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Développement des organes sensoriels chez les insectes. Système nerveux et organes sensoriels des insectes. Le travail des organes sensoriels et des « appareils » vivants

Jdanova T.D.

Faire l’expérience de l’activité variée et énergique du monde des insectes peut être une expérience incroyable. Il semblerait que ces créatures volent et nagent négligemment, courent et rampent, bourdonnent et gazouillent, rongent et transportent. Cependant, tout cela ne se fait pas sans but, mais surtout avec une certaine intention, selon le programme inné ancré dans leur corps et l'expérience de vie acquise. Pour percevoir le monde qui les entoure, s'y orienter et réaliser toutes les actions et processus vitaux appropriés, les animaux sont dotés de systèmes très complexes, principalement nerveux et sensoriels.

Qu’ont en commun les systèmes nerveux des vertébrés et des invertébrés ?

Système nerveux est un complexe complexe de structures et d'organes constitués de tissu nerveux, dont la partie centrale est le cerveau. La principale unité structurelle et fonctionnelle du système nerveux est la cellule nerveuse avec ses processus (en grec, cellule nerveuse - neurone).

Le système nerveux et le cerveau des insectes assurent : la perception par les sens de l'irritation externe et interne (irritabilité, sensibilité) ; traitement instantané des signaux entrants par le système d'analyseurs, préparation et mise en œuvre d'une réponse adéquate ; stocker les informations héréditaires et acquises sous forme codée en mémoire, ainsi que les récupérer instantanément si nécessaire ; gestion de tous les organes et systèmes du corps pour son fonctionnement dans son ensemble, en l'équilibrant avec l'environnement ; mise en œuvre de processus mentaux et d'activité nerveuse supérieure, comportement ciblé.

L'organisation du système nerveux et du cerveau des animaux vertébrés et invertébrés est si différente que leur comparaison semble à première vue impossible. Et en même temps, les mêmes fonctions caractérisent les types de systèmes nerveux les plus divers, appartenant à des organismes apparemment tout à fait « simples » et « complexes ».

Le tout petit cerveau d'une mouche, d'une abeille, d'un papillon ou d'un autre insecte lui permet de voir et d'entendre, de toucher et de goûter, de se déplacer avec une grande précision, de voler à l'aide d'une « carte » interne sur des distances considérables, de communiquer entre eux et même de posséder son « langage », apprendre et appliquer dans des situations atypiques pensée logique. Ainsi, le cerveau de la fourmi est bien plus petit qu’une tête d’épingle, mais cet insecte a longtemps été considéré comme un « sage ». Comparé non seulement à son cerveau microscopique, mais aussi aux capacités incompréhensibles d’une seule cellule nerveuse, l’homme devrait avoir honte de ses ordinateurs les plus modernes. Que peut en dire la science, par exemple la neurobiologie, qui étudie les processus de naissance, de vie et de mort du cerveau ? A-t-elle été capable de percer le mystère de la vie du cerveau - le phénomène le plus complexe et le plus mystérieux connu de l'homme ?

La première expérience neurobiologique appartient à l'ancien médecin romain Galen. Après avoir coupé les fibres nerveuses du porc, à l'aide desquelles le cerveau contrôlait les muscles du larynx, il a privé l'animal de sa voix - il est immédiatement devenu engourdi. C'était il y a mille ans. Mais jusqu’où la science a-t-elle progressé depuis lors dans sa connaissance du fonctionnement du cerveau ? Il s'avère que, malgré l'énorme travail des scientifiques, le principe de fonctionnement d'une seule cellule nerveuse, la soi-disant « brique » à partir de laquelle le cerveau est construit, est encore inconnu des humains. Les neuroscientifiques comprennent beaucoup de choses sur la façon dont un neurone « mange » et « boit » ; comment il reçoit l'énergie nécessaire à son activité vitale en digérant dans des « chaudières biologiques » les substances nécessaires extraites de l'environnement ; comment ce neurone envoie ensuite une grande variété d'informations à ses voisins sous forme de signaux, codés soit dans une série spécifique d'impulsions électriques, soit dans diverses combinaisons de produits chimiques. Et alors ? Maintenant, la cellule nerveuse a reçu un signal spécifique et, dans ses profondeurs, une activité unique a commencé en collaboration avec d’autres cellules qui forment le cerveau de l’animal. Les informations entrantes sont mémorisées, les informations nécessaires sont extraites de la mémoire, des décisions sont prises, des ordres sont donnés aux muscles et aux différents organes, etc. Comment ça se passe? Les scientifiques ne le savent toujours pas avec certitude. Eh bien, comme le fonctionnement des cellules nerveuses individuelles et de leurs complexes n'est pas clair, le principe de fonctionnement de l'ensemble du cerveau, même aussi petit que celui d'un insecte, n'est pas non plus clair.

Le travail des organes sensoriels et des « appareils » vivants

L'activité vitale des insectes s'accompagne du traitement d'informations sonores, olfactives, visuelles et autres informations sensorielles - spatiales, géométriques, quantitatives. L'un des nombreux mystérieux et fonctionnalités intéressantes Les insectes sont leur capacité à évaluer avec précision la situation à l’aide de leurs propres « instruments ». Notre connaissance de ces appareils est négligeable, bien qu’ils soient largement utilisés dans la nature. Ce sont des déterminants de divers champs physiques qui permettent de prédire les tremblements de terre, les éruptions volcaniques, les inondations et les changements météorologiques. Il s’agit d’une sensation du temps, comptée par l’horloge biologique interne, d’une sensation de vitesse, de la capacité de s’orienter et de naviguer, et bien plus encore.

La propriété de tout organisme (micro-organismes, plantes, champignons et animaux) de percevoir les irritations émanant de l'environnement extérieur et de ses propres organes et tissus est appelée sensibilité. Les insectes, comme d'autres animaux dotés d'un système nerveux spécialisé, possèdent des cellules nerveuses dotées d'une grande capacité sélective envers divers récepteurs de stimuli. Ils peuvent être tactiles (sensibles au toucher), à la température, à la lumière, aux produits chimiques, aux vibrations, aux muscles et aux articulations, etc. Grâce à leurs récepteurs, les insectes captent toute la variété des facteurs environnementaux - diverses vibrations (large gamme de sons, énergie de rayonnement sous forme de lumière et de chaleur), pression mécanique(par exemple, la gravité) et d'autres facteurs. Les cellules réceptrices sont situées dans les tissus, soit individuellement, soit rassemblées en systèmes pour former des organes sensoriels spécialisés – les organes des sens.

Tous les insectes « comprennent » parfaitement les lectures de leurs organes sensoriels. Certains d’entre eux, comme les organes de la vision, de l’ouïe et de l’odorat, sont éloignés et sont capables de percevoir une irritation à distance. D'autres, comme les organes du goût et du toucher, sont en contact et réagissent aux influences par contact direct.

Les insectes sont généralement dotés d’une excellente vision. Leurs yeux composés complexes, auxquels sont parfois ajoutés de simples ocelles, permettent de reconnaître divers objets. Certains insectes disposent d’une vision des couleurs et de dispositifs de vision nocturne adaptés. Il est intéressant de noter que les yeux des insectes sont le seul organe semblable à celui des autres animaux. Dans le même temps, les organes de l'audition, de l'odorat, du goût et du toucher n'ont pas une telle similitude, mais néanmoins, les insectes perçoivent parfaitement les odeurs et les sons, s'orientent dans l'espace, capturent et émettent des ondes ultrasonores. Leur odorat et leur goût délicats leur permettent de trouver de la nourriture. Diverses glandes d'insectes sécrètent des substances pour attirer les frères, les partenaires sexuels, effrayer les rivaux et les ennemis, et un odorat très sensible peut détecter l'odeur de ces substances même à plusieurs kilomètres.

Beaucoup dans leurs idées associent les organes sensoriels des insectes à la tête. Mais il s'avère que les structures chargées de collecter les informations sur environnement, se trouvent chez les insectes dans la plupart diverses pièces corps. Ils peuvent déterminer la température des objets et goûter les aliments avec leurs pieds, détecter la présence de lumière avec leur dos, entendre avec leurs genoux, leurs moustaches, les appendices de leur queue, leurs poils, etc.

Les organes sensoriels des insectes font partie de systèmes sensoriels - des analyseurs, qui imprègnent presque tout l'organisme d'un réseau. Ils reçoivent de nombreux signaux externes et internes différents des récepteurs de leurs organes sensoriels, les analysent, forment et transmettent des « instructions » aux différents organes pour qu'ils effectuent les actions appropriées. Les organes sensoriels constituent principalement le département récepteur, situé à la périphérie (extrémités) des analyseurs. Et la section conductrice est formée par les neurones centraux et les voies partant des récepteurs. Il y a dans le cerveau certains endroits traiter les informations provenant des sens. Ils constituent la partie centrale du « cerveau » de l’analyseur. Grâce à un système aussi complexe et pratique, par exemple un analyseur visuel, un calcul et un contrôle précis des organes de mouvement de l’insecte sont effectués.

Des connaissances approfondies ont été accumulées sur les étonnantes capacités des systèmes sensoriels des insectes, mais le volume du livre nous permet d'en citer seulement quelques-unes.

Organes de vision

Les yeux et l'ensemble du système visuel complexe sont un don étonnant, grâce auquel les animaux sont capables de recevoir des informations de base sur le monde qui les entoure, de reconnaître rapidement divers objets et d'évaluer la situation qui s'est produite. La vision est nécessaire aux insectes lors de la recherche de nourriture afin d'éviter les prédateurs, d'explorer des objets d'intérêt ou l'environnement, d'interagir avec d'autres individus lors de comportements reproductifs et sociaux, etc.

Les insectes sont équipés d’une variété d’yeux. Il peut s'agir d'ocelles complexes, simples ou accessoires, mais aussi larvaires. Les plus complexes sont les yeux composés, constitués d'un grand nombre d'ommatidies formant des facettes hexagonales à la surface de l'œil. Ommatidium est essentiellement un minuscule appareil visuel équipé d'une lentille miniature, d'un système conducteur de lumière et d'éléments sensibles à la lumière. Chaque facette ne perçoit qu'une petite partie de l'objet, mais ensemble, elles fournissent une image mosaïque de l'objet entier. Les yeux composés, caractéristiques de la plupart des insectes adultes, sont situés sur les côtés de la tête. Chez certains insectes, par exemple chez la libellule chasseuse, qui réagit rapidement au mouvement des proies, les yeux occupent la moitié de la tête. Chacun de ses yeux est composé de 28 000 facettes. A titre de comparaison, les papillons en ont 17 000 et les mouches domestiques 4 000. Les insectes peuvent avoir deux ou trois yeux sur la tête, sur le front ou sur la couronne, et moins souvent sur les côtés. Les yeux larvaires des coléoptères, des papillons et des hyménoptères sont remplacés par des yeux complexes à l'âge adulte.

