Водные насекомые
Многие из жесткокрылых освоили не только воздушную, но и водную среду. Среди них есть и хищники, и растительноядные, хотя личинки абсолютно всех видов питаются другими живыми существами.
Подёнка
Иногда весной можно увидеть, как над речной или озерной гладью летает множество крохотных крылатых существ — подёнок. Откуда же они берутся? Именно со дна этих водоемов. Два года их личинки живут на дне, питаясь тем, что накапливается в иле, и проходят через многократные линьки. И наконец, обретя крылья, эти существа вылетают на поверхность. Но в большинстве своем они не доживают и до заката солнца. Потому их и назвали подёнками.
Но не только у них такой жизненный цикл. К числу насекомых, у которых личинки живут в воде, а имаго — над водой, относятся также веснянки и ручейники. Обитают подёнки по всему земному шару, кроме Гавайских островов, острова Святой Елены и Антарктиды.
Личинки большинства насекомых линяют до тех пор, пока у них не образуются крылья. После этого они становятся взрослыми особями. Однако у подёнок все происходит по-другому. Пройдя около 20 линек и обретя крылья, подёнка превращается не в имаго, а в субимаго. Это значит, что она все еще не способна размножаться и должна полинять еще один раз, чтобы окончательно «повзрослеть». Таким образом, подёнка является исключением среди насекомых.
Взрослую подёнку легко узнать по трем длинным нитям на конце брюшка и широким сетчатым крыльям. Это насекомое часто можно увидеть на стеблях различных растений и цветах, однако подёнка не пьет нектар и не ест листья. В отличие от собственной личинки она уже не может употреблять и переварить пищу — ее челюсти не способны выполнять свою функцию, а кишечник наполнен воздухом. Но есть подёнке и незачем. У этого насекомого одна задача — отложить яйца, после чего оно вскоре умирает.
Веснянки
Веснянки получили такое название не зря — чаще всего они встречаются именно весной. Но иногда их жизнь длится несколько месяцев, и тогда они успевают увидеть лето. Летают веснянки плохо, чаще всего они висят на стеблях различных растений, при этом насекомое плоско складывает крылышки на спине.
Пищевая цепочка — от подёнки к человеку
Всем живым существам необходима энергия для поддержания жизни, которую они получают с пищей. Травоядные едят траву, а хищники — травоядных. Так образуются пищевые цепочки. И веснянки тоже включены в подобную цепь. Так, личинки веснянок едят личинок подёнок, а сами попадаются на обед пресноводным рыбам, например хариусу из семейства лососевых. А чтобы поймать хариуса, рыбаки используют веснянок как наживку. Так и создается пищевая цепочка: подёнка — веснянка — хариус — человек.
Пищевая цепь — это ряды разных видов растений, животных и других живых организмов, связанных друг с другом отношениями «пища— потребитель»
Ручейни
Ручейник в отличие от подёнок и веснянок — насекомое с полным превращением. Однако его личинки также обитают на дне водоемов, служат пищей для рыб и являются хорошей наживкой для их ловли. Отличаются же они от других насекомых тем, что сооружают себе домики-чехлики. В качестве строительного материала ручейники используют растительные остатки и раковины различных речных моллюсков. В случае опасности насекомое забирается в свой домик и закрывает вход собственной головой, покрытой прочным хитином.
Жук-плавунец
У жука-плавунца, который обитает как в Европе, так и в Азии, есть собственные весла — это его длинные плоские задние ноги, усеянные щетинками, которые увеличивают гребущую поверхность. Передняя же пара ног, наоборот, короткая, служит для того, чтобы придерживать добычу. Ведь плавунцы — свирепые хищники. Самые крупные из них нападают не только на своих собратьев-насекомых, но и на мальков рыб, головастиков и лягушат. Если же в водоеме не хватает пищи, жуки-плавунцы перелетают в другой, чтобы снова уйти под воду и провести там всю жизнь.
В отличие от рыб жуки-плавунцы не имеют жабр и поэтому не могут добывать кислород из воды. Они могут получить его только из воздуха. Поэтому эти хитрые жуки выставляют на поверхность кончик брюшка, по краям которого находятся дыхальца, и через них набирают воздух себе под надкрылья. А зимой, подо льдом, плавунцы либо используют те пузырьки кислорода, которые выделяют водные растения, либо выпускают из-под надкрыльев пузырь воздуха, который насыщается кислородом, растворенным в воде. Затем жуки втягивают свои воздушные шарики обратно под брюшко. С этим запасом они и продолжают свою подводную жизнь.
