Устройство мышечной системы насекомых
Насекомые способны к разным формам передвижения (ходьба, бег, полет), у них несколько пар конечностей, строение их внутренних органов достаточно сложно, и у них отсутствует внутренний скелет. Все это привело к тому, что мышечная система насекомых имеет высокую степень дифференцировки и многочисленные особенности строения.
В общей сложности в организме насекомого находится несколько сотен мышц. Например, у гусениц, которые, казалось бы, устроены крайне примитивно, их порядка 2000. Для сравнения, у человека их всего около 600. Впрочем, количество и группировка мышц у разных насекомых довольно неоднородны. Если говорить об усредненных вариантах, то у большинства их примерно полторы тысячи.
Все мышцы у насекомых делятся на два типа, в зависимости от того, где они располагаются и за что «отвечают». Соматические, или скелетные мышцы, регулируют произвольные движения (усиков, ротовых органов, ног, крыльев), а внутренностные, или висцеральные, находятся в органах и обеспечивают их моторную активность (сокращения стенок кишечника, пульсация сердца). Группировка мышц отличается в разных частях тела, наибольшее количество мышц располагается в грудном отделе.
Скелетные мышцы
Как правило, скелетные мышцы имеют две точки фиксации на разных участках наружного скелета насекомого. Одна точка неподвижна, другая может смещаться. Именно благодаря таким мускулам осуществляются сгибание и разгибание конечностей, взмахи крыльями. Некоторые скелетные мышцы прикреплены к двум точкам, обе из которых подвижны. Пример – дыхательная мускулатура: поперечные мышцы фиксируются с обеих сторон к верхнему и нижнему склеритам тела, за счет чего при дыхании эти склериты то сближаются, то отдаляются друг от друга.
Все скелетные мышцы делятся на три группы, соответственно частям тела:
- головная,
- грудная,
- брюшная.
Брюшная группа
В брюшной группе,наиболее простой, имеются продольные, поперечные и боковые мышцы.
- Продольные бывают спинными и вентральными. Когда они сокращаются все вместе, брюшко укорачивается, так как его сегменты сближаются. Если же сокращается только одна из групп продольных мышц, происходит изгибание брюшка в ту сторону, мышцы которой напряжены. Продольные мускулы брюшка могут быть довольно большими; например, у дубового шелкопряда Antheraeapernyiони развиты необыкновенно сильно : в них может быть до 2450 волокон, каждое толщиной порядка 45 мкм. В то же время, у мух продольные мышцы состоят всего из 6 волокон, хотя и гораздо более толстых (1500 мкм).
- Боковые мышцы располагаются в боковых частях брюшка, и во время их работы оно уменьшается в верхне-нижнем направлении, то есть «слющивается». Как раз эти мышцы осуществляют дыхание у насекомых.
- Поперечные мышцы формируют верхнюю и нижнюю мышечные диафрагмы, благодаря которым происходит разделение полости брюшка на «этажи» и которые участвуют в работе системы кровообращения.
Грудная группа
Грудная группа состоит из нескольких видов мышц и в целом более сложна. В ней представлены:
- Продольные (спинные и вентральные, участвуют в работе крыльев);
- Дорсовентральные (поднимают крылья, обеспечивают движение оснований ног);
- Плейральные (являются крыловыми мышцами непрямого действия, также связаны с конечностями) и другие мышцы.
Головная группа
Головная группасложнее всего, в нее входит множество мелких мускулов, управляющих движениями усиков, ротовых органов, а также движениями головы относительно груди.
Внутри конечностей также есть свои группы мышц, которые обеспечивают сокращение дистальных (апикальных, концевых) отделов относительно проксимальных (тех, которые находятся ближе к основанию ног).