Les organes des sens sont indissociables du système nerveux central du corps. Si ce dernier a une fonction de contrôle, coordonnant les processus physiologiques et les réactions comportementales du corps, alors les organes des sens, par leurs signaux, relient le système nerveux central à la fois au monde extérieur et à l'environnement interne du corps. Les cellules sensibles, ou réceptrices, dispersées dans tout le corps ou combinées en organes récepteurs complexes, servent en quelque sorte de « fenêtres » sur le monde extérieur et l’environnement interne du corps. Les informations qui pénètrent par leur intermédiaire dans le système nerveux central sont extrêmement diverses et, comme nous le verrons ci-dessous, sont absolument nécessaires à l'organisation d'un comportement approprié, ainsi qu'au fonctionnement biologiquement justifié et coordonné des systèmes physiologiques de l'organisme.

L'accomplissement des trois tâches vitales indispensables de l'organisme : la nutrition, la reproduction et la colonisation, qui assurent la préservation de l'espèce, n'est possible que grâce au contrôle continu d'une variété d'organes sensoriels. Les récepteurs, ainsi que leurs centres cérébraux, appelés collectivement analyseurs, non seulement isolent certains objets et phénomènes de l'arrière-plan, c'est-à-dire répondent à la question « quoi ? », mais établissent également la position de l'objet dans l'espace, c'est-à-dire répondent à la question « où ?"

Examinons des exemples de la manière dont les sens permettent d'accomplir les tâches de la vie mentionnées ci-dessus et les questions que se pose un chercheur lorsqu'il observe le comportement sensoriel d'un insecte.

la reproduction. La plupart forme caractéristique comportement associé à la reproduction - recherche d'un partenaire sexuel. L'implication des organes sensoriels dans le maintien du comportement sexuel est assez évidente et, peut-être, c'est dans ce domaine que se manifestent les étonnantes capacités inhérentes à la structure des systèmes récepteurs des insectes. Le rôle principal Lors de la recherche et de l'identification d'un partenaire sexuel, la plupart des insectes ont un odorat étroitement adapté à la perception d'un attractif sexuel. Parmi les innombrables odeurs qui ne peuvent être énumérées, le mâle en distingue indéniablement une, précisément celle qui appartient à la femelle de son espèce, bien qu'il puisse également réagir aux odeurs d'espèces similaires. L'attractif sexuel de la femelle excite les chimiorécepteurs du mâle avec une concentration insignifiante de molécules dans l'air, ce qui lui permet de retrouver la femelle à une distance (dans un cas record) allant jusqu'à 12 km. Le mâle, quant à lui, possède souvent des organes « de charme », dont la sécrétion odorante – aphrodisiaque – prédispose la femelle à la copulation. Autrement dit, des signaux odorants spécifiques à l'espèce sont échangés entre les deux partenaires sexuels, ce qui garantit la fiabilité de leur rencontre.

Il a été récemment démontré chez la tordeuse des bourgeons du chêne Tortrix vlridana que la phéromone sexuelle pénètre dans le corps de la femelle à partir de la plante nourricière des larves et est déterminée par la chimie de cette dernière. Par conséquent, les femelles élevées avec le régime A n'attirent pas les mâles élevés avec le régime B. Cette circonstance conduit à l'isolement reproductif des populations et peut être à l'origine de l'émergence de formes intraspécifiques temporaires (réversibles).

Chez les espèces diurnes et les insectes lumineux, le rôle de la vision dans le comportement sexuel est particulièrement important. La coloration des ailes et de tout le corps, le schéma de vol et quelques autres signes visuels servent de signaux spécifiques du mâle et de la femelle pour les papillons diurnes, les libellules, de nombreuses mouches et autres insectes, facilement capturés par leurs yeux composés. Parfois, ces signes sont si spécifiques aux insectes que l'on ne peut juger de leur existence qu'à l'aide d'instruments spéciaux. Par exemple, on ne voit pas à l’œil nu la différence de réflexion des rayons ultraviolets par les ailes, qui est un caractère sexuel secondaire efficace chez certains papillons. Dans un certain nombre de cas, il a été possible d'identifier des détecteurs de couleurs spéciaux dans le système visuel des insectes, étroitement adaptés à la perception de la couleur du partenaire sexuel. La signalisation optique chez les lucioles est bien connue, mais tout le monde ne se doute pas de la complexité de son organisation. Chaque espèce possède ses propres lumières d'identification - des points lumineux qui diffèrent par leur configuration et leurs paramètres temporels. Son élu répond à un flash d'un signal spécifique à l'espèce provenant d'un mâle après un intervalle de temps strictement défini avec une lueur invitante. La stricte spécificité spécifique de l'ensemble des signaux et des réponses garantit une communication fiable et sert en même temps de barrière éthologique si plusieurs espèces vivent ensemble.

La signalisation acoustique surprend également par sa complexité dans le comportement sexuel. Sur fond de bruits divers (même très forts), des sauterelles, des grillons et quelques autres insectes captent le chant d'appel d'un partenaire sexuel à des dizaines de mètres et trouvent la direction de la source sonore. En plus du chant d'appel, il existe d'autres signaux : copulatoires, menaçants et territoriaux. La capacité de l'analyseur auditif à affiner l'accord spécifique à l'espèce donne notamment lieu à l'émergence de dialectes locaux de chants territoriaux, bien étudiés chez les criquets des îles britanniques.

Réinstallation. La dispersion nécessite avant tout une orientation fiable dans l'espace, sinon l'animal se déplacera de manière chaotique et ne pourra pas quitter le territoire d'origine. La dispersion associée à l'orientation peut être soit active - diffusion, propagation, soit passive - transport par le vent ou l'eau. Lors de leur installation active, les insectes sont orientés principalement visuellement par des repères au sol et une boussole céleste en forme de soleil, la polarisation de la lumière du ciel bleu et de la lune. Dans ce cas, le ciblage de la cible devient possible grâce au mécanisme d'un des taxis, qui permet, en fonction des signaux des récepteurs, de maintenir l'axe locomoteur dans la direction choisie. L'« art de la navigation » des insectes, capables d'apporter des corrections au cap choisi pour le déplacement quotidien des repères célestes, n'est presque pas inférieur à l'art des oiseaux utilisant une boussole céleste. Peut-être que les insectes, comme les oiseaux, naviguent aussi champ magnétique Terre. Lors du transport passif, par exemple par le vent, les insectes sélectionnent une posture spécifique qui favorise le transport directionnel du corps dans l'air, sur la base des informations provenant des poils sensibles au vent et d'autres récepteurs.

Toutes ces formes d'activité sont associées soit à la locomotion, soit au maintien d'une certaine position du corps dans l'espace, ainsi que des parties individuelles du corps les unes par rapport aux autres. Les deux ne sont possibles que sur la base d’informations provenant de capteurs spéciaux. Ceux-ci incluent principalement divers mécanorécepteurs sensibles à l'étirement, à la compression ou au couple - des stimuli appliqués à la cuticule, au tissu conjonctif et aux muscles en raison d'une influence externe, d'une force interne ou simplement du poids d'une partie donnée du corps. Les signaux mécanorécepteurs assurent le contrôle de la posture, la coordination des mouvements des parties du corps pendant la course, la natation, le bouclage d'un cocon, la copulation, etc., et signalent également la rupture du contact avec le substrat, la direction et la vitesse de déplacement du corps pendant le mouvement.

Le rôle des signaux sensoriels dans la mise en œuvre des réactions motrices des insectes est donné une bonne idée en analysant le lancer de la mante religieuse Mantis religiosa sur ses proies. La mante religieuse, en tournant la tête, traque visuellement sa proie et peut l'attraper même lorsqu'elle se trouve du côté de son axe longitudinal. Par conséquent, le centre qui contrôle le lancer doit disposer d’informations à la fois sur la direction vers la victime par rapport à la tête de la mante et sur la position de la tête par rapport au prothorax avec ses pattes agrippantes. Les informations du premier type sont fournies par les yeux, les informations du deuxième type sont fournies par les mécanorécepteurs - deux paires de plaques ciliées dans la région cervicale. Si vous coupez les nerfs de toutes les plaques capillaires cervicales (désafférentez le centre de contrôle), la fiabilité du lancer tombe à 20-30 % contre 85 % normalement. Lorsqu'un seul côté gauche est désafférent, les ratés deviennent plus fréquents et la tendance de la mante à diriger le lancer vers la droite de la cible est perceptible. Les signaux provenant uniquement des plaques cervicales droites sont interprétés par le centre de contrôle comme un tour de tête vers la droite.

Le contrôle afférent de la marche est assuré par un ensemble exclusivement important de mécanorécepteurs : en particulier, certains récepteurs de la patte, du tibia et de la cuisse sont responsables de la stimulation de certains muscles des jambes, élévateurs et abaisseurs. Certaines d'entre elles, par exemple les sensilles en forme de cloche, sont situées de manière à être excitées par les forces de tension qui apparaissent dans la patte lorsque l'insecte se tient normalement. Ainsi, si les mécanorécepteurs de la patte sont détruits, l'aspect mécanique de la marche chez l'insecte est perturbé : démarche, vitesse, etc. La posture de marche est souvent régulée grâce au feedback des plaques ciliées, qui contrôlent l'angle entre la coxa et le trochanter (avec le fémur). Le phasme Caraussius morosus tient normalement son corps librement au-dessus du sol. L'écart entre eux demeure même lorsque l'insecte porte une charge quatre fois plus lourde que son corps. Si les plaques ciliées sont endommagées, le phasme commence à toucher le substrat même sous le poids de son propre corps.

De toutes les formes de locomotion, le vol est la plus exigeante en termes d’informations sensorielles. Les signaux afférents ne provoquent pas seulement le vol, ils sont également nécessaires à son entretien et à sa régulation. Le réflexe dit tarsien est bien connu : soulever les pattes du support chez de nombreux insectes provoque des mouvements de vol ou de nage (par exemple, chez les punaises d'eau - les belostomatidés), qui s'arrêtent immédiatement lorsque le contact avec le substrat reprend. Les capteurs du réflexe tarsien sont plusieurs types de sensilles mécanoréceptrices dans les jambes. Les récepteurs qui soutiennent le vol comprennent les poils sensibles au vent sur la tête et les ailes. Leurs signaux phase-toniques dépendent de la vitesse et de la direction du flux d'air et peuvent non seulement soutenir et réguler le vol, mais également le lancer. Chez les abeilles, les mouches et les pucerons, l'organe de Johnston des antennes est également impliqué dans la stabilisation automatique du vol. Ses signaux, ainsi que d'autres capteurs, régulent le fonctionnement des ailes : plus la pression de l'air sur le faisceau d'antennes est élevée, plus l'amplitude du battement de l'aile ipsilatérale est faible. Il est facile d’imaginer que, sur la base d’une telle boucle de rétroaction négative, la direction de vol rectiligne soit automatiquement maintenue.

