Zažít pestrou a energickou aktivitu hmyzího světa může být úžasný zážitek.
Zdálo by se, že tito tvorové bezstarostně létají a plavou, běhají a plazí se, bzučí a cvrlikají, hlodají a nosí. To vše se však neděje bezcílně, ale především s konkrétním záměrem, podle vrozeného programu vloženého do jejich těla a získaného životní zkušenost. Pro vnímání okolního světa, orientaci v něm a provádění všech vhodných akcí a životních procesů jsou zvířata vybavena velmi složitými systémy, především nervovými a smyslovými.
Co mají společného nervové soustavy obratlovců a bezobratlých?
Nervový systém je komplexní komplex struktur a orgánů skládající se z nervové tkáně, kde centrální částí je mozek. Hlavní stavební a funkční jednotkou nervové soustavy je nervová buňka se svými procesy (řecky nervová buňka – neuron).
Nervová soustava a mozek hmyzu zajišťují: vnímání smysly vnější a vnitřní podráždění (podrážděnost, citlivost); okamžité zpracování příchozích signálů systémem analyzátorů, příprava a realizace adekvátní reakce; ukládání dědičných a získaných informací v zakódované podobě do paměti a také jejich okamžité načítání podle potřeby; řízení všech orgánů a systémů těla pro jeho fungování jako celku, jeho vyvážení s prostředím; realizace psychických procesů a vyšší nervová činnost, vhodné chování.
Organizace nervového systému a mozku obratlovců a bezobratlých živočichů je natolik odlišná, že se jejich srovnání na první pohled zdá nemožné. A zároveň pro většinu různé typy Nervový systém, patřící ke zdánlivě zcela „jednoduchým“ a „složitým“ organismům, se vyznačuje stejnými funkcemi.
Velmi malý mozek mouchy, včely, motýla nebo jiného hmyzu mu umožňuje vidět a slyšet, dotýkat se a ochutnávat, pohybovat se s velkou přesností, navíc létat pomocí vnitřní „mapy“ na značné vzdálenosti, komunikovat mezi sebou a dokonce i vlastní jeho „jazyk“, naučit se a aplikovat v nestandardních situacích logické myšlení. Mozek mravence je tedy mnohem menší než hlava špendlíku, ale tento hmyz byl dlouho považován za „mudrce“. Ve srovnání nejen se svým mikroskopickým mozkem, ale i s nepochopitelnými schopnostmi jediné nervové buňky by se měl člověk za své nejmodernější počítače stydět. Co na to může říci věda, například neurobiologie, která studuje procesy zrození, života a smrti mozku? Podařilo se jí rozluštit záhadu života mozku – tento nejsložitější a nejzáhadnější jev, který lidé znají?
První neurobiologický experiment patří starořímskému lékaři Galenovi. Po přeříznutí nervových vláken prasete, pomocí kterých mozek ovládal svaly hrtanu, připravil zvíře o hlas - okamžitě znecitlivělo. To bylo před tisíci lety. Ale jak daleko věda od té doby pokročila ve svých znalostech o fungování mozku? Ukazuje se, že i přes obrovskou práci vědců je princip fungování i jedné nervové buňky, takzvané „cihly“, ze které je mozek postaven, lidem stále neznámý. Neurovědci hodně rozumí tomu, jak neuron „jí“ a „pije“; jak přijímá energii nezbytnou pro svou životní činnost tím, že v „biologických kotlích“ tráví potřebné látky extrahované z prostředí; jak pak tento neuron posílá svým sousedům širokou škálu informací ve formě signálů, zakódovaných buď ve specifické sérii elektrických impulsů, nebo v různých kombinacích chemikálií. Co pak? Nyní nervová buňka obdržela specifický signál a v jejích hloubkách začala jedinečná aktivita ve spolupráci s dalšími buňkami, které tvoří mozek zvířete. Příchozí informace jsou zapamatovány a načteny z paměti. nezbytné informace, rozhodování, zadávání příkazů svalům a různým orgánům atp. Jak to všechno jde? Vědci to stále s jistotou nevědí. Protože není jasné, jak fungují jednotlivé nervové buňky a jejich komplexy, není jasný ani princip fungování celého mozku, byť tak malého, jako je mozek hmyzu.
Práce smyslových orgánů a živých „zařízení“
Životní činnost hmyzu je doprovázena zpracováním zvukových, čichových, zrakových a dalších smyslových informací – prostorových, geometrických, kvantitativních. Jednou z mnoha záhadných a zajímavých vlastností hmyzu je jeho schopnost přesně vyhodnotit situaci pomocí vlastních „nástrojů“. Naše znalosti o těchto zařízeních jsou mizivé, přestože jsou v přírodě hojně využívány. Jsou to také determinanty různých fyzikálních polí, které umožňují předpovídat zemětřesení, sopečné erupce, záplavy a změny počasí. Je to smysl pro čas, počítaný vnitřními biologickými hodinami, a smysl pro rychlost a schopnost orientace a navigace a mnoho dalšího.
Vlastnost každého organismu (mikroorganismů, rostlin, hub a živočichů) vnímat podráždění vycházející z vnějšího prostředí a z vlastních orgánů a tkání se nazývá citlivost. Hmyz, stejně jako ostatní živočichové se specializovaným nervovým systémem, má nervové buňky s vysokou selektivní schopností k různým podnětům – receptorům. Mohou být hmatové (reagující na dotek), teplotu, světlo, chemické látky, vibrace, svalově-kloubní atd. Hmyz díky svým receptorům zachycuje celou řadu faktorů prostředí - různé vibrace (široké spektrum zvuků, energie záření ve formě světla a tepla), mechanický tlak(například gravitace) a další faktory. Receptorové buňky jsou umístěny v tkáních buď jednotlivě, nebo shromážděné v systémech, aby vytvořily specializované smyslové orgány - smyslové orgány.
Veškerý hmyz dokonale „rozumí“ čtení svých smyslových orgánů. Některé z nich, jako orgány zraku, sluchu a čichu, jsou vzdálené a jsou schopny vnímat podráždění na dálku. Jiné, jako orgány chuti a hmatu, jsou kontaktní a reagují na vliv přímým kontaktem.
Hmyz je obecně obdařen vynikajícím zrakem. Jejich složité složené oči, ke kterým se někdy přidávají jednoduché ocelli, slouží k rozpoznávání různých předmětů. Některý hmyz je vybaven barevným viděním a vhodnými zařízeními pro noční vidění. Zajímavé je, že oči hmyzu jsou jediným orgánem, který je podobný jiným zvířatům. Orgány sluchu, čichu, chuti a hmatu přitom nemají takovou podobnost, ale přesto hmyz dokonale vnímá pachy a zvuky, orientuje se v prostoru a zachycuje a vydává ultrazvukové vlny. Jejich jemný čich a chuť jim umožňuje najít potravu. Různé žlázy hmyzu vylučují látky, které přitahují bratry, sexuální partnery, zastrašují soupeře a nepřátele a vysoce citlivý čich dokáže rozpoznat pach těchto látek i na několik kilometrů.
Mnozí ve svých představách spojují smyslové orgány hmyzu s hlavou. Ukazuje se ale, že struktury odpovědné za sběr informací o životním prostředí se nacházejí u hmyzu v různých částech těla. Mohou určovat teplotu předmětů a ochutnávat jídlo nohama, detekovat přítomnost světla zády, slyšet koleny, kníry, ocasními přívěsky, chlupy na těle atd.
Smyslové orgány hmyzu jsou součástí smyslových systémů - analyzátorů, které prostupují sítí téměř celý organismus. Přijímají mnoho různých vnějších a vnitřních signálů z receptorů svých smyslových orgánů, analyzují je, tvoří a předávají „pokyny“ různým orgánům, aby provedly příslušné akce. Smyslové orgány tvoří především receptorové oddělení, které se nachází na periferii (koncích) analyzátorů. A vodivý úsek je tvořen centrálními neurony a drahami z receptorů. Mozek má specifické oblasti pro zpracování informací ze smyslů. Tvoří centrální, „mozkovou“ část analyzátoru. Díky tak složitému a praktickému systému, například vizuálnímu analyzátoru, se provádí přesný výpočet a kontrola orgánů pohybu hmyzu.
O úžasných schopnostech smyslových systémů hmyzu byly nashromážděny rozsáhlé znalosti, ale objem knihy nám umožňuje citovat pouze některé z nich.
Orgány vidění
Oči a celý komplexní zrakový systém jsou úžasným darem, díky kterému jsou zvířata schopna přijímat základní informace o okolním světě, rychle rozpoznávat různé předměty a vyhodnocovat vzniklou situaci. Zrak je nezbytný pro hmyz při hledání potravy, aby se vyhnul predátorům, prozkoumával objekty zájmu nebo prostředí, interagoval s jinými jedinci během reprodukčního a sociálního chování atd.
Hmyz je vybaven různými očima. Mohou to být složité, jednoduché nebo doplňkové ocelli a také larvální. Nejsložitější jsou složené oči, které se skládají z velkého množství ommatidií, které tvoří šestiúhelníkové plošky na povrchu oka. Ommatidium je v podstatě malý vizuální přístroj vybavený miniaturní čočkou, světlovodným systémem a prvky citlivými na světlo. Každá fazeta vnímá jen malou část objektu, ale dohromady poskytují mozaikový obraz celého objektu. Složené oči, charakteristické pro většinu dospělého hmyzu, jsou umístěny po stranách hlavy. U některého hmyzu, například u vážky lovecké, která rychle reaguje na pohyb kořisti, zabírají oči polovinu hlavy. Každé z jejích očí je vyrobeno z 28 000 faset. Pro srovnání, motýli jich mají 17 000, moucha– 4000 Hmyz může mít dvě nebo tři oči na hlavě, na čele nebo na temeni a méně často na bocích. Larvové oči brouků, motýlů a blanokřídlých jsou v dospělosti nahrazeny složitými.
Je zvláštní, že hmyz nemůže během odpočinku zavřít oči, a proto spí s otevřenýma očima.
Právě oči přispívají k rychlé reakci lovícího hmyzu, jako je kudlanka nábožná. Mimochodem, je to jediný hmyz, který se dokáže otočit a podívat se za sebe. Velké oči poskytují kudlance binokulární vidění a umožňují jí přesně vypočítat vzdálenosti k objektu jejich pozornosti. Tato schopnost v kombinaci s rychlým vrháním předních nohou směrem ke kořisti dělá z kudlanek vynikající lovce.
A žlutonohí brouci, kteří probíhají vodou, mají oči, které jim umožňují současně vidět kořist jak na hladině, tak pod ní. Aby toho bylo dosaženo, mají vizuální analyzátory brouků schopnost korigovat index lomu vody.
