Жданова Т. Д.
Необычайно богатый разнообразием жизненных форм и занимающий практически все уголки планеты мир насекомых характерен тем, что постоянно сталкивается с различными сферами интересов человека.
Как известно, все естественные процессы в природе идеально сбалансированы. Но иногда человек нарушает это равновесие, например, тем, что начинает активно культивировать необходимые для него растения. В результате они подвергаются нападению таких насекомых, как яблоневый цветоед, тля, озимая совка, клоп-черепашка, жук-короед, усач, златка и других. Или, например, как было показано выше, при искусственном поддержании на определенной территории высокой концентрации посевов картофеля происходит чрезмерное распространение колорадского жука. Но ведь все эти насекомые, как и многие другие, так называемые «вредители», призваны удерживать экологический баланс. И они верно служат, не допуская чрезмерного захвата каким-либо растением жизненного пространства. Что было бы с нашей планетой, если бы все живое размножалось без ограничений? Достаточно вспомнить различные ситуации, сложившиеся в Австралии. Каких бы представителей живого мира туда люди ни завезли (кроликов, воробьев европейских карпов, жабу – агу, экзотические растения) – так сразу происходит национальное бедствие. Нарушается экологическое равновесие, уменьшается количество плодородных земель, а некоторые растения и животные исчезают с этой земли навсегда. Иногда с большим трудом ситуацию удается взять под контроль. Например, завезенные человеком кактусы распространились в такой степени, что вынудили оставлять пригодные к земледелию участки. Приостановили «нашествие» суккулентов и сбалансировали экологическое равновесие специально привезенные «кактусоядные» насекомые.
Немало хлопот доставляют жителям жарких регионов термиты. Им достаточно нескольких месяцев, чтобы крепкий дом превратился в труху. Для предупреждения этого даже разработаны правила специального противотермитного строительства. Но ведь здесь нет никакой вины «вредных» термитов. Они имеют свое конкретное предназначение, а поэтому замечательно и неутомимо трудятся, перерабатывая «мертвую» древесину, чтобы очистить от нее природу и увеличить плодородие почв. С такой же методичностью термиты готовы уничтожить и все деревянные творения человеческих рук. Ведь те изготовлены из неживой, а значит, по «понятию» термитов, не нужной природе древесины.
Не доставляет человеку радости и общение, например, с такими насекомыми, как тараканы, зачастую его бытовыми сопровождающими. Чаще всего они обосновываются в доме при отсутствии в нем чистоты. Но если человек не следит за порядком, то для его же блага, так же как и для блага планеты, существуют животные, которые предназначены быть санитарами и очищать землю и жилища от нечистот и отбросов.
Человек ведет неутомимую борьбу с неугодными для него живыми существами не на жизнь, а на смерть. Но насекомые живут, размножаются, и их популяции успешно процветают. Об этом «заботится» заложенная в организме каждого живого существа наследственная программа защиты особи от гибели и вида в целом от исчезновения.
Лишь малая часть насекомых (около 1%) наносит невольный ущерб деятельности человека. В большинстве же своем насекомые играют важнейшую роль в поддержании экологического равновесия на Земле, а значит, и в жизни человека. Конкретная помощь насекомых людям в том, что они улучшают плодородие почвы и опыляют цветки культурных растений, повышая их урожайность, производят мед, воск и лекарственные вещества, красители сочных цветов, лак, шелк и многое другое. Насекомые некоторых видов «отвечают» за предотвращение неконтролируемого размножения вредителей сельского хозяйства. Кроме того, насекомые служат объектом для научных исследований, а также индикатором загрязнения окружающей среды. А еще насекомые нередко являются источником высокого эстетического наслаждения и как многие другие представители живого мира, не служа нам ни для пищи, ни для одежды, ни для других полезных целей, доставляют огромную радость. Они несут в себе красоту, просто красоту ради красоты. Прекрасны не только цветы, птицы, звери, но и бабочки, жуки, стрекозы и другие насекомые, которые радуют глаз своими причудливыми формами, рисунком и гаммой цветов, а также пением, грациозными движениями.
