Крылья насекомых

Крылья — боковые складки экзоскелета насекомых, которые позволяют им активно перемещаться в воздухе, то есть летать.

Крылья насекомых — уникальное творение природы, ведь:

• из всех беспозвоночных животных крылья имеют только насекомые;
• крылья позвоночных (птицы, летучие мыши) являются видоизмененными передними конечностями, тогда как у насекомых крылья — выросты стенки тела;
• в отличие от остальных придатков насекомых, крылья не имеют собственных внутренних мышц;
• крылья обеспечивают такой механизм полета, аналогов которому нет ни в животном мире, ни в технике.

Наличие крыльев — один из факторов, вызвавших расцвет класса насекомых, позволивших заселить почти всю сушу и занять господствующее положение в экосистемах.

Особая конструкция крыльев обеспечивает совершенный, быстрый и маневренный полет.

Строение

Расположение и покрытие

Крылья расположены на сегментах груди — втором (среднегруди) и третьем (заднегруди).

Как правило, у насекомых две пары крыльев — передние и задние. По общему плану строения крыло является двухслойной складкой — продолжением боковой стенки тела. Верхняя и нижняя поверхности крыла состоят из тонких хитиновых мембран. В месте крепления крыла на боковой поверхности груди имеется гибкая мембранная пластинка (плейрит) с утолщенными прочными участками. Она образует направленный кверху прочный столбик, к которому подвижно причленено крыло. Столбик является для него точкой опоры и образует рычаг с коротким (основание крыла) и длинным (остальная часть крыловой пластинки) плечами.

В покое часть стрекоз, комары-долгоножки держат крылья горизонтально, направленными в стороны. Но большинство насекомых обычно кладут их вдоль туловища. У бабочек, ручейников, поденок, прямокрылых, златоглазок, тлей, цикад и других они прикладываются друг к другу над телом в виде «домика». У веснянок, тараканов, трипсов, перепончатокрылых и двукрылых крылья распластаны на спинке. При этом одна пара может частично прикрывать другую или складываться. У насекомых, имеющих надкрылья, задние крылья сворачиваются вдоль (как веер) и поперек.

Крылья насекомых тонкие, как правило, прозрачные и покрыты чувствительными волосками. Часть из них являются датчиками внешних факторов, важных для полета — скорости и направления движения воздушных потоков и т. п. Бахрома волосков вдоль заднего края крыльев увеличивает гребную поверхность крыла и помогает преодолевать вязкость воздуха. Это особенно важно для мелких насекомых — трипсов, молей. У ручейников крылья густо покрыты волосками, у бабочек — чешуйками, которые повышают подъемную силу крыльев.

У многих четырехкрылых насекомых есть определенные структуры, сцепляющие переднее и заднее крылья каждой стороны между собой.

Жилкование

Жесткость крылу придают опорные элементы — жилки, идущие вдоль и поперек крыла. Жилки переднего края, как правило, толще и потому прочнее. Вблизи вершины крыла есть темная крапинка — птеростигма, участок утолщенного хитина, важный для полета.

Благодаря жилкам крыло приобретает прочность и гибкость и образует складки, которые дополнительно укрепляют его, увеличивают поверхность и улучшают профиль.

Разветвленность жилок, количество поперечных жилок сильно разнятся у насекомых разных отрядов.

У каждого таксона обычно свой узор жилок, и это очень помогает в распознавании насекомых до уровня семейства, а во многих случаях даже до рода и вида. Сравнение жилкования различных таксонов позволяет судить о происхождении, возрасте и родстве таксонов.

Размеры и форма

Среди насекомых наибольшие в размахе крылья имеет бабочка агриппина, а рекордсмен по площади крыльев — павлиноглазка атлас (Attacus atlas). Обе бабочки — обитатели тропиков. Вероятно, в прошлые геологические эпохи размеры крыльев у насекомых были больше. В частности, известен отпечаток вымершей стрекозы Meganeura (см. ниже), размах крыльев которой достигал 68–71 см. Обладатель самых маленьких крыльев — наездник Dicopomorpha echmepterygis, длина тела которого не превышает 0.2 мм. У большинства насекомых крылья если и длиннее тела, то ненамного. Самым большим это отношение является у бабочек, некоторые из них имеют длинные крылья при достаточно коротком теле.