Vnímání a analýza vizuálních podnětů je prováděna velmi složitým systémem - vizuálním analyzátorem. Pro mnoho hmyzu je to jeden z hlavních analyzátorů. Zde je primární citlivou buňkou fotoreceptor. A k němu jsou připojeny dráhy (oční nerv) a další nervové buňky umístěné na různých úrovních nervového systému. Při vnímání světelných informací je sled událostí následující. Přijaté signály (světelná kvanta) jsou okamžitě zakódovány ve formě impulsů a přenášeny po drahách do centrálního nervového systému - do „mozkového“ centra analyzátoru. Tam jsou tyto signály okamžitě dekódovány (dešifrovány) do odpovídajícího zrakového vjemu. Pro jeho rozpoznání jsou z paměti extrahovány standardy vizuálních obrazů a další potřebné informace. A pak je vyslán příkaz k různým orgánům pro adekvátní reakci jedince na měnící se situaci.
Kde jsou „uši“ hmyzu?
Většina zvířat a lidí slyší ušima, kde zvuky způsobují vibrace ušního bubínku – silné nebo slabé, pomalé nebo rychlé. Jakékoli změny vibrací poskytují tělu informace o povaze slyšeného zvuku. Jak hmyz slyší? V mnoha případech mají také zvláštní „uši“, ale u hmyzu se nacházejí na místech pro nás neobvyklých: na vousech - například u samců komárů, mravenců, motýlů; na ocasních přívěscích - u švábů amerických. Holeně předních nohou slyší cvrčky a kobylky a břicho kobylky. Některé druhy hmyzu nemají „uši“, to znamená, že nemají speciální sluchové orgány. Jsou však schopny vnímat různé vibrace ve vzduchu, včetně zvukových vibrací a ultrazvukových vln, které jsou pro naše uši nepřístupné. Citlivými orgány takového hmyzu jsou tenké chloupky nebo drobné citlivé tyčinky. Jsou umístěny ve velkém počtu na různé části těla a jsou spojeny s nervovými buňkami. Takže u chlupatých housenek jsou „uši“ chlupy a u nahých housenek celé krytí kůže těla.
Střídavým řídnutím a kondenzací vzduchu vzniká zvuková vlna, která se šíří všemi směry od zdroje zvuku – jakéhokoli vibrujícího tělesa. Zvukové vlny jsou vnímány a zpracovávány sluchovým analyzátorem - komplexním systémem mechanických, receptorových a nervových struktur. Tyto vibrace jsou pomocí sluchových receptorů převáděny na nervové impulsy, které jsou přenášeny podél sluchového nervu do centrální části analyzátoru. Výsledkem je vnímání zvuku a analýza jeho síly, výšky a charakteru.
Sluchový systém hmyzu zajišťuje jejich selektivní odezvu na relativně vysokofrekvenční vibrace - vnímají sebemenší vibrace povrchu, vzduchu nebo vody. Například bzučící hmyz produkuje zvukové vlny rychlým máváním křídly. Samci vnímají takové vibrace ve vzduchu, například pištění komárů, svými citlivými orgány umístěnými na tykadlech. Detekují tak vzdušné vlny, které doprovázejí let jiných komárů, a adekvátně reagují na přijaté zvukové informace. Sluchové systémy hmyz je „naladěn“ na vnímání relativně slabých zvuků, takže hlasité zvuky na něj mají negativní vliv. Například čmeláci, včely a některé druhy much se při zaznění nemohou vznést do vzduchu.
Různorodé, ale přísně definované signalizační zvuky produkované samci cvrčků každého druhu hrají důležitou roli v jejich reprodukčním chování – námluvách a přitahování samic. Kriket poskytuje skvělý nástroj pro komunikaci s přítelem. Při vytváření jemného trylku tře ostrou stranu jedné elytry o povrch druhé. A pro vnímání zvuku mají samec a samice obzvláště citlivou tenkou kutikulární membránu, která hraje roli ušního bubínku. Zajímavý experiment byl proveden, když byl štěbetající samec umístěn před mikrofon a žena byla umístěna v jiné místnosti poblíž telefonu. Po zapnutí mikrofonu se samice, která zaslechla druhově typické cvrlikání samce, vrhla ke zdroji zvuku – telefonu.
Orgány pro zachycení a vyzařování ultrazvukových vln
Můry jsou vybaveny zařízením pro detekci netopýrů, kteří využívají k orientaci a lovu ultrazvukové vlny. Dravci vnímají signály s frekvencí až 100 000 hertzů a můry a číhy, které loví, až 240 000 hertzů. Například můry mají v hrudníku speciální orgány pro akustickou analýzu ultrazvukových signálů. Umožňují detekovat ultrazvukové pulsy z loveckých kůňů na vzdálenost až 30 m, když motýl zaznamená signál z lokalizátoru predátora, aktivují se ochranné behaviorální akce. Poté, co motýl slyšel ultrazvukové výkřiky noční myši na relativně velkou vzdálenost, náhle změní směr letu pomocí klamného manévru - „potápění“. Zároveň začíná provádět akrobatické manévry - spirály a „smyčky“, aby unikla pronásledování. A pokud je dravec vzdálen méně než 6 m, motýl složí křídla a spadne na zem. A netopýr nedetekuje nehybný hmyz.
Nedávno se však zjistilo, že vztah mezi můry a netopýry je ještě složitější. Motýli některých druhů, kteří detekují signály netopýra, tedy sami začnou vydávat ultrazvukové impulsy ve formě kliknutí. Navíc tyto impulsy působí na dravce natolik, že jako splašený odletí. Existují pouze domněnky o tom, proč netopýři přestanou pronásledovat motýla a „utečou z bojiště“. Pravděpodobně jsou ultrazvukové cvaknutí adaptivními signály hmyzu, podobné těm, které vysílá samotný netopýr, jen mnohem silnější. V očekávání, že uslyší slabý odražený zvuk od vlastního signálu, uslyší pronásledovatel ohlušující řev – jako by nadzvukové letadlo prolomilo zvukovou bariéru.
To vyvolává otázku, proč netopýra ohlušují nikoli vlastní ultrazvukové signály, ale motýli. Ukazuje se, že netopýr je dobře chráněn před vlastním křikem-impulzem vyslaným lokátorem. Jinak takový silný impuls, který je 2000krát silnější než přijímané odražené zvuky, může myš ohlušit. Aby k tomu nedošlo, její tělo vyrábí a cíleně používá speciální třmen. Před vysláním ultrazvukového pulzu speciální sval odtáhne třmeny z okénka hlemýždě vnitřního ucha - vibrace jsou mechanicky přerušeny. Třmínek v podstatě také vydává cvaknutí, ale ne zvuk, ale protihlukový. Po výkřiku-signálu se okamžitě vrátí na své místo, aby bylo ucho připraveno přijmout odražený signál. Je těžké si představit, jak rychle může působit sval, který vypne sluch myši v okamžiku vyslání křiku. Při pronásledování kořisti je to 200-250 pulzů za sekundu!
A pro netopýra nebezpečné cvakání motýlů je slyšet přesně ve chvíli, kdy se lovec otočí k uchu, aby vnímal jeho ozvěnu. To znamená, že můra, aby přinutila omráčeného predátora ve strachu odletět, vysílá signály, které jsou dokonale sladěny s jeho lokalizátorem. K tomu je tělo hmyzu naprogramováno tak, aby přijímalo pulzní frekvenci blížícího se lovce a vysílalo signál odezvy přesně v souzvuku s ní.
Tento vztah mezi můry a netopýry vyvolává mnoho otázek. Jak si hmyz vyvinul schopnost vnímat ultrazvukové signály od netopýrů a okamžitě pochopit nebezpečí, které představují? Jak mohli motýli postupem selekce a vylepšování postupně vyvinout ultrazvukové zařízení s ideálně zvolenými ochrannými vlastnostmi? Vnímání ultrazvukových signálů od netopýrů také není snadné pochopit. Faktem je, že svou ozvěnu rozpoznají mezi miliony hlasů a dalších zvuků. A žádné křiklavé signály od spoluobčanů, žádné ultrazvukové signály vydávané pomocí zařízení nezasahují do lovu netopýrů. Pouze motýlí signály, byť uměle reprodukované, způsobí, že myš uletí.
Živé bytosti předkládají nová a nová tajemství, vyvolávají obdiv k dokonalosti a účelnosti stavby jejich organismu.
Kudlanka nábožná, stejně jako motýl, spolu s vynikajícím zrakem dostává také speciální sluchové orgány, aby se zabránilo setkání s netopýry. Tyto sluchové orgány, které vnímají ultrazvuk, se nacházejí na hrudi mezi nohama. A pro některé druhy kudlanek je kromě ultrazvukového orgánu sluchu typické i druhé ucho, které vnímá mnohem více nízké frekvence. Jeho funkce zatím není známa.
Chemický pocit
Zvířata jsou obdařena všeobecnou chemickou citlivostí, kterou zajišťují různé smyslové orgány. V chemickém smyslu hmyzu hraje nejvýznamnější roli čich. A termiti a mravenci podle vědců dostávají trojrozměrný čich. Je pro nás těžké si představit, co to je. Čichové orgány hmyzu reagují na přítomnost i velmi malých koncentrací látky, někdy velmi vzdálené od zdroje. Hmyz díky čichu najde kořist a potravu, zorientuje se v prostoru, dozví se o přiblížení nepřítele a provede biokomunikaci, kde specifickým „jazykem“ je výměna chemických informací pomocí feromonů.
Feromony jsou komplexní sloučeniny vylučované pro komunikační účely některými jednotlivci za účelem přenosu informací jiným jednotlivcům. Takové informace jsou zakódovány ve specifických chemických látkách v závislosti na typu živého tvora a dokonce i na jeho příslušnosti k určité rodině. Vnímání čichovým systémem a dekódování „zprávy“ vyvolává u příjemců určitou formu chování nebo fyziologického procesu. Dodnes je známa významná skupina hmyzích feromonů. Některé z nich jsou navrženy tak, aby přitahovaly jedince opačného pohlaví, jiné, stopy, naznačovaly cestu k domovu nebo ke zdroji potravy, jiné slouží jako poplašný signál, jiné regulují některé fyziologické procesy atd.
„Chemická produkce“ v těle hmyzu musí být skutečně unikátní, aby se uvolnilo ve správném množství a v určitou chvíli celou řadu feromonů, které potřebují. Dnes je známo více než sto těchto vysoce komplexních látek. chemické složení, ale ne více než tucet z nich bylo uměle rozmnoženo. Jejich získání totiž vyžaduje pokročilé technologie a vybavení, takže zatím lze nad takovým uspořádáním těla těchto miniaturních bezobratlých tvorů jen žasnout.
