Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Колорадский жук

ВВЕДЕНИЕ

Увы, колорадский жук до сегодняшнего дня чувствует себя на территории Украины более раскованно, чем в Европе. И продолжает наносить огромный ущерб отечественному картофелеводству. Значит, о нем забывать не следует.

Сравнительно недавно, лет 50 назад колорадского жука не было в нашей фауне. А менее, чем 100 лет назад его не было и в фауне европейской.

В это сложно поверить, но были времена, когда о существовании этого невзрачного насекомого семейства листоедов 9-12 мм в длину знали лишь считанное количество энтомологов. Стоимость засушенного желто-черного экземпляра в музейных и вузовских коллекциях была баснословно дорогой – соответствовала цене заморской диковины. Попробуйте нынче предложить частному коллекционеру колорадского жука всего-то за пяток долларов – в лучшем случае ваше предложение расценят как шутку, хотя полвека назад купили бы у вас не торгуясь.

Несколько лет назад в центре Днепропетровска был установлен памятник колорадскому жуку. Может быть на возведение двухметрового монумента не пожалели денег производители ядохимикатов, для которых этот вредитель стал прочной основой для развития бизнеса? Ведь для всех остальных, не только жителей Украины, - это символ самого прожорливого насекомого, которое ежегодно уничтожает завидную часть урожая картофеля. И какие бы средства борьбы с ним ни пускались в ход, победить его не удается. Дело в том, что этот жук обладает уникальной системой приспособляемости, позволяющей ему выживать в самых экстремальных условиях.

Цель моей работы – проследить историю его расселения и разобраться, что за зверь такой, колорадский жук.

ИСТОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Историю о колорадском жуке можно начать так: некогда на северо-востоке современной Мексики жило около полусотни разновидностей жуков семейства листоедов, многочисленных и прожорливых, а потому имеющих мало шансов на успех в кактусовых "лесах" штата Сонора. Ведь здесь у многих растений листья либо сухие колючки, либо и вовсе отсутствуют. Один из листоедов нашел-таки выход: научился питаться пасленовыми (ядовитыми растениями семейства двудольных, насчитывающем около 2000 видов, большая часть из которых произрастает в тропических, субтропических и умеренных областях. К ним относятся как дикорастущие виды, например черный паслен и дурман, так и культурные растения - картофель, томаты, перец, баклажаны или декоративные - петуния и сальпиголоссис). На это блюдо, насыщенное отравляющими алкалоидами, почти никто не претендовал. Но и этим кормом в пустыне не разживешься. И вот часть популяции листоедов устремилась в поисках пищи на северо-запад. Места, которые они стали осваивать (мы их сейчас называем Техасом и Аризоной), оказались еще более пустынными и суровыми, а еды в них - еще меньше, чем в Соноре. И это подгоняло переселенцев вперед и вперед.

Первая встреча жука с культурным картофелем случилась в 1855 году в Небраске. Но тогда насекомое, уже известное науке (его еще в 1824 году нашел и описал американский натуралист Томас Сэй), не привлекло особого внимания. О нем заговорили лишь четыре года спустя, в 1859-м, когда полчища жуков нанесли огромный ущерб посадкам картофеля в Колорадо. Листоед немедленно получил название "колорадского", хотя стал быстро расселяться по всей Северной Америке. Всего через пять лет после нападения на колорадские поля он преодолел Миссисипи, в 1874-м достиг Атлантики, а в 1877-м был впервые обнаружен в Старом Свете, в окрестностях Мюльхайма и Лейпцига. Правда, этот очаг, как и еще несколько, возникавших в XIX веке в Европе, был благополучно ликвидирован. Но в 1918 году, когда воюющей Франции было не до карантинных мер, жук закрепился в окрестностях Бордо.

Затем, несмотря на противодействия работников сельского хозяйства, он довольно быстро заселил одну за другой все страны Центральной Европы, кроме Англии с ее холодными туманами и прекрасно налаженной службой карантина растений. (Она, кстати, до сих пор держит для него границу страны «на замке»).

