Бегущие по воде
Насекомые – обитатели водной пленки: 1–водомерки; 2–вертячки; 3–гладыши; 4–коллемболы
Поверхность любого водоема – будь то пруд, река или даже лужа – это уникальная экологическая ниша. Здесь встречаются две совершенно разные среды обитания – воздушная и водная. А разделяет их так называемая пленка поверхностного натяжения. Благодаря тому, что на границе двух фаз силы притяжения между молекулами воды не уравновешены (сумма сил притяжения, действующих «вниз» оказывается больше сил, действующих «вверх»), плотность воды на поверхности оказывается несколько выше, чем в основном слое. «Столпо-творение» стремящихся вниз молекул приводит к возникновению своего рода эластичной мембраны, способной поддерживать объекты, плотность которых выше плотности воды. Если, конечно, эти объекты не смачиваются, т.е. сами не притягивают к себе молекулы воды, нарушая структуру поверхностной пленки. Хорошо демонстрирует это явление смазанная жиром и аккуратно положенная на поверхность воды швейная игла. Сталь намного плотнее воды, своей тяжестью игла заметно прогибает водяную пленку, но тем не менее остается на плаву.
Удивительные свойства водяной пленки использует целый ряд живых организмов – ведь жизнь на границе двух сообществ, как известно, отличается заметным преимуществом. Самые известные обитатели поверхности водоемов, конечно, – водомерки.
Водомерки – насекомые, представители отряда полужесткокрылых, или, попросту, клопов. Как и другие их сородичи, они имеют колюще-сосущий ротовой аппарат (хоботок) и внешнее пищеварение, т.е. при питании твердой пищей вводят в тело жертвы парализующие и разлагающие ткани вещества, а потом всасывают обратно готовый «бульон». Для разных видов клопов «жертвой» может быть как животное, так и растение (например, для клопа-черепашки). Но водомерки – хищники, и основная их пища – случайно упавшие на поверхность воды насекомые. Если добыча достаточно велика, ею могут пообедать сразу несколько водомерок. Но обычно эти клопы предпочитают разыскивать еду и трапезничать в одиночку.
Собственно говоря, «водомерками» называют представителей не одного, а нескольких семейств клопов, приспособившихся к обитанию на поверхности водного зеркала. Но особенно интересны, конечно, представители настоящих водомерок – Gerridae. Это семейство насчитывает около 300 видов, которых можно встретить на поверхности любых водоемов, начиная с временных луж и кончая просторами океана. Кстати, морские водомерки (род Halobates) – единственные насекомые, по-настоящему приспособившиеся к жизни в море. Их можно встретить за тысячи километров от берега.
Морские водомерки – тропические насекомые. Да и вообще большинство этих клопов – жители теплых районов земного шара. Тем не менее и на территории бывшего СССР можно встретить около двух десятков видов настоящих водомерок.
В основном водомерки невелики по размерам, длина их тела обычно не превышает 10 мм, хотя большая водомерка (Limnoporus rufoscutellatus), живущая и у нас в России, достигает порой 13–17 мм. Это, конечно, не считая расставленных в стороны длинных ног.
Опираясь о поверхностную пленку лапками, кончики которых покрыты жесткими щеточками несмачиваемых волосков, водомерка способна скользить по поверхности воды подобно тому, как конькобежец скользит по льду. Впрочем, тело водомерки покрыто специальным чешуйчатым покровом, также защищающим от смачивания. Но вот если начинается дождь, то водомерке, чтобы не утонуть, приходится покидать водную поверхность и искать укрытие.
Движется водомерка, широко расставив две пары длинных и тонких ног, – среднюю и заднюю. Более короткие передние ноги используются клопом для удержания добычи. Поворачивается водомерка, двигая своими «гребущими» ногами в разные стороны, подобно тому, как поступает человек, когда разворачивает лодку с помощью весел. Если на пути насекомого встречается препятствие, например веточка или листик, водомерка делает мощный скачок и преодолевает преграду.
Осенью, с наступлением холодов, водомерки покидают водоемы и находят себе убежища под корой старых пней или во мху.
