Бабочки относятся к членистоногим – самым высокоразвитым животным среди беспозвоночных. Свое название они получили за наличие членистых трубчатых конечностей. Другим характерным признаком является наружный скелет, образованный пластинками прочного полисахарида — хинина. У членистоногих вследствие развития прочной наружной оболочки и членистых конечностей появилась сложная система мышц, крепящихся изнутри к покровам. Все движения их частей тела и внутренних органов связаны с мышцами.
1- брюшко
2- грудь
3- голова с усиками
4- хоботок
5, 8, 9- передние, средние и задние ноги
6, 7- первая и вторая пара крыльев
Тело бабочек состоит из трех отделов: головы, груди и брюшка. Перепончатой короткой и мягкой шеей голова скреплена с грудью, состоящей из трёх неподвижно соединённых друг с другом сегментов. Места соединения не заметны. Каждый из сегментов несёт по паре членистых ног. На груди у бабочек имеется три пары ног. Передние лапки самцов нимфалид, сатиров голубянок недоразвиты; у самок они развиты сильнее, но при ходьбе также не используются и всегда прижаты к груди. У парусников и толстоголовок все ноги развиты нормально, а голени их передних ног снабжены лопастевидными образованиями, которые, как полагают, используются для чистки глаз и усиков. У бабочек ноги служат в основном для закрепления на определённом месте и только потом — для передвижения. У некоторых бабочек на ногах расположены вкусовые рецепторы: до того, как такая бабочка коснётся конечностью сладкого раствора, она не развернёт хоботок и к еде не приступит.
На голове расположены ротовой аппарат, усики и глаза. Ротовой аппарат сосущего типа – это нечленистый, в покое спирально завитой, длинный трубчатый хоботок. В его образовании принимают участие нижние челюсти и нижняя губа. Верхние челюсти у бабочек отсутствуют. Во время приема пищи бабочка расправляет длинный хоботок, погружая его в глубь цветка, и высасывает нектар. В качестве основного источника пищи взрослые чешуекрылые используют нектар, поэтому входят в число основных опылителей цветковых растений. У всех насекомых и у бабочек в том числе есть особый орган, называемый джонсовым, предназначенный для анализа тряски и звуковых колебаний. С помощью этого органа насекомые не только оценивают состояние физической среды, но и общаются между собой.
Бабочки имеют совершенную нервную систему и органы чувств, благодаря чему они прекрасно ориентируются в окружающей обстановке, быстро реагируют на сигналы опасности. Нервная система, как и у всех членистоногих, состоит из окологлоточного кольца и брюшной нервной цепочки. В голове в результате слияния скоплений нервных клеток образуется головной мозг. Эта система руководит всеми движениями бабочки, кроме таких непроизвольных функций, как циркуляция крови, пищеварение, дыхание. Исследователи полагают, что данные функции контролирует симпатическая нервная система.
1- органы выделения
2- средний отдел кишечника
3- зоб
4- сердце
5- передний отдел кишечника
6- толстый кишечник
7- половые органы
8- нервный узел
9- мозг
Кровеносная система, как у всех членистоногих, незамкнутая. Кровь непосредственно омывает внутренние органы и ткани, находясь в полости тела, передавая им питательные вещества и унося к органам выделения вредные продукты жизнедеятельности. Она не участвует в переносе кислорода и углекислого газа, то есть в дыхании. Ее движение обеспечивается работой сердца – продольной мускулистой трубки, расположенной в спинной части над кишечником. Сердце, ритмично пульсируя, гонит кровь в головной конец тела. Обратному току крови препятствуют клапаны сердца. Когда сердце расширяется, кровь поступает в него из задней части тела через его боковые отверстия, снабженные клапанами, которые не допускают обратного оттока крови. В полости тела, в отличие от сердца, кровь течет от переднего конца к заднему, а затем, попадая в сердце в результате его пульсации, снова направляется к голове.
Дыхательная система представляет собой густую сеть разветвленных внутренних трубочек – трахей, по которым воздух, попадая через наружные дыхальца, доставляется непосредственно ко всем внутренним органам и тканям.
Выделительная система – это пучок тонких трубочек, так называемых мальпигиевых сосудов, расположенных в полости тела. Они на вершинах замкнуты, а основаниями открываются в кишечник. Продукты обмена отфильтровываются всей поверхностью мальпигиевых сосудов, а потом внутри сосудов превращаются в кристаллы. Затем они попадают в полость кишечника и вместе с непереваренными остатками пищи выделяются из организма. Некоторые вредные вещества, особенно яды, накапливаются и изолируются в жировом теле.