Продвигаясь на восток по ходу преобладающих в летние месяцы ветров, преодолевая все преграды и выдерживая тотальные обработки картофельных полей пестицидами, к концу 40-х годов жук, гонимый ветром и жаждой завоевания новых пригодных для жизни пространств, приблизился к государственным границам СССР. Надо сказать, что сами жуки – прекрасные летуны. Правда, для того, чтобы подняться в воздух, им необходима жаркая погода – по утрам и вечерам и в пасмурные и прохладные дни жуки предпочитают пешие переходы.

Первые очаги вредного насекомого на нашей территории были обнаружены во Львовской области Украины в 1949 г. Затем в 1953 г он появился одновременно в Калининградской, Волынской, Брестской и Гродненской областях.

Наконец, в жаркие, ветреные дни мая 1958 г из Венгрии и Чехословакии произошел массовый залет колорадского жука в Закарпатскую область. Одновременно на литовское и калининградское побережье Балтийского моря волнами был выброшен многомиллионный «десант» жуков, неимоверно размножившихся в то лето на обширных картофельных полях Польши. Тогда большинство отчаянных летунов погибло в бурных водах Балтики; уцелевшие и выползающие на берег немедленно уничтожались бдительными колхозниками. Но «десант» был настолько многочислен, что справиться с ним и «сбросить в море» не удалось. Многие особи, лишь «ступив» на прибрежный песок, и едва успев обсохнуть, разлетались на ближайшие поля.

ВНЕШНИЙ ВИД И ОТДЕЛЫ ТЕЛА

Колорадский картофельный жук (лат. Leptinotarsa decemlineata) — насекомое семейства жуков-листоедов.

Длина колорадского жука колеблется в пределах от 9 до 12 мм, ширина 6 -7 мм. Тело короткоовальное, сильновыпуклое, блестящее, красновато-желтое со светлыми надкрыльями, на каждом из них пять черных полос (всего, таким образом, десять – откуда и латинское видовое название decemlineata – десятилинейчатый). Перепончатые крылья ярко-розовые хорошо развиты, с их помощью в жаркие летние дни жуки и совершают длительные перелеты. Переднеспинка с черными пятнами, одно из которых (в центре) похоже на римскую цифру V. Все тело жука, особенно голова и переднеспинка, покрыто толстым слоем хитина.

У летящего жука надкрылья приподняты и раздвинуты в стороны. Они играют роль поддерживающих плоскостей, тогда как двигательным аппаратом служат крылья второй пары

Тело колорадского жука состоит из трех отделов: головы, груди и брюшка

Голова

Голова образована вполне слившимися предротовой лопастью – акроном – и четырьмя туловищными сегментами. Она одета сплошным, нерасчлененным хитиновым панцирем, образующим головную капсулу.

На акроне помещаются фасеточные глаза и булавовидные усики.

Усики являются очень важными органами, так как на них помещаются органы осязания и обоняния.

Кроме усиков на нижних челюстях и на нижней губе расположены по паре щупиков, служащих органами осязания и вкуса.

Ротовой аппарат типично грызущий. Спереди и сверху ротовые органы прикрыты непарной складкой хитинового покрова – верхней губой. За ней видны две пары челюстей (верхние и нижние), ограничивающие с боков ротовое отверстие. Подо ртом находится нижняя губа. На нижних челюстях и на нижней губе имеется по паре щупиков, служащих органами осязания и вкуса.

Грудь

Грудной отдел тела колорадского жука образован тремя сегментами: переднегрудью, среднегрудью и заднегрудью.

Грудные сегменты несут три пары ходильных ног. Кроме того, на среднегруди и заднегруди находятся крылья. Каждый грудной сегмент покрыт толстыми хитиновыми щитками. Эти щитки соединены более тонким и мягким хитином, что обеспечивает их подвижность по отношению друг к другу.

На спинной стороне жука видна лишь переднегрудь, среднегрудь, заднегрудь и брюшко прикрыты сверху жесткими надкряльями. Надкрылья сверху защищают нежные перепончатые крылья и спинную сторону брюшка с мягкими покровами.

