Как изучают насекомых

Поскольку энтомология – это часть науки зоологии, она включает в себя и все те дисциплины, которыми занимается зоология. Энтомология, как и любая отрасль науки о животных, рассматривает:

– анатомию насекомых;

– физиологию;

– историю эмбрионального и постэмбрионального развития;

– биологию;

– палеоэнтомологию;

– учение о географическом распространении насекомых;

– классификацию и систематику насекомых.

Общая энтомология занимается изучением строения, жизнедеятельности насекомых, их индивидуального развития. Также общая энтомология изучает многообразие форм насекомых и их экологию. Из общей энтомологии выделяются также прикладные дисциплины. Это сельскохозяйственная, лесная, медицинская и ветеринарная энтомология. Прикладная энтомология занимается прежде всего изучением насекомых, наносящих вред растениям и живым существам, а также полезных для человека насекомых.

Прикладная энтомология начала развиваться несколько раньше остальных ветвей этой науки. Ведь среди насекомых – множество вредных для человека, сельскохозяйственных угодий, лесов. А есть и полезные, такие как пчелы или шелкопряды. И человечество старалось изучать особенности насекомых, чтобы найти средства борьбы с ними или, наоборот, способы им помочь. Значение прикладных отраслей энтомологии подтверждается появлением все новых энтомологических сообществ и специализированных изданий.

Особенно активно велись поиски методов борьбы с насекомыми, вредящими человеку, разносчиками болезней. В то же время, изучая насекомых, вредящих культурным растениям, ученые получили много новой и полезной информации, и не только в практическом отношении – выясняя, как можно бороться с вредителями, – но и в теории. Исследования дали обширную информацию по вопросам паразитизма насекомых, по способам их размножения. Серьезные исследования образа жизни и особенностей вредных для человека насекомых позволяют разрабатывать эффективные методы борьбы с ними.

Благодаря изучению насекомых энтомологи обнаружили высокую сложность взаимоотношений между их видами. В частности, это явления паразитизма и симбиоза. Паразитизм наиболее часто встречается у перепончатокрылых и двукрылых. При этом некоторые паразиты живут за счет одного определенного вида насекомых, другие же используют в своих целях самые разные виды. Это открытие обладает, помимо чисто научной, и практической ценностью. Ведь если обнаружить насекомое-паразит и привлечь его к борьбе с вредными насекомыми, то такие меры будут не только высокоэффективными, но и экологически безопасными.

Симбиоз особенно часто встречается в «обществе» термитов и муравьев. Жизнь симбионтов тесно связана с жизнью хозяев.

Значение насекомых в нашей жизни сложно переоценить. Согласно последним данным, только благодаря насекомым на Земле появились все цветковые (покрытосемянные) растения. Даже растения, опыляемые ветром (анемофильные), произошли от растений, опылявшихся насекомыми. А растительная пища, как известно, составляет около 50 % рациона человека. И целых 15 % растительной пищи, важной для существования людей и сельскохозяйственных животных, зависит от насекомых-опылителей.

Насекомые на страже закона

К особой ветви энтомологии относится судебно-медицинская энтомология. Эта наука появилась сравнительно недавно, и занимается она изучением особенностей развития насекомых на трупе. Благодаря насекомым судебные медики могут определить многие особенности смерти человека, и это помогает в раскрытии преступлений.

О насекомых-«детективах» можно прочесть в документах, датируемых XIII веком. Например, в китайском манускрипте 1235 года «Очищение от зла» описана такая история. Древний следователь столкнулся с необходимостью найти убийцу, который зарезал крестьянина на рисовом поле. От местных жителей ему ничего не удалось узнать. И он приказал собрать их всех на деревенской площади. Крестьяне должны были прийти с серпами, своими орудиями труда. Они сложили серпы на землю, и спустя некоторое время стало заметно, что к одному из серпов слетаются мухи. При осмотре заметили, что на лезвии серпа есть следы крови. Хозяин серпа признал свою вину.

