мышцы насекомых почему такие сильные
Мышечная система насекомых
Muscular system of insects
Содержание:
Устройство мышечной системы насекомых
Подробнее при переходе по ссылке
«>полет), у них несколько пар конечностей, строение их внутренних органов достаточно сложно, и у них отсутствует внутренний скелет. Все это привело к тому, что мышечная система насекомых имеет высокую степень дифференцировки и многочисленные особенности строения.
В общей сложности в организме насекомого находится несколько сотен мышц. Например, у гусениц, которые, казалось бы, устроены крайне примитивно, их порядка 2000. Для сравнения, у человека их всего около 600. Впрочем, количество и группировка мышц у разных насекомых довольно неоднородны. Если говорить об усредненных вариантах, то у большинства их примерно полторы тысячи.
Сегмент заднегруди.»/> Схема строения мышечной системы.
Все мышцы у насекомых делятся на два типа, в зависимости от того, где они располагаются и за что «отвечают». Соматические, или скелетные мышцы, регулируют произвольные движения (Усики (или антенны, или сяжки) – пара подвижных членистых придатков головы насекомого, отходящих от лицевой поверхности, обычно между глаз.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>крыльев), а внутренностные, или висцеральные, находятся в органах и обеспечивают их моторную активность (сокращения стенок кишечника, пульсация Сердце насекомых – пульсирующий непарный орган, обеспечивающий кровообращение.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Скелетные мышцы
Как правило, скелетные мышцы имеют две точки фиксации на разных участках наружного скелета насекомого. Одна точка неподвижна, другая может смещаться. Именно благодаря таким мускулам осуществляются сгибание и разгибание конечностей, взмахи Крылья насекомых – придатки двух задних сегментов груди (или одного из них), представляющие собой парные выросты стенки тела и предназначенные для перемещения насекомых по воздуху.
Подробнее при переходе по ссылке
«>крыльями. Некоторые скелетные мышцы прикреплены к двум точкам, обе из которых подвижны. Пример – дыхательная мускулатура: поперечные мышцы фиксируются с обеих сторон к верхнему и нижнему Склерит – твердый (склеротизованный) элемент наружного скелета насекомых.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>склериты то сближаются, то отдаляются друг от друга.
Все скелетные мышцы делятся на три группы, соответственно частям тела:
Брюшная группа
В брюшной группе,наиболее простой, имеются продольные, поперечные и боковые мышцы.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>брюшка на «этажи» и которые участвуют в работе системы кровообращения.
Грудная группа
Грудная группа состоит из нескольких видов мышц и в целом более сложна. В ней представлены:
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>крыловыми мышцами непрямого действия, также связаны с конечностями) и другие мышцы.
Головная группа
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Внутри конечностей также есть свои группы мышц, которые обеспечивают сокращение дистальных (Апикальный – верхушечный, расположенный в верхней части какой-либо структуры, конечный.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
Висцеральные мышцы
Эти мышцы находятся в стенках органов, в особенно большом количестве они представлены в стенке кишечника. Там сокращения мышц продвигают пищевую кашицу в направлении от переднего конца тела к заднему. На протяжении этого процесса происходит переваривание пищи. В разных отделах пищеварительного тракта располагаются различные по протяженности и форме мышечные пучки и волокна, которые обеспечивают разнохарактерную моторику. Можно сказать, что в основе органов пищеварения насекомых есть элементы, похожие на гладкие мышцы пищеварительного тракта человека. Так, у них имеются мышечные сфинктеры (жомы), отделяющие разные отделы кишечника друг от друга, специальные мышцы, реализующие механизм рвоты, и так далее.
Подробнее при переходе по ссылке
«>сердца и аорты. Там они сокращаются в строгой последовательности, так, чтобы перегонять Гемолимфа – кровь насекомых.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>сердце и обеспечивать постоянный ритм сердечных сокращений.