Грудной отдел колорадского жука выполняет локомоторную функцию.

При помощи ног, снабженными острыми коготками, колорадский жук крепко цепляется за веточки и листья и ловко лазает по ним.

Брюшко

Брюшко колорадского жука неподвижно соединено с грудью. Оно состоит из члеников и заметно только снизу. На каждом членике имеются маленькие отверстия – дыхальца.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ

Мышечная система

Мышечная система состоит из различных специализированных мышц. В особенности развита система мышц грудного отдела и конечностей. Подавляющее большинство мышц колорадского жука состоит из поперечнополосатых мышечных волокон, чем обусловлены большая быстрота и точность сокращения мышц.

Крылья колорадских жуков приводятся в движение сильной мускулатурой груди. Особенное значение имеет мышцы, сжимающие грудной отдел в дорзовентральном направлении. Собственные мышцы крыла осуществляют поворот его поверхности в полете (руление). Усиленная работа мышц влечет за собой образование большого количества тепла.

Пищеварительная система

У колорадского жука кишечник состоит из трех отделов – эктодермической передней, энтодермической средней и эктодермической задней кишки. Передняя и задняя кишки выстланы хитиновой кутикулой. Каждый из трех отделов подразделяется на части, выполняющие различные функции.

Передняя кишка начинается ртом. Рот ведет в ротовую полость, которая продолжается в более или менее мускулистую глотку. Глотка ведет в узкий пищевод, а затем мускулистый желудок. В желудке имеются хитиновые зубцы.

С передней кишкой связаны слюнные железы. Слюнные железы представляют собой многоклеточные трубчатые или гроздевидные органы.

Секрет слюнных желез выполняет обычные функции: смачивает и частично растворяет твердую пищу и оказывает инвертирующее действие на сахара и крахмал.

Средняя кишка обладает функцией переваривания и всасывания пищи. Она выстлана изнутри железистым эпителием. Наружная поверхность кишки покрыта короткими волосками. Это многочисленные слепые выросты кишки, наличие которых заменяет отсутствующую у колорадских жуков печень.

В складках (криптах) происходит регенерация железистых клеток эпителия средней кишки, которые постоянно разрушаются.

Задняя кишка начинается в том месте, где в кишечник открываются мальпигиевы сосуды (выделительные органы). В задней кишке происходит всасывание излишка воды из пищевых остатков.

Дыхательная система

Колорадские жуки имеют очень хорошо развитую трахейную систему. Трахеи открываются наружу дыхательными отверстиями – дыхальцами (стигмами). Они расположены по бокам тела: на плевритах грудных сегментов.

Стигмы устроены довольно сложно, они имеют специальные приспособления, защищающие их от засорения и попадания внутрь влаги. Отверстие стигмы окружено утолщением хитина, так называемой хитиновой рамкой.

От дыхалец внутрь тела отходят хитиновые дыхательные трубочки – трахеи. От главных трахейных стволов отходят ответвления в голову, конечности и ко всем внутренним органам.

Трахеи разветвляются на все более и более мелкие, вплоть до тончайших капилляров трахеол. Трахеолы заканчиваются особыми концевыми клетками.

Наличие трахейной системы является благоприятной особенностью для колорадских жуков, так как значительное количество воздухоносных трубок уменьшает плотность их тела, что очень важно при полете.

Кровеносная система и полость тела

Колорадские жуки имеют незамкнутую кровеносную систему, которая сильно упрощена. Кроме сердца и коротенькой аорты, отходящей от сердца, у колорадских жуков совсем нет кровеносных сосудов. Кровь (гемолимфа) циркулирует в полости тела.

