Биология. В 3-х томах. Т. 3

Рис. 17.39. Поперечный разрез через грудь насекомого (вид спереди). Показаны отношения между крыльями, стенками груди и мышцами при полете

У крупных крылатых насекомых, таких как бабочки или саранча, крылья совершают от 5 до 50 взмахов в секунду (табл. 17.5). У них отдельные сокращения мышц вызываются одиночными нервными импульсами. Импульсы здесь генерируются с частотой, равной частоте взмахов. Летательные мышцы, работающие таким образом, называются синхронными. У комнатной мухи, у которой частота взмахов составляет 120-200 в 1 с, летательные мышцы должны работать слишком быстро для того, чтобы каждое сокращение могло быть ответом на отдельный нервный импульс. Такие мышцы называются асинхронными, и к ним поступает один нервный импульс приблизительно на 40 взмахов крыла; эти импульсы нужны для поддержания мышцы в активном состоянии во время полета. Такая мышца может дольше сокращаться и развивать большую мощность, чем синхронная мышца.

Таблица 17.5. Скорость работы крыльев у разных насекомых

Как общее правило, чем меньше насекомое, тем быстрее оно машет крыльями. У многих насекомых (у саранчи, стрекоз и др.) две пары крыльев. В некоторых случаях (например, у пчел) обе пары работают синхронно; в других случаях задняя пара несколько опережает переднюю, как, например, у саранчовых. У других насекомых (мухи, жуки) только одна пара крыльев. У комнатной мухи задние крылья редуцированы и превращены в жужжальца — булавовидные образования, выполняющие сенсорную функцию. Во время полета они быстро колеблются, воспринимают аэродинамические силы и доставляют информацию, необходимую для поддержания стабильности полета. У некоторых (очень немногих) насекомых, например у блох, крыльев нет совсем. Асинхронная мышца способна автоматически сокращаться в ответ на растяжение (так называемый рефлекс на растяжение), не дожидаясь очередного нервного импульса.

Асинхронный полет детально изучил Буттигер у мухи Sacrophaga bullata. При полете по прямой линии крылья у нее описывают в воздухе "восьмерку". Тягу и подъемную силу в основном создает движение крыльев вниз; при этом крылья смещаются также вперед, и задний их край несколько приподнят по отношению к переднему. При подъеме крыло движется вверх и назад и его задний край опущен по отношению к переднему. В таком положении крыло испытывает наименьшее сопротивление воздуха и в то же время обеспечивает большую подъемную силу.

При подъеме крыла сокращаются дорсовентральные мышцы. В результате тергит опускается и место сочленения крыла с тергитом оказывается ниже сочленения его с боковой стенкой груди (рис. 17.39). Сопротивление тергита его смещению вначале возрастает. Однако в критический момент сопротивление исчезает и крыло щелчком "перескакивает" в поднятое положение. При этом продольные мышцы растягиваются, что приводит к их немедленному рефлекторному сокращению. Теперь тергит выгибается вверх, и место соединения его с крылом оказывается выше сочленения крыла с боковой стенкой. Сопротивление такому смещению опять-таки преодолевается "щелчком", и крыло совершает резкое движение вниз. При этом дорсовентральные мышцы в свою очередь подвергаются растяжению, что заставляет их сократиться, и весь цикл повторяется снова.

17.6. У насекомых в летательных мышцах саркоплазматический ретикулум для увеличения поверхности оказывается продырявленным через определенные интервалы. Как можно объяснить смысл этого?

17.7. Можно ли ожидать, что объем саркоплазматического ретикулума в синхронных и асинхронных мышцах окажется различным? Аргументируйте свой ответ.

17.7. Локомоция позвоночных

17.7.1. Плавание рыб

Относительная плотность воды, особенно морской, очень высока и во многие сотни раз превышает плотность воздуха. Вода представляет собой относительно вязкую среду для перемещения в ней, но благодаря своей плотности она может обеспечивать опору для тела рыбы, а также служит субстратом, от которого рыба может отталкиваться при плавании.