С незапамятных времен известно, что мухи, двукрылые насекомые, первыми появляются на трупе. Впоследствии судебная энтомология обросла большим количеством подобных фактов. Очень многое для ее развития сделали натуралисты. Например, в книге Ж. А. Фабра «Нравы насекомых», изданной в 1898 году, описываются насекомые-«санитары», утилизирующие тела животных за несколько дней.

Некоторые историки даже назвали дату «рождения» такой науки, как судебная энтомология. Это 1668 год, в котором появилась работа итальянского врача и натуралиста Франческо Реди (1626–1697). В ней исследователь впервые доказал, что «мясные черви» – это личинки мух. Ранее ученые были уверены в самопроизвольном зарождении таинственных насекомых.

Только спустя почти 200 лет в судебной медицине начали использовать результаты исследований, посвященных насекомым. Эта информация помогала медикам определять предполагаемое время захоронений. Но по-настоящему прикладной характер эта наука обрела в 1850 году, когда французский исследователь М. Бержере с помощью познаний в энтомологии смог раскрыть преступление. Он же впервые доказал, что с помощью насекомых можно установить давность смерти человека.

Франческо Реди

Первая школа судебной энтомологии появилась спустя еще несколько десятков лет. Пьер Менье, ее основатель, опубликовал свои исследования в статье «О применении энтомологии в судебной медицине» в 1883 году, а в 1894 году увидел свет его труд «Фауна трупа».

В нашей стране заметный вклад в судебную энтомологию внес В. П. Петров. В 1968 году он одним из первых предложил схему определения времени смерти по насекомым. Ученый был убежден, что энтомология помогает не только в определении времени смерти, но и позволяет уточнить место этого события.

Современная наука шагнула значительно дальше. Исследователи разработали разнообразные методы, с помощью которых по насекомым и их генетическому анализу удается доказать контакт между жертвой и преступником.

Изначально судебная энтомология рассматривалась в достаточно узком аспекте. Исследователей интересовали прежде всего пути раскрытия преступлений с помощью насекомых. Современная наука этим не ограничивается. В судебной энтомологии наших дней можно выделить три направления.

Судебно-медицинское направление помогает установить время и место смерти человека, обнаружить обстоятельства, которые могли привести к трагедии.

Эколого-исследовательское направление занимается изучением последствий воздействия насекомых на человека и его среду обитания. Это направление изучает также применение пестицидов, которое привело к заболеваниям или гибели людей.

Исследовательское направление изучает случаи загрязнения пищевых продуктов насекомыми.

Каким же образом насекомые помогают следователям? Все дело в их предпочтениях. Например, энтомологи знают, что отдельные виды падальных мух предпочитают обитать в городах (лат. Calliphora vicina). Другие (лат. Calliphora vomitoria), напротив, живут преимущественно в сельской местности. Соответственно, если погибший насильственной смертью человек обнаружен в деревне, но на нем нашли личинки мух-«горожанок», можно предположить, что преступление произошло в городе, после чего тело по каким-то причинам перевезли. Иногда даже такой, казалось бы, незначительной детали достаточно для раскрытия серьезного преступления.

Муха синяя красноголовая (Calliphora vicina)

Муха синяя мясная черноголовая (Calliphora vomitoria)

О передвижениях транспортного средства могут «рассказать» многие насекомые. Некоторые из них обнаруживаются на фарах, – ведь их привлекает свет. Многих мелких насекомых можно занести в салон автомобиля на обуви. Все эти детали в случае необходимости помогают следствию увидеть более полную картину преступления.

Насекомые помогают ученым

Исследователи-палеоэнтомологи загорелись идеей воссоздать в современном мире древних насекомых. Ведь по данным науки, несколько тысячелетий назад насекомые были во много раз крупнее своих потомков. Например, размах крыльев стрекозы мог достигать 70 см! Существовала гипотеза, объясняющая такую разницу в размерах между древними и современными насекомыми. Ученые предположили, что во всем виноват… кислород. Когда-то давно, много тысяч лет назад, концентрация кислорода в воздухе была значительно выше.

Американские ученые из Университета штата Аризона под руководством Джона ван ден Брукса решили проверить эту гипотезу экспериментальным путем.