Brouci jsou opatřeni hlavně tykadly čichového typu. Umožňují zachytit nejen vůni samotné látky a směr jejího šíření, ale dokonce „ohmatat“ tvar zapáchajícího předmětu. Příkladem vynikajícího čichu je zahrabávání brouků, kteří čistí zemi od mršin. Jsou schopni ji cítit na stovky metrů a shromáždit se velká skupina. A beruška pomocí svého čichu najde kolonie mšic, aby tam nechala snůšky. Mšice se totiž živí nejen samy sebou, ale i svými larvami.
Nejen dospělý hmyz, ale i jeho larvy jsou často obdařeny vynikajícím čichem. Larvy chrousta se tak mohou pohybovat ke kořenům rostlin (borovice, pšenice), vedeny mírně zvýšenou koncentrací oxidu uhličitého. V experimentech se larvy okamžitě přesunou do oblasti půdy, kde bylo zavedeno malé množství látky, která produkuje oxid uhličitý.
Nepochopitelná se zdá citlivost čichového orgánu například motýla Saturnia, jehož samec je schopen zachytit pach samice svého druhu na vzdálenost 12 km. Při porovnání této vzdálenosti s množstvím feromonu vylučovaného samicí byl získán výsledek, který vědce překvapil. Samec díky svým tykadlům neomylně najde mezi mnoha pachovými látkami jednu jedinou molekulu dědičně známé látky v 1 m3 vzduchu!
Někteří blanokřídlí mají tak bystrý čich, že není horší než dobře známý psí smysl. Jezdkyně tedy při běhu podél kmene stromu nebo pařezu energicky pohybují svými tykadly. Používají je k „vyčmuchání“ larev zoborožce nebo dřevorubce, umístěných ve dřevě ve vzdálenosti 2–2,5 cm od povrchu.
Díky jedinečné citlivosti tykadel drobná jezdkyně Helis pouhým dotekem na kokony pavouků určí, co v nich je – zda jsou to nedovyvinutá varlata, neaktivní pavouci, kteří se z nich již vynořili, nebo varlata jiných jezdci svého druhu. Jak Helis provádí tak přesnou analýzu, zatím není známo. S největší pravděpodobností cítí velmi jemný specifický zápach, ale možná, že když klepe na tykadla, jezdec zachytí nějaký druh odraženého zvuku.
Vnímání a analýza chemických podnětů, působení na čichové orgány hmyzu se provádí multifunkčním systémem - čichovým analyzátorem. Stejně jako všechny ostatní analyzátory se skládá z vnímavého, vodivého a centrálního oddělení. Čichové receptory (chemoreceptory) vnímají molekuly zápachu a impulsy signalizující specifický zápach jsou posílány podél nervových vláken do mozku k analýze. Tam dochází k okamžité reakci těla.
Povídání o čichu hmyzu, nemůžeme nezmínit vůni. Věda ještě nemá jasnou představu o tom, co je vůně, a existuje mnoho teorií týkajících se tohoto přírodního jevu. Podle jednoho z nich představují analyzované molekuly látky „klíč“. A „zámek“ jsou čichové receptory obsažené v analyzátorech pachů. Pokud konfigurace molekuly odpovídá „zámku“ určitého receptoru, analyzátor od něj přijme signál, dešifruje jej a předá informaci o pachu do mozku zvířete. Podle jiné teorie je zápach určen chemickými vlastnostmi molekul a rozložením elektrických nábojů. Nejnovější teorie, která si získala mnoho příznivců, hlavní důvod pachy ve vibračních vlastnostech molekul a jejich složek. Jakékoli aroma je spojeno s určitými frekvencemi (vlnovými čísly) infračerveného rozsahu. Například cibulová polévka thioalkohol a dekaboran jsou chemicky zcela odlišné. Ale mají stejnou frekvenci a stejnou vůni. Přitom existují chemicky podobné látky, které se vyznačují různou frekvencí a jinak voní. Pokud je tato teorie správná, pak aromatické látky a tisíce typů buněk snímajících pach lze hodnotit pomocí infračervených frekvencí.
Radar proti hmyzu
Hmyz je obdařen vynikajícími orgány čichu a hmatu - anténami (anténami nebo tykadly). Jsou velmi mobilní a snadno se ovládají: hmyz je může roztáhnout, přiblížit k sobě, otočit každý jednotlivě kolem vlastní osy nebo společně na společné ose. V tomto případě se oba navenek podobají a jsou v podstatě „radarovou instalací“. Nervově citlivým prvkem tykadel je sensilla. Z nich je impuls rychlostí 5 m za sekundu přenášen do „mozkového“ centra analyzátoru, aby byl rozpoznán předmět stimulace. A pak signál odezvy na přijatou informaci okamžitě dosáhne svalu nebo jiného orgánu.
U většiny hmyzu se na druhém segmentu antény nachází Johnstonův orgán - univerzální zařízení, jehož účel není dosud zcela objasněn. Předpokládá se, že vnímá pohyby a vibrace vzduchu a vody, kontakty s pevnými předměty. Kobylky a kobylky jsou obdařeny překvapivě vysokou citlivostí na mechanické vibrace, které jsou schopny zaznamenat jakékoli chvění s amplitudou rovnou polovině průměru atomu vodíku!
Brouci mají také Johnstonův orgán na druhém tykadlovém segmentu. A pokud se brouk běžící po hladině vody poškodí nebo odstraní, začne narážet do jakýchkoliv překážek. Pomocí tohoto orgánu je brouk schopen zachytit odražené vlny přicházející od břehu nebo překážky. Snímá vodní vlny o výšce 0,000 000 004 mm, to znamená, že Johnstonovy varhany plní úlohu echolotu nebo radaru.
Mravenci se vyznačují nejen dobře organizovaným mozkem, ale také stejně dokonalou tělesnou organizací. Tykadla jsou pro tento hmyz nanejvýš důležitá, některá slouží jako výborný orgán čichu, hmatu, znalosti prostředí a vzájemného vysvětlování. Mravenci zbavení antén ztrácejí schopnost najít cestu, blízké jídlo a rozlišit nepřátele od přátel. Pomocí antén je hmyz schopen spolu „mluvit“. Mravenci přenášejí důležité informace tím, že se vzájemně dotýkají anténami určitých segmentů antén toho druhého. V jedné z epizod chování našli dva mravenci kořist v podobě larev různé velikosti. Po „domluvě“ s bratry pomocí antén zamířili spolu s mobilizovanými asistenty na místo nálezu. Úspěšnější mravenec, kterému se pomocí svých tykadel podařilo zprostředkovat informace o větší kořisti, kterou našel, přitom za sebou zmobilizoval mnohem větší skupinu mravenců dělníků.
Zajímavé je, že mravenci jsou jedním z nejčistších tvorů. Po každém jídle a spánku se jim důkladně vyčistí celé tělo a zejména tykadla.
Chuťové vjemy
Člověk jasně identifikuje vůni a chuť látky, ale u hmyzu nejsou chuťové a čichové vjemy často odděleny. Působí jako jediný chemický pocit (vjem).
Hmyz, který má chuťový smysl, preferuje určité látky v závislosti na výživě charakteristické pro daný druh. Zároveň dokážou rozlišit sladké, slané, hořké a kyselé. Aby se chuťové orgány dostaly do kontaktu s konzumovaným jídlem, mohou být umístěny na různých částech těla hmyzu - na anténách, proboscis a nohách. S jejich pomocí hmyz dostává základní chemické informace o životním prostředí. Například moucha, která se svými tlapkami jen dotkne předmětu, který ji zaujme, téměř okamžitě rozpozná, co má pod nohama - pití, jídlo nebo něco nepoživatelného. To znamená, že je schopna provádět okamžitou kontaktní analýzu chemické látky nohama.
Chuť je senzace vzniká, když roztok chemikálií působí na receptory (chemoreceptory) chuťového orgánu hmyzu. Buňky chuťových receptorů jsou periferní částí komplexní systém analyzátor chuti. Vnímají chemické podněty a zde dochází k primárnímu kódování chuťových signálů. Analyzátory okamžitě přenášejí salvy chemoelektrických impulsů podél tenkých nervových vláken do svého „mozkového“ centra. Každý takový impuls trvá méně než tisícinu sekundy. A pak centrální struktury analyzátoru okamžitě určují chuťové vjemy.
Pokračují pokusy pochopit nejen otázku, co je vůně, ale také vytvořit jednotnou teorii „sladkosti“. Dosud to nebylo možné – možná se vám to podaří, biologům 21. století. Problém je v tom, že zcela odlišné chuťové vjemy sladkosti mohou vytvářet relativně identické vjemy sladkosti. chemické substance– organické i anorganické.
Dotykové orgány
Studium hmatu u hmyzu je možná nejobtížnější. Jak tito chitinózní stvoření v obalech vnímají svět? Díky kožním receptorům jsme tedy schopni vnímat různé hmatové vjemy – některé receptory registrují tlak, jiné teplotu atp. Dotykem předmětu můžeme usoudit, že je studený nebo teplý, tvrdý nebo měkký, hladký nebo drsný. Hmyz má také analyzátory, které určují teplotu, tlak atd., ale mnoho o mechanismech jejich působení zůstává neznámých.
Dotyk je jedním z nejdůležitějších smyslů pro bezpečnost letu mnoha létajícího hmyzu pro snímání proudění vzduchu. Například u dvoukřídlých je celé tělo pokryto senzilou, která vykonává hmatové funkce. Zvláště mnoho je jich na ohlávkách, aby snímaly tlak vzduchu a stabilizovaly let.
Díky hmatu není moucha tak snadná. Jeho zrak mu umožňuje zaznamenat ohrožující objekt pouze na vzdálenost 40 - 70 cm, ale moucha je schopna reagovat na nebezpečný pohyb ruky, který způsobil i malý pohyb vzduchu, a okamžitě vzlétnout. Tato obyčejná moucha domácí opět potvrzuje, že v živém světě není nic jednoduchého - všichni tvorové, mladí i staří, jsou vybaveni vynikajícími smyslovými systémy pro aktivní život a vlastní ochranu.
Receptory hmyzu, které zaznamenávají tlak, mohou být ve formě pupínků a štětin. Hmyz je využívá k různým účelům, mimo jiné k orientaci v prostoru – ve směru gravitace. Například před zakuklením se muší larva vždy zřetelně pohybuje vzhůru, tedy proti gravitaci. Koneckonců potřebuje vylézt z kapalné potravní hmoty a tam nejsou žádné pokyny kromě gravitace Země. I po vynoření z kukly se moucha ještě nějakou dobu snaží plazit nahoru, dokud nevyschne, aby mohla létat.
Mnoho hmyzu má dobře vyvinutý smysl pro gravitaci. Mravenci jsou například schopni odhadnout sklon povrchu na 20. A rove brouk, který si vyhrabává vertikální nory, dokáže určit odchylku od svislice na 10.