Les récepteurs sont impliqués dans la régulation non seulement du système locomoteur, mais aussi de presque tous les autres systèmes et organes physiologiques. Leur participation au contrôle du processus digestif est par exemple très démonstrative chez les moustiques hématophages. Les moustiques anophèles femelles se nourrissent non seulement du sang des vertébrés, mais boivent également des « liquides libres » : jus sortant des plantes, rosée, etc. Dans ce cas, seul le sang pénètre directement dans les intestins, et d'autres liquides sont initialement stockés. dans la branche aveugle de l'œsophage - dans un réservoir de nourriture volumineux. Mais si, lors d’une expérience, un moustique boit une goutte de sang ouvertement posée, sans percer le voile de la victime, alors le sang ne pénètre pas dans les intestins, mais aussi dans le réservoir de nourriture, et l’insecte meurt rapidement. Le fait est que la direction du flux de liquide absorbé par les insectes est contrôlée par des récepteurs situés sur la trompe et dans le pharynx.

Un exemple d'activation des récepteurs des glandes endocrines est la dépendance de la mue de la punaise hématophage Rhodnius sur le volume de sang consommé : la larve ne mue qu'après avoir bu une certaine portion de sang, et en même temps. Si la larve reçoit la même portion de sang en plusieurs doses, avec des pauses entre les actes individuels de succion du sang, elle ne mue pas. Les expériences du principal entomophysiologiste anglais W. Wigglesworth ont montré que la relation entre la mue et la succion du sang est assez complexe. La mue se produit sous l'influence de l'hormone ecdysone, sécrétée par la glande prothoracique, qui est stimulée par les signaux des cellules neurosécrétoires du cerveau. Le centre du cerveau, à son tour, est activé par les signaux de certains récepteurs, notamment les récepteurs d'étirement, situés dans les parois de l'abdomen de la punaise de lit. Ces récepteurs ne sont déclenchés que lorsque l’intestin se dilate jusqu’à un certain volume seuil, ce qui se produit lorsqu’une certaine partie du sang y pénètre. De la même manière, les signaux concernant l'étirement du rectum, par exemple, déclenchent l'acte de défécation ; les signaux concernant l'étirement des canaux des gonades féminines informent le système nerveux central de la préparation du corps à la ponte, etc. Les exemples ci-dessus montrent de manière convaincante que le travail coordonné des organes internes dépend des informations provenant des interorécepteurs.

Il existe une autre raison qui a contribué au développement rapide de la physiologie des organes sensoriels des insectes et des animaux en général : c'est l'aspect bionique du problème de la réception. Les récepteurs animaux sont généralement supérieurs à bien des égards aux capteurs similaires actuellement construits par les humains. Dès lors, la volonté d'étudier tel ou tel système vivant afin de créer un dispositif technique similaire dans son principe de fonctionnement est compréhensible. La physiologie des organes des sens, par rapport à la plupart des autres disciplines biologiques, a progressé considérablement grâce à l'inclusion dans son arsenal d'approches introduites au cours de la recherche bionique par les physiciens, les cybernéticiens et les mathématiciens. Pour la bionique, seules les caractéristiques qualitatives ne suffisent pas, mais les paramètres quantitatifs d’un système vivant, traduits dans le langage mathématique, sont nécessaires.

Plus spécifiquement, les ingénieurs s’intéressent aux organes sensoriels des insectes comme prototypes potentiels appareils techniques avec une sensibilité exceptionnellement élevée, une immunité au bruit, une redondance de conception, combinées à une miniaturisation et une faible consommation d'énergie pour le fonctionnement. La sensibilité des cellules réceptrices des insectes est presque portée à la limite physique. Ainsi, pour exciter la cellule olfactive de l’antenne du ver à soie mâle, configurée pour percevoir l’attractif sexuel de la femelle, le contact avec une molécule de cette substance suffit. La cellule visuelle de l’œil composé peut être excitée par un seul photon. La cellule mécanoréceptrice de l'organe dit poplité détecte les vibrations du substrat dont l'amplitude est inférieure au diamètre de l'atome d'hydrogène. Dans le même temps, les récepteurs se distinguent des capteurs d'informations techniques connus par leur étonnante immunité au bruit. Nous avons déjà noté que la sauterelle distingue (reconnaît) un chant spécifique à une espèce sur fond d'une grande variété de sons. De loin, une abeille identifie visuellement une fleur qu'elle connaît parmi de nombreux autres objets similaires en taille, couleur et forme. La redondance de la conception des systèmes vivants se manifeste par le fait que la destruction d'une partie d'un organe ne le désactive pas, et chez les insectes, cette propriété est combinée à l'extrême petitesse de tous les organes.

Dans tous les systèmes récepteurs sans exception, la bionique s'efforce particulièrement de déchiffrer des méthodes biologiques séparer le signal du bruit. Parallèlement, dans l'analyseur olfactif, l'objet principal de la recherche est les moyens d'organiser une sensibilité exceptionnellement élevée et sélective aux odeurs, dans l'analyseur auditif - les méthodes de radiogoniométrie d'une source sonore et d'identification de ses signaux, dans l'analyseur visuel - les mécanismes pour analyser la polarisation de la lumière et la perception des rayons invisibles pour l'homme.

Les acquis de la bionique sensorielle, pour autant que l'on puisse en juger à partir des publications disponibles*, sont encore plus modestes que les succès obtenus par la physiologie sensorielle elle-même, enrichie par une approche physique empruntée à la bionique. A titre d'exemple de réussite, citons la création d'un dispositif de mesure de la vitesse des avions par rapport à la Terre, fonctionnant sur le principe de perception du mouvement par l'œil composé, découvert chez le charançon Chlorophanus. Il a été rapporté à plusieurs reprises la création de dispositifs acoustiques qui attirent (et détruisent) les moustiques suceurs de sang, ainsi que d'émetteurs d'ultrasons qui imitent le cri des chauves-souris et effraient ainsi les papillons nuisibles qui entendent ces sons. Dans la lutte contre la spongieuse et les espèces apparentées, des pièges dotés d'un attractif sexuel (par exemple, du disparlur synthétique) sont utilisés avec succès. Les pièges lumineux dotés d'un émetteur de rayons ultraviolets ont été améliorés, particulièrement attractifs pour les insectes nocturnes.

* (On sait que la recherche bionique à l’étranger est largement financée par le département militaire et que nombre d’entre elles ont un objectif correspondant qui ne fait pas l’objet d’une large publicité.)

Le problème de la reconnaissance des formes associé à l'étude des récepteurs présente un grand intérêt tant pour les bioniciens que pour les biologistes de diverses spécialités. résumé avec lequel nous compléterons notre revue du rôle des organes des sens dans la vie des insectes.

La recherche d'un objet particulier repose toujours sur la discrimination (discrimination) des stimuli externes et de leurs modalités, dont les récepteurs sont entièrement responsables, puisqu'ils sont à « l'entrée » du corps. Mais un choix délibéré n'est possible que si les signaux du récepteur provenant de l'objet coïncident avec sa description ou ses signes intégrés dans le système nerveux central du corps. Ainsi, le choix d’un objet est déterminé non seulement par les informations sensorielles provenant de l’extérieur, mais également par celles contenues dans la mémoire génétique ou individuelle de l’organisme. Le choix est précédé de la reconnaissance de l'objet en tant que tel, comparaison avec l'idée standard de celui-ci, déjà existante dans le système nerveux central.

A cet égard, il se pose question fondamentale: sous quelle forme la description des objets est-elle stockée dans la mémoire des insectes - sous la forme de caractéristiques spécifiques de chacun d'eux séparément ou d'une représentation généralisée ? L’exemple suivant clarifiera notre propos. Lorsqu'une abeille trouve sans équivoque sa ruche par couleur (les apiculteurs ont remarqué depuis longtemps que la couleur facilite la recherche et que les ruches à proximité sont donc peintes de différentes couleurs), alors pour un observateur inexpérimenté, il peut sembler que la question est assez simple. Une abeille, comme vous le savez, peut distinguer les couleurs, c'est pourquoi elle reconnaît sa ruche par la couleur. Mais en réalité, il reconnaît la ruche comme telle, et ne la confond pas avec d'autres objets de couleur identique. La tâche de l'abeille peut être compliquée en plaçant un objet sur la ruche qui déforme l'apparence de la ruche. Formellement, dans le langage de description de cette situation par les récepteurs oculaires, l'objet ici est différent, cependant, une abeille dressée le reconnaît comme une ruche dans ces conditions. Cela signifie que l'abeille stocke en mémoire l'image de la ruche - une idée généralisée de celle-ci, qui, comme vous pouvez facilement le deviner, ne peut surgir qu'en conséquence expérience personnelle, revenant à plusieurs reprises à la ruche dans différentes situations et mettant en évidence les principales caractéristiques optiques de la ruche en train de former une image.

La capacité de l'abeille à généraliser visuellement a été récemment confirmée dans des expériences spéciales dans lesquelles l'insecte était entraîné sur des objets différents, mais appartenant à la même classe d'objets renforcés (par la nourriture) par une caractéristique commune à tous, qui était contrastée avec une classe d'objets non renforcés. Auparavant, cette opération logique était considérée comme le privilège d’animaux exclusivement supérieurs dotés d’un cerveau volumineux, dans le comportement desquels certains chercheurs voyaient des signes de « raison élémentaire ».

Le problème de la reconnaissance des formes est devenu le centre d’attention non seulement des biologistes, mais aussi des concepteurs de machines « pensantes ». Le fait est que la reconnaissance visuelle chez les humains et les animaux est invariante à de nombreuses transformations d'un objet reconnaissable. On reconnaît un visage familier de face et de profil, sur une photographie, par un dessin d'esquisse et même dans une caricature. L'identification est précédée de la sélection de certaines caractéristiques clés, et sur leur base s'ensuit une opération logique de généralisation et de formation d'images. Mais quels signes et comment le cerveau les généralise ne sont pas toujours connus, et c'est la difficulté de créer des algorithmes et des programmes pour ordinateurs, par exemple pour lire des textes dactylographiés. police différente. Toutes les expériences requises ici ne sont pas réalisables sur des humains, et certaines d’entre elles, notamment celles impliquant une intervention chirurgicale, ne peuvent être réalisées que sur des animaux. Cela explique la pertinence d'étudier formes complexes comportement des insectes, en l’occurrence le comportement visuel des abeilles. Le nombre relativement faible de neurones dans la rétine et surtout dans le ganglion céphalique fait de l'abeille, par rapport aux vertébrés supérieurs, un objet plus accessible pour étudier les mécanismes périphériques et centraux de généralisation et de reconnaissance des images.