Среди настоящих водомерок есть как крылатые, так и бескрылые виды. Летающие формы могут преодолевать по воздуху многие километры, расселяясь или просто покидая пересохший водоем. После зимовки водомерки теряют способность к перелетам, так как их летательные мускулы рассасываются, обеспечивая насекомым первичный запас энергии для охоты и размножения.
Водомерки неплохо видят, а также могут получать информацию, основываясь на характере колебания водяной пленки – за счет эластичных мембран, расположенных между сегментами лапок. Даже незначительные вибрации позволяют насекомому узнать, с какой стороны грозит опасность или где находится потенциальная жертва.
Если, используя зрение и сенсорную информацию, водомерка решает приблизиться к месту возмущения водной поверхности, она разворачивается и скользит в ту сторону, останавливаясь примерно каждые пять секунд, чтобы откорректировать курс.
Тонко воспринимая характер колебаний водной поверхности, водомерки могут и сами вызывать такие колебания, подавая те или иные сигналы сородичам. В первую очередь такая коммуникация используется для взаимодействия между противоположными полами. Когда самец водомерки находит уютное брачное ложе – это может быть неподвижный или плавающий объект, например водное растение или кусочек коры, – он хватает и удерживает его с помощью лапок или замирает рядом и начинает подавать призывные сигналы, ударяя ногами по поверхности воды. Каждый такой сигнал начинается на весьма высокой частоте 23–29 Герц (т.е. ударов в секунду), затем стабилизируется до 18–20 Гц и заканчивается на низкой частоте 10–17 Гц. Самец посылает около 15 подобных серий сигналов.
Если ощутившая их самка решает ответить, она движется к самцу, подавая ответные сигналы – с меньшей амплитудой, но с довольно высокой частотой, 22–25 Гц. Услышав ответ, самец начинает посылать в сторону самки аналогичные сигналы и иногда скользит ей навстречу.
Затем он возвращается к обнаруженному им брачному ложу, а самка следует за ним и помогает поддерживать находку. Тут же происходит копуляция, занимающая около минуты, после чего самка приступает к откладыванию яичек, проделывая отверстия в «брачной постели». Самец же в это время посылает особые посткопуляционные сигналы, охраняя таким образом свою территорию с находящейся на ней самкой от вторжения чужих самцов. Но если какая-то незадачливая водомерка мужского пола все-таки приблизится на расстояние около 10 см, то хозяин нападет на нее.
Помимо водомерок существует еще только три группы насекомых, освоивших водную поверхность. Это гладыши, вертячки и коллемболы.
Гладыш обыкновенный
Гладыши (сем. Notonectidae), как и водомерки, – представители отряда клопов. Однако это совсем другая группа. В отличие от водомерок, они держатся на поверхностной пленке не сверху, а снизу, будучи погруженными в воду. Спинка у гладышей выпуклая, брюшко плоское, и плавают эти насекомые «вверх ногами», т.е. спиной вниз. Задние ноги гладышей превращены в своеобразные весла, густо покрытые плавательными щетинками. С помощью этих «щетинистых» ножек клопы быстро передвигаются по внутренней стороне поверхностной пленки, напоминая миниатюрные лодочки.
На земном шаре обитает около 200 видов гладышей, большая часть которых распространена в тропиках. У нас же можно встретить всего около 10 видов этих насекомых. Самые мелкие гладыши не превышают в длину 7 мм, а самые крупные – 18 мм.
Гладыш, висящий на поверхностной пленке воды
В спокойном состоянии гладыш может неподвижно висеть у поверхности воды на широко расставленных в стороны задних лапках и ожидать появления добычи. Находит этот хищный клоп свою жертву не только при помощи зрения, но и, подобно водомеркам, ориентируясь на колебания, передающиеся по поверхности воды и воспринимаемые чувствительными кончиками лапок. При этом гладыши очень активно реагируют на вибрации высокой частоты, которые могут создавать упавшие в воду комары, бьющие крылышками с частотой до 100–150 ударов в секунду. Нападают гладыши и на гораздо более крупную добычу, например на мальков (и потому считаются вредителями в рыбоводческих хозяйствах) или головастиков. Надо заметить, что острый и твердый хоботок гладыша легко прокалывает и кожу человека. А поскольку при уколе в ткани впрыскивается пищеварительный сок, укус клопа, неосторожно взятого в руку, может быть очень болезненным. Не зря гладыш заслужил название «водяной осы».