Živí předpovědi počasí
Mnoho hmyzu je obdařeno vynikající schopností předvídat změny počasí a vytvářet dlouhodobé předpovědi. To je však typické pro vše živé – ať už jde o rostlinu, mikroorganismus, bezobratlé nebo obratlovce. Tyto schopnosti zajišťují normální fungování v jejich zamýšleném prostředí. Vzácně jsou pozorovány i přírodní jevy – sucha, povodně, nachlazení. A pak, aby přežily, musí živé bytosti předem mobilizovat další ochranné prostředky. V obou případech využívají své interní „meteostanice“.
Neustálým a pečlivým pozorováním chování různých živých bytostí se můžete dozvědět nejen o změnách počasí, ale dokonce i o nadcházejících přírodních katastrofách. Vždyť vědcům dosud známých přes 600 druhů zvířat a 400 druhů rostlin může sloužit jako barometry, indikátory vlhkosti a teploty, předpovědi bouřek, bouří, tornád, povodní a krásného bezmračného počasí. Navíc jsou živí „prognostici“ všude, ať jste kdekoli – u rybníka, na louce, v lese. Například před deštěm, když je ještě jasná obloha, přestanou štěbetat zelené kobylky, mravenci začnou pevně uzavírat vchody do mraveniště a včely přestanou létat pro nektar, sedí v úlu a hučí. Ve snaze ukrýt se před blížícím se nepřízní počasí létají do oken domů mouchy a vosy.
Pozorování jedovatých mravenců žijících na úpatí Tibetu odhalila jejich vynikající schopnost vytvářet dlouhodobé předpovědi. Před příchodem vydatných srážek se mravenci přesunou na jiné místo se suchou tvrdou půdou a před začátkem sucha mravenci vyplní tmavé vlhké prohlubně. Okřídlení mravenci jsou schopni vnímat příchod bouře během 2–3 dnů. Velcí jedinci se začnou motat po zemi a malí se rojí v malých výškách. A čím aktivnější tyto procesy jsou, tím silnější je špatné počasí. Bylo zjištěno, že mravenci v průběhu roku správně identifikovali 22 změn počasí a pouze ve dvou případech se spletli. To činilo 9 %, což vypadá docela dobře ve srovnání s průměrnou chybou meteorologické stanice 20 %.
Vhodné akce hmyzu často závisí na dlouhodobých předpovědích, a to může lidem velmi posloužit. Pro zkušeného včelaře poskytují včely poměrně spolehlivou předpověď. Na zimu zalepují vchod do úlu voskem. Podle otvoru pro větrání úlu můžete posoudit nadcházející zimu. Pokud včely odejdou velká díra- zima bude teplá, a pokud bude malá, očekávejte silné mrazy. Je také známo, že pokud včely začnou brzy vylétávat z úlů, můžeme očekávat brzké teplé jaro. Stejní mravenci, pokud se neočekává krutá zima, zůstávají žít blízko povrchu půdy a před chladnou zimou se usadí hlouběji v zemi a postaví si vyšší mraveniště.
Pro hmyz je kromě makroklimatu důležité i mikroklima jejich biotopu. Včely například nedovolí přehřátí v úlech a po obdržení signálu od svých živých „nástrojů“ o překročení teploty začnou místnost větrat. Některé z dělnic jsou uspořádány organizovaným způsobem v různých výškách po celém úlu a pohybují vzduchem rychlým máváním křídel. Vytvoří se silný proud vzduchu a úl se ochladí. Větrání je dlouhý proces, a když se jedna skupina včel unaví, přichází na řadu další, a to v přísném pořadí.
Chování nejen dospělého hmyzu, ale také jeho larev závisí na čtení živých „nástrojů“. Například
Smyslové orgány jsou neoddělitelné od centrálního nervového systému těla. Pokud tento má kontrolní funkci, koordinující fyziologické procesy a behaviorální reakce těla, pak smyslové orgány prostřednictvím svých signálů propojují centrální nervový systém jak s vnějším světem, tak s vnitřním prostředím těla. Snímací nebo receptorové buňky, rozptýlené po celém těle nebo spojené do komplexních receptorových orgánů, slouží jako jakási „okna“ do vnějšího světa a vnitřního prostředí těla. Informace, které se přes ně dostávají do centrálního nervového systému, jsou extrémně rozmanité a jak uvidíme dále, jsou naprosto nezbytné pro organizaci vhodného chování, jakož i pro biologicky oprávněné a koordinované fungování fyziologických systémů těla.
Plnění všech tří nepostradatelných životně důležitých úkolů organismu: výživy, rozmnožování a osídlení, které zajišťují zachování druhu, je možné pouze díky nepřetržité kontrole nejrůznějšími smyslovými orgány. Receptory spolu se svými mozkovými centry, souhrnně nazývanými analyzátory, nejen izolují určité objekty a jevy od pozadí, tedy odpovídají na otázku „co?“, ale také určují polohu objektu v prostoru, tedy odpovídají na otázku „kde ?"
Podívejme se na příklady, jak smysly umožňují plnit výše uvedené životní úkoly a jaké otázky má badatel při pozorování smyslového chování hmyzu.
Reprodukce. Většina charakteristický tvar chování spojené s reprodukcí - hledání sexuálního partnera. Zapojení smyslových orgánů do udržování sexuálního chování je zcela zřejmé a možná právě v této oblasti se projevují úžasné schopnosti, které jsou vlastní struktuře receptorových systémů hmyzu. Hlavní roli při hledání a identifikaci sexuálního partnera u většiny hmyzu hraje čich, úzce naladěný na vnímání sexuálního atraktantu. Mezi nesčetnými pachy, které nelze vyčíslit, samec neomylně vyčleňuje jeden, právě ten, který patří samici jeho druhu, i když dokáže reagovat i na pachy podobných druhů. Sexuální atraktant samice dráždí samčí chemoreceptory nepatrnou koncentrací molekul ve vzduchu, což mu umožňuje najít samici na vzdálenost (v rekordním případě) až 12 km. Samec má zase často „kouzlo“ orgány, jejichž pachový sekret – afrodiziakum – předurčuje samici ke kopulaci. Jinými slovy, mezi oběma sexuálními partnery dochází k výměně druhově specifických pachových signálů, což zajišťuje spolehlivost jejich setkání.
Nedávno bylo prokázáno, že pohlavní feromon vstupuje do těla samice z larvální živné rostliny a je určen chemií této rostliny. Samice chované na dietě A proto nepřitahují samce chované na dietě B. Tato okolnost vede k reprodukční izolaci populací a může být příčinou vzniku dočasných (reverzibilních) vnitrodruhových forem.
U denních druhů a světelného hmyzu je role zraku v sexuálním chování zvláště významná. Zbarvení křídel a celého těla, letový vzor a některé další vizuální znaky slouží jako specifické signály samce a samice pro denní motýly, vážky, mnoho much a jiného hmyzu, snadno zachycené jejich složenýma očima. Někdy jsou tyto znaky pro hmyz natolik specifické, že jejich existenci můžeme posoudit pouze pomocí speciálních přístrojů. Pouhým okem například nevidíme rozdíl v odrazu ultrafialových paprsků křídly, což je u některých motýlů účinná sekundární sexuální charakteristika. V řadě případů se podařilo ve zrakovém systému hmyzu identifikovat speciální detektory barev, úzce naladěné na vnímání barvy sexuálního partnera. Optická signalizace u světlušek je dobře známá, ale ne každý tuší, jak složitě je organizována. Každý druh má svá identifikační světla – svítící skvrny, které se liší konfigurací a časovými parametry. Jeho vyvolená reaguje na záblesk druhově specifického signálu od samce po přesně definovaném časovém intervalu lákavou září. Přísná druhová specifičnost souboru signálů a odpovědí zajišťuje spolehlivou komunikaci a zároveň slouží jako etologická bariéra, žije-li více druhů pohromadě.
Akustická signalizace je také překvapivá svou složitostí v sexuálním chování. Na pozadí různých zvuků (i velmi hlasitých) kobylky, cvrčci a nějaký další hmyz zachytí volací píseň sexuálního partnera vzdáleného desítky metrů a najdou směr zdroje zvuku. Kromě volající písně existují další signály: kopulační, výhružné a územní. Schopnost sluchového analyzátoru doladit druhově specifické ladění vede zejména ke vzniku místních dialektů teritoriálních písní, které byly dobře prozkoumány mezi kobylkami na Britských ostrovech.
Znovuosídlení. Rozptýlení vyžaduje především spolehlivou orientaci v prostoru, jinak se zvíře bude pohybovat chaoticky a nebude moci opustit původní území. Rozptyl spojený s orientací může být buď aktivní – rozptyl, šíření, nebo pasivní – transport větrem nebo vodou. Při aktivním osídlení se hmyz orientuje především vizuálně podle pozemních orientačních bodů a nebeského kompasu v podobě slunce, polarizace světla z modré oblohy a Měsíce. V tomto případě je zacílení cíle možné díky mechanismu jednoho z taxíků, který umožňuje na základě signálů z receptorů udržet pohybovou osu ve zvoleném směru. „Navigační umění“ hmyzu, schopného korigovat zvolený kurz pro každodenní přemísťování nebeských orientačních bodů, není téměř horší než umění ptáků pomocí nebeského kompasu. Možná se hmyz, stejně jako ptáci, také pohybuje podle magnetického pole Země. Během pasivního transportu, například větrem, hmyz volí specifickou polohu, která podporuje směrový transport těla vzduchem, na základě informací z chlupů citlivých na vítr a dalších receptorů.
Všechny tyto formy činnosti jsou spojeny buď s lokomocí, nebo s udržením určité polohy těla v prostoru, jakož i jednotlivých částí těla vůči sobě navzájem. Obojí je možné pouze na základě informací přicházejících ze speciálních senzorů. Jedná se především o různé mechanoreceptory citlivé na natažení, stlačení nebo točivý moment - podněty aplikované na kutikulu, pojivovou tkáň a svaly v důsledku resp. vnější vliv, nebo vnitřní úsilí, nebo pouze váha dané části těla. Mechanoreceptorové signály zajišťují kontrolu držení těla, koordinaci pohybů částí těla při běhu, plavání, svinování kokonu, kopulaci apod. a signalizují také přerušení kontaktu s podložkou, směr a rychlost posunu těla při pohybu.
Role senzorických signálů při realizaci motorických reakcí hmyzu je dána analýzou hodu kudlanky nábožné Mantis religiosa na kořist. Kudlanka nábožná, otáčí hlavou, sleduje kořist vizuálně a dokáže ji uchopit, i když se nachází na straně své podélné osy. V důsledku toho musí mít centrum, které řídí hod, informace jak o směru k oběti vzhledem k hlavě kudlanky, tak o poloze hlavy vzhledem k prothoraxu s jejími uchopovacími nohami. Informace prvního druhu poskytují oči, informace druhého druhu mechanoreceptory - dva páry tzv. vlasových destiček v krční oblasti. Pokud přeříznete nervy ze všech cervikálních vlasových plotének (deaferentujete řídicí centrum), pak spolehlivost hodu klesne na 20-30% oproti 85% normálně. Když je pouze jedna levá strana deaferentní, míjení se stávají častějšími a tendence kudlanky směřovat hod napravo od cíle je patrná. Signály přicházející pouze z pravých krčních plotének jsou řídicím centrem interpretovány jako otočení hlavy doprava.