Les animaux sont bien développés. Seuls certains ont une audition plus développée, d'autres ont une meilleure vision. Les animaux les utilisent pour déterminer tout ce qui se passe autour d'eux. Les animaux exclusivement nocturnes (chats, hiboux, souris) peuvent utiliser leur vision pour amplifier même la lumière la plus faible. Et ceux qui vivent dans l'obscurité constante (salamandres des cavernes, taupes) se caractérisent par de petits yeux ou par leur absence. Odeur, goût, ouïe : les animaux possèdent tous ces sens. Et ils les aident à survivre dans monde cruel environnement.

Les organes sensoriels des poissons sont à peu près les mêmes que ceux des autres, seulement dans leur structure il existe des différences significatives, causées par l'adaptation à la vie mystérieuse dans l'eau. En plus des 5 sens standards, les poissons possèdent également ce qu'on appelle le « sixième sens », qui a été perdu par les animaux terrestres. Et c’est une sorte d’organe latéral.

À l'aide des organes irremplaçables du goût et de l'odorat, les poissons ressentent remarquablement les changements les plus insignifiants se produisant dans l'environnement, la concentration de sulfure d'hydrogène, ainsi que gaz carbonique etc. Les poissons peuvent distinguer la nature du sol le plus proche, ressentir le toucher et même ressentir la douleur. L'ensemble de ces influences est perçu par les cellules sensorielles situées dans la peau et dans les organes internes.

Les organes olfactifs des poissons sont étroitement situés dans les narines, qui chez les poissons ne sont pas bout à bout, mais ressemblent un peu à de petits cônes à double col situés au-dessus des deux côtés du museau. Leur odorat est extrêmement développé, notamment chez le poisson-chat et la lotte.

Les organes gustatifs du poisson sont constitués de certains groupes de cellules sensorielles appelées papilles gustatives. Ils sont nombreux dans la gorge, la bouche, les antennes, le menton du poisson et même dans la peau du corps lui-même.

Les organes sensoriels de la température des animaux, en particulier des poissons, sont très finement développés. Il a été établi expérimentalement que les poissons peuvent distinguer des fluctuations aussi subtiles que des centièmes de degré. Mais une sensibilité aussi aiguë n’est naturellement caractéristique que des animaux sous-marins. Les changements de température ne peuvent être perçus que par des cellules nerveuses spéciales situées dans la peau aux points froids et chauds.

Les organes des lignes latérales jouent clairement un rôle important dans Vie courante poisson:

Ils les aident à maintenir une distance spécifique et définie les uns par rapport aux autres au sein du troupeau ;

Aide à naviguer;

Ils aident à détecter l’approche d’ennemis ou, à l’inverse, d’organismes alimentaires.

Ils perçoivent également presque toutes les vibrations du milieu aquatique, mais uniquement les plus harmoniques, hautes fréquences ou sonores.

Les Poissons sont myopes par nature. Après tout, la lumière ne voyage pas bien dans l’eau. Leurs yeux sont toujours ouverts puisqu’ils n’ont pas de paupières. Le cristallin de l'œil est sphérique, ce qui lui permet parfaitement de capter un grand nombre de rayons lumineux utiles. assez gros. Mais en même temps, chaque œil donne sa propre image, c'est-à-dire que les poissons ont une vision monoculaire. Il est courant que les poissons distinguent les couleurs.

Organes sensoriels des insectes

La vision des insectes revêt une grande importance dans leur vie. Les principales caractéristiques de la vision sont déterminées par la structure des facettes oculaires. Les insectes sont myopes par nature - la zone accessible de leur vision claire ne dépasse pas 1 à 2 cm. Ils voient parfaitement la couleur et le mouvement, y compris la lumière ultraviolette.

La perception de l'odorat est un sens stéréochimique particulier chez les insectes. Les cellules sensibles des insectes (celles qui perçoivent les odeurs) sont situées chez presque tous les insectes sur leurs antennes (et sur leurs pattes ou autres appendices). Chaque antenne peut se déplacer indépendamment, de sorte que les insectes perçoivent l'odeur ainsi que la direction et l'espace. Pour eux, il s'agit d'une sensation unique - une odeur tridimensionnelle.

Ce sont les organes sensoriels des animaux. Ils sont tous très différents et très intéressants.

Faire l’expérience de l’activité variée et énergique du monde des insectes peut être une expérience incroyable.

Il semblerait que ces créatures volent et nagent négligemment, courent et rampent, bourdonnent et gazouillent, rongent et transportent. Cependant, tout cela ne se fait pas sans but, mais surtout avec une certaine intention, selon le programme inné ancré dans leur corps et l'expérience de vie acquise. Pour percevoir le monde qui les entoure, s'y orienter et réaliser toutes les actions et processus vitaux appropriés, les animaux sont dotés de systèmes très complexes, principalement nerveux et sensoriels.

Qu’ont en commun les systèmes nerveux des vertébrés et des invertébrés ?

Le système nerveux est un complexe complexe de structures et d'organes constitués de tissu nerveux, dont la partie centrale est le cerveau. La principale unité structurelle et fonctionnelle du système nerveux est la cellule nerveuse avec ses processus (en grec, cellule nerveuse - neurone).

Le tout petit cerveau d'une mouche, d'une abeille, d'un papillon ou d'un autre insecte lui permet de voir et d'entendre, de toucher et de goûter, de se déplacer avec une grande précision, de voler à l'aide d'une « carte » interne sur des distances considérables, de communiquer entre eux et même de posséder son « langage », apprendre et appliquer la pensée logique dans des situations non standard. Ainsi, le cerveau de la fourmi est bien plus petit qu’une tête d’épingle, mais cet insecte a longtemps été considéré comme un « sage ». Comparé non seulement à son cerveau microscopique, mais aussi aux capacités incompréhensibles d’une seule cellule nerveuse, l’homme devrait avoir honte de ses ordinateurs les plus modernes. Que peut en dire la science, par exemple la neurobiologie, qui étudie les processus de naissance, de vie et de mort du cerveau ? A-t-elle été capable de percer le mystère de la vie du cerveau - le phénomène le plus complexe et le plus mystérieux connu de l'homme ?

Le travail des organes sensoriels et des « appareils » vivants

L'activité vitale des insectes s'accompagne du traitement d'informations sonores, olfactives, visuelles et autres informations sensorielles - spatiales, géométriques, quantitatives. L’une des nombreuses caractéristiques mystérieuses et intéressantes des insectes est leur capacité à évaluer avec précision la situation à l’aide de leurs propres « instruments ». Notre connaissance de ces appareils est négligeable, bien qu’ils soient largement utilisés dans la nature. Ce sont des déterminants de divers champs physiques qui permettent de prédire les tremblements de terre, les éruptions volcaniques, les inondations et les changements météorologiques. Il s’agit d’une sensation du temps, comptée par l’horloge biologique interne, d’une sensation de vitesse, de la capacité de s’orienter et de naviguer, et bien plus encore.

La propriété de tout organisme (micro-organismes, plantes, champignons et animaux) de percevoir les irritations émanant de l'environnement extérieur et de ses propres organes et tissus est appelée sensibilité. Les insectes, comme d'autres animaux dotés d'un système nerveux spécialisé, possèdent des cellules nerveuses dotées d'une grande capacité sélective envers divers récepteurs de stimuli. Ils peuvent être tactiles (sensibles au toucher), à la température, à la lumière, aux produits chimiques, aux vibrations, aux muscles et aux articulations, etc. Grâce à leurs récepteurs, les insectes captent une grande variété de facteurs environnementaux - diverses vibrations (une large gamme de sons, l'énergie de rayonnement sous forme de lumière et de chaleur), la pression mécanique (par exemple la gravité) et d'autres facteurs. Les cellules réceptrices sont situées dans les tissus, soit individuellement, soit rassemblées en systèmes pour former des organes sensoriels spécialisés – les organes des sens.

Beaucoup dans leurs idées associent les organes sensoriels des insectes à la tête. Mais il s'avère que les structures chargées de collecter des informations sur l'environnement sont situées chez les insectes dans diverses parties du corps. Ils peuvent déterminer la température des objets et goûter les aliments avec leurs pieds, détecter la présence de lumière avec leur dos, entendre avec leurs genoux, leurs moustaches, les appendices de leur queue, leurs poils, etc.

Les organes sensoriels des insectes font partie de systèmes sensoriels - des analyseurs, qui imprègnent presque tout l'organisme d'un réseau. Ils reçoivent de nombreux signaux externes et internes différents des récepteurs de leurs organes sensoriels, les analysent, forment et transmettent des « instructions » aux différents organes pour qu'ils effectuent les actions appropriées. Les organes sensoriels constituent principalement le département récepteur, situé à la périphérie (extrémités) des analyseurs. Et la section conductrice est formée par les neurones centraux et les voies partant des récepteurs. Le cerveau possède des zones spécifiques pour traiter les informations provenant des sens. Ils constituent la partie centrale du « cerveau » de l’analyseur. Grâce à un système aussi complexe et pratique, par exemple un analyseur visuel, un calcul et un contrôle précis des organes de mouvement de l’insecte sont effectués.

Des connaissances approfondies ont été accumulées sur les étonnantes capacités des systèmes sensoriels des insectes, mais le volume du livre nous permet d'en citer seulement quelques-unes.

Organes de vision

Il est curieux que les insectes ne puissent pas fermer les yeux au repos et donc dormir les yeux ouverts.

Ce sont les yeux qui contribuent à la réaction rapide d'un insecte chasseur, comme la mante religieuse. À propos, c'est le seul insecte capable de se retourner et de regarder derrière lui. Les grands yeux fournissent à la mante une vision binoculaire et lui permettent de calculer avec précision les distances jusqu'à l'objet de son attention. Cette capacité, combinée à l’extension rapide de ses pattes avant vers ses proies, fait des mantes d’excellents chasseurs.

Et les coléoptères à pattes jaunes, qui courent dans l'eau, ont des yeux qui leur permettent de voir simultanément leurs proies à la fois à la surface de l'eau et sous celle-ci. Pour y parvenir, les analyseurs visuels de coléoptères ont la capacité de corriger l’indice de réfraction de l’eau.

La perception et l'analyse des stimuli visuels sont réalisées par un système très complexe : l'analyseur visuel. Pour de nombreux insectes, c'est l'un des principaux analyseurs. Ici, la principale cellule sensible est le photorécepteur. Et qui y sont connectés sont des voies (nerf optique) et d'autres cellules nerveuses situées sur différents niveaux système nerveux. Lors de la perception des informations lumineuses, la séquence des événements est la suivante. Les signaux reçus (quanta de lumière) sont instantanément codés sous forme d'impulsions et transmis le long des voies jusqu'au système nerveux central - jusqu'au centre « cerveau » de l'analyseur. Là, ces signaux sont immédiatement décodés (déchiffrés) dans la perception visuelle correspondante. Pour le reconnaître, des normes d'images visuelles et d'autres informations nécessaires sont extraites de la mémoire. Et puis un ordre est envoyé à divers organes pour une réponse adéquate de l'individu à l'évolution de la situation.

