berridge在1969年提出了昆虫消化系统营养吸收的液流循环理论。
其一是吸收液流循环,液流由中肠后段吸收血淋巴中的无机离子和水等,向肠腔内分泌消化液而形成,并沿肠道向前运行,不断消化食物,提取营养物质,最后由中肠前段及胃盲囊将这些无机离子、水和营养物质等吸入血淋巴中从而完成其循环,其主要功能为提高营养的消化与吸收。
其二是排泄液流循环,由马氏管吸收血淋巴中的无机离子、水和代谢废物向肠腔内分泌尿液,其后由直肠细胞将肠腔内尿液及食物残渣中的无机离子和水等吸回血淋巴中,其主要功能是回收无机离子及水,维持虫体内水电平衡。不同昆虫体内的液流循环有一定的差异,同时,中肠杯状细胞的分泌液流与其周围柱状细胞的吸收液流形成的微液流循环,在不同昆虫中更为普遍。
8.发声原理
昆虫的发音方式主要分为三大类:
(1)飞行、取食、求偶活动产生
人类能够听到的振频为20~20000Hz。蝶类为7~13Hz;苍蝇为147~220Hz;蚊类飞行时拍打翅膀的振频约594Hz;因此我们可以听到苍蝇和蚊拍打翅膀的声音。
(2)身体撞击其他物体产生
如窃蠹头部敲击隧道壁发出的声音,某些种类的雄性拟步甲求偶时利用腹片摩擦雌性胸部的瘤发出尖锐声音。
(3)昆虫本身的特殊发音器官产生
①摩擦发音。
发音器的两部分互相摩擦而发音。如蟋蟀、螽斯、蝗虫、蝼蛄、蝽、天牛、金龟子等。
②膜振动发音。
同翅目、半翅目、鳞翅目的部分种类具有此种发音方式。
9.变态发育
昆虫的卵要经过几个发育过程才能变成成虫。在发育过程中,昆虫表现出了不同的体态,这种发育过程称为变态发育。变态分为不完全变态和完全变态两种类型。
(1)不完全变态
不完全变态的过程比较缓慢,昆虫的卵经孵化而成的幼虫被称为若虫,体态与成虫相似。若虫在生长过程中要经历几次蜕变,才能完全发育成成虫。
(2)完全变态
在完全变态的过程中,昆虫会经历卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。幼虫与成虫的差异非常大,幼虫还要经历蛹的阶段才能成为成虫。蝴蝶,蝇,蛾等昆虫的发育都要经历完全变态的过程。
10.生长和发育
坚硬的外壳使得昆虫的生长受到限制。昆虫要突破这个生长限制,只能通过蜕皮这一方式。这一过程其实就是昆虫将旧的外壳褪去,取而代之的是新的更大的外壳。昆虫的一生大概要蜕皮5到15次,其次数因昆虫而异。褪皮后,旧外壳被褪去。但有许多昆虫,如蝗虫,会吃掉这一层旧外壳。
有些昆虫其幼虫和成虫从外部形态比较仅体型较大,此种称为无变态,如衣鱼,但其成虫生殖器官发育成熟,具有生殖能力和幼虫不同,也是从外部形态无法观察到的改变,而有些成虫的外形会与幼虫相差极大,其间的形变被称为变态发育。
如果成虫与幼虫生长的地方不一样,那么它俩之间的形态差异会非常显著,如蜻蜓和蜉蝣。相反,当两者生活的环境相似,则他们的形态差别就没那么明显了,如蝗科和臭虫科的昆虫。
如果幼虫直接发育成为成虫,会被称之为不完全变态。相对于此,若在这两种活动状态之间还存在着一个静止状态—蛹的话,则会被称之为完全变态[9]。在这种发育中,昆虫会经过一个吐丝结茧,在茧内化蛹的过程。也有昆虫的发育类型是界乎于这两者之间的,如蓟马,其最后一个幼虫阶段即是静止状态。或者是蛇蛉目和鳞翅目的昆虫,它们的蛹在成虫破茧而出之前是活动的,而且在最后一次蜕皮之前,它们会另觅他处。
昆虫的幼虫阶段,其实就是不断进食的阶段,而成虫的任务通常只有一个,就是生育繁殖,很多时候甚至不再进食。因此幼虫期通常会长于成虫期。最好的例子是蜉蝣,它们的幼虫期长达几年,而成虫期只有一天。金龟子的幼虫期为3年,成虫活不到几天。十七年蝉幼虫期长达17年, 而成虫只能活5周。
许多昆虫的生命周期少于一年,但它们拥有一套内在调节机制,使得其成虫在每年的同一个季节出现。这对它们来说非常重要,因为有些昆虫的幼虫需要依赖某种特定植物,通过这种调节机制使得它们可以在每年同一时候找到合适自己生长的地方。例如某种蜂,它们需要专一收集某种花的花粉和花蜜,以提供其后代幼虫发育所需的营养。因此对于它们来说,采蜜期与花期同步就显得十分必要了。
昆虫在静止期会经历一系列的构造变化,而静止期可以发生在不同的发育阶段。许多蜜蜂和野蜂在蛹期前9个月就会以饱食状态静闭在造好的茧中,而且可以就这样过上几年,才成蛹蜕变为成虫。许多昆虫可以在一年之间交替几代。在地球上非常成功生存的家蝇甚至可以在一年之间交替15代。相反,一些蝗虫和蜻蜓种类,则需要5年的发育期。昆虫也产羊膜卵,但是不同于羊膜动物(蜥形纲,合弓纲)的羊膜卵。