Полость тела у колорадского жука образуется от слияния полостей распавшихся целомических мешков с остатками первичной полости. Такую полость называют смешанной или миксоцелием. Она не полностью разделяется продырявленными продольными перегородками на три отдела, сообщающихся между собой. Верхняя часть полости, которая лежит непосредственно под спинными покровами, и в которой помещается сердце, отделена от нижележащей части миксоцеля тонкой перепонкой, имеющей форму свода – верхней диафрагмой. Эта часть миксоцеля называется околосердечным (перикардиальным) синусом. Под ним расположена обширная часть миксоцеля – висцеральный синус, в котором помещаются кишечник, жировое тело, мальпигиевы сосуды и половые органы. Еще ниже на брюшной стороне эта полость отделяется брюшной диафрагмой от третьего участка миксоцеля, называемого периневральным (околонервным) синусом, так как в нем проходит брюшная нервная цепочка. Полость тела колорадского жука продолжается в конечности и заходит в жилки крыльев. Во всех этих органах и разветвлениях миксоцеля циркулирует гемолимфа.

Сердце расположено в перикардиальном синусе, и от него к голове отходит короткая аорта. Из аорты кровь поступает в полость головы, а оттуда в синусы миксоцеля. Это упрощение в строении кровеносной системы связано с очень сильным развитием трахейной системы. Благодаря проникновению мельчайших трахей во все органы и клетки колорадского жука, кровь почти не принимает участия в процессе обмена газов (дыхательная функция) – за ней сохраняется главным образом функция транспорта пищевых веществ (питательная функция) и продуктов окисления (выделительная функция).

Сердце колорадского жука представляет собой трубку, состоящую из нескольких камер. Сзади сердце замкнутое. Между смежными камерами имеются клапаны, которые пропускают кровь только в одном направлении (вперед) и закрываются при обратном движении крови. В каждой камере сердца имеется остий, тоже снабженных клапанами. В перикардиальном синусе сердце подвешено к тергитам при помощи эластических волокон. Сердце имеет тонкие, но мускулистые стенки. Из-под сердца в стороны отходят плоские мышечные пучки треугольной формы – крыловидные мышцы. Они обеспечивают нормальную работу сердца, обусловливают подвижность диафрагмы и ритмичное поступление крови в перикардиальный синус.

Циркуляция крови происходит следующим образом: сердечные камеры сокращаются последовательно одна за другой, начиная от заднего конца сердца к переднему. В момент диастолы (расширения) все клапаны данной камеры открыты, кровь поступает в нее из позади лежащей камеры и через остии – из перикардиального синуса. За этим следует сжатие стенок данной камеры – систола. Под давлением крови клапаны закрываются и кровь может двигаться только вперед, в следующую камеру, которая в это время находится в состоянии диастолы. Таким образом, по сердцу проходит волна сокращений от заднего конца к переднем, и кровь гонится в аорту. Из аорты кровь поступает в полость головы, откуда возвращается назад по синусам миксоцеля, попадает в конечности и движется в брюшной части тела спереди назад, затем поднимается к спинной стороне, проходит в перикардиальный синус и через остии – снова в сердце. Движение крови обусловлено не только сокращением сердца, но также движениями тела, кишечника и изменением степени выпуклости перикардиальной диафрагмы вследствие работы крыловидных мышц.

Выделительная система

Основные органы выделения колорадского жука – мальпигиевы сосуды. Они слепо замкнуты на одном конце и другим концом открываются в кишечник на границе средней и задней кишок. Продукты выделения попадают из мальпигиевых сосудов в задний отдел кишечника и выделяются наружу.

Кроме мальпигиевых сосудов, выделительную функцию у колорадских жуков выполняет также жировое тело. Этот орган занимает промежутки между органами. Поглощая продукты диссимиляции, клетки жирового тела никуда их не отдают, они функционируют в данном случае как «почки накопления».

Нервная система

Нервная система колорадского жука состоит из головного мозга (надглоточный узел), подглоточного узла и ганглиев брюшной неврной цепочки.

Головной мозг колорадского жука представляет собой очень сложный орган, состоящий из трех отделов. Передний отдел головного мозга - протоцеребрум, соответсвующий парному ганглию акрона головы, достигает особенно большого развития. Он состоит из двух полушарий, от которых отходят в стороны сильно развитые зрительные доли, иннервирующие фасеточные глаза. Внутри полушарий различают особые стебельчатые тела. От переднего мозга отходят также зрительные нервы к простым глазкам.