Значение насекомых для жизни человека хорошо освещено в учебной и научно-познавательной литературе. Поэтому мы остановимся лишь некоторых вопросах, дополняющих сведения о сотрудничестве человека с этими удивительнейшими представителями мира живого.
Насекомые различных видов постоянно используются в научных исследованиях. Благодаря многообразию этих живых существ ученые всегда найдут насекомое, которое будет отвечать необходимым требованиям для экспериментов, в развитии какой бы области знаний они ни трудились. Или это изучение социального поведения животных, их способности к научению и элементарной рассудочной деятельности (муравьи, термиты, пчелы, тараканы и др.), или разработка новых инженерных устройств – бионика (стрекозы, бабочки, жуки, шмели) или генетические исследования (мушка дрозофила). Интересно, что по мере того как наши знания о живом растут и простираются вглубь, мы все больше убеждаемся, что мир животных не подчиняется традиционной схеме «от простого – к сложному». Особенно если это касается психической деятельности таких миниатюрных беспозвоночных животных, как насекомые. Кроме того, изучая многообразие возможностей и способностей насекомых, мы сами учимся создавать прекрасные и полезные для себя вещи.
Слово «бионика» переводится с греческого как «элемент жизни». Ученые и инженеры с помощью бионики пытаются найти ответы на многие загадки, которые постоянно и неутомимо преподносит мир живого и отыскать в них модели будущих устройств и приборов. Бионика является одним из научных направлений в кибернетике, изучающей общие закономерности процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе. Она занимается изучением структуры, систем управления и процессов жизнедеятельности организмов живых существ, чтобы использовать выявленные закономерности в практических целях. Эти знания применяются при решении инженерных задач и в разработке технических систем, сходных по своим характеристикам с живыми организмами и их частями. Бионика как область науки смежна с биологией, физикой, химией, причастна к электронике, навигации, связи и многими другими отраслями науки и техники тонких технологий.
Большинство человеческих изобретений сделаны по аналогии с природными. Это различные устройства и автоматизированные линии, системы управления производством и контроля качества продукции, сенсорные приборы и поисковые системы, искусственные языки и способы их расшифровки. Но чем дальше бионика продвигается в своих знаниях о строении и системах управления живого организма, тем больше ученые убеждаются в огромном превосходстве биологических систем над разработками человека на всех уровнях, в том числе молекулярном. При этом все больше внимания уделяется насекомым. А они, удивляя и восхищая биоников совершенством своих устройств и уникальных систем, не спешат раскрывать им свои тайны.
Особенно поражает гениальность «изобретений», заложенных в организме животных, когда человек старается приблизиться к ним в своих технических решениях. Все больше и больше вопросов приносит изучение стрекоз. Это насекомое с легкостью поднимает в воздух груз, в пятнадцать раз превышающий ее собственный вес. Как удалось выяснить, это происходит благодаря особому устройству крыльев. Они создают над своей верхней плоскостью особые завихрения, в которых и кроется секрет невиданной подъемной силы стрекоз. Ученые и инженеры до сих пор не сумели использовать этот секрет в авиастроении.
Секреты майского жука и шмеля. Многое из сказанного относится и к жукам. Например, ученые считают, что по всем законам аэродинамики майский жук летать не должен. Значит, он обеспечен особым, не известным науке способом создания высокой подъемной силы. Непонятно и то, как держится в воздухе со своими маленькими крылышками увалень-шмель. Проводились самые разные исследования полета этого насекомого, в том числе в аэродинамической трубе, где измеряли баланс энергии и затраты кислорода. Остается только сожалеть, что не удалось надеть на шмеля кислородную маску. Ведь он обеспечен двадцатью четырьмя дыхальцами. При изучении строения и энергетических возможностей шмеля обнаружилось много удивительных фактов, но не меньше и вопросов – тайна его полета остается неразгаданной.
Полет насекомых отличается и превосходной маневренностью. Так, стрекозы некоторых видов в совершенстве владеют фигурами высшего пилотажа. Они с легкостью выполняют «мертвую петлю и «бочку». А мухи, стрекозы, бабочки, осы, пчелы ряда видов легко меняют направление полета и способны двигаться в любую сторону, в том числе назад. Бабочки бражники, питающиеся нектаром, ловким маневром огибают препятствия и могут подолгу зависать над цветами, как делают это колибри.