Взрослые гладыши очень неплохо летают и по ночам могут пролетать большие расстояния, заселяя при этом новые водоемы.
Гладыши во время спаривания
После спаривания самки гладышей откладывают внутрь тканей водных растений удлиненные яички, из которых позже выводятся молодые клопики.
Вертячки (сем. Gyrinidae) – следующая группа насекомых, обитателей поверхностной пленки, – относятся уже не к клопам, а к жест-кокрылым, т.е. жукам. Причем среди водных жуков они считаются самыми лучшими пловцами. Каждый, наверное, видел маленьких, черных, блестящих вертячек, которые в солнечные дни целыми компаниями кружат по поверхности прудов, речных заводей и других чистых водоемов, а при тревоге мгновенно ныряют или рассыпаются в разные стороны.
Кружение вертячек по воде – не забава, а своеобразный способ охоты. Дело в том, что эти жуки, питающиеся мелкими живыми организмами, высматривают подходящую добычу одновременно и на, и под водой. У вертячек совершенно удивительные глаза – они разделены на две части: верхняя часть приспособлена видеть в воздушной среде, а нижняя – в водной.
Вертячка дневная
Однако основным органом, получающим информацию об окружающих вертячку событиях, являются все-таки не глаза, а три пары антенн-усиков, направленных горизонтально вперед и примыкающих к поверхностной пленке воды. Эти антенны воспринимают все сигналы, приходящие по воде, а жуки реагируют на них настолько быстро, что даже в полной темноте способны скорректировать курс своего движения и обойти препятствие, возникшее всего в 1–1,5 см.
Весьма своеобразно устроены и конечности вертячек. Средние и задние ноги превращены в короткие, широкие ласты, отлично приспособленные к плаванию, но непригодные для передвижения по суше. Передние же ножки этих жуков длинные и тонкие. Они предназначены для удержания пойманной добычи.
Вертячки способны нырять и летать, но большую часть времени они проводят, передвигаясь именно по поверхностной пленке воды.
Всего на свете обитает около 1600 видов вертячек, большинство из которых живут в тропиках. Но 20 видов можно встретить и у нас, в умеренных широтах. Самые крупные вертячки, длиной до 27 мм, обитают в водоемах и горных реках в Юго-Восточной Азии. А самые крупные представители семейства в умеренных широтах не превышают в длину 16 мм. Некоторые из этих жуков могут развивать очень высокую для таких небольших насекомых скорость – до 40 см/с.
И, наконец, последняя группа насекомых – обитателей водной поверхности – коллемболы, или ногохвостки (Collembolla). Собственно говоря, по современным представлениям, коллемболы – не настоящие насекомые, а представители отдельного класса – скрыточелюстных насекомых (Entognatha). Это очень древние существа, появившиеся на Земле 375–250 млн лет назад, в девонском периоде.
Коллемболы
Коллемболы – крошечные создания, обычные размеры которых – 0,2–2 мм. Только самые крупные представители группы могут вырастать до 9 мм. Известно несколько тысяч видов коллембол, и биологи постоянно описывают все новые. Коллемболы встречаются везде – от Арктики до Антарктики. Чаще всего они живут среди гниющих остатков растений в поверхностном слое почвы, но есть и такие, которые селятся глубоко в земле, а некоторые отлично приспособились к жизни в условиях, которым посвящен наш рассказ, – на поверхностной пленке воды в реках, озерах и других водоемах. Их крошечное, не смачиваемое водой тельце легко удерживается поверх-ностной пленкой воды. Питаются водяные коллемболы микроскопическими спорами растений, которые под дуновением ветерка плывут по водной глади.
Другое название коллембол – ногохвостки, происходит из-за наличия у этих существ особого органа – прыгательной вилки. В спокойном состоянии вилка подогнута под брюшко. Распрямляя ее, коллемболы могут отталкиваться от поверхности и совершать прыжки. Ногохвостки, живущие на водяной пленке, могут подпрыгивать в воздух на высоту, равную 15 длинам их собственного тела.