Водолюб
Водолюб большой темный — такое название точно отражает свойства этого жука. И хоть это и не самый большой из жуков, но зато он наиболее крупный из семейства водолюбов. Ведь если самые маленькие представители этого семейства достигают всего 1 мм в длину, то большой темный водолюб может вырасти и до 48 мм. И цвет надкрыльев у него действительно темный — черный с оливковым оттенком, и воду он очень любит. Правда, личинка, чтобы окуклиться и превратиться в имаго, выходит на берег и зарывается в землю. Но как только из куколки появляется взрослый жук, он тут же спешит к воде, где и проводит всю свою жизнь, питаясь мелкими водорослями, а иногда и куколками комаров.
Зоркая вертячкаи
Иногда на поверхности водоемов можно увидеть маленьких, не больше сантиметра в длину, жучков, которые быстро, зигзагами, плавают по водной глади в поисках пищи. Рассмотрев вертячку под лупой, можно увидеть, что глаза ее смотрят вверх. Но как же тогда она охотится на насекомых, которые находятся под водой? Оказывается, у вертячки есть еще одна пара зрительных органов, направленных вниз. Но все же глаз у нее не четыре, а два, просто каждый из них разделен «мостиком» из хитина на две половинки, что существенно увеличивает обзор.
Водные клопы
Знаете ли вы, что клопы обитают не только в домах, на лугах и полях, но еще и в воде. Причем как личинки, так и взрослые насекомые чувствуют там себя прекрасно. Среди водных представителей подотряда клопов есть и крошки длиной не более полутора сантиметров, и пятнадцатисантиметровые гиганты. Эти водные жители очень разнообразны: одни прекрасно плавают, а другие просто держатся на стеблях водных растений. В большинстве своем эти насекомые — хищники.
Гладышей называют еще водяными осами. Они могут больно укусить даже человека. Кусается гладыш с помощью хоботка, который служит ему орудием охоты на других насекомых и даже на мальков рыб. Этим хоботком он прокалывает тело жертвы и впрыскивает внутрь пищеварительную жидкость, чтобы она превратила внутренности в удобную для засасывания массу. После этого хищнику остается только высосать получившуюся кашицу.
Гладыш поджидает свою добычу, спокойно вися вниз головой под водной гладью, выставив наружу лишь кончик брюшка, которым он дышит. А стоять под водным потолком гладышу позволяет поверхностное натяжение. Именно благодаря этой силе он и удерживается на месте. А приметив себе «обед» или почувствовав опасность, гладыш уходит на глубину, где способен продержаться без воздуха более 8 мин.
На юге Северо-Американского континента, где водятся хищные аллигаторы, обитает гиганский водяной клоп, которого местные жители называют «клещи аллигатора». Конечно, гигант он только в своих, клопиных, масштабах, хотя для насекомого действительно немал — до 15 см. И «клещами» его прозвали не зря: он вполне способен больно цапнуть за ногу неосторожного купальщика — на его передних лапах расположены своеобразные когти — крючки.
Гигантские клопы проводят всю свою жизнь в воде, поднимаясь на поверхность только чтобы глотнуть воздуха. В воде они и питаются, причем не только насекомыми. На обед к водяным клопам попадают мальки рыб, головастики, саламандры и улитки. Эти хищники поджидают жертву, затаившись, а потом хватают ее передними лапами и отправляют в рот. Затем они впрыскивают в тело добычи пищеварительный сок, чтобы он превратил ее в удобную для заглатывания массу. А вот если клопу самому грозит стать жертвой хищника, он поступает по-другому: подпускает противника поближе, а затем выпускает в него едкую жидкость из заднего прохода.
Весной в местах обитания гигантских водяных клопов можно увидеть этих насекомых с кладками из сотни яиц на спинках. И это не матери, а отцы. После спаривания самка откладывает самцу на надкрылья от 1 до 4 яиц. И так продолжается до тех пор, пока на спине у отца не оказывается до 100 яиц.
Самец плавает с этой ношей 10—12 дней. Время от времени он поднимает спинку над поверхностью воды, чтобы на яйцах не образовывался грибок. Заботливый отец даже укачивает еще не вылупившихся малышей. Так он ведет себя, пока потомство не появится на свет.
Водяной скорпион получил свое название за место обитания, внешний вид и хищные повадки — он питается насекомыми, которых хватает двумя передними конечностями. Но к ядовитым скорпионам, жителям засушливых мест, этот клоп (длиной от 1,5 до 4,5 см) не имеет никакого отношения. Более того, отросток на конце его брюшка — это вовсе не жало, а дыхательная трубка, которую насекомое высовывает наружу, когда сидит на стебле растения под водой.