Передние и задние крылья между собой могут различаться — по форме, размеру, окраске и т. д. Например, у перепончатокрылых (пчелы, осы и другие) задняя пара крыльев имеет вид небольших перепонок. Уменьшены задние крылья также у ночных бабочек бражников, поденок и т. д. (См. также статью «Надкрылья»). У дневных бабочек задние крылья, в отличие от передних, могут нести отростки («хвостики» у махаона), которые порой оказываются длиннее основной крыловой пластинки (бабочка Eustera troglophylla).

Бескрылость

Крылья есть только у представителей подкласса крылатых (Pterygota), а у насекомых подкласса первичнобескрылых (Apterygota) отсутствуют. Экологические причины редукции крыльев у насекомых изучал российский энтомолог И. М. Кержнер.

Полностью развитые крылья, с помощью которых можно летать, имеют только имаго. Единственным исключением является отряд поденок (Ephemeroptera). У них предпоследняя, половонезрелая стадия развития (субимаго) уже имеет хорошо развитые крылья.

Рудиментация крыльев и полная их потеря являются следствием особых условий существования или развития и приводит к потере способности летать. Насекомые — обитатели океанических островов имеют лишь рудиментарные остатки крыльев. Преодолевать в полете высокоскоростные потоки воздуха они не способны, а крыловые пластинки увеличивают парусность тела и вероятность быть унесенным ветром в океан. Такие же «остатки» крыльев имеют насекомые, обитающие в пространственно ограниченных полостях. У многих жуков — обитателей засушливых и жарких биотопов (например, чернотелок) задние крылья исчезают или становятся рудиментами, а надкрылья срастаются. Не имеют полноценных крыльев насекомые, ведущие исключительно сидячий образ жизни (самцы щитовок, червецов и т. п.), эктопаразиты волосяного или перьевого покрова (вши, блохи, пухоеды, постельный клоп).

Довольно часто полноценные крылья имеют лишь отдельные формы внутри одного вида.

Развитие в онтогенезе

У насекомых с неполным превращением зачатки крыльев появляются на одной из личиночных стадий. С этого момента после каждой линьки зачатки становятся все больше, а после последней линьки достигают размеров, присущих имаго. (Исключением являются поденки — см. выше).

У насекомых с полным превращением процесс образования крыльев происходит несколько сложнее. У них на стадии личинки внутри тела обособляются скопления недифференцированных клеток. При образовании куколки под ее покровами постепенно формируются внешние зачатки крыльев, а затем и полноценные крылья. Когда развитие подходит к концу, покровы лопаются, и имаго выбирается наружу. Это нелегко сделать насекомым с большими крыльями — например, бабочкам. Их крылья после выхода из куколки похожи на небольшие мятые тряпочки. Насекомые расправляют их, постепенно они наполняются гемолимфой и воздухом, растягиваются, подсушиваются и приобретают вид настоящих крыльев.

Происхождение

Существует несколько гипотез по поводу возникновения и эволюции крыльев у насекомых. Наиболее вероятной сейчас считают гипотезу, по которой крылья возникли в результате развития боковых лопастевидных выростов на груди древних насекомых. Эти выросты могли возникнуть для защиты тела или как приспособление для проникновения в щели, трещины, под кору. Они помогали спастись планированием в случае внезапной опасности. Это придавало им преимущество перед быстро бегающими хищниками (пауками, многоножками). В пользу этой гипотезы свидетельствует наличие грудных паранотальных лопастей, хорошо заметных на отпечатках древних крылатых насекомых, найденных палеонтологами. Подобно крыльям, эти лопасти имели жилкование.

В результате давления естественного отбора площадь лопастей, вероятно, росла, внутрь них проникали ответвления трахей и становились жилками. Возникло шарнирное соединение лопастей с туловищем. Сначала лопасти размещались на всех трех члениках груди, но со временем на переднегруди они уменьшались и в конце концов исчезли. Жилки становились все больше и крепче, участки мембраны между ними — тоньше и легче. Впоследствии возник механизм складывания тонкой мембраны вдоль жилок (схоже с тем, как складывается зонтик вдоль стальных спиц). Одновременно продолжались изменения тела в целом, в образе жизни, местах обитания. Это накладывало отпечаток на эволюцию крыльев у насекомых разных групп.