Строение мышц
Оба вида мышц (скелетные и висцеральные) относятся к типу поперечно-полосатых. Они названы так потому, что при осмотре через микроскоп в них видна поперечная исчерченность – это нити сократительных элементов.
Мышечные клетки (волокна) очень длинные, расположены по длиннику мышцы. Каждое волокно покрыто оболочкой (сарколеммой), а в цитоплазме (саркоплазме) у него имеется большое количество ядер и митохондрий.
Подробнее при переходе по ссылке
«>кутикулы от ее концов отходят так называемые тонофибриллы – многочисленные тонкие нити, которые и обеспечивают плотную фиксацию мускулов к элементам наружного скелета. Это своеобразные аналоги «наших» сухожилий. Во время Линька – циклическое сбрасывание личинкой прежнего кутикулярного покрова и замещение его новым.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>кутикула сбрасывается, тонофибриллы полностью обновляются.
Подробнее при переходе по ссылке
Подробнее при переходе по ссылке
«>кутикуле в области расположения ее внутренних выступов – аподем.
Сокращение мышц
Во время сокращения мышцы происходит преобразование химической энергии в механическую. Это происходит следующим образом.
Мышцы, как говорилось выше, содержат сократительные элементы, а именно белок актомиозин, который гидролизует молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) – источника энергии в клетках. Когда от молекулы АТФ отщепляется фосфорная кислота, происходит выделение энергии, которая и используется для сокращения актомиозина, а значит, и мышцы в целом. От АТФ при этом «остается» молекула аденозиндифосфата, которая затем вновь присоединяет к себе фосфат и снова превращается в АТФ, который готов дать следующую порцию энергии для сокращения.
Относительная сила мышц у насекомых достаточно мала, но абсолютная (если представить, что насекомые имеют те же размеры тела, что и человек) сопоставима с таковой у нас. Однако у них есть свои особенности, благодаря которым в некотором смысле они даже сильнее людей.
Подробнее при переходе по ссылке
«>Крыловые мышцы летающих видов насекомых могут сокращаться до 200, 300 и даже 1000 раз в одну секунду, как у комаров-мокрецов; для человека и животных такие нагрузки невозможны.
Все эти особенности объясняются тремя основными моментами: значительной быстротой химических процессов в мускулатуре насекомых, высокой скоростью проведения нервных импульсов к мышцам и непрерывным процессом Дыхание насекомых – это процесс потребления кислорода, его расходования клетками организма и выделения углекислого газа.
Подробнее при переходе по ссылке
«>дыхания, из-за чего к ним постоянно поступает кислород для восстановления энергетических ресурсов. По этим причинам у насекомых медленнее развивается утомление.
Кроме того, у некоторых из них имеет место так называемый умноженный ответ мышц: в ответ на один нервный импульс они способны сокращаться несколько раз. Так, у пчелы показатель умножения составляет 2-3, у мух – до 7. У насекомых, которые имеют большие Крылья насекомых – придатки двух задних сегментов груди (или одного из них), представляющие собой парные выросты стенки тела и предназначенные для перемещения насекомых по воздуху.
Подробнее при переходе по ссылке
«>крылья и невысокую частоту крылового ритма (около 10-15 за секунду), умноженный ответ отсутствует. Это относится к саранче, бабочкам, стрекозам.
Мышечная система насекомых
Мышечная система насекомых – это совокупность мышечных клеток, объединенных в обособленные структуры (мышцы), которые способны к сокращению, обеспечивают способность насекомых к передвижению и работу их внутренних органов.
