Полёт

Мышечный механизм полёта насекомого представляет исключительный интерес, поскольку ничего подобного не существует у других животных. Полёт происходит благодаря движению (взмахам) крыльев, являющихся выростами латеральных частей средне- и заднегрудных тергитов. У равнокрылых, стрекоз, златоглазок и других примитивных отрядов насекомых движения обеих пар крыльев независимы. У равнокрылых стрекоз, например, когда одна пара крыльев поднимается, другая опускается.

У молей и бабочек, пчёл и ос и некоторых других насекомых оба крыла одной стороны удерживаются вместе или сцеплены различными крючками, щетинками или складками, так что обе пары работают синхронно. У большинства жуков и некоторых настоящих клопов передние крылья представляют собой твёрдые панцирные пластинки, а для полёта используются только задние крылья. У Stylopoidea (веерокрылые) передняя пара крыльев редуцирована, а у двукрылых (Diptera) редуцирована задняя пара; таким образом, в обеих этих группах насекомых имеется по одной паре летательных крыльев.

Крылья насекомого функционируют одновременно и как пропеллеры самолёта, и как направляющие поверхности, создающие поток воздуха над крыльями. Однако крыло не работает точно как пропеллер, поскольку траектория его движения представляет собой синусоиду, и, если насекомое закреплено, вершина крыла описывает восьмёрку. Другими важными компонентами тела, обеспечивающими полет, являются экзоскелет и мускулатура. Крепкий, упругий и гибкий экзоскелет легко поглощает и высвобождает энергию. Жизненно важная роль этих механических свойств экзоскелета и связанной с ним специализированной мускулатуры состоит в сохранении кинетической энергии, образующейся при взмахе крыльев, для использования её при непроизвольном опускании крыльев. Такой экономный расход энергии обусловлен биохимическими особенностями белка резилина, синтезирующегося в сочленениях насекомых, и в частности в основании крыльев. В силу подвижности своих аминокислотных цепей этот белок обладает почти абсолютной эластичностью и способен возвращать 97% энергии, накапливающейся в нем при сжатии и растяжении.

Движением крыльев насекомого в полете управляют 9 или 10 пар функционально различных мышечных групп, относящихся к каждому из двух птероторакальных (несущих крылья) сегментов. Состав этих мышц неодинаков у разных отрядов насекомых. Мышцы прямого действия называются так, потому что они, начинаясь от плейральной и стернальной областей груди, прикрепляются непосредственно к склеритам крылового сочленения. Эти мышцы обеспечивают движение крыльев при так называемом синхронном полёте. Эти мышцы состоят из важных базалярной и субалярной групп и отходят от стернальной или плейральной областей или от кокс, прикрепляясь дорсально к базалярным и субалярным склеритам крылового сочленения или к верхним склеритам боковой части груди.

В группе неоптероидных насекомых мышцы, складывающие крылья, связывают плейральную область груди также с третьим аксиллярным склеритом крылового сочленения. Мышцы непрямого действия, которые называются так потому, что они не прикрепляются непосредственно к крыльям, служат основными эффекторами при движении крыльев при асинхронном полете. Они идут вертикально и продольно через мезо- и мета-торакальные сегменты и при своём сокращении деформируют грудь, что вызывает движение прикреплённых к ней крыльев. Дорсо-вентральные мышцы непрямого действия поднимают крылья, а дорсальные продольные мышцы непрямого действия опускают их.

В разных группах насекомых движения крыльев при полете вызываются механизмами двух типов — синхронным и асинхронным (рис. 5.26), — которые обеспечиваются соответственно двумя типами крыловой мускулатуры. Большинство летающих насекомых имеют синхронные летательные мышцы прямого действия, которые сокращаются и расслабляются непосредственно в ответ на нервные импульсы (рис. 5.26,А, Б). Нервные импульсы непосредственно регулируют ритм сокращений этих мышц и координируют их движения. Четыре отряда насекомых — жуки (Coleoptera), перепончатокрылые (Hymenoptera), мухи, комары и близкие к ним формы (Diptera) и некоторые настоящие клопы и тли (Hemiptera) — имеют асинхронно работающие летательные мышцы непрямого действия (рис. 5.26, В, Г). У этих насекомых летательные мышцы сокращаются и расслабляются с частотой, намного превышающей частоту поступления к ним сигналов от нервной системы. Координированные взмахи крыльев в этом случае обусловлены механическими свойствами экзоскелета и уникальными сократительными свойствами фибрилл летательных мышц непрямого действия. На рис. 5.26 механизмы обоих типов полёта изображены схематично; на самом деле расстояния между различными точками очень малы, и существует ещё сложная дополнительная мускулатура.

5.26. Синхронные и асинхронные летательные мышцы
А, Б. Синхронные летательные мышцы. А. Сокращение внутренней пары мышц в первой секции груди передает усилие на рычагоподобную часть основания крыла, что приводит к его подъему. Б. Последующее сокращение более сильной пары наружных мышц вызывает движение крыльев вниз. В, Г. Асинхронные летательные мышцы. Наружные мышцы сокращаются в вертикальном направлении, а внутренние — в горизонтальном. Это происходит поочередно и в колебательном ритме. Сокращение мышц деформирует грудь, в результате чего крылья поднимаются (В) или опускаются (Г).