Aferentní řízení chůze je prováděno výhradně velkým souborem mechanoreceptorů: zejména určité receptory tlapky, holeně a stehna jsou zodpovědné za stimulaci určitých svalů nohou levátorů a depresorů. Některé z nich, jako je zvonkovitý sensilla, jsou umístěny tak, že jsou excitovány tahovými silami, které vznikají v noze, když hmyz stojí normálně. Pokud jsou tedy mechanoreceptory nohy zničeny, je narušen mechanický aspekt chůze hmyzu: chůze, rychlost atd. Pozice chůze je často regulována zpětná vazba s vlasovými destičkami, které řídí úhel mezi koxou a trochanterem (spolu s femurem). Tyčinkový hmyz Caraussius morosus běžně drží své tělo volně nad zemí. Mezera mezi nimi zůstává, i když hmyz nese náklad čtyřikrát těžší než jeho tělo. Pokud jsou vlasové ploténky poškozeny, hmyz se začne dotýkat substrátu i pod tíhou vlastního těla.
Ze všech forem lokomoce je let nejnáročnější na smyslové informace. Aferentní signály nejen způsobují let, jsou také nezbytné pro jeho udržování a regulaci. Známý je tzv. tarzální reflex: zvedání nohou z podpěry u mnoha hmyzu vyvolává letové nebo plavecké pohyby (např. u vodních brouků – belostomatidů), které se ihned zastaví, jakmile se obnoví kontakt se substrátem. Senzory pro tarzální reflex jsou různé typy mechanoreceptivní senzily v nohách. Mezi receptory, které podporují let, patří vlasy citlivé na vítr na hlavě a křídlech. Jejich fázově-tonické signály závisí na rychlosti a směru proudění vzduchu a mohou let nejen podporovat a regulovat, ale také jej vypouštět. U včel, much a mšic se na automatické stabilizaci letu podílí také Johnstonův orgán tykadla. Jeho signály spolu s dalšími senzory regulují činnost křídel: čím větší je tlak vzduchu na svazek antény, tím menší je amplituda mávání ipsilaterálního křídla. Je snadné si představit, že na základě takovéto negativní zpětné vazby je automaticky udržován přímočarý směr letu.
Receptory se podílejí na regulaci nejen pohybového aparátu, ale téměř všech ostatních fyziologických systémů a orgánů. Jejich účast na řízení trávicího procesu je například velmi názorná u komárů sajících krev. Samičky komárů rodu Anopheles se živí nejen krví obratlovců, ale pijí i tzv. „volné tekutiny“: šťávu vyčnívající z rostlin, rosu atd. V tomto případě se přímo do střeva dostává pouze krev a ostatní tekutiny se zpočátku ukládají ve slepé větvi jícnu - v objemné potravinové nádrži. Pokud však v experimentu komár vypije otevřeně ležící kapku krve, aniž by propíchl kryt oběti, pak krev nevstoupí do střev, ale ani do zásobníku potravy a hmyz brzy zemře. Faktem je, že směr toku kapaliny absorbované hmyzem je řízen receptory umístěnými na proboscis a v hltanu.
Příkladem receptorové aktivace žláz s vnitřní sekrecí je závislost línání krevsajícího ploštice Rhodnius na objemu zkonzumované krve: larva svléká až po vypití určité porce krve a současně. Pokud larva dostane stejnou porci krve v několika dávkách s přestávkami mezi jednotlivými úkony sání krve, pak nelíná. Pokusy předního anglického entomofyziologa W. Wiggleswortha ukázaly, že vztah mezi línáním a sáním krve je poměrně složitý. K línání dochází pod vlivem hormonu ekdysonu, vylučovaného protorakální žlázou, který je stimulován signály z neurosekrečních buněk mozku. Mozkové centrum je zase aktivováno signály z určitých receptorů, včetně napínacích receptorů, které se nacházejí ve stěnách břicha štěnice. Tyto receptory se spouštějí pouze tehdy, když se střevo roztáhne na určitý prahový objem, ke kterému dojde, když do něj vstoupí určitá část krve. Stejně tak signály o natažení konečníku např. spouštějí akt defekace signály o natažení vývodů ženských pohlavních žláz informují centrální nervový systém o připravenosti těla k uložení vajíčka atd. Výše uvedené příklady; přesvědčivě ukázat, že koordinovaná práce vnitřní orgány závisí na informacích přicházejících z interoceptorů.
K rychlému rozvoji fyziologie smyslových orgánů hmyzu a zvířat obecně přispěl ještě jeden důvod – jde o bionický aspekt problému recepce. Zvířecí receptory jsou obvykle v mnoha ohledech lepší než senzory podobného účelu, které v současnosti konstruují lidé. Proto je pochopitelná touha studovat ten či onen živý systém za účelem vytvoření technického zařízení podobného principu fungování. Fyziologie smyslových orgánů ve srovnání s většinou ostatních biologických oborů pokročila daleko dopředu v důsledku zařazení do svého arzenálu přístupů zavedených na cestě bionického výzkumu fyziky, kybernetiky a matematiky. Pro bioniku nestačí pouze kvalitativní charakteristiky, ale jsou nezbytné kvantitativní parametry živého systému, převedené do jazyka matematiky.
Přesněji řečeno, inženýři se zajímají o smyslové orgány hmyzu jako potenciální prototypy technických zařízení s mimořádně vysokou citlivostí, odolností proti hluku, redundancí designu v kombinaci s miniaturizací a nízkou spotřebou energie na provoz. Citlivost hmyzích receptorových buněk je téměř přivedena na fyzikální limit. K vybuzení čichové buňky na anténě samce bource morušového, který je naladěn na vnímání sexuálního atraktantu samice, tedy stačí kontakt s jednou molekulou této látky. Zraková buňka složeného oka může být excitována jediným fotonem. Mechanoreceptorová buňka tzv. popliteálního orgánu detekuje vibrace substrátu, jejichž amplituda je menší než průměr atomu vodíku. Receptory se přitom od známých senzorů technických informací liší svou úžasnou odolností proti šumu. Již jsme si všimli, že kobylka rozlišuje (rozpoznává) druhově specifickou píseň na pozadí široké škály zvuků. Včela z dálky vizuálně identifikuje květinu, kterou zná, mezi mnoha jinými předměty, které jsou podobné velikosti, barvy a tvaru. Redundance designu živých systémů se projevuje v tom, že zničení části orgánu jej nevyřadí z činnosti a u hmyzu je tato vlastnost kombinována s extrémní zmenšeností všech orgánů.
Ve všech receptorových systémech bez výjimky se bionici obzvláště snaží dešifrovat vysoce účinné biologické metody pro oddělení signálu od šumu. Spolu s tím jsou v čichovém analyzátoru hlavním předmětem hledání způsoby organizace mimořádně vysoké a selektivní citlivosti na pachy, ve sluchovém analyzátoru - metody určování směru zdroje zvuku a identifikace jeho signálů, ve vizuálním analyzátoru - mechanismy pro analyzuje polarizaci světla a vnímání paprsků pro člověka neviditelných.
Úspěchy smyslové bioniky, jak lze soudit z dostupných publikací *, jsou stále skromnější než úspěchy dosažené samotnou smyslovou fyziologií, obohacenou o fyzikální přístup vypůjčený z bioniky. Jako příklad úspěchu uveďme vytvoření zařízení na měření rychlosti letadel vůči Zemi, pracujícího na principu vnímání pohybu složeným okem, objeveného u nosatce Chlorophanus. Opakovaně bylo hlášeno vytvoření akustických zařízení, která přitahují (a ničí) komáry sající krev, a ultrazvukových zářičů, které napodobují křik netopýrů a tím zastrašují škodlivé moly, které tyto zvuky slyší. V boji proti cikánkám a příbuzným druhům se s úspěchem používají pasti se sexuálním atraktantem (například syntetický disparlur). Vylepšeny byly světelné pasti s emitorem ultrafialových paprsků, které jsou atraktivní zejména pro noční hmyz.
* (Je známo, že bionický výzkum v zahraničí je široce financován ministerstvem armády a mnohé z nich mají odpovídající zaměření, které není předmětem široké publicity.)
Problém rozpoznávání vzorů spojený se studiem receptorů velmi zajímá jak bioniky, tak biology různých specializací, jehož stručným shrnutím dokončíme náš přehled o roli smyslových orgánů v životě hmyzu.
Hledání konkrétního předmětu je vždy založeno na diskriminaci (diskriminaci) vnějších podnětů a jejich modalit, za které jsou plně zodpovědné receptory, protože jsou u „vchodu“ těla. Účelná volba je však možná pouze tehdy, pokud se receptorové signály z objektu shodují s jeho popisem nebo znaky zabudovanými v centrálním nervovém systému těla. Proto je výběr předmětu určován nejen smyslovými informacemi přicházejícími zvenčí, ale také těmi, které jsou obsaženy v genetické nebo individuální paměti organismu. Volbě předchází uznání objektu jako takového, srovnání se standardní představou o něm, která již existuje v centrálním nervovém systému.
V tomto ohledu vyvstává zásadní otázka: v jaké podobě je popis předmětů uložen v paměti hmyzu – v podobě specifických znaků každého z nich samostatně nebo zobecněného zobrazení? Následující příklad objasní naši pointu. Když včela neomylně najde svůj úl podle barvy (včelaři si již dávno všimli, že zbarvení usnadňuje hledání, a proto jsou okolní úly malovány v rozdílné barvy), pak se nezkušenému pozorovateli může zdát, že situace je celkem jednoduchá. Včela, jak víte, dokáže rozlišovat barvy, a proto pozná svůj úl podle barvy. Ale ve skutečnosti rozpozná úl jako takový a neplete si ho s jinými předměty, které jsou stejně barevné. Úkol pro včelu může být komplikován umístěním předmětu na úl, který narušuje vzhled úlu. Formálně, v jazyce popisu této situace očními receptory, je zde předmět jiný, nicméně cvičená včela jej za těchto podmínek rozpozná jako úl. To znamená, že včela ukládá do paměti obraz úlu - nějakou zobecněnou představu o něm, která, jak můžete snadno uhodnout, může vzniknout pouze jako výsledek osobní zkušenost, opakovaně se vracející do úlu v různých situacích a zvýrazňující hlavní optické rysy úlu v procesu vytváření obrazu.