Половая система самок состоит из двух яичников, в которых происходит образование яиц. Яичники, переходя в трубчатые яйцеводы, основаниями сливаются в единый непарный яйцевод, по которому зрелые яйца выводятся наружу. В половой системе самки имеется семяприемник – резервуар, куда поступают сперматозоиды самцов. Зрелые яйца могут оплодотворяться этими сперматозоидами. Органы размножения самца – это два семенника, переходящие в семяпроводы, которые объединяются в непарный семяизвергательный канал, служащий для выведения спермы.
Популярные новости
Ученые построили модель обонятельной системы бражника Manduca sexta. На небольшом количестве информации они смогли воспроизвести то, как насекомые обучаются в природе. При этом на обучение современных искусственных нейросетей требуется на порядки больше данных. Препринт с результатами работы опубликован на сервере arXiv.org.
Искусственные нейросети с глубоким обучением могут хорошо распознавать образы на основе представленных в обучающей выборке. Однако, несмотря на название, эти системы существенно отличаются от естественных нейросетей животных. Соответственно, многие процессы, в том числе и обучение, по-видимому, происходят в них совсем по-разному. Это различие подтверждает тот факт, что эффективность обучения живых организмов (например, насекомых) и искусственных структур сильно разнится.
В новой работе ученые построили компьютерную модель, которая воспроизводит структуру обработки обонятельной информации у бабочки. Она состоит из пяти модулей: 30 000 рецепторов, обонятельной доли мозга, грибовидного тела, бокового рога мозга и слоя внешних нейронов. Рецепторы считывают информацию о молекулах и передают сильно зашумленный сигнал. В обонятельной доле он усиливается. Считается, что клетки грибовидного тела хранят информацию о запахах. Боковой рог управляет нейронами в грибовидном теле. Внешние нейроны преобразуют сигнал в поведенческую команду, например, такую как «лететь направо».
Эта система во многом отличается от искусственных нейросетей. Например, обонятельная доля представляет информацию в пространстве низкой размерности, в то время как грибовидные тела пользуются многомерным пространством параметров. В то же время все слои искусственных нейросетей обычно пользуются информацией одинаковой размерности. Кроме того, у насекомых иная система вознаграждения. Если бабочка получает искомый сигнал, нейромедиатор октопамин массово выбрасывается по всей обонятельной доле и грибовидному телу. Без этой системы обонятельного обучения попросту не происходит. Меж тем, у искусственных нейросетей обучение обычно происходит посредством обратного распространения ошибки, то есть передачи информации в обоих направлениях, чего не происходит в природе.
Созданная авторами новой работы программа продемонстрировала все основные свойств обучения реальных насекомых, в частности, она преобразовывала зашумленный сигнал с рецепторов в однозначное указание действия на внешних нейронах. «Наша модель может надежно обучаться новым запахам и демонстрирует статистические свойства срабатывания нейронов, совпадающие с реальными», — говорят авторы статьи. Ученые надеются, что их работа позволит создать новые системы машинного обучения, способные обучаться на небольшом количестве примеров.
Насекомые – самые многочисленные животные нашей планеты, распространившиеся практически повсеместно. Порой, эти существа демонстрируют отнюдь не заурядные способности: одни обладают отличной памятью, другие без труда планируют эффективные маршруты, справляясь с логическими задачками не хуже людей. Но как им это удается? Есть ли у насекомых мозг? Об их строении и умственных талантах мы и поговорим.
Особенности насекомых
Насекомые – отдельный класс беспозвоночных членистоногих животных, освоивший все мыслимые и немыслимые экологические ниши. Они обитают в воде, могут передвигаться по воздуху и под землей и встречаются даже в Антарктиде.
Внешний вид и расцветка насекомых очень разнообразны, а их размеры колеблются от 0,2 миллиметров до 30-40 сантиметров. Их симметричное тело состоит из нескольких отделов и сверху покрыто кутикулой из хитина, защищающей его от повреждений. У всех насекомых только три пары ног, что отличает их от других членистоногих. Многие виды обладают крыльями. Но конструкция их сильно отличается от крыльев птиц, представляя собой тонкие пластины, пронизанные жилками, которые играют роль каркаса.