Содержание:
Устройство мышечной системы насекомых
Насекомые способны к разным формам передвижения (ходьба, бег, полет), у них несколько пар конечностей, строение их внутренних органов достаточно сложно, и у них отсутствует внутренний скелет. Все это привело к тому, что мышечная система насекомых имеет высокую степень дифференцировки и многочисленные особенности строения. [1]
В общей сложности в организме насекомого находится несколько сотен мышц. Например, у гусениц, которые, казалось бы, устроены крайне примитивно, их порядка 2000. Для сравнения, у человека их всего около 600. Впрочем, количество и группировка мышц у разных насекомых довольно неоднородны. [1] Если говорить об усредненных вариантах, то у большинства их примерно полторы тысячи. [3]
Схема строения мышечной системы.
1 – дорсовентральные мышцы; 2 – дыхальце,
3 – продольная спинная мышца, 4 – косая спинная мышца, 5 – продольная брюшная мышца,
6 – продольная вентральная мышца,
7 – мышцы ног (субкоксальные)
Все мышцы у насекомых делятся на два типа, в зависимости от того, где они располагаются и за что «отвечают». Соматические, или скелетные мышцы, регулируют произвольные движения (усиков, ротовых органов, ног, крыльев), а внутренностные, или висцеральные, находятся в органах и обеспечивают их моторную активность (сокращения стенок кишечника, пульсация сердца). [1] Группировка мышц отличается в разных частях тела, наибольшее количество мышц располагается в грудном отделе. [3] (фото)
Скелетные мышцы
Как правило, скелетные мышцы имеют две точки фиксации на разных участках наружного скелета насекомого. Одна точка неподвижна, другая может смещаться. Именно благодаря таким мускулам осуществляются сгибание и разгибание конечностей, взмахи крыльями. Некоторые скелетные мышцы прикреплены к двум точкам, обе из которых подвижны. Пример – дыхательная мускулатура: поперечные мышцы фиксируются с обеих сторон к верхнему и нижнему склеритам тела, за счет чего при дыхании эти склериты то сближаются, то отдаляются друг от друга. [1]
Дубовый шелкопряд
Все скелетные мышцы делятся на три группы, соответственно частям тела:
Брюшная группа
В брюшной группе,наиболее простой, имеются продольные, поперечные и боковые мышцы.
Грудная группа
Грудная группа состоит из нескольких видов мышц и в целом более сложна. В ней представлены:
Головная группа
Головная группасложнее всего, в нее входит множество мелких мускулов, управляющих движениями усиков, ротовых органов, а также движениями головы относительно груди. [1]
Внутри конечностей также есть свои группы мышц, которые обеспечивают сокращение дистальных (апикальных, концевых) отделов относительно проксимальных (тех, которые находятся ближе к основанию ног). [4]
Висцеральные мышцы
Эти мышцы находятся в стенках органов, в особенно большом количестве они представлены в стенке кишечника. Там сокращения мышц продвигают пищевую кашицу в направлении от переднего конца тела к заднему. На протяжении этого процесса происходит переваривание пищи. В разных отделах пищеварительного тракта располагаются различные по протяженности и форме мышечные пучки и волокна, которые обеспечивают разнохарактерную моторику. Можно сказать, что в основе органов пищеварения насекомых есть элементы, похожие на гладкие мышцы пищеварительного тракта человека. Так, у них имеются мышечные сфинктеры (жомы), отделяющие разные отделы кишечника друг от друга, специальные мышцы, реализующие механизм рвоты, и так далее. [4]
Схема строения мышечного волокна
1 – сарколемма, 2 – сократительные элементы,
3- саркоплазма, 4 – ядра.