Schopnost zrakové generalizace včely medonosné byla nedávno potvrzena v speciální experimenty, ve kterém se výcvik hmyzu prováděl na různých předmětech, ale náležejících podle jedné vlastnosti společné pro všechny do stejné třídy předmětů vyztužených (potravou), proti nimž byla třída nezpevněných předmětů. Dříve byla tato logická operace považována za výsadu výhradně vyšších zvířat s objemným mozkem, v jejichž chování někteří badatelé spatřovali známky „elementárního rozumu“.
Problém rozpoznávání vzorů se stal středem pozornosti nejen biologů, ale i konstruktérů „myslících“ strojů. Faktem je, že vizuální rozpoznávání u lidí a zvířat je invariantní k mnoha transformacím rozpoznatelného předmětu. Známou tvář poznáme z celé tváře a profilu, na fotografii, podle obrysové kresby a dokonce i na karikatuře. Identifikaci předchází výběr některých klíčových znaků a na jejich základě následuje logická operace zobecňování a vytváření obrazu. Ale jaké znaky a jak je mozek zobecňuje, není vždy známo, a to je obtížnost vytváření algoritmů a programů pro počítače, například čtení textů napsaných v různých fontech. Ne všechny zde požadované experimenty jsou možné na lidech a některé z nich, zejména ty zahrnující operaci, lze provádět pouze na zvířatech. To vysvětluje důležitost studia komplexních forem chování hmyzu, v tomto případě vizuálního chování včel. Relativně malý počet neuronů v sítnici a zejména v hlavovém gangliu dělá ze včel ve srovnání s vyššími obratlovci dostupnější objekt pro studium periferních a centrálních mechanismů generalizace a rozpoznávání obrazů.
Hmyz má více či méně vyvinutý hmat, čich, chuť, sluch a zrak. Kromě, jednotlivé druhy dokáže rozlišit kolísání teploty a vlhkosti vzduchu, změny tlaku vzduchu a vody, magnetické pole Země a účinky elektrostatického pole.
1. Orgány dotek jsou prezentovány ve formě citlivých chloupků umístěných na různých částech těla, zejména na tykadlech a ústních končetinách. Podráždění chloupku se přenáší na hmatovou nervovou buňku, kde dochází k excitaci, přenášené podél jejích výběžků do nervového centra.
2. Orgány čich soustředěna hlavně na tykadla ve formě destiček nebo kuželů, ponořených do prohlubní kutikuly a spojených s nervovými buňkami. Samci mají většinou více čichových prvků – sensilla – než samice. Zvláště u včelích dělnic je jich hodně – až 6000 destiček na každé anténce, kvůli důležitosti čichu pro jejich hledání nektaru. Citlivost hmyzu na určité pachy je mnohem vyšší než u lidí. Včely například detekují pach geraniolu a další éterické oleje v koncentraci 40...100krát menší než u lidí a výrazní samci některých motýlů dokážou rozeznat pach ženského sexuálního atraktantu ve vzdálenosti 11 km.
3. Orgány chuť ve stavbě jsou někdy téměř k nerozeznání od čichových orgánů. Jsou umístěny na části úst. U motýlů, včel a much se sensilla chuť vyskytuje také na nártech předních nohou. Hladový motýl rozvine proboscis, když se spodní strana jeho nohou dotkne roztoku cukru. Motýli přitom vnímají koncentraci cukru ve vodě 2000krát méně než člověk. Hmyz v té či oné míře dokáže rozlišovat mezi sladkým, slaným, hořkým a kyselým.
4. Orgány sluch dobře vyvinuté pouze u hmyzu, který může vydávat zvuky (kobylky, kobylky, cvrčci, zpívající cikády, některé brouky). Jsou prezentovány ve formě tympanických orgánů, tj. úseků kutikuly ztenčených jako ušní bubínek s nahromaděním citlivých prvků. Párové tympanické orgány u kobylek a cikád jsou umístěny na prvním břišním segmentu, u kobylek a cvrčků - na holenní kosti předních nohou. Zvuky však dokáže rozlišit i mnoho dalšího hmyzu, který nemá bubínkové orgány.
Orgány vidění obvykle dobře vyvinuté. Pouze hmyz, který žije pod zemí nebo v jeskyních, má oči, které chybí nebo jsou nedostatečně vyvinuté. Vize představují složité a jednoduché oči. Složené nebo složené oči (1 pár) jsou umístěny po stranách hlavy. Skládají se z mnoha vizuálních prvků – ommatidií neboli faset, jejichž počet u mouchy domácí dosahuje 4000 a u vážek dokonce až 28 000 v každém oku. Ommatidium se skládá z průhledné čočky nebo rohovky ve formě bikonvexní čočky a spodního průhledného krystalového kužele. Společně tvoří jeden optický systém. Pod kuželem je sítnice, která vnímá světelné paprsky. Buňky sítnice jsou nervovými chloupky spojeny s optickými laloky mozku. Každé ommatidium je obklopeno pigmentovými buňkami.
Hmyz dokáže rozlišovat barvy. Mšice například rozlišují červenou, žlutou a zelenou od modré a fialové; švédskou mušku přitahují modré odstíny na zeleném pozadí; U včel je barevné vidění posunuté směrem ke krátkovlnné části spektra a špatně rozlišují jeho oranžovo-červenou část, ale to je kompenzováno rozlišením ultrafialové části, lidskému oku nepřístupné.
Jednoduché oči nebo ocelli jsou umístěny na hlavě hmyzu v trojúhelníku: 1 střední - na čele, 2 další - symetricky po stranách a výše na temeni. Nejsou vyvinuty u všech druhů hmyzu. Často střední ocellus mizí méně často, párové ocelly chybí, zatímco střední ocellus je zachována. Mnoho Lepidoptera a Diptera je zcela bez ocelli.
Hmyz díky své vysoce vyvinuté nervové soustavě a smyslovým orgánům vnímá různé signály přicházející z vnějšího prostředí a reaguje na ně souborem vhodných pohybů, včetně dědičně fixovaných úkonů. Tato kumulativní reakce těla se nazývá chování. Chování je dáno nejen vnějšími podněty, ale také fyziologickým stavem těla (hlad, puberta atd.). Chování je založeno na reflexu, tedy reakci na podráždění. Existují nepodmíněné reflexy, na kterých jsou založeny jednodušší akty chování, a podmíněné reflexy, které jsou prvky vyšší nervové činnosti.
Nepodmíněné reflexy jsou vrozené, zděděné od svých rodičů. Příkladem nejjednodušší formy chování je stav thanatózy, kdy při náhlém zatlačení nebo otřesu substrátu je pozorována reflexní inhibice pohybů a hmyz spadne z větve na zem a zůstane nějakou dobu nehybný. .
Složitějšími formami chování jsou taxíky a instinkty. Taxíky představují různé reflexní pohyby pod vlivem podnětu: termotaxe - teplo, fototaxe - světlo, hygrotaxe - vlhko, chemotaxe - chemický podnět atd. Znak taxi může být pozitivní nebo negativní podle toho, kam směřuje pohyb hmyzu. - směrem k podnětu nebo v opačném směru.
Instinkty jsou komplexní vrozené reflexy. Jsou velmi důležité v životě hmyzu, v přežití jednotlivých jedinců i populace druhu jako celku. Na první pohled působí instinkty dojmem inteligentního, vědomého jednání. Například samička brouka ve spodní části svislého průchodu v půdě vytváří postranní oválné komory, které jsou vyplněny hrudkami rostlinné hmoty vyrobené z listů nařezaných na polích. různé rostliny. Položí jedno vejce na hrudku a zakryje výstup z komory půdou. Na takové svérázné silážní hmotě se zde vyvíjí a zakuklí larva hrabáče.
Instinkty, i ty nejsložitější, jsou tedy řetězem nepodmíněných reflexů. V tomto řetězci každý předchozí reflex určuje ten následující. Instinkty nezávisí na výcviku jedince, ale vyvíjejí se v procesu evoluce druhu, dědičně přenášené z generace na generaci.
Jak poprvé poznamenal akademik. I. P. Pavlov, podmíněné reflexy jsou prvky vyšší nervové aktivity živočicha. Na rozdíl od nepodmíněných reflexů se tvoří během života jedince a jsou dočasné. Podmíněný reflex se vyvíjí pod vlivem kombinací nejméně dvou podnětů - nepodmíněného (například jídlo) a podmíněného (vůně, barva, zvuk atd.). V důsledku spojeného působení dvou podnětů vzniká dočasné spojení mezi různými centry nervového systému a tělo bude po určitou dobu reagovat pouze na jeden podmíněný podnět. Pokud však posilování nepodmíněným podnětem není příliš dlouhé, dočasné spojení v centrálním nervovém systému je narušeno a podmíněný reflex mizí.
Reprodukční orgány. Téměř veškerý hmyz jsou dvoudomá zvířata a populace se skládají ze samců a samic. Pouze několik druhů hmyzu má hermafroditismus (termitoxenické mouchy, které žijí v termitích hnízdech, někteří kokcidi). Vnější rozdíly mezi mužem a ženou jsou často nepatrné nebo zcela chybí, v takovém případě se jedinci liší pouze svými genitálními přívěsky. Spolu s tím se u hmyzu často vyskytuje poměrně výrazný sexuální dimorfismus.
V přítomnosti sexuálního dimorfismu se samci vyznačují silnějším vývojem tykadel ( Chafer, Chrušči, motýli z této čeledi. můry a bource morušového), oči (včely a skládané okřídlené vosy), části tlamy (roháči), cerci (ušáci), kožní přívěsky (nosorožci), stejně jako jasnější zbarvení těla a větší pohyblivost. Pohlavní dimorfismus je nejvýraznější u zástupců řádu Fanwings (okřídlený samec, bezkřídlé samice červovitého tvaru), většiny druhů kokcidů a některých motýlů (můra zimní, můra cikánská aj.).
Ženské reprodukční orgány se skládají z párových vaječníků, párových vejcovodů, nepárového vejcovodu, párových přídatných žláz a někdy i spermatu. Vaječníky se skládají z vejcovodů, ve kterých se tvoří vajíčka. Počet vaječných trubiček různé typy hmyzu se velmi liší: od 4...8 párů u některých brouků a motýlů po 220 párů u včely medonosné, maximální počet je zaznamenán u termitů - 12 000 párů nebo více. Vaječné trubice jsou obvykle spojeny do několika kanálků, které ústí do jednoho z párových vejcovodů.
Párové vejcovody přecházejí do nepárového vejcovodu, který ústí ven přes genitální otvor. Relativně úzký kanálek spermatéky často proudí do nepárového chámovodu (některé mouchy mají 2...3 schránek spermatéky). Spermie neboli spermatéka slouží k ukládání samčích spermií, které se do ní dostávají během páření. Skladování spermatu někdy trvá až 4...5 let, například u včel. K oplodnění vajíčka dochází při jeho průchodu nepárovým vejcovodem při kladení vajíček. V této době se spermie vynoří ze spermatické schránky a oplodní vajíčko. Často se u samic nepárový vejcovod na zadním konci rozšiřuje a vytváří vakovitý orgán - pochvu. Do nepárového vejcovodu ústí i vývod přídatných žláz.