Où sont les « oreilles » des insectes ?

La plupart des animaux et des humains entendent par leurs oreilles, où les sons font vibrer le tympan – forts ou faibles, lents ou rapides. Tout changement dans les vibrations fournit au corps des informations sur la nature du son entendu. Comment les insectes entendent-ils ? Dans de nombreux cas, ils ont aussi des « oreilles » particulières, mais chez les insectes, elles sont situées dans des endroits inhabituels pour nous : sur les moustaches - par exemple, chez les moustiques mâles, les fourmis, les papillons ; sur les appendices de la queue - chez la blatte américaine. Les tibias des pattes avant entendent les grillons et les sauterelles, et le ventre entend les sauterelles. Certains insectes n’ont pas d’« oreilles », c’est-à-dire qu’ils n’ont pas d’organes auditifs spéciaux. Mais ils sont capables de percevoir diverses vibrations environnement aérien, y compris les vibrations sonores et les ondes ultrasonores inaccessibles à nos oreilles. Les organes sensibles de ces insectes sont des poils fins ou de minuscules bâtonnets sensibles. Ils sont dans grandes quantités situé sur Différents composants corps et sont connectés aux cellules nerveuses. Ainsi, chez les chenilles velues, les « oreilles » sont des poils, et chez les chenilles nues, toute la peau du corps est les « oreilles ».

Une onde sonore est formée par une alternance de raréfaction et de condensation de l'air, se propageant dans toutes les directions à partir de la source sonore - tout corps vibrant. Les ondes sonores sont perçues et traitées par l'analyseur auditif - un système complexe de structures mécaniques, réceptrices et neuronales. Ces vibrations sont converties par les récepteurs auditifs en influx nerveux, qui sont transmis le long du nerf auditif vers partie centrale analyseur. Le résultat est la perception du son et l’analyse de sa force, de sa hauteur et de son caractère.

Système auditif des insectes assure leur réponse sélective aux vibrations à relativement haute fréquence - ils perçoivent les moindres vibrations de la surface, de l'air ou de l'eau. Par exemple, les insectes bourdonnants produisent des ondes sonores en battant rapidement des ailes. Les mâles perçoivent de telles vibrations dans l'air, par exemple le grincement des moustiques, grâce à leurs organes sensibles situés sur les antennes. De cette manière, ils détectent les ondes aériennes qui accompagnent le vol d’autres moustiques et réagissent de manière adéquate aux informations sonores reçues. Le système auditif des insectes est « réglé » pour percevoir des sons relativement faibles, de sorte que les sons forts ont un effet négatif sur eux. Par exemple, les bourdons, les abeilles et certains types de mouches ne peuvent pas s'élever dans les airs lorsqu'ils émettent un bruit.

Les sons de signalisation variés mais strictement définis produits par les grillons mâles de chaque espèce jouent un rôle important dans leur comportement reproductif - parade nuptiale et attraction des femelles. Le cricket constitue un formidable outil pour communiquer avec un ami. Lors de la création d’un trille doux, il frotte le côté pointu d’un élytre contre la surface de l’autre. Et pour la perception du son, le mâle et la femelle possèdent une fine membrane cuticulaire particulièrement sensible, qui joue le rôle de tympan. A été fait expérience intéressante, où un mâle gazouillant a été placé devant un microphone, et une femelle a été placée dans une autre pièce près d'un téléphone. Lorsque le microphone a été allumé, la femelle, entendant le gazouillis typique de l'espèce du mâle, s'est précipitée vers la source du son - le téléphone.

Organes de capture et d'émission d'ondes ultrasonores

Les papillons de nuit sont équipés d'un dispositif de détection des chauves-souris, qui utilise des ondes ultrasonores pour s'orienter et chasser. Les prédateurs perçoivent des signaux d'une fréquence allant jusqu'à 100 000 hertz, et les papillons de nuit et les chrysopes qu'ils chassent – jusqu'à 240 000 hertz. Dans la poitrine, par exemple, les papillons nocturnes disposent d'organes spéciaux pour l'analyse acoustique des signaux ultrasonores. Ils permettent de détecter les impulsions ultrasonores des tortues luth en chasse à une distance allant jusqu'à 30 m. Lorsque le papillon perçoit un signal du localisateur du prédateur, des actions comportementales protectrices sont activées. Après avoir entendu les cris ultrasonores d'une souris nocturne à une distance relativement grande, le papillon change brusquement la direction de son vol, en utilisant une manœuvre trompeuse - "plonger". Dans le même temps, elle commence à effectuer des manœuvres de voltige – spirales et « boucles » pour échapper à la poursuite. Et si le prédateur est à moins de 6 m, le papillon replie ses ailes et tombe au sol. Et la chauve-souris ne détecte pas l’insecte immobile.

Mais on a récemment découvert que la relation entre les papillons et les chauves-souris est encore plus complexe. Ainsi, les papillons de certaines espèces, ayant détecté les signaux d'une chauve-souris, commencent eux-mêmes à émettre des impulsions ultrasonores sous forme de clics. De plus, ces impulsions ont un tel effet sur le prédateur qu'il s'envole, comme effrayé. Il n’existe que des hypothèses sur ce qui pousse les chauves-souris à cesser de poursuivre le papillon et à « fuir le champ de bataille ». Les clics ultrasoniques sont probablement des signaux adaptatifs des insectes, similaires à ceux envoyés par la chauve-souris elle-même, mais en beaucoup plus forts. S'attendant à entendre un faible son réfléchi par son propre signal, le poursuivant entend un rugissement assourdissant - comme si un avion supersonique franchissait le mur du son.

Cela soulève la question de savoir pourquoi la chauve-souris est assourdie non pas par ses propres signaux ultrasonores, mais par les papillons. Il s'avère que la chauve-souris est bien protégée de sa propre impulsion de cri envoyée par le localisateur. Sinon, une impulsion aussi puissante, 2 000 fois plus forte que les sons réfléchis reçus, peut assourdir la souris. Pour éviter que cela ne se produise, son corps produit et utilise délibérément un étrier spécial. Avant d'envoyer une impulsion ultrasonore, un muscle spécial éloigne l'étrier de la fenêtre de la cochlée de l'oreille interne - les vibrations sont interrompues mécaniquement. Essentiellement, l'étrier fait également un clic, mais pas un son, mais un anti-son. Après le signal cri, il revient immédiatement à sa place afin que l'oreille soit prête à recevoir le signal réfléchi. Il est difficile d’imaginer à quelle vitesse un muscle peut agir et désactiver l’audition d’une souris au moment d’envoyer une impulsion de cri. En poursuivant une proie, cela représente 200 à 250 impulsions par seconde !

Et les clics du papillon, dangereux pour la chauve-souris, se font entendre exactement au moment où le chasseur tourne l'oreille pour percevoir son écho. Cela signifie que pour forcer un prédateur assommé à s'envoler effrayé, le papillon envoie des signaux parfaitement adaptés à son localisateur. Pour ce faire, le corps de l'insecte est programmé pour recevoir la fréquence d'impulsion d'un chasseur qui s'approche et envoie un signal de réponse exactement à l'unisson de celui-ci.

Cette relation entre papillons et chauves-souris soulève de nombreuses questions. Comment les insectes ont-ils développé la capacité de percevoir les signaux ultrasonores des chauves-souris et de comprendre instantanément le danger qu’ils représentent ? Comment les papillons ont-ils pu développer progressivement, au cours du processus de sélection et d'amélioration, un appareil à ultrasons avec des particules idéalement sélectionnées ? caractéristiques de protection? La perception des signaux ultrasonores des chauves-souris n’est pas non plus facile à comprendre. Le fait est qu’ils reconnaissent leur écho parmi des millions de voix et d’autres sons. Et aucun cri des autres membres de la tribu, aucun signal ultrasonore émis par l’équipement n’interfère avec la chasse des chauves-souris. Seuls les signaux des papillons, même reproduits artificiellement, font s'envoler la souris.

Les êtres vivants présentent de plus en plus de mystères, suscitant l'admiration pour la perfection et l'opportunité de la structure de leur organisme.

La mante religieuse, tout comme le papillon, possède une excellente vue et dispose également d'organes auditifs spéciaux pour éviter les rencontres avec les chauves-souris. Ces organes auditifs, qui perçoivent les ultrasons, sont situés sur la poitrine, entre les jambes. Et certaines espèces de mantes, en plus de l'organe auditif ultrasonique, se caractérisent par la présence d'une deuxième oreille, qui perçoit des fréquences beaucoup plus basses. Sa fonction n'est pas encore connue.

Sentiment chimique

Les animaux sont dotés d'une sensibilité chimique générale, fournie par divers organes sensoriels. Au sens chimique des insectes, l'odorat joue le rôle le plus important. Et les termites et les fourmis, selon les scientifiques, possèdent un odorat tridimensionnel. Il nous est difficile d'imaginer ce que c'est. Les organes olfactifs de l'insecte réagissent à la présence de concentrations même très faibles d'une substance, parfois très éloignées de la source. Grâce à l'odorat, l'insecte trouve des proies et de la nourriture, parcourt la zone, apprend l'approche d'un ennemi et réalise une biocommunication, où un « langage » spécifique est l'échange d'informations chimiques à l'aide de phéromones.

Les phéromones sont des composés complexes sécrétés à des fins de communication par certains individus afin de transmettre des informations à d'autres individus. Ces informations sont codées dans des produits chimiques spécifiques, en fonction du type d'être vivant et même de son appartenance à une famille particulière. La perception par le système olfactif et le décodage du « message » provoquent chez les destinataires une certaine forme comportement ou processus physiologique. Un groupe important de phéromones d’insectes est connu à ce jour. Certains d'entre eux sont destinés à attirer des individus du sexe opposé, d'autres, des traces, indiquent le chemin vers un domicile ou une source de nourriture, d'autres servent de signal d'alarme, d'autres encore régulent certains processus physiologiques, etc.

Doit être vraiment unique production chimique» dans le corps des insectes, afin de les libérer dans la quantité requise et en certain moment toute la gamme de phéromones dont ils ont besoin. Aujourd’hui, plus d’une centaine de ces substances très complexes sont connues. composition chimique, mais pas plus d’une douzaine d’entre eux ont été reproduits artificiellement. Après tout, pour les obtenir, des technologies et des équipements avancés sont nécessaires, donc pour l'instant on ne peut qu'être surpris par la disposition du corps de ces créatures invertébrées miniatures.