Висцеральные мышцы
Эти мышцы находятся в стенках органов, в особенно большом количестве они представлены в стенке кишечника. Там сокращения мышц продвигают пищевую кашицу в направлении от переднего конца тела к заднему. На протяжении этого процесса происходит переваривание пищи. В разных отделах пищеварительного тракта располагаются различные по протяженности и форме мышечные пучки и волокна, которые обеспечивают разнохарактерную моторику. Можно сказать, что в основе органов пищеварения насекомых есть элементы, похожие на гладкие мышцы пищеварительного тракта человека. Так, у них имеются мышечные сфинктеры (жомы), отделяющие разные отделы кишечника друг от друга, специальные мышцы, реализующие механизм рвоты, и так далее.
Еще в довольно значительном количестве висцеральные мышцы находятся в составе сердца и аорты. Там они сокращаются в строгой последовательности, так, чтобы перегонять гемолимфу от заднего конца тела к переднему, засасывать ее через специальные отверстия в сердце и обеспечивать постоянный ритм сердечных сокращений.
Строение мышц
Оба вида мышц (скелетные и висцеральные) относятся к типу поперечно-полосатых. Они названы так потому, что при осмотре через микроскоп в них видна поперечная исчерченность – это нити сократительных элементов.
Мышечные клетки (волокна) очень длинные, расположены по длиннику мышцы. Каждое волокно покрыто оболочкой (сарколеммой), а в цитоплазме (саркоплазме) у него имеется большое количество ядер и митохондрий.
В точках прикрепления мышцы к внутренней поверхности кутикулы от ее концов отходят так называемые тонофибриллы – многочисленные тонкие нити, которые и обеспечивают плотную фиксацию мускулов к элементам наружного скелета. Это своеобразные аналоги «наших» сухожилий. Во время линьки, когда кутикула сбрасывается, тонофибриллы полностью обновляются.
Кроме тонофибрилл, прикрепление мышц обеспечивается срастанием мембран мышечных клеток с гиподермой. Крепятся мышцы к кутикуле в области расположения ее внутренних выступов – аподем.
Сокращение мышц
Во время сокращения мышцы происходит преобразование химической энергии в механическую. Это происходит следующим образом.
Мышцы, как говорилось выше, содержат сократительные элементы, а именно белок актомиозин, который гидролизует молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) – источника энергии в клетках. Когда от молекулы АТФ отщепляется фосфорная кислота, происходит выделение энергии, которая и используется для сокращения актомиозина, а значит, и мышцы в целом. От АТФ при этом «остается» молекула аденозиндифосфата, которая затем вновь присоединяет к себе фосфат и снова превращается в АТФ, который готов дать следующую порцию энергии для сокращения.
Относительная сила мышц у насекомых достаточно мала, но абсолютная (если представить, что насекомые имеют те же размеры тела, что и человек) сопоставима с таковой у нас. Однако у них есть свои особенности, благодаря которым в некотором смысле они даже сильнее людей.
Например, кузнечики, саранча, цикады или блохи, подпрыгивая, поднимают свое тело высоко в воздух и перемещают его просто на огромные расстояния, в разы и десятки раз превышающие их длину. Также известно, что некоторые, в частности, муравьи , могут нести колоссальные для своих габаритов грузы, превышающие их собственный вес в 14-25 раз. Крыловые мышцы летающих видов насекомых могут сокращаться до 200, 300 и даже 1000 раз в одну секунду, как у комаров-мокрецов; для человека и животных такие нагрузки невозможны.
Все эти особенности объясняются тремя основными моментами: значительной быстротой химических процессов в мускулатуре насекомых, высокой скоростью проведения нервных импульсов к мышцам и непрерывным процессом дыхания, из-за чего к ним постоянно поступает кислород для восстановления энергетических ресурсов. По этим причинам у насекомых медленнее развивается утомление.
Кроме того, у некоторых из них имеет место так называемый умноженный ответ мышц: в ответ на один нервный импульс они способны сокращаться несколько раз. Так, у пчелы показатель умножения составляет 2-3, у мух – до 7. У насекомых, которые имеют большие крылья и невысокую частоту крылового ритма (около 10-15 за секунду), умноженный ответ отсутствует. Это относится к саранче, бабочкам, стрекозам.