Срдений отдел головного мозга – дейтоцеребрум, меншего объема, соответсвует парному ганглию антеннального сегмента. Он иннервирует усики колорадского жука, а его основая часть дифференцирована в обонятельные доли (органы обоняния помещаются также на усиках).

Задний отдел головного мозга – тритоцеребрум соответсвует парному ганглию интерклярного сегмента головы. От него отходят нервы к верхней губе и берет начало симпатическая нервная система.

Окологлоточными коннективами головной мозг соединятеся с подглоточным узлом, образованным слиянием трех пар ганглиев, соответсвующих мандибулярному, максилярному и нижнегубному сегментам головы. От подглоточного узла отходят три пары нервов: к мандибулам, нижним челюстям и нижней губе.

Затем следуют ганглии брюшной нервной цепочки.

Половая система

Колорадские жуки раздельнополы. Половые органы расположены в брюшке. Как у самцов, так и у самок они состоят из:

парных половых желез (гонад);
проводящих путей полового аппарата;
придаточных половых желез;
приспособлений, обеспечивающих оплодотворение (семяприемника и совокупительной сумки у самок и совокупительных органов у самцов.

Основную часть женского полового аппарата составляют яичники. Это парные железы. Каждый яичник состоит из трубочек, суженных на свободных концах и расширяющихсяпо направлению к яйцеводам, где все трубочки впадают в общий проток яйцевода.

Внутреннее строение яйцевой трубочки следующее. В наиболее тонкой ее части помещаются первичные половые клетки (оогонии), из которых развиваются ооциты. Далее расположены растущие ооциты. Они лежат в один ряд, и каждый ооцит окружен слоем мелких фолликулярных клеток. Таким образом, наиболее зрелый ооцит лежит вблизи выводного отверстия трубочки, открывающегося в яйцеводю по мере откладки яиц их место занимат следующие.

Яйцевые трубочки впадают в яйцеводы. Парные яйцеводы вскоре соединяются в общий непарный яйцевод. Он служит для прохождения яиц и их оплодотворения. В непарный отдел яйцевода открываются протоки придаточных желез, выделяющие вещесмтва, из которых образуются капсулы, окружающие отложенные яйца, а также секреты, при помощи которых откладываемы яйца прикрепляются к листу.

Кроме того, в непарный яйцевод открывается проток семяприемникаж. Семяприемник представляет собой мешочек, в котором помещается введенная самцом сперма.

При спаривании сперма поступает не прямо в семяприемник, а в мешковидный орган – совокупительну сумку, открывающуюся наружу отверстием в концевом отделе непарного яйцевода или впереди от него.

К женскому половому аппарату относится также яйцеклад, который образуется из частей сегментов брюшка и рудиментов конечностей этих сегментов.

Мужской половой аппарат имеет в основном сходный план строения с женским половым аппаратом. Мужские половые железы – семенники – также парные и могут иметь весьма различное строение. От семенников отходят два семяпровода. Семяпроводы соединяются в непарный семяизвергательный канал, конец которого проходит внутрь совокупительного органа. В месте соединения семяпроводов и семяизвергательный канал открываются протоки придаточных желез. Основное значение этих желез заключается в выделении секрета, из которого образуются сперматофоры.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ

Жуки зимуют во взрослом состоянии. Весной они выходят из почвы и вскоре начинают питаться на всходах картофеля и спариваться. Если, как это часто бывает, спаривание происходило осенью, до наступления глубокого зимнего покоя, именуемого диапаузой, то весной, после нескольких дней питания, самки могут начинать откладывать яйца и без дополнительного спаривания. Таким образом, всего одна самка может явиться основательницей нового очага.