Les coléoptères sont pourvus principalement d'antennes de type olfactif. Ils permettent de capter non seulement l'odeur de la substance elle-même et la direction de sa propagation, mais même de « sentir » la forme de l'objet odorant. Un exemple d'un excellent odorat est celui des coléoptères enterrés, qui nettoient la terre des charognes. Ils sont capables de le sentir à des centaines de mètres et de se rassembler en grand groupe. Et la coccinelle, utilisant son odorat, trouve des colonies de pucerons afin d'y laisser des couvées. Après tout, les pucerons se nourrissent non seulement d’eux-mêmes, mais aussi de leurs larves.

Non seulement les insectes adultes, mais aussi leurs larves, sont souvent dotés d'un excellent odorat. Ainsi, les larves du hanneton sont capables de se déplacer vers les racines des plantes (pin, blé), guidées par une concentration légèrement accrue de dioxyde de carbone. Lors d'expériences, les larves se déplacent immédiatement vers une zone du sol où une petite quantité d'une substance produisant du dioxyde de carbone a été introduite.

La sensibilité de l'organe olfactif, par exemple, du papillon Saturnia, dont le mâle est capable de détecter l'odeur d'une femelle de son espèce à une distance de 12 km, semble incompréhensible. En comparant cette distance avec la quantité de phéromone sécrétée par la femelle, on a obtenu un résultat qui a surpris les scientifiques. Grâce à ses antennes, le mâle retrouve indéniablement, parmi de nombreuses substances odorantes, une seule molécule d'une substance héréditairement connue dans 1 m3 d'air !

Certains hyménoptères ont un odorat si développé qu'il n'est pas inférieur au sens bien connu du chien. Ainsi, les cavalières, lorsqu'elles courent le long d'un tronc d'arbre ou d'une souche, bougent vigoureusement leurs antennes. Ils les utilisent pour « renifler » les larves du dendroctone du bois, situées dans le bois à une distance de 2 à 2,5 cm de la surface.

Grâce à la sensibilité unique des antennes, le petit cavalier Helis, en les touchant simplement sur les cocons des araignées, détermine ce qu'elles contiennent - s'il s'agit de testicules sous-développés, d'araignées inactives qui en ont déjà émergé ou de testicules d'autres cavaliers de leur espèce. On ne sait pas encore comment Helis réalise une analyse aussi précise. Très probablement, il ressent une odeur spécifique très subtile, mais peut-être qu'en tapotant ses antennes, le cavalier capte une sorte de son réfléchi.

Perception et analyse de stimuli chimiques, l'action sur les organes olfactifs des insectes est réalisée par un système multifonctionnel - l'analyseur olfactif. Comme tous les autres analyseurs, il se compose d'un département perceptif, conducteur et central. Les récepteurs olfactifs (chimiorécepteurs) perçoivent les molécules odorantes et les impulsions signalant une odeur spécifique sont envoyées le long des fibres nerveuses jusqu'au cerveau pour analyse. C’est là que se produit la réponse immédiate du corps.

Parler de l'odorat des insectes, on ne peut s’empêcher de mentionner l’odeur. La science ne comprend pas encore clairement ce qu’est l’odeur et il existe de nombreuses théories concernant ce phénomène naturel. Selon l’un d’eux, les molécules analysées d’une substance représentent une « clé ». Et le « verrou », ce sont les récepteurs olfactifs inclus dans les analyseurs d'odeurs. Si la configuration de la molécule correspond au « verrou » d'un certain récepteur, l'analyseur en recevra un signal, le déchiffrera et transmettra des informations sur l'odeur au cerveau de l'animal. Selon une autre théorie, l'odeur serait déterminée par les propriétés chimiques des molécules et la répartition des charges électriques. La théorie la plus récente, qui a gagné de nombreux partisans, voit la principale cause de l'odeur dans les propriétés vibratoires des molécules et de leurs composants. Tout arôme est associé à certaines fréquences (numéros d'ondes) de la gamme infrarouge. Par exemple, le thioalcool et le décaborane de la soupe à l'oignon sont chimiquement complètement différents. Mais ils ont la même fréquence et la même odeur. Dans le même temps, il existe des substances chimiquement similaires qui se caractérisent par des fréquences différentes et sentent différemment. Si cette théorie est correcte, alors les substances parfumées et des milliers de types de cellules sensibles aux odeurs peuvent être évaluées à l’aide des fréquences infrarouges.

"Installation radar" d'insectes

Les insectes sont dotés d'excellents organes de l'odorat et du toucher - des antennes (antennes ou antennes). Ils sont très mobiles et faciles à contrôler : un insecte peut les écarter, les rapprocher, les faire pivoter individuellement sur leur propre axe ou ensemble sur un axe commun. Dans ce cas, ils ressemblent tous deux extérieurement et constituent essentiellement une « installation radar ». L'élément nerveux sensible des antennes est la sensille. À partir d'eux, une impulsion est transmise à une vitesse de 5 m par seconde au centre « cerveau » de l'analyseur pour reconnaître l'objet de stimulation. Et puis le signal de réponse aux informations reçues atteint instantanément le muscle ou un autre organe.

Chez la plupart des insectes, sur le deuxième segment antenne se trouve un organe de Johnston - un dispositif universel dont le but n'a pas encore été entièrement élucidé. On pense qu'il perçoit les mouvements et les vibrations de l'air et de l'eau, les contacts avec des objets solides. Les criquets et les sauterelles sont dotés d'une sensibilité étonnamment élevée aux vibrations mécaniques, capables d'enregistrer n'importe quelle secousse avec une amplitude égale à la moitié du diamètre d'un atome d'hydrogène !

Les coléoptères possèdent également un organe de Johnston sur le deuxième segment antenne. Et si le scarabée qui court à la surface de l'eau est endommagé ou retiré, il commencera à se heurter à des obstacles. Grâce à cet organe, le coléoptère est capable de capter les ondes réfléchies provenant du rivage ou d'un obstacle. Il détecte les vagues d'eau d'une hauteur de 0,000 000 004 mm, c'est-à-dire que l'organe de Johnston remplit la tâche d'un échosondeur ou d'un radar.

Les fourmis se distinguent non seulement par un cerveau bien organisé, mais aussi par une organisation corporelle tout aussi parfaite. Les antennes sont de la plus haute importance pour ces insectes ; certaines constituent un excellent organe d’odorat, de toucher, de connaissance de l’environnement et d’explications mutuelles. Les fourmis privées d'antennes perdent la capacité de trouver la route, la nourriture à proximité et de distinguer les ennemis des amis. Grâce aux antennes, les insectes sont capables de « parler » entre eux. Les fourmis transmettent une information important, se touchant les antennes avec leurs antennes. Dans l'un des épisodes comportementaux, deux fourmis ont trouvé des proies sous forme de larves des tailles différentes. Après avoir « négocié » avec leurs frères à l’aide d’antennes, ils se sont rendus sur le lieu de découverte accompagnés d’assistants mobilisés. Dans le même temps, la fourmi la plus performante, qui parvenait à transmettre des informations sur les proies plus grosses qu'elle trouvait à l'aide de ses antennes, mobilisait derrière elle un groupe beaucoup plus important de fourmis ouvrières.

Fait intéressant, les fourmis sont l’une des créatures les plus propres. Après chaque repas et sommeil, tout leur corps et surtout leurs antennes sont soigneusement nettoyés.

Sensations gustatives

Une personne identifie clairement l'odeur et le goût d'une substance, mais chez les insectes, le goût et les sensations olfactives ne sont souvent pas séparés. Ils agissent comme une sensation chimique unique (perception).

Les insectes dotés du sens du goût ont une préférence pour certaines substances en fonction des caractéristiques nutritionnelles d'une espèce donnée. En même temps, ils sont capables de distinguer le sucré, le salé, l’amer et l’aigre. Pour entrer en contact avec les aliments consommés, les organes du goût peuvent être situés sur différentes parties du corps des insectes - sur les antennes, la trompe et les pattes. Avec leur aide, les insectes reçoivent des informations chimiques de base sur l'environnement. Par exemple, une mouche, touchant simplement avec ses pattes un objet qui l'intéresse, reconnaît presque immédiatement ce qui se trouve sous ses pieds - une boisson, de la nourriture ou quelque chose de non comestible. C'est-à-dire qu'elle est capable d'effectuer une analyse instantanée du contact d'une substance chimique avec ses pieds.

Le goût est une sensation se produisant lorsqu’une solution de produits chimiques agit sur les récepteurs (chimiorécepteurs) de l’organe gustatif de l’insecte. Les cellules réceptrices du goût constituent une partie périphérique du système complexe d’analyse du goût. Ils perçoivent des stimuli chimiques, et c’est là que se produit le codage primaire des signaux gustatifs. Les analyseurs transmettent immédiatement des volées d’impulsions chimioélectriques le long de fines fibres nerveuses jusqu’à leur centre « cérébral ». Chacune de ces impulsions dure moins d’un millième de seconde. Et puis les structures centrales de l'analyseur déterminent instantanément les sensations gustatives.

Les tentatives se poursuivent pour comprendre non seulement la question de ce qu'est l'odeur, mais aussi pour créer une théorie unifiée de la « douceur ». Jusqu’à présent, cela n’a pas été possible – peut-être que vous, biologistes du 21e siècle, y parviendrez. Le problème est que des substances chimiques complètement différentes, à la fois organiques et inorganiques, peuvent créer des sensations gustatives de douceur relativement identiques.

Organes du toucher

L’étude du sens du toucher chez les insectes est peut-être la plus difficile. Comment ces créatures à la carapace chitineuse perçoivent-elles le monde ? Ainsi, grâce aux récepteurs cutanés, nous sommes capables de percevoir diverses sensations tactiles : certains récepteurs enregistrent la pression, d'autres la température, etc. En touchant un objet, on peut conclure qu'il est froid ou chaud, dur ou mou, lisse ou rugueux. Les insectes disposent également d'analyseurs qui déterminent la température, la pression, etc., mais les mécanismes de leur action restent encore inconnus.

Le toucher est l’un des sens les plus importants pour la sécurité du vol de nombreux insectes volants : il détecte les courants d’air. Par exemple, chez les diptères, tout le corps est recouvert de sensilles qui remplissent des fonctions tactiles. Il y en a surtout beaucoup sur les licols pour détecter la pression de l'air et stabiliser le vol.

Grâce au sens du toucher, la mouche n'est pas si facile à écraser. Sa vision lui permet de remarquer un objet menaçant seulement à une distance de 40 à 70 cm. Mais la mouche est capable de réagir à un mouvement dangereux de la main, qui provoque même un petit mouvement d'air, et de décoller instantanément. Cette mouche domestique ordinaire confirme une fois de plus qu'il n'y a rien de simple dans le monde vivant : toutes les créatures, jeunes et vieilles, sont dotées d'excellents systèmes sensoriels pour leur vie active et leur propre protection.