Прыжки, совершаемые коллемболами при помощи вилки
На поверхности тела водяных коллембол есть еще один своеобразный орган, носящий название «коллофор», или «брюшная трубка». Обычно ногохвостки прижимают коллофор так, чтобы он не касался воды. Но когда поднимается ветер, коллемболы опускают кончик коллофора (это единственное место на их тельце, которое смачивается водой) в воду, и он отлично заякоривает маленьких и легких насекомых, не позволяя ветру уносить их. Через опущенный в воду коллофор могут, по-видимому, удаляться и ненужные продукты обмена.
Образ жизни водяных коллембол изучен еще недостаточно. Более века назад Шарль де Гир, шведский натуралист, наблюдал за несколькими коллемболами вида Podura aquatica, которых держал в глубоком блюдце с водой. Именно он описал, как эти крошечные создания по нескольку раз в день сползают на дно и сосут сок из погруженных в воду водорослей. Кроме того, Шарль де Гир обнаружил, что зимой эти малыши впадают в спячку, спрятавшись в густой тине на дне.
Очень своеобразно коллемболы размножаются. Самцы в брачный сезон откладывают на подходящих предметах (или растениях) каплевидные сперматофоры, а самки захватывают их своими половыми отверстиями.
Яйца коллембол имеют весьма разнообразную и причудливую форму: они похожи на крохотные бочоночки, украшенные волосками или бляшечками. Из яиц выходят крохотные коллемболки, во всем напоминающие взрослых особей. И вскоре уже они начинают бегать и прыгать по поверхности почвы или воды, продолжая дело своих родителей.
По материалам журнала: Scientific American, 1978, V.238, №4.
Источник
Водомерка наоборот: некоторые жуки могут ходить по поверхности воды вверх ногами
На первый взгляд непримечательные жуки-водолюбы обладают одной крайне интересной способностью.
Фото Andrew C./Wikimedia Commons (CC BY 2.0).
Необычную способность жуков-водолюбов (семейство Hydrophilidae) австралийский биолог Джон Гулд (John Gould) обнаружил практически случайно.
Он занимался поиском головастиков в мелких водоёмах в горах Ватаган, когда увидел в одной из луж крохотное чёрное насекомое.
«Сначала я подумал, что это жук, упавший в воду и плывущий возле её поверхности. Однако потом я понял, что жук перевёрнут вверх ногами и находится под поверхностью воды», – вспоминает учёный.
Исследователь сразу начал снимать происходящее на видео. Водолюб в это время ходил под поверхностью воды, будто бы по стеклу, периодически отдыхая и меняя направление движения.
Впоследствии Гулд с коллегами занялись поисками упоминаний такого необычного способа передвижения у водных обитателей в научной литературе. Однако они смогли найти лишь краткие упоминания об этом в исследованиях, опубликованных десятки лет назад.
Любопытно, что энтомологи при этом довольно хорошо знакомы с этим феноменом. Просто раньше они не обращали на него внимания. И до сих пор остаётся неясным, как водолюбам физически удаётся провернуть такой трюк.
У авторов нового исследования есть одно предположение. На видеозаписи, сделанной Гулдом, можно увидеть пузырь воздуха, зажатый между брюшком жука и поверхностью воды. Учёные считают, что именно плавучесть пузырька позволяет жуку перевернуться и «прилипнуть» к поверхности воды снизу.
Этот пузырь воздуха, возможно, также позволяет жуку продавливать поверхность воды ногами. Гулд отмечает, что видел, как от каждого шага насекомого на воде появлялись «бугорки».
Исследователи предполагают, что жуки используют эту суперспособность, чтобы скрываться от хищников, которые обычно ищут жертв на дне водоёмов, не догадываясь посмотреть, что происходит у них над головой. Однако эту гипотезу ещё предстоит проверить в дополнительных исследованиях.
Работа международной команды учёных была опубликована в издании Ethology.
Возможно, механизм необычного передвижения водолюба вдохновит инженеров на создание роботов, способных бегать по воде. Точнее под водой.
Напомним, что ранее мы писали о создании крохотных роботов, которые могут передвигаться по поверхности воды подобно водомеркам. Также мы сообщали о роботе-таракане, способном ходить как по воде, так и под водой.
Больше интересных новостей из мира науки и техники вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Источник