Еще в довольно значительном количестве висцеральные мышцы находятся в составе сердца и аорты. Там они сокращаются в строгой последовательности, так, чтобы перегонять гемолимфу от заднего конца тела к переднему, засасывать ее через специальные отверстия в сердце и обеспечивать постоянный ритм сердечных сокращений. [4]
Строение мышц
Оба вида мышц (скелетные и висцеральные) относятся к типу поперечно-полосатых. Они названы так потому, что при осмотре через микроскоп в них видна поперечная исчерченность – это нити сократительных элементов. [1]
Мышечные клетки (волокна) очень длинные, расположены по длиннику мышцы. [1] Каждое волокно покрыто оболочкой (сарколеммой), а в цитоплазме (саркоплазме) у него имеется большое количество ядер и митохондрий. [3] (фото)
В точках прикрепления мышцы к внутренней поверхности кутикулы от ее концов отходят так называемые тонофибриллы – многочисленные тонкие нити, которые и обеспечивают плотную фиксацию мускулов к элементам наружного скелета. Это своеобразные аналоги «наших» сухожилий. [1] Во время линьки, когда кутикула сбрасывается, тонофибриллы полностью обновляются. [1]
Кроме тонофибрилл, прикрепление мышц обеспечивается срастанием мембран мышечных клеток с гиподермой. [3] Крепятся мышцы к кутикуле в области расположения ее внутренних выступов – аподем. [4]
Муравей тащит груз
Сокращение мышц
Во время сокращения мышцы происходит преобразование химической энергии в механическую. Это происходит следующим образом.
Мышцы, как говорилось выше, содержат сократительные элементы, а именно белок актомиозин, который гидролизует молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) – источника энергии в клетках. Когда от молекулы АТФ отщепляется фосфорная кислота, происходит выделение энергии, которая и используется для сокращения актомиозина, а значит, и мышцы в целом. От АТФ при этом «остается» молекула аденозиндифосфата, которая затем вновь присоединяет к себе фосфат и снова превращается в АТФ, который готов дать следующую порцию энергии для сокращения. [1]
Относительная сила мышц у насекомых достаточно мала, но абсолютная (если представить, что насекомые имеют те же размеры тела, что и человек) сопоставима с таковой у нас. Однако у них есть свои особенности, благодаря которым в некотором смысле они даже сильнее людей.
Например, кузнечики, саранча, цикады или блохи, подпрыгивая, поднимают свое тело высоко в воздух и перемещают его просто на огромные расстояния, в разы и десятки раз превышающие их длину. Также известно, что некоторые, в частности, муравьи (фото), могут нести колоссальные для своих габаритов грузы, превышающие их собственный вес в 14-25 раз. Крыловые мышцы летающих видов насекомых могут сокращаться до 200, 300 и даже 1000 раз в одну секунду, как у комаров-мокрецов; для человека и животных такие нагрузки невозможны. [1] [2]
Все эти особенности объясняются тремя основными моментами: значительной быстротой химических процессов в мускулатуре насекомых, высокой скоростью проведения нервных импульсов к мышцам и непрерывным процессом дыхания, из-за чего к ним постоянно поступает кислород для восстановления энергетических ресурсов. По этим причинам у насекомых медленнее развивается утомление. [1]
Кроме того, у некоторых из них имеет место так называемый умноженный ответ мышц: в ответ на один нервный импульс они способны сокращаться несколько раз. Так, у пчелы показатель умножения составляет 2-3, у мух – до 7. У насекомых, которые имеют большие крылья и невысокую частоту крылового ритма (около 10-15 за секунду), умноженный ответ отсутствует. Это относится к саранче, бабочкам, стрекозам. [1]
Почему муравей такой сильный?
Наблюдая за муравьями в течение времени, вы станете свидетелями замечательных подвигов силы.
Крошечные муравьи, марширующие в ряд, могут тащить в свои колонии пищу, песчинки и даже мелкие камешки, которые во много раз больше их самих.
И это не иллюзия – исследования показывают, что муравьи могут поднимать предметы, которые весят в 50 раз больше их собственного веса тела.
Как такое может быть?
Ответ на вопрос, почему муравьи – или любое насекомое, если на то пошло, настолько сильны, заключается в его уменьшительных размерах. Это физика, простая и ясная.
Физика силы тела
Чтобы понять огромную физическую силу муравья, вам нужно сначала понять несколько основных физических принципов того, как связаны размер, масса и сила:
Ключ здесь в том, чтобы признать, что вес животного связан с его объемом, который является трехмерным измерением, полученным путем вычисления кубического измерения.
