Метаморфоз насекомых: превращение гусеницы в бабочку¶

Метаморфоз — процесс биологического превращения, в ходе которого насекомое меняет свою форму тела, переходя из личиночной стадии во взрослую (имаго). У бабочек (отряд чешуекрылых) этот процесс называется полным метаморфозом и включает четыре фазы развития: яйцо, гусеница (личинка), куколка (пупа) и имаго (взрослая бабочка). Термин происходит от греческого «метаморфосис» — «превращение».

¶Полный и неполный метаморфоз

В биологии различают два типа превращения насекомых:

• Полный метаморфоз (голоболия) — развитие с чёткой сменой четырёх стадий. Личинка кардинально отличается от взрослой особи по строению, образу жизни и питанию. К полному метаморфозу относятся жуки, мухи, пчёлы, перепончатокрылые и бабочки.
• Неполный метаморфоз (гемиболия) — развитие без стадии куколки, с тремя фазами: яйцо, нимфа (личинка), имаго. Нимфа похожа на взрослую особь, но меньше и без крыльев. Так развиваются тараканы, кузнечики, стрекозы, клопы.

У чешуекрылых полный метаморфоз обеспечивает разделение экологических ниш: гусеница и бабочка питаются разной пищей и не конкурируют между собой.

¶Стадии развития

¶Яйцо

Самка откладывает яйца на конкретные растения — кормовые, на которых будет питаться будущая гусеница. Размер яйца составляет доли миллиметра, форма и окраска зависят от вида. Внутри развивается зародыш, питающийся желтком. Срок инкубации — от нескольких дней до нескольких недель в зависимости от температуры и вида.

¶Гусеница (личинка)

Основная функция гусеницы — питание и накопление массы. Тело гусеницы мягкое, сегментированное, с тремя парами грудных ног и, как правило, пятью парами брюшных «ложных» ног. Гусеница проходит пять возрастов (линёк), между которыми сбрасывает хитиновый покров, так как он не растягивается. За время личиночного развития гусеница увеличивает массу в сотни и тысячи раз. Пищеварительная система развита мощно, ротовые органы грызущего типа.

¶Куколка (пупа)

Перед окукливанием гусеница прекращает питание, находит укрытие или прикрепляется к субстрату шёлковой нитью (появляется у многих видов), линяет последний раз и превращается в куколку. У дневных бабочек куколка открытого типа (хризалида), у ночных — часто в шёлковом коконе или под землёй.

Внутри куколки происходит гистолиз — распад большинства личиночных тканей под действием ферментов, и гистогенез — формирование взрослых органов из зародышевых клеток (имагинальных дисков), заложенных ещё в стадии гусеницы. Крылья, хоботок, сложные фасеточные глаза, длинные ноги и репродуктивная система формируются именно на этой стадии. Процесс длится от одной-двух недель до нескольких месяцев; у некоторых видов куколка впадает в диапаузу (зимовку).

¶Имаго

Взрослая бабочка покидает куколку, расправляет крылья и после их высыхания начинает летать. Основная функция имаго — размножение. Ротовой аппарат видоизменён: у большинства бабочек это хоботок для нектара, у некоторых видов редуцирован, и взрослая особь не питается. Продолжительность жизни имаго — от нескольких дней до нескольких месяцев.

¶Биохимия процесса

Превращение регулируется гормонами: эксдизон (ювенильный гормон) поддерживает личиночное состояние, а при снижении его концентрации начинается окукливание. Гормон эцизон запускает линьки и метаморфоз. Управляет выработкой этих гормонов нейросекреторные клетки мозга и нейроэндокринные железы (кардибодиальные тела).

¶Пример: шелкопряд

Классический пример полного метаморфоза — тутовый шелкопряд (Bombyx mori), одомашненный более 5000 лет назад в Китае. Гусеница шелкопряда за 25–30 дней увеличивает массу в тысячи раз, затем плетёт шёлковый кокон (длина нити до 1500 метров) и окукливается. Через две-три недели выходит бабочка, не питающаяся и живущая около недели. Шелководство использует именно стадию куколки: кокон разматывают до выхода имаго.

¶Значение метаморфоза

Полное превращение даёт насекомым экологическое преимущество: личинка и взрослая особь используют разные ресурсы, что снижает внутривидовую конкуренцию. Метаморфоз позволяет также занять новые среды обитания — например, гусеницы живут на растениях, а бабочки расселяются на большие расстояния. Благодаря этому чешуекрылые — один из наиболее многочисленных отрядов насекомых, насчитывающий свыше 158 000 видов.

¶Интересные факты

• У некоторых видов гусеницы способны к регенерации утраченных конечностей в течение первых линёк.
• Внутри куколки гусеница буквально «растворяется» — большинство тканей распадается до состояния клеточной массы, из которой заново собирается взрослое насекомое.
• Процесс окукливания у ряда видов занимает всего 7–10 дней, у других (например, у некоторых ночных бабочек Севера) куколка зимует несколько месяцев.

Источники:

• «Жизнь животных», том 5, ч. 2. Беспозвоночные / под ред. Л. А. Зенкевича.
• Мамаев В. А. «Определитель насекомых по личинкам».
• Холодковский Н. Я. «Курс энтомологии».
• Реймерс Н. Ф. «Терминологический словарь биологов-исследователей и экспериментаторов».