Источник
Физика в мире животных: как водомерки бегают по воде
Среди читателей Хабра, вероятно, нет людей, которые никогда не видели водомерок. Это очень распространенное семейство насекомых, которое включает около 1700 видов. Большинство — пресноводные, но есть и виды, которые живут на побережье морей и океанов.
Всю свою жизнь водомерки проводят на поверхности воды. Они передвигаются по ней так же просто, как обычные насекомые — по суше. Водомерки, по крайней мере, большинство видов — хищники. Они питаются мелкими организмами, но не боятся нападать и на более крупную добычу. Иногда ничего не подозревающий малек подплывает к поверхности водоема, и тут же в него всаживается «гарпун» — хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Но самое интересное в водомерке — ее способность бегать по воде. Каким образом это насекомое получило свою сверхспособность?
Физика и химия — друзья водомерок
В большинстве случаев водомерки держатся на воде благодаря, во-первых, наличию слоя водоотталкивающих жиров на тельце и конечностях, во-вторых, благодаря специальным волоскам на кончиках лапок.
Так, на задних лапках насекомых этих волосков очень много, их количество превышает 16 000 на мм 2 . На них водомерки опираются, они же служат рулевым механизмом. На средних и передних конечностях волосков тоже много, но не настолько. Волоски водомеркам приходится довольно часто приводить в порядок, поскольку если этого не делать, вода смочит тело водомерки и та утонет.
Предназначение волосков — создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки — это как раз воздушный «кокон» или, если угодно, воздушная подушка. На дне неглубокого водоема видна тень водомерки — и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные — это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки.
Кстати, китайские ученые обнаружили интересный факт — время от времени тень от ножки перестает быть четкой, и тогда водомерка прижимает ее к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество. После этой процедуры тень от конечности снова становится четкой.
Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды — она не может просочиться в столь малый объем. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок.
Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая ее. В результате водомерка движется вперед уже благодаря действию уже законов физики. Водомерка скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил.
Режим передвижения водомерок
Насекомые эти получили свое русское название из-за того, что передвигаясь, они как бы «меряют» пройденное по воде расстояние. Но, как оказалось, это лишь один режим передвижения водомерки — так она поступает, когда не испугана и не преследует жертву, а просто передвигается по поверхности воды.
Большинство видов попеременно опираются на три конечности, перемещая остальные три вперед, и повторяя этот цикл.
В моменты опасности или преследования добычи водомерка как бы втыкает в поверхность воды кончики средних лап, на которых не так много волосков, рулит задними, а передними — загребает воду. Единственное — передние лапки все же не погружаются в воду, а отталкиваются от поверхности воды.
Ну и последнее — водомерки умеют прыгать на воде. Не очень далеко, но это все же прыжки. Прыгают они в случае опасности — за этим можно наблюдать, если попробовать накрыть водомерку ладонью на воде. Спасаясь, она будет не только «грести», но и прыгать, причем довольно активно.
К слову, если изменить поверхностное натяжение воды — например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства — последние изменяют свойства воды и водомерки (да и не только они) не могут жить в подобных местах.
Водомерки приносят пользу науке
Группа китайских ученых разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда. Идея пришла в голову сначала одному китайскому физику по имени Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине
Ученый в солнечный день отправился к берегу пруда в одном из парков столицы Китая. Там он смотрел на воду и заметил водомерок, которые отбрасывали тень. Как и говорилось выше, тень от их лапок была отличной от конфигурации кончиков конечностей.
Ученый понял, что это вызвано искривлением воды под действием веса водомерки, сколь бы небольшим он ни был. И тогда он понял, что при помощи теней, отбрасываемых объектами на поверхности воды, можно измерять силу Архимеда, причем эти измерения сверхточные. Граница чувствительности метода — 1 пиконьютон.
«Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру», — заявил ученый.
Еще и роботы
Результаты наблюдения китайского ученого помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько, причем одно из них умеет даже прыгать по поверхности воды, как настоящая водомерка.
Первыми создателями робота-водомерки была команда School of Chemical Engineering and Technology. Разработчики использовали как результаты наблюдений коллег, так и собственные исследования.
Затем был создан еще один робот, вес которого составлял много больше, чем у водомерки — 11 граммов вместо долей грамма. Он способен передвигаться по воде и делает это довольно быстро — вплоть до 5 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы взрослого человека.
Ну и еще один показательный пример — робот-водомерка, созданный объединенной командой исследователей из Южной Кореи и США. Этот робот очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками».
Он не только передвигается по поверхности воды, но еще и прыгает, причем довольно высоко.
Область применения роботов-водомерок — поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.
Источник