Но, с другой стороны, сила мышцы – это двумерное измерение, достигаемое умножением только двух чисел, длины на ширину. Несоответствие здесь – это то, что создает разницу в относительной силе между большими и маленькими животными.
У более крупных животных гораздо больший объем и масса означают, что мышечная сила должна быть намного больше, чтобы поддерживать тот же уровень силы относительно массы тела. Мышцы также несут дополнительное бремя перемещения большего объема и массы тела вместе с любым поднимаемым объектом.
Крошечный муравей или другое насекомое имеет преимущество в силе из-за большего отношения площади поверхности к объему и массе. Мышцы муравья имеют довольно небольшую нагрузку, необходимую для подъема собственного тела, оставляя много мышечной силы для перемещения других объектов.
К этому добавляется тот факт, что тело насекомого по своей сути является легким относительно его объема по сравнению с другими животными. Структурно насекомые не имеют внутренних скелетов, как позвоночные животные, но вместо этого имеют твердую оболочку экзоскелета. Без веса внутренних костей, насекомое может содержать большее количество мышц.
Муравей не чемпион по тяжелой атлетике
Муравьи – это насекомые, которых мы чаще всего наблюдаем, поднимая тяжелые предметы, но они далеко не самые сильные члены мира насекомых. Известно, что навозный жук (Onthophagus taurus) поднимает грузы, в 1,141 раза превышающие его собственный вес – груз, эквивалентный человеку, поднимающему около 80 000 кг.
Насколько силён муравей.
Если человеку такую силу как у муравья, то он бы смог утащить по суше авианосец, а если силу кузнечика, то любой из нас смог бы перепрыгивать через футбольное поле или запрыгивать себе на балкон. Но, оказывается, сила этих насекомых заключается не во внутренних особенностях их организма, а просто в их маленьких размерах. Сила одной мышцы и у человека, и у насекомых зависит от ее поперечного сечения. При увеличении линейных размеров тела насекомого, допустим, в N раз поперечное сечение каждой его мышцы увеличится в N в квадрате раз, а вот масса самого насекомого увеличится в N в кубе раз.
Теперь, если мы сравним маленькое насекомое и увеличенное, то по отношению к своей массе маленькое будет сильнее большого в N раз. Во сколько раз муравей меньше человека? Меньше примерно в (170(см) *10(мм) /5(мм) =) 366 раз, следовательно во столько же раз он и сильнее.
В силовом пауэрлифтинге при проведении соревнований, при состязании спортсменов разной весовой категории, если один из спортсменов поднял вес, допустим, в два раза больше своего веса, то чтобы достичь ничьей более тяжелому спортсмену нужно поднять вес не в два раза больший собственного веса, а меньший, вычисленный по специальному коэффициенту.
Сколько весит муравей?
Учитывая разнообразие видов, вес муравья может колебаться в пределах 1-150 мг. Вес муравьев, которые распространены в нашей местности, а именно черных и рыжих (лесных), составляет около 5-7 мг.
Одними из самых маленьких считаются фараоновы, или домашние муравьи. Они достигают в весе не больше 1 или 2 миллиграмм.
Большие виды муравьев распространены в южных областях планеты. Например, рабочая каста южноамериканских муравьев достигает веса в 90мг.
Несмотря на то, что масса муравья невероятно мала, по сравнению с человеческой, общий вес всех представителей этого рода будет таким же, или даже больше общего веса всех людей на планете!
Общий вес муравьев равен примерно 1 миллиарду тонн.
Вот из-за закона квадрата-куба планеты и звёзды округлые, а не какие-нибудь другие. Они бы рады иметь форму чемодана или бабочки, но гравитация плющит.