Ученые поставили перед собой задачу определить, как количество кислорода влияет на эволюцию и физиологические особенности различных видов. При изучении окаменелостей, обнаруженных в палеонтологических раскопках, Джон ван ден Брукс столкнулся с очевидной трудностью: как определить, что происходило в древности, если мы точно не знаем, как обстоит дело сейчас?

Сначала ученый намеревался провести эксперимент на крокодилах, как одних из самых древних животных. К сожалению, для взросления этим созданиям нужно 17 лет. Поэтому исследователь обратил внимание на насекомых, жизненный цикл которых значительно короче. Его группа начала выращивать в лаборатории стрекоз, тараканов, кузнечиков.

Участниками первых экспериментов стали жуки и плодовые мушки. Плодовые мушки в среде с высоким содержанием кислорода значительно увеличились в размерах. Успех опыта окрылил ученых, и они продолжили эксперименты.

Сложнее всего было со стрекозами, ведь эти красивые насекомые – хищники, и им необходима охота. Удалось вырастить только 75 особей, по 25 в каждой из трех групп. Группы подразделялись по концентрации кислорода. Самое высокое количество этого газа в воздухе из известных показателей – 31 %, современный уровень – 21 % и, наконец, самый низкий из известных показателей – 12 %. При наиболее высоком содержании кислорода стрекозы выросли на 15 % крупнее, чем в обычных условиях. При низких содержаниях кислорода насекомые уменьшились на 20 %. Даже руководствуясь этими цифрами, можно делать предположение об изменениях кислородного состава на нашей планете.

С тараканами, гораздо менее прихотливыми созданиями, удалось поработать в семи группах: от 12 % до 40 % содержания кислорода.

Почти все группы «подопытных» в атмосфере, перенасыщенной кислородом, росли значительно быстрее. При более низком уровне кислорода у большинства видов (10 из 12) отмечалось уменьшение размеров. Это также соответствовало первоначальным предположениям.

Однако тараканы удивили ученых. При наиболее высокой концентрации кислорода они росли в два раза медленнее. Почему? Исследователи параллельно занялись и этим вопросом. Трахейные трубки «экспериментальных» тараканов, используемые для дыхания, значительно меньше. То есть, по сути, насекомые приспособились и поглощают практически такое же количество кислорода, как и в современном мире. А при сниженной концентрации кислорода их трахейные трубки значительно увеличиваются.

Впрочем, кислород все же оказал влияние на физиологическое развитие тараканов. При высоком содержании кислорода они более активно размножались. Эти результаты были получены в 2010 году.

Работы ученых продолжаются. Исследователи намерены тщательно изучить «ископаемых» тараканов, например тех, которые сохранились в янтаре. Они уверены: это может привести к получению новой информации об эволюции на планете. Ведь в зависимости от толщины трахей у тараканов прошлого можно определить количество кислорода в окружающей среде тысячелетия назад.

Джон ван ден Брукс обнаружил в янтаре насекомых, у которых сохранились трахеи, и смог их измерить. В настоящее время он занимается исследованием поведения насекомых в среде, богатой кислородом. Для этих целей используются высокоскоростные камеры наблюдения, точнейшие электронные весы и другие технические новинки.

Защитим тех, кто слабее нас!

К сожалению, в процессе развития энтомологии пострадали очень многие виды безвредных и полезных насекомых. Происходило это в результате непродуманной хозяйственной деятельности человека, попыток избавиться от сельскохозяйственных вредителей с помощью недостаточно исследованных химических средств и по многим другим причинам.

Степной толстун (Bradyporus multituberculatus)

Степная дыбка (Saga pedo Pall.)

Ученых тревожит уменьшение численности обитателей юга и средней полосы России – бескрылых кузнечиков. Два их вида – степной толстун (лат. Bradyporus multituberculatus) и степная дыбка (лат. Saga pedo Pall.) – постепенно исчезают с лица Земли. Эти создания совершенно безвредны. Они отличаются большими размерами и привлекают людей в качестве сувениров…