Les récepteurs d’insectes qui enregistrent la pression peuvent se présenter sous la forme de boutons et de poils. Ils sont utilisés par les insectes à diverses fins, notamment pour s'orienter dans l'espace - dans le sens de la gravité. Par exemple, avant la pupaison, une larve de mouche se déplace toujours clairement vers le haut, c'est-à-dire contre la gravité. Après tout, elle doit ramper hors de la masse de nourriture liquide, et il n'y a aucune ligne directrice autre que la gravité de la Terre. Même après avoir émergé de la pupe, la mouche s'efforce encore de ramper vers le haut pendant un certain temps jusqu'à ce qu'elle sèche pour pouvoir voler.

De nombreux insectes ont un sens de la gravité bien développé. Par exemple, les fourmis sont capables d'estimer la pente d'une surface à 20. Et le staphylin, qui creuse des terriers verticaux, peut déterminer l'écart par rapport à la verticale à 10.

Météorologues en direct

De nombreux insectes sont dotés d’une excellente capacité à anticiper les changements météorologiques et à faire des prévisions à long terme. Cependant, cela est typique de tous les êtres vivants, qu'il s'agisse d'une plante, d'un micro-organisme, d'un invertébré ou d'un vertébré. De telles capacités assurent un fonctionnement normal dans l'habitat auquel ils sont destinés. On les voit aussi rarement phénomène naturel– sécheresses, inondations, coups de froid. Et puis, pour survivre, les êtres vivants ont besoin de mobiliser des ressources supplémentaires. équipement protecteur. Dans les deux cas, ils utilisent leurs « stations météo » internes.

En observant constamment et attentivement le comportement de divers êtres vivants, vous pouvez en apprendre davantage sur les changements météorologiques, mais même sur les changements à venir. catastrophes naturelles. Après tout, plus de 600 espèces d'animaux et 400 espèces de plantes, jusqu'à présent connues des scientifiques, peuvent servir de baromètres, d'indicateurs d'humidité et de température, de prédicteurs d'orages, de tempêtes, de tornades, d'inondations et de beau temps sans nuages. De plus, il y a des « prévisionnistes » en direct partout, où que vous soyez - près d'un étang, dans une prairie, dans une forêt. Par exemple, avant la pluie, alors que le ciel est encore clair, les sauterelles vertes cessent de gazouiller, les fourmis commencent à fermer hermétiquement les entrées de la fourmilière et les abeilles cessent de voler pour chercher du nectar, s'assoient dans la ruche et bourdonnent. Dans un effort pour se cacher des intempéries qui approchent, les mouches et les guêpes volent vers les fenêtres des maisons.

Les observations de fourmis venimeuses vivant dans les contreforts du Tibet ont révélé leur excellente capacité à faire des prévisions à plus long terme. Avant le début des fortes pluies, les fourmis se déplacent vers un autre endroit avec un sol sec et dur, et avant le début de la sécheresse, les fourmis remplissent des dépressions sombres et humides. Les fourmis ailées sont capables de détecter l’approche d’une tempête en 2 à 3 jours. Les grands individus commencent à se précipiter sur le sol et les petits pullulent à basse altitude. Et plus ces processus sont actifs, plus les intempéries sont attendues. Il a été révélé qu'au cours d'une année, les fourmis ont correctement identifié 22 changements météorologiques et ne se sont trompées que dans deux cas. Cela s'élève à 9 %, ce qui semble plutôt bon par rapport à erreur moyenne stations météorologiques à 20%.

Les actions appropriées des insectes dépendent souvent de prévisions à long terme, ce qui peut être d’une grande utilité pour l’homme. Pour un apiculteur expérimenté, les abeilles fournissent une prévision assez fiable. Pour l'hiver, ils scellent l'entrée de la ruche avec de la cire. Par le trou de ventilation de la ruche, vous pouvez juger de l'hiver à venir. Si les abeilles quittent un grand trou, l'hiver sera chaud, mais s'il est petit, attendez-vous à de fortes gelées. On sait également que si les abeilles commencent à quitter leurs ruches tôt, nous pouvons nous attendre à un printemps précoce et chaud. Les mêmes fourmis, si l'on ne s'attend pas à un hiver rigoureux, restent pour vivre près de la surface du sol, et devant hiver froid sont situés plus profondément dans le sol et construisent une fourmilière plus haute.

Outre le macroclimat, le microclimat de leur habitat est également important pour les insectes. Par exemple, les abeilles ne permettent pas la surchauffe dans les ruches et, après avoir reçu un signal de leurs « instruments » vivants concernant le dépassement de la température, elles commencent à aérer la pièce. Certaines abeilles ouvrières sont disposées de manière organisée à différentes hauteurs dans toute la ruche et déplacent l’air en battant rapidement des ailes. Un fort flux d’air se crée et la ruche se refroidit. La ventilation est un processus long, et lorsqu'un groupe d'abeilles se fatigue, c'est le tour d'un autre, et dans un ordre strict.

Le comportement non seulement des insectes adultes, mais aussi de leurs larves, dépend des lectures des « instruments » vivants. Par exemple

Les organes sensoriels des insectes sont des intermédiaires entre l’environnement extérieur et le corps. En fonction de stimuli externes, ou irritants, les insectes effectuent certaines actions qui composent leur comportement.

Les organes sensoriels des insectes sont sensation mécanique, l'audition, le sens chimique, le sens hydrothermal et la vision.

La base des organes sensoriels est constituée d'unités sensorielles nerveuses - les sensilles. Ils sont constitués de deux éléments : une structure réceptrice dans la peau et des cellules nerveuses adjacentes. Les sensilles dépassent de la surface de la peau sous forme de poils, de poils et de cônes (Fig. 7).

Sensation mécanique. Représenté par les mécanorécepteurs. Ce sont des récepteurs, ainsi que des structures sensibles qui perçoivent le choc, la position du corps, son équilibre, etc. Les récepteurs tactiles, ou tactiles, sont dispersés dans tout le corps sous la forme de simples sensilles à fonctions sensorielles, c'est-à-dire cheveux sensibles. Un changement de position des cheveux au contact d'objets ou d'air est transmis à la cellule sensible, où se produit une excitation, transmise le long de ses processus jusqu'au centre nerveux.

Les mécanorécepteurs comprennent également des sensilles en forme de cloche. Ils n'ont pas de poils sensibles et sont incrustés dans la peau. Leur surface réceptrice en forme de calotte cuticulaire est située à la surface de la cuticule. Le processus de tige de la cellule sensible - la broche - s'approche du capuchon par le bas. Les sensilles en forme de cloche se trouvent sur les ailes, les cerques, les pattes et les tentacules. Ils perçoivent les chocs corporels, les flexions et les tensions.

Les mécanorécepteurs incluent également les organes chordotonaux comme organes de l'audition. Leurs neurones se terminent par une épingle en forme de bâtonnet. Il s'agit d'une série de sensilles spéciales étirées entre deux sections de la cuticule. Les sensilles chordotonales sont appelées scolopophores et sont constituées de trois cellules : un neurone sensoriel, une cellule coiffe et une cellule pariétale.

Tous les insectes n’ont pas développé l’audition. Les orthoptères (sauterelles, criquets, grillons), les cigales chantantes, certains insectes et un certain nombre de lépidoptères possèdent des récepteurs auditifs - des organes tympaniques. Ces insectes gazouillent ou chantent. Les organes tympaniques sont un ensemble de scolopophores associés à des zones de la cuticule, qui se présentent sous la forme d'une membrane tympanique (Fig. 8).

Chez les criquets, les organes tympaniques sont situés sur les côtés du 1er segment abdominal, chez les sauterelles et les grillons - sur le tibia des pattes avant (Fig. 9).

Chez les moustiques, la fonction de l'organe auditif est assurée par l'organe de Johnston. Sur les cerques des blattes et des orthoptères et sur le corps des chenilles, les neurones sont situés sur des poils qui détectent les ondes sonores.

L'importance des organes auditifs :

– des signaux provenant d'individus de leur espèce sont perçus, ce qui assure une connexion entre les sexes, c'est-à-dire c'est l'une des formes de localisation du signal sexuel ;

- capter d'autres sons (sifflets, sons aigus, recherche de victime).

Sensation chimique. Sert à percevoir la chimie de l'environnement, à savoir le goût et l'odorat. Présenté par les chimiorécepteurs. L'odorat perçoit et analyse un milieu gazeux avec une faible concentration d'une substance, et le goût – un milieu liquide avec une concentration élevée. Les sensilles chimiorécepteurs se présentent sous forme de poils, de plaques ou de cônes immergés dans le corps. Sur les antennes, la fonction olfactive est assurée par des sensilles placoïdes et coeloconiques. L'odorat est utilisé par les insectes pour rechercher des individus du sexe opposé, reconnaître des individus de leur propre espèce, trouver de la nourriture et des lieux de ponte. De nombreux insectes sécrètent des substances attractives - des attractifs sexuels ou des épagones.

Le goût ne sert qu'à reconnaître les aliments. Les insectes distinguent 4 goûts principaux : sucré, amer, aigre et salé.

La plupart des sucres, comme le glucose, le fructose, le maltose et autres, attirent les abeilles et les mouches même à des concentrations relativement faibles ; d'autres sucres, comme le galactose, le mannose et autres, ne sont reconnus qu'à des concentrations élevées et les abeilles les rejettent. Certains papillons sont très sensibles aux sucres, distinguant une solution sucrée d'une concentration insignifiante de 0,0027 % de l'eau pure.

De nombreuses autres substances - acides, sels, acides aminés, huiles et autres - peuvent être rejetées à des concentrations élevées, mais parfois des solutions faibles de certains acides et sels ont un effet attractif.

Les papilles gustatives sont situées principalement sur la bouche, mais d'autres emplacements sont possibles. Ainsi, chez les abeilles, certaines mouches et nombre de papillons diurnes, ils sont localisés sur les tarses des pattes et présentent une grande sensibilité ; lorsque la face plantaire des pattes touche la solution sucrée, le papillon affamé réagit en dépliant sa trompe. Enfin, chez les abeilles et les guêpes repliées (Vespidés), ces récepteurs se retrouvent également sur les segments terminaux des antennes.

Haut degré Le développement du sens chimique chez les insectes est un aspect essentiel de leur physiologie et sert de base scientifique au développement et à l'application de certaines méthodes de lutte chimique contre les espèces nuisibles. Dans la pratique de la lutte antiparasitaire, on utilise la méthode des appâts, dont l'essence est que certaines substances alimentaires attractives sont traitées avec des poisons et distribuées dans les endroits où le ravageur est concentré ; De tels appâts empoisonnés sont largement et avec beaucoup de succès utilisés dans la lutte contre les criquets. Dans la lutte contre les nuisibles, des substances attractives, ou attractifs, sont également recherchées.