Итак, столь миниатюрные существа, какими являются стрекозы, бабочки, жуки, шмели и другие насекомые, наделены удивительными устройствами и летными способностями, использующие законы аэродинамики, механики, автоматики. Современная наука, со своим широким арсеналом знаний и исследовательской техники так и не может определить истоки «мудрости» организма насекомых и разгадать многочисленные секреты этих существ. Большинство людей думает, что пройдет еще немного времени, пока будут созданы более совершенные приборы, расширятся научные горизонты, и основные тайны живых созданий будут раскрыты. А может быть, стоит согласиться с теми учеными, которые уже давно осознали одну из главных истин жизни: чем глубже погружаешься во внутренний мир живого, тем больше проявляется его непостижимая сложность и целесообразность?
Недоступное пока пониманию и воспроизведению устройство демонстрирует целая группа перепончатокрылых насекомых – наездников. Они наделены «инструментом», подобным нашему сверлу, но гораздо более совершенным и микроминиатюрным. Во-первых, это «инженерное чудо» насекомых тоньше человеческого волоса, и в тоже время легко просверливает в коре и даже в довольно прочной древесине отверстия глубиной 5–6 см. Во-вторых, такое совершенное «сверло» никогда не тупится. А в-третьих, оно еще и снабжено очень удобными для работы насекомого приспособлениями автоматического удаления образуемых опилок. Знания о строении подобных органов и принципах их действия представляют большой интерес, так как могут стать полезными при создании деталей и устройств миниатюрных приборов.
Удивляют и восхищают сложность, целесообразность и полное соответствие друг другу устройств организма насекомых и поведенческих приемов. Достаточно проследить за изящной осой-аммофилой. Из века в век она роет норки для гнезд с помощью мощного устройства подобного отбойному молотку. Небольшой воздушный мешочек для пневматики расположен в ее груди между мышцами, управляющими работой крыльев. Приступая к работе, оса активно машет крыльями. Их колебания, попеременно сжимая мешочек, быстро посылают порции воздуха по каналам-«шлангам» к основанию челюстей, которые начинают вибрировать. Стоит осе прикоснуться ними к камешку, плотно спаянному глиной, как он отлетает в сторону.
Интерес биоников издавна привлекают средства коммуникации водных насекомых – удивительный механизм действия их звукового и слухового «аппаратов». Изучение строения и функционирования этих живых «приборов» позволило разработать оригинальный способ связи между судами в водной среде. Связь стала осуществляться без выхода сигналов в атмосферу во избежание перехвата и расшифровки информации.
Бионики предпринимают попытки создать электронный искусственный нос, работающий по принципу совершенных анализаторов запахов насекомых. И хотя ученые добились некоторых успехов, они все же признают, что эти рукотворные приборы невозможно сравнить с живыми анализаторами. Для химической локации насекомые используют перистые антенны-усики, усаженные хеморецепторами – своеобразными миниатюрными биодатчиками. Их чувствительность просто поразительна. Так, например, самки бабочек тутового шелкопряда выделяют вещество, которое назвали «бомбикол» (от латинского названия шелкопряда). Даже незначительная его концентрация приводят самцов в сильное возбуждение – они начинают трепетать крыльями и совершать вращательные движения телом. Какие же минимальные концентрации бомбикола может ощутить самец? Цифра эта поразительно мала. Самцу шелкопряда подносили стеклянную палочку с каплей раствора бомбикола, в котором содержалась миллионная доля пиктограмма (один пиктограмм равен одной миллионной доле грамма) этого вещества. И этого было достаточно, чтобы самец начинал сильно трепетать крыльями. Кроме того, биохимики, изучив состав бомбикола, получили четыре стереоизомера соединения и открыли еще одно удивительное качество самцов непарного шелкопряда. Те не только улавливают своим анализатором минимальное количество бомбикола, но и различают стереоизомеры пахучих веществ, то есть конфигурацию молекул. На вопрос, каким образом они это делают, исчерпывающего ответа пока нет.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.portal-slovo.ru/