Mužské reprodukční orgány se skládají z párových varlat, párových chámovodů, nepárového ejakulačního vývodu, přídatných pohlavních žláz a kopulačního orgánu. Varlata mají různé tvary (svazkovitý, laločnatý, diskovitý, svinutý atd.) a skládají se ze semenných trubic nebo folikulů, ve kterých se tvoří spermie. Semenné trubice ústí do párových vas deferens, jejichž konce se často rozšiřují a tvoří semenné váčky. Spermie se v nich hromadí před uvolněním během páření, dostávají se do ejakulačního kanálu, který vytlačuje spermie ven přes kopulační orgán.
Do ejakulačního kanálu ústí mužské přídatné pohlavní žlázy, obvykle 1 až 3 páry (u švábů jsou však prezentovány ve formě velkého houbovitého svazku desítek trubiček). Sekrece přídatných žláz chrání spermie před vnějšími vlivy při páření, například u včel. U některých druhů hmyzu sekrece přídatných žláz obaluje část spermatu a tvoří jakousi kapsli nazývanou spermatofor. Při páření samec buď vloží spermatofor do genitálního otvoru samice, nebo k němu spermatofor připojí; Spermie se poté přesunou ze spermatoforu do ženského reprodukčního traktu. Hnojení spermatoforem bylo pozorováno u Orthoptera, kudlanek a některých brouků.
Nervový systém. Ve struktuře centrálního nervového systému u hmyzu dochází ke stejným modifikacím jako u korýšů. Spolu s případy jeho silného dělení (nadhltanový, podhltanový, tři hrudní a osm břišních uzlin) a jasně párovou strukturou, která se vyskytuje u primitivního hmyzu, existují případy extrémní koncentrace nervového systému; celý břišní řetězec může být redukován na souvislou gangliovou hmotu, což je zvláště běžné u larev a larvám podobných dospělců při absenci končetin a slabého rozkouskování těla.
V nadhltanovém uzlu je pozornost věnována vývoji vnitřní struktury protocerebrální části mozku, zejména houbových tělísek. Bylo zjištěno, že struktura těl hub, která zaujímají místo v horní části mozku, tvoří jeden nebo dva páry tuberkul po stranách střední čára, úzce souvisí s rozvojem hmyzího pudu.
:
1 - zrakové laloky, 2 - čelní lalok s hřibovitým tělem, 3 - protocerebrální lalok, 4 - deutocerebrální lalok s n. antena, 5 - nerv párového jednoduchého oka, 6 - čelní uzel s nepárovým sympatikem vybíhajícím z něj dozadu (nervus recurrens), 7 - perifaryngeální pojivo
Smyslové orgány. Smyslové orgány hmyzu jsou diferencované a dobře vyvinuté. Svým významem převažují orgány hmatu a čichu. Hmatové orgány jsou zevně zastoupeny štětinami. Čichové orgány mají také tvar typického setu, který se při úpravě může změnit v odloučené tenkostěnné výběžky a nesegmentované prstovité výběžky a tenkostěnné ploché plochy integumentu. Nejdůležitějším umístěním zakončení čichových nervů jsou tykadla.
To je například role tykadel jako čichových orgánů u much a lepidoptera, které rozlišují i slabé pachy na velkou vzdálenost. Včelí čich byl lépe prozkoumán; ukázalo se, že jejich schopnost vnímat pachy je nám blízká: pachy, které vnímáme, vnímají i včely, pachy, které mícháme, včely mísí; pachové orgány jsou rovněž soustředěny především na tykadlech. Příchutěsladké, hořké, kyselé a slané rozlišuje také hmyz; chuťové orgány jsou umístěny na tykadlech ústních částí, na tlapkách; ostrost chuti v různých orgánech stejného hmyzu může být různá; může být mnohem vyšší než u lidí. Složené oči hmyzu vnímají pohyb předmětů a mohou v některých případech vnímat tvar předmětů; vyšší blanokřídlí (včely) mohou vnímat barvy, včetně těch, které lidé nevnímají („ultrafialové“); barevné vidění však není tak rozmanité jako u lidí: například včela na levé straně spektra vnímá žlutou, zatímco ostatní barvy jsou jako odstíny žluté; Pravou modrofialovou část spektra včely také vnímají jako jednu barvu. Zraková ostrost včel je mnohem nižší než zraková ostrost lidí.
. Napravo - vnější struktura; vlevo - čelní řez, vnitřní stavba: 1 - hřibovité (stopkaté) tělo, 2 - středové tělo, 3 - optický lalok, 4 - čichový deutocerebrální lalok se dvěma tykadlovými nervy, 5 - subfaryngeální uzel s nervy tří čelistí
U některých řádů, jako je řád Orthoptera (Orthoptera), kam patří kobylky, cvrčci a sarančata, jsou běžné tzv. bubínkové orgány a také to, že druhy, které je mají, mají samce s zvukové orgány, síla naznačují sluchové orgány v bubínkových orgánech. Bubínkové orgány u kobylek a cvrčků jsou umístěny na holenní kosti pod kolenním kloubem a u kobylek a cikád po stranách prvního břišního segmentu jsou zvenčí představovány prohlubní, někdy obklopenou záhybem kůže a s tenkým natažená membrána ve spodní části; na vnitřní povrch membránou nebo v její bezprostřední blízkosti se nachází nervové zakončení zvláštní struktury.
Další zajímavé články
Smyslové orgány hmyzu jsou prostředníky mezi vnějším prostředím a tělem. V souladu s vnějšími podněty nebo dráždivými látkami provádí hmyz určité akce, které tvoří jeho chování.
Smyslovými orgány hmyzu jsou mechanický smysl, sluch, chemický smysl, hydrotermální smysl a zrak.
Základ smyslových orgánů tvoří nervové smyslové jednotky – sensilla. Skládají se ze dvou složek: receptivní struktury v kůži a přilehlých nervových buněk. Sensilla vyčnívají nad povrch kůže ve formě chloupků, štětin a čípků (obr. 7).
Mechanický pocit. Reprezentovány mechanoreceptory. Jsou to receptory, ale i citlivé struktury, které vnímají otřes, polohu těla, jeho rovnováhu atd. Hmatové, neboli hmatové, receptory jsou roztroušeny po celém těle v podobě jednoduché senzily se smyslovými, tzn. citlivé vlasy. Změna polohy vlasu při kontaktu s předměty nebo vzduchem se přenáší do citlivé buňky, kde dochází k excitaci, přenášené podél jejích výběžků do nervového centra.
K mechanoreceptorům patří také senzilla ve tvaru zvonu. Chybí jim citlivé chloupky a jsou zapuštěné v kůži. Jejich receptorová plocha v podobě kutikulární čepičky se nachází na povrchu kutikuly. Tyčinkový výběžek citlivé buňky – čep – se přibližuje k uzávěru zespodu. Senzilla ve tvaru zvonu se nachází na křídlech, cercích, nohách a tykadlech. Vnímají tělesné otřesy, ohýbání a napětí.
Mechanoreceptory zahrnují také chordotonální orgány jako orgány sluchu. Jejich neurony končí tyčovitým kolíkem. Jedná se o sérii speciálních sensil natažených mezi dvě části kutikuly. Chordotonální sensilla se nazývají scolopofory a skládají se ze tří buněk: senzorického neuronu, čepičkové buňky a parietální buňky.
Ne každý hmyz má vyvinutý sluch. Orthoptera (kobylky, kobylky, cvrčci), cikády zpěvné, některé ploštice a řada lepidoptera má sluchové receptory – bubínkové orgány. Tento hmyz cvrliká nebo zpíval. Tympanické orgány jsou souborem skolopofórů, které jsou spojeny s oblastmi kutikuly, které jsou prezentovány ve formě bubínku (obr. 8).
U sarančat jsou tympanické orgány umístěny po stranách 1. břišního segmentu, u kobylky a cvrčků - na holenních kostech předních nohou (obr. 9).
U komárů plní funkci sluchového orgánu Johnstonův orgán. Na cerkách švábů a Orthoptera a na těle housenek jsou neurony umístěny na chlupech, které detekují zvukové vlny.
Význam sluchových orgánů:
– jsou vnímány signály přicházející od jedinců vlastního druhu, což zajišťuje spojení mezi pohlavími, tzn. toto je jedna z forem lokalizace sexuálního signálu;
- zachytit další zvuky (pískání, ostré zvuky, hledání oběti).
Chemický pocit. Slouží k vnímání chemie prostředí, a to chuti a vůně. Prezentovány chemoreceptory. Čich vnímá a analyzuje plynné prostředí s nízkou koncentrací látky a chuť – kapalné prostředí s vysokou koncentrací. Chemoreceptor sensilla jsou prezentovány ve formě chloupků, destiček nebo kuželů ponořených do těla. Na tykadlech plní čichovou funkci plakoidní a coelokonická sensilla. Čich využívá hmyz k vyhledávání jedinců opačného pohlaví, k rozpoznání jedinců vlastního druhu, k nalezení potravy a míst pro kladení vajíček. Mnoho hmyzu vylučuje atraktivní látky - sexuální atraktanty nebo epagony.
Chuť slouží pouze k rozpoznání jídla. Hmyz rozlišuje 4 hlavní chutě – sladkou, hořkou, kyselou a slanou.
Většina cukrů, jako je glukóza, fruktóza, maltóza a další, přitahuje včely a mouchy i v relativně nízkých koncentracích; ostatní cukry, jako galaktóza, manóza a další, jsou rozpoznávány pouze ve vysokých koncentracích a včely je odmítají. Někteří motýli jsou velmi citliví na cukry, odlišují cukerný roztok s nevýznamnou koncentrací 0,0027 % od čisté vody.
Mnoho dalších látek - kyseliny, soli, aminokyseliny, oleje a další - může být ve vysokých koncentracích odmítnuto, ale někdy mají slabé roztoky určitých kyselin a solí atraktivní účinek.
Chuťové pohárky se nacházejí především v ústech, ale jsou možná i jiná umístění. U včel, některých much a řady denních motýlů se tedy nacházejí na nártech nohou a vykazují vysokou citlivost; když se chodidlová strana nohou dotkne cukerného roztoku, hladový motýl zareaguje rozevřením sosáku. Konečně u včel a složených vos (Vespidae) se tyto receptory nacházejí také na koncových segmentech tykadel.