Sensation hygrothermique. Il est essentiel dans la vie de nombreux insectes et, en fonction des conditions d'humidité et de la température ambiante, régule le comportement de l'individu ; il contrôle également l'équilibre de l'eau et régime de température corps. Les récepteurs correspondants n'ont pas été suffisamment étudiés, mais il a été établi que la sensation d'humidité est localisée chez certains insectes sur la tête et ses appendices - antennes et tentacules, et la sensation de chaleur - sur les antennes, pattes et autres organes. La perception de la chaleur est très développée chez les insectes et les espèces individuelles ont leur propre zone de température optimale vers laquelle elles s'efforcent. Cependant, les limites de l'optimum de température dépendent des conditions de température et d'humidité de l'environnement dans lequel l'insecte s'est développé, ainsi que de la phase de son développement.

Vision. Avec le sens chimique, il joue probablement un rôle déterminant dans la vie des insectes. Les organes de la vision ont structure complexe et sont représentés par deux types d'yeux : complexes et simples (Fig. 10).

Riz. 10. Coupe schématique (A) et facettes de la surface (B) d'un œil composé : 1 – cornée ; 2 – cône de cristal ; 3 – cellules rétiniennes.

Les yeux composés, ou à facettes, au nombre de deux, sont situés sur les côtés de la tête, sont souvent très développés et peuvent alors occuper une partie importante de la tête. Chaque œil composé est constitué d'unités multivisuelles - les sensilles, appelées ommatidies, leur nombre dans un œil composé peut atteindre plusieurs centaines, voire des milliers.

L'ommatidium est constituée de trois types de cellules, formant les parties somatiques, sensibles et pigmentaires (Fig. 11). À l'extérieur, chaque ommatidium forme une cellule ronde ou hexagonale à la surface de l'œil - une facette, d'où son nom pour les yeux composés. La partie optique, ou réfractive, de l’ommatidium est constituée d’une lentille transparente et d’un cône de cristal transparent sous-jacent. Le cristallin, ou cornée, est essentiellement une cuticule transparente et ressemble généralement à une lentille biconvexe. Le cône de cristal est formé de quatre cellules transparentes allongées et, avec la lentille, forme un système optique unique - une lentille cylindrique ; la longueur de son axe optique dépasse largement son diamètre. La partie sensible est située sous la partie optique, forme la rétine, ou rétine, qui perçoit les rayons lumineux, et est constituée d'une série de cellules rétiniennes. Ces cellules sont allongées le long de l'ommatidium, situées sectoriellement et forment le revêtement de sa tige centrale - la tige optique, ou rhabdom. À leur base, les cellules rétiniennes deviennent des fibres nerveuses qui se dirigent vers les lobes optiques du cerveau. La partie pigmentaire est formée de cellules pigmentaires qui forment ensemble le revêtement de la partie sensible et le cône cristallin ; de ce fait, chaque ommatidium est optiquement isolée de la voisine. Par conséquent, la partie pigmentée remplit la fonction d'un appareil d'isolation optique.

Les insectes diurnes ont une vision dite appositionnelle. Grâce à l'isolation optique utilisant des cellules pigmentaires, chaque ommatidium est transformée en un tube mince isolé ; par conséquent, seuls les rayons traversant la lentille et, de plus, ne coïncidant strictement que avec l'axe longitudinal de l'ommatidium peuvent y pénétrer. Ces rayons atteignent le bâtonnet optique, ou rhabdom ; ce dernier est précisément l'élément perceptif de la rétine. Par conséquent, le champ de vision de chaque ommatidium est très réduit et elle ne voit qu’une partie insignifiante de l’objet en question. Mais grand nombre ommatidia vous permet d'augmenter considérablement le champ de vision par application mutuelle ou apposition ; En conséquence, à partir des plus petites parties individuelles de l’image, une seule image globale est formée, comme dans une mosaïque. Ainsi, les insectes ont une vision en mosaïque.

Les insectes nocturnes et crépusculaires ont une vision de superposition, qui est associée à des différences morphologiques et physiologiques dans leurs ommatidies. Dans l’œil à superposition, la partie sensible est plus éloignée de la partie optique, et les cellules pigmentaires isolent principalement la partie optique. Grâce à cela, 2 types de rayons pénètrent dans la tige optique - droits et obliques ; les premiers pénètrent dans les ommatidies à travers la lentille, et les seconds depuis les ommatidies voisines, ce qui renforce l'effet de lumière. Par conséquent, l'image d'un objet est obtenue dans ce cas non seulement en combinant des perceptions individuelles, mais aussi en les superposant, ou superposition.

En plein jour, l’œil de superposition présente certaines similitudes physiologiques avec l’œil d’apposition. Cela se produit parce que le pigment dans les cellules pigmentaires commence à se déplacer sous la lumière et est distribué de manière à former un tube sombre autour de l'ommatidium ; Grâce à cela, les ommatidies sont presque optiquement isolées les unes des autres et reçoivent les rayons principalement de leur cristallin. Cette capacité de l’œil à réagir au degré d’éclairage peut être considérée comme une adaptation. Dans une certaine mesure, il est également caractéristique de l'œil appositionnel, qui permet aux insectes diurnes d'adapter rapidement l'œil à la vision en pleine lumière et à l'ombre, par exemple lorsqu'ils volent de espace ouvert dans la foret.

À l’aide de leurs yeux composés, les insectes distinguent la forme, le mouvement, la couleur et la distance par rapport à un objet, ainsi que la lumière polarisée. Cependant, la grande variété d’insectes, leur mode de vie et leurs habitudes créent sans aucun doute une variété de caractéristiques dans leur vision. Ces derniers dépendent des caractéristiques structurelles des yeux et de leurs ommatidies ; le diamètre, la longueur, le nombre de ces derniers et d'autres propriétés déterminent la qualité de la vision. On pense que de nombreuses espèces sont myopes et ne peuvent distinguer les mouvements qu’à distance. Ceci est confirmé par de nombreuses expériences. Ainsi, les larves de libellules se précipitent sur des proies en mouvement et ne remarquent pas les proies stationnaires. Un grillage placé devant le nid de guêpes avec des alvéoles dépassant la longueur de leur corps bloque toujours l'entrée du nid, mais après un certain temps les guêpes apprendront à ramper à travers les alvéoles de ce grillage.

La plupart des insectes sont aveugles mais voient et sont attirés par la lumière ultraviolette ; la gamme des ondes lumineuses visibles est comprise entre 2 500 et 8 000 A. L'abeille domestique a la capacité de distinguer la lumière polarisée émise par le ciel bleu, ce qui lui permet de naviguer dans l'espace lorsqu'elle vole. Un certain nombre d'insectes se caractérisent également par des changements de mouvement en fonction de la direction des rayons du soleil, c'est-à-dire Orientation de la boussole solaire. L'essence de ce phénomène est que l'angle d'incidence des rayons sur certaines parties de la rétine reste constant pendant un certain temps ; le mouvement interrompu reprend sous le même angle, mais en raison du mouvement du soleil, la direction du mouvement change du même nombre de degrés.

Le mouvement de la boussole lumineuse est étroitement lié, ce qui explique l'arrivée des insectes nocturnes à la lumière. Les rayons lumineux divergent radialement et lorsqu'ils se déplacent obliquement par rapport à eux, l'angle de leur incidence changera ; Pour maintenir un angle fixe, l’insecte est obligé de changer constamment de trajectoire vers la source lumineuse. Le mouvement suit une spirale logarithmique et conduit finalement l'insecte vers la source lumineuse elle-même (Fig. 12).

Les yeux simples, ou ocelles, sont situés entre les yeux composés sur le front et la calotte, ou uniquement sur la calotte (Fig. 13). Ils sont petits, généralement au nombre de trois, et disposés en triangle. En raison de leur position dans la partie supérieure de la tête, ils sont souvent aussi appelés ocelles dorsaux. Morphologiquement, les ocelles ne correspondent pas aux ommatidies des yeux composés. Ainsi, ils ne sont pas innervés par les lobes optiques du cerveau, mais par la partie médiane du protocérébrum. De plus, pour une partie optique, ils comportent une série de parties sensibles. Ils sont également dépourvus de cône cristallin et leur partie optique n'est représentée que par une lentille cuticulaire, c'est-à-dire un objectif.

Tous les insectes n'ont pas d'yeux, en particulier ils sont absents chez de nombreux diptères et papillons. Chez les insectes sans ailes ou aux ailes courtes, ils sont également absents ou rudimentaires. Leur rôle n'est pas assez clair. Il a été établi que sous un certain nombre de formes, le foyer de l'œil se situe derrière la partie sensible, il ne peut donc y avoir de perception d'image dans ce cas ; Peindre les yeux composés rend ces insectes aveugles. Parallèlement, il existe une connexion anatomique entre les nerfs ocellaires et les nerfs des yeux composés, ce qui indique l'existence d'une connexion fonctionnelle entre ces organes. Sans aucun doute, les yeux de différents insectes peuvent jouer un rôle différent. Dans tous les cas, pour beaucoup, ils ont un effet régulateur sur les yeux composés, assurant la stabilité de la vision dans des conditions d'intensité lumineuse fluctuante. À faible intensité, les ocelles renforcent la réaction des yeux composés, c'est-à-dire deviennent des segments de ces derniers ; à des niveaux élevés, ils présentent un effet inhibiteur sur les yeux composés.

Les ocelles latéraux ou latéraux, caractéristiques des larves d'insectes à métamorphose complète, doivent être distingués des ocelles dorsaux. Ces ocelles, également appelés stemmas, sont situés sur les côtés de la tête, à l'endroit où se trouvent les yeux composés chez l'adulte. Leur nombre est différent et même variable au sein d’une même espèce. Certaines espèces n’ont qu’un seul œil de chaque côté, tandis que d’autres en ont six paires ou plus. Au fur et à mesure que l'insecte passe à l'âge adulte, les ocelles latéraux s'atrophient et sont remplacés par des yeux composés.

Les tiges varient dans les détails structurels, mais elles se caractérisent par la présence d'une lentille. Les chenilles des papillons ont également un cône de cristal et un seul rhabdome est développé, ce qui rend un tel ocelle similaire à l'ommatidium d'un œil composé. Mais chez les larves de tenthrèdes, de certains coléoptères et autres insectes, plusieurs voire plusieurs rhabdomes sont présentes dans l'œil, et le cône de cristal peut être absent. Cela rend ces tiges similaires non pas aux ommatidies, mais aux ocelles dorsaux.

Les ocelles latéraux sont innervés à partir des lobes optiques du cerveau et leur fonction visuelle est incontestable.

Certains insectes conservent la capacité de réagir à la lumière lorsque les yeux et les ocelles sont retirés ou recouverts de vernis noir ; Dans le même temps, les blattes évitent la lumière, comme dans l'état normal, et les chenilles maintiennent une réaction positive et se dirigent vers la source de lumière. Les insectes des cavernes sans yeux peuvent également réagir à la lumière. Évidemment, la surface de leur corps est capable de capter la lumière et on peut donc parler de photosensibilité cutanée.

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