Перезимовавшие самки с весны до осени откладывают ярко-оранжевые кладки яйца к нижней стороне листа картофеля. Вскоре из них выходят личинки - темно-бурые, "сгорбленные". Поначалу они могут только выгрызать поверхность листа снизу, но уже после первой линьки способны съесть лист целиком, оставив от него только центральную жилку. Именно этот вид приобретают обычно верхушки картофельных побегов, на которых росли детки жуков ко времени их второй линьки. После нее личинки меняют окраску: они приобретают рыже-розовый, морковный цвет (который им придает пигмент каротин из съеденных листьев) с черными точками. Меняется и поведение насекомых: они распределяются по всему растению, а некоторые перебираются и на соседние (особенно если там нет или мало своих едоков). Такой личинке предстоит перелинять еще раз, а ее четвертый возраст заканчивается тем, что она покидает куст, зарывается неглубоко в землю и окукливается. Через 10-20 дней из куколки выходит жук, выбирается на поверхность и тоже приступает к поеданию картофельной листвы: у многих насекомых личинка и взрослая форма предпочитают разную еду, но у листоедов это не принято.

Длительность их жизненного цикла в зависимости от температуры окружающей среды составляет от месяца до двух.

Молодые, только что вылупившиеся жуки, отличаются поначалу ярко-оранжевым цветом и имеют мягкие покровы. Но спустя всего несколько часов они темнеют, становятся коричневыми с розовым оттенком и вскоре приобретают обычную окраску. Продолжительность жизни взрослых жуков варьирует и в среднем составляет один год. Однако часть жуков может жить 2 и даже 3 года.

Наиболее замечательная физиологическая особенность колорадского жука состоит в многообразии форм покоя. Обычно у насекомых есть одна форма покоя. У колорадского жука их шесть! Первая - зимняя диапауза. Вторая - зимняя олигопауза. Третья - летний сон, в который уходят среди лета на срок от 1 до 10 дней до половины всех перезимовавших особей. Четвертая - летняя длительная диапауза. Пятая - повторная диапауза, проявляющаяся в конце лета у однажды или два (редко три) раза зимовавших и в сезоны вегетации картофеля размножавшихся жуков, выживших до осени. И, наконец, шестая - многолетняя диапауза (суперпауза), которая может длиться 2-3 года. Такая физиологическая пластичность позволяет жуку успешно преодолевать все невзгоды жизни. А для земледельцев - чрезвычайно затрудняет борьбу с вредителем.

На всех фазах жизненного цикла колорадский жук питается исключительно мякотью листьев растений семейства пасленовых, преимущественно картофеля. Личинка в день съедает в среднем около 1/30 грамма зеленой массы, взрослый жук - вчетверо больше.

МЕРЫ БОРЬБЫ

Меры борьбы с колорадским жуком включают карантинные мероприятия и обработку растений при появлении личинок 2-го возраста и в период массового отрождения молодых жуков инсектицидами (пестицидами). Однако колорадский жук показывает высокую устойчивость к ядам и быстро вырабатывает к ним иммунитет. На небольших участках жуков и их личинки обычно собирают вручную и истребляют.

Поскольку колорадские жуки накапливают в своих телах токсичные алкалоиды соланины, содержащиеся в побегах и листьях паслёновых, они несъедобны для большинства птиц и животных. Делаются попытки регулировать численность колорадских жуков при помощи насекомых-энтомофагов, в частности с помощью хищных клопов Podisus maculiventris и Perillus bioculatus. На родине колорадского жука были найдены и специализированные хищники (например, паразит яиц Edovum puttleri). Личинок клопов выпускают на посевы картофеля в период массовой яйцекладки колорадского жука, и они уничтожают яйца, таким образом снижая численность вредителя. Однако, когда массовые выпуски энтомофагов прекращаются, колорадский жук быстро восстанавливает свою численность. Перспективным считается выведение насекомых, уничтожающих личинки жука, но приспособленных для более холодного климата. Возможно также скрещивание колорадского жука с другими видами, что может привести к изменению его «вкусовых» предпочтений.

С развитием биотехнологий появились генетически модифицированные сорта картофеля, содержащие ген токсина бактерии Bacillus turingiensis, смертельный для колорадского жука. Ген экспрессируется (работает) только в наземных частях картофеля, а клубни же не содержат продукта этого гена, поэтому такой картофель считается безопасным.