Умственные способности насекомых всегда были спорным вопросом. В древности им нередко приписывали человеческие черты и считали интеллектуалами животного мира. Века спустя все изменилось, и внимание ученых было приковано к млекопитающим. С развитием нейронаук и психологии ученые снова обратили свой взгляд к насекомым, разглядев в них потенциал к усвоению новой информации.
Есть ли у насекомых мозг?
В нашем восприятии насекомые часто воспринимаются как примитивные создания. По строению и поведению он, действительно, уступают человеку и другим млекопитающим. Однако на вопрос, есть ли у насекомых мозг, ответ будет положительным.
Их центральная нервная система представлена цепочкой нервных узлов ганглиев, которые соединены между собой одиночными или парными стволами нервных волокон. В передней части ЦНС находится мозг. Конечно, он совсем не похож на человеческий, и очень упрощен в сравнении с ним. Мозг насекомых состоит из трех ганглиев, сросшихся друг с другом. Каждый из них представляет один отдел:
- Протоцеребрум – отвечает за зрение и сложное поведение.
- Дейтоцеребрум – отвечает за антенны, или усики насекомых.
- Тритоцеребрум – отвечает за мышцы вокруг рта и деятельность внутренних органов.
Первые два отдела особенно важны для взаимодействия насекомых с окружающим миром и своими собратьями. Ученые отмечают, что протоцеребрум у видов с более сложным поведением развит лучше, а количество в нем грибовидных тел, отвечающих за выработку устойчивых ассоциаций, больше. Например, у пчелы около грибовидные тела занимают около 20% объема мозга, а у мухи дрозофилы только 2%.
Отдел дейтоцеребрум не менее полезен. Он отвечает не столько за умственные способности животных, сколько за их ориентацию в пространстве. Усики насекомых, которые контролирует этот отдел, являются органами чувств и выполняют множество функций одновременно. Они могут заменять зрительные, слуховые, осязательные, обонятельные рецепторы и чувствовать температуру воздуха.
Разум насекомых
Теперь, когда мы узнали, есть ли у насекомых мозг, давайте разберемся, на что он способен. Начнем с того, что его размеры невероятно малы. Весить он может всего один миллиграмм, и содержать около 100 миллионов нейронов. У человека же мозг весит 1,5-2 килограмма и содержит 100 миллиардов нейронов. Несмотря на это, насекомые могут выполнять довольно сложные действия и способны обучаться.
Большую роль в их жизни играют врожденные орнаменты поведения и реакции. По сравнению с млекопитающими, у них гораздо больше автоматизированных действий. Но еще в прошлом столетии ученые выяснили, что жизнь насекомых не состоит из одних только инстинктов и безусловных рефлексов, а включает накопленный индивидуальный опыт. В случае с коллективными насекомыми, опыт одной особи может передаваться «товарищам» при помощи научения. Так, у муравьев могут появляться свои безопасные тропки и места для выращивания тли, которые не изменяются годами.
Обучение
Интеллект насекомых позволяет им усваивать новую информацию и использовать ее для поисков пищи. Например, пчела отлично различает цвета и запоминает расположение объектов. По ним она и ориентируется, чтобы возвращаться по нескольку раз к цветку, в котором нашла много нектара. Кроме того, она запоминает и время, когда бутон был раскрыт.
Как показали недавние исследования, шмели тоже способны к обучению. В Лондонском университете их сумели научить закатывать мячик в обозначенное место для получения сладкого сиропа. После того как им несколько раз показали принцип действия, шмели легко запомнили и повторяли его.
Навигация
Насекомые отлично ориентируются в пространстве и могут без труда находить места, где бывали ранее. Медоносные пчелы и муравьи запоминают обстановку нужной им локации, а также объекты-маркеры по дороге к ней. В отличие от них, жуков-навозников не останавливает даже ночь. Для поиска нужного пути они полагаются на звезды, а именно на Млечный путь, который отчетливо видно в ясную погоду.
Шмели, относящиеся к семейству настоящих пчел, тоже прекрасно ориентируются. Помимо запоминания местности, они способны прокладывать к местам кормежки наиболее эффективные маршруты. Ученые утверждают, что решая задачку коммивояжера, они используют те же схемы и алгоритмы, которые используют и люди.