Vysoký stupeň vývoje chemického smyslu u hmyzu je základním aspektem jeho fyziologie a slouží jako vědecký základ pro vývoj a aplikaci určitých metod chemické kontroly škodlivých druhů. V praxi hubení škůdců se používá metoda návnady, jejíž podstatou je, že určité přitahující potravinářské látky jsou ošetřeny jedy a distribuovány v místech, kde se škůdce koncentruje; Takto otrávené návnady se široce a velmi úspěšně používají v boji proti sarančatům. V boji proti škůdcům jsou vyhledávány i atraktivní látky, případně atraktanty.
Hygrotermický pocit. Je nezbytný v životě řady hmyzu a v závislosti na vlhkostních podmínkách a teplotě prostředí reguluje chování jedince; také kontroluje vodní rovnováhu a tělesnou teplotu. Odpovídající receptory nebyly dostatečně prozkoumány, ale bylo zjištěno, že pocit vlhkosti je lokalizován u některých druhů hmyzu na hlavě a jeho přílohách - tykadlech a chapadlech, a pocit tepla - na tykadlech, tlapkách a dalších orgánech. Vnímání tepla je u hmyzu vysoce rozvinuté a jednotlivé druhy mají své optimální teplotní pásmo, do kterého se snaží. Hranice teplotního optima však závisí na teplotních a vlhkostních podmínkách prostředí, ve kterém se hmyz vyvíjel, a také na fázi jeho vývoje.
Vidění. Spolu s chemickým smyslem hraje pravděpodobně rozhodující roli v životě hmyzu. Orgány vidění mají složitá struktura a jsou reprezentovány dvěma typy očí: komplexním a jednoduchým (obr. 10).
Rýže. 10. Schematický řez (A) a fasety na povrchu (B) složeného oka: 1 – rohovka; 2 – krystalový kužel; 3 – buňky sítnice.
Složené nebo fasetové oči, z nichž dvě, jsou umístěny po stranách hlavy, jsou často velmi vyvinuté a mohou pak zabírat významnou část hlavy. Každé složené oko se skládá z multivizuálních jednotek - sensilla, které se nazývají ommatidia, jejich počet ve složeném oku může dosahovat mnoha stovek, ale i tisíců.
Ommatidium se skládá ze tří typů buněk, které tvoří somatickou, senzitivní a pigmentovou část (obr. 11). Na vnější straně každé ommatidium tvoří na povrchu oka kulatou nebo šestihrannou buňku – fasetu, proto dostávají složené oči své jméno. Optická neboli refrakční část ommatidia se skládá z průhledné čočky a pod ní ležícího průhledného krystalového kužele. Čočka neboli rohovka je v podstatě průhledná kutikula a obvykle vypadá jako bikonvexní čočka. Křišťálový kužel je tvořen čtyřmi podlouhlými průhlednými buňkami a spolu s čočkou tvoří jedinou optickou soustavu - cylindrickou čočku; délka jeho optické osy výrazně přesahuje jeho průměr. Citlivá část se nachází pod optickou, tvoří sítnici neboli sítnici, která vnímá světelné paprsky a skládá se z řady buněk sítnice. Tyto buňky jsou protáhlé podél ommatidium, umístěné sektorově a tvoří výstelku jeho centrální tyčinky - optické tyčinky neboli rhabdom. Ve své základně se buňky sítnice stávají nervovými vlákny, které jdou do optických laloků mozku. Pigmentová část je tvořena pigmentovými buňkami, které společně tvoří výstelku citlivé části a krystalového kužele; díky tomu je každé ommatidium opticky izolováno od sousedního. V důsledku toho pigmentová část plní funkci optického izolačního zařízení.
Denní hmyz má tzv. apoziční vidění. Díky optické izolaci pomocí pigmentových buněk se každé ommatidium přemění na izolovanou tenkou trubičku; proto do ní mohou pronikat pouze paprsky procházející čočkou a navíc pouze přísně se shodující s podélnou osou ommatidia. Tyto paprsky dosáhnou optické tyče neboli rabdomu; ten druhý je právě percepčním prvkem sítnice. V důsledku toho je zorné pole každého ommatidia velmi malé a vidí pouze nevýznamnou část daného objektu. Ale velké číslo ommatidia umožňuje dramaticky zvětšit zorné pole vzájemným přikládáním k sobě nebo apozicí; Výsledkem je, že z jednotlivých nejmenších částí obrazu se vytvoří jeden celkový obraz jako v mozaice. Hmyz má tedy mozaikové vidění.
Noční a soumrakový hmyz má superpoziční vidění, což je spojeno s morfologickými a fyziologickými rozdíly v jejich ommatidiích. U superpozičního oka je citlivá část vzdálenější od optické části a pigmentové buňky izolují především optickou část. Díky tomu pronikají k optické tyči 2 druhy paprsků - rovné a šikmé; ty první vstupují do ommatidií přes čočku a ty druhé ze sousedních ommatidií, což zesiluje světelný efekt. Obraz předmětu se tedy v tomto případě získává nejen kombinací jednotlivých vjemů, ale také jejich překrýváním neboli superpozicí.
Za silného denního světla získává superpoziční oko určité fyziologické podobnosti s apozičním okem. To se děje proto, že pigment v pigmentových buňkách se začne pohybovat na světle a je distribuován tak, že tvoří tmavou trubici kolem ommatidia; Díky tomu jsou ommatidia od sebe téměř opticky izolované a přijímají paprsky převážně ze své čočky. Tuto schopnost oka reagovat na stupeň osvětlení lze považovat za akomodaci. Do jisté míry je charakteristické i pro apoziční oko, které umožňuje dennímu hmyzu rychle adaptovat oko na vidění za jasného světla a ve stínu, např. při letu z Otevřený prostor v lese.
Pomocí složených očí hmyz rozlišuje tvar, pohyb, barvu a vzdálenost k předmětu a také polarizované světlo. Široká škála hmyzu, jeho životní styl a zvyky však nepochybně vytváří různé rysy jejich vidění. Poslední závisí na strukturálních rysech očí a jejich ommatidiích; průměr, délka, počet a další vlastnosti určují kvalitu vidění. Předpokládá se, že mnoho druhů je krátkozrakých a dokáže rozlišit pohyb pouze na dálku. To je potvrzeno mnoha experimenty. Larvy vážek se tedy vrhají na pohybující se kořist a nehybnou kořist si nevšímají. Pletivo umístěné před vosím hnízdem s buňkami přesahujícími délku jejich těla stále blokuje vstup do hnízda, ale po nějaké době se vosy naučí prolézat buňkami tohoto pletiva.
Většina hmyzu je červenoslepá, ale vidí a je přitahována ultrafialovým světlem; rozsah vln viditelného světla leží v rozmezí 2500–8000 A. Včela medonosná objevila schopnost rozlišovat vyzařované polarizované světlo modrá obloha, který jí umožňuje navigaci ve vesmíru při letu. Řada hmyzu se také vyznačuje změnou pohybu v závislosti na směru sluneční paprsky, tj. Orientace slunečního kompasu. Podstatou tohoto jevu je, že úhel dopadu paprsků na určité části sítnice zůstává po určitou dobu konstantní; přerušený pohyb je obnoven pod stejným úhlem, ale vlivem pohybu slunce se směr pohybu změní o stejný počet stupňů.
Úzce souvisí pohyb fotokompasu, který vysvětluje příchod nočního hmyzu na světlo. Světelné paprsky se rozbíhají radiálně a při šikmém pohybu vůči nim se bude měnit úhel jejich dopadu; Pro udržení pevného úhlu je hmyz nucen neustále měnit svou dráhu směrem ke zdroji světla. Pohyb sleduje logaritmickou spirálu a nakonec vede hmyz k samotnému zdroji světla (obr. 12).
Jednoduché oči neboli ocelli se nacházejí mezi složenýma očima na čele a temeni, nebo pouze na temeni (obr. 13). Jsou malé, obvykle čítají tři a jsou uspořádány do trojúhelníku. Díky poloze na temeni hlavy se jim často říká také hřbetní ocelli. Morfologicky ocelli neodpovídají ommatidii složených očí. Jsou tedy inervovány nikoli z optických laloků mozku, ale ze střední části protocerebrum. Navíc pro jednu optickou část mají řadu citlivých částí. Chybí jim také křišťálový kužel a jejich optická část je zastoupena pouze kutikulární čočkou, tzn. jeden objektiv.
Ne každý hmyz má oči, chybí u mnoha dvoukřídlých a motýlů. U bezkřídlého nebo krátkokřídlého hmyzu také chybí nebo jsou rudimentární. Jejich role není dostatečně jasná. Bylo zjištěno, že v řadě forem leží ohnisko oka za citlivou částí, proto v tomto případě nemůže dojít k vnímání obrazu; Malování přes složené oči dělá tento hmyz slepým. Současně existuje anatomické spojení mezi ocellárními nervy a nervy složených očí, což svědčí o existenci funkčního spojení mezi těmito orgány. Nepochybně oči různého hmyzu může hrát různé role. V každém případě mají pro mnohé regulační účinek na složené oči, zajišťující stabilitu vidění v podmínkách kolísavé intenzity světla. Při nízké intenzitě ocelli zesilují reakci složených očí, tzn. stávají se jejich segmenty ve vysokých hladinách, vykazují inhibiční účinek na složené oči;
Postranní nebo laterální ocelli, charakteristické pro larvy hmyzu s úplnou metamorfózou, je třeba odlišit od dorzálních ocelli. Tyto ocelli, nazývané také stonky, se nacházejí po stranách hlavy v místě, kde se u dospělých nacházejí složené oči. Jejich počet je u stejného druhu různý a dokonce proměnlivý. Některé druhy mají pouze jedno oko na každé straně, zatímco jiné mají šest nebo více párů. Když se do ní nastěhuje hmyz dospělý stav laterální ocelli atrofují a jsou nahrazeny složenýma očima.
Stemmata se liší v konstrukčních detailech, ale vyznačují se přítomností čočky. Housenky motýla mají také křišťálový kužel a je vyvinuta pouze jedna rhabdomie, díky čemuž je tento ocellus podobný ommatidiu složeného oka. Ale u larev pilatek, některých brouků a jiného hmyzu je v oku přítomno několik nebo dokonce mnoho rhabdomů a krystalový kužel může chybět. Díky tomu se taková stemmata nepodobají ommatidii, ale dorzálním ocelli.
Laterální ocelli jsou inervovány z optických laloků mozku a jejich zraková funkce je nesporná.
Některý hmyz si zachovává schopnost reagovat na světlo, když jsou oči a ocelli odstraněny nebo pokryty černým lakem; Zároveň se švábi vyhýbají světlu, jako v normálním stavu, a housenky udržují pozitivní reakci a pohybují se směrem ke zdroji světla. Jeskynní hmyz bez očí může také reagovat na světlo. Je zřejmé, že povrch jejich těla je schopen vnímat světlo, a proto můžeme mluvit o kožní fotosenzitivitě.