Почему шимпанзе сильнее людей
Шимпанзе кажутся нам намного сильнее людей – еще бы, дикий зверь одних размеров с нами. Собственно, они не только кажутся: среднестатистическая обезьяна действительно сильнее среднестатистического человека. Но намного – это насколько?
Долгое время считалось, что сила шимпанзе в несколько раз превосходит человеческую – но тут, видимо, мы имеем дело с литературно-художественным преувеличением: когда Брайан Амбергер (Brian R. Umberger) из Массачусетского университета в Амхерсте и его коллеги из нескольких научных центров США проанализировали научные данные по этой теме, оказалось, что шимпанзе сильнее человека в лучшем случае всего в полтора раза.
Но за счет чего они сильнее? Чтобы разобраться в вопросе, исследователи решили напрямую сравнить, как работают мышечные волокна у шимпанзе и у человека. Образцы волокон взяли с помощью биопсии из икроножных и бедренных мышц у нескольких обезьян – и оказалось, что и у людей, и у шимпанзе отдельные мышечные волокна развивают примерно одинаковую силу. Стало ясно, что для того, чтобы понять, почему именно шимпанзе сильнее людей, нужно проанализировать строение мышечных волокон на уровне молекул и клеток.
Как известно, мышцы сокращаются благодаря специальному белку миозину, который образует длинные сократительные нити. Подробно описывать механизм мышечного сокращения мы не будем, скажем лишь, что среди миозиновых нитей, работающих в мышцах, есть нити быстрые и медленные. Чем они отличаются, понятно: быстрый миозин обеспечивает более быстрое и сильное мышечное сокращение, чем миозин медленный. Но быстрый миозин при том и быстрее устает – то есть за скорость и силу приходится платить выносливостью.
В статье в PNAS говорится, что мускулатура человека и шимпанзе отличаются как раз соотношением быстрых и медленных миозиновых волокон: если в мышцах человека в среднем 70% медленного миозина и 30% быстрого то у шимпанзе – 33% медленного и 67% быстрого миозина. Когда на основе полученных данных смоделировали виртуальные мышцы, то оказалось, что шимпанзе со своим быстрым миозином должны быть примерно в 1,35 раз сильнее человека, что в целом согласуется с более ранними работами.
Вообще среди зверей преобладание в мышцах медленного миозина, по-видимому, довольно редкая вещь: из тех животных, кого еще проверили на соотношение миозинов – а среди них были кошки, собаки, мыши, морские свинки, лошади, макаки и лемуры – похожие мышцы оказались только у медленных лори. (Кстати, медленные лори примечательны еще и тем, что умеют быстро перерабатывать алкоголь.)
По словам авторов работы, быстрый миозин более востребован просто потому, что для большинства животных важно, чтобы их мускулатура срабатывала быстро и с наибольшей силой. Если говорить о шимпанзе, то захоти он поднять камень и ударить им по ореху, или вздумай забраться на дерево, с быстрым миозином все это получиться проделать быстрее и эффективнее.
Для человека же по мере эволюции на первое место вышла выносливость: чтобы охотиться, или просто чтобы собрать какую-то еду, людям приходилось преодолевать огромные расстояния, и преимущество тут получали те, чьи мышцы долгое время не уставали. Кроме того, выносливый медленный миозин тратит меньше энергии, чем быстрый, так что сэкономленные ресурсы можно было бы направить на развитие и содержание мозга. (Кстати, о том, что мозг человека мог увеличиваться за счёт мышц, мы уже писали некоторое время назад.)
Впрочем, некоторые специалисты полагают, что для каких-то эволюционных умозаключений относительно быстрого и медленного миозина у нас пока что недостаточно данных. Во-первых, мы не знаем, что за миозин был в мышцах человеческих предков, во-вторых, сейчас в эксперименте использовали мышечные волокна только из задних конечностей шимпанзе, так что хорошо было также проанализировать еще и мышцы рук, причем не только у шимпанзе, но и у других человекообразных обезьян.