Счем связанны отличия в строении насекомых?

Причин огромного видового разнообразия насекомых несколько. прежде всего, это типично наземные организмы, прекрасно приспособленные к условиям суши. вся организация насекомых связана с защитой от высыхания и влаги. эпикутикула, тонкая воскоподобная пленка на поверхности покровов, препятствует испарению воды. трахейное дыхание в смысле влаги более эффективно, чем легочное, поскольку дыхательные отверстия (дыхальца) небольшие по размерам и способны закрываться. выделительная система, представленная мальпигиевыми , производит кристаллы мочевой кислоты, связывающие небольшое количество воды. в задней кишке насекомых имеются особые ректальные железы, которые отсасывают воду из формирующихся экскрементов и возвращают ее в полость тела. яйца многих насекомых тоже хорошо защищены от потери влаги. таким образом, насекомые прекрасно справляются с одной из главных проблем обитания в наземной среде – защитой от высыхания.  становление и дифференциация отдельных групп насекомых, вероятно, происходили при переходе от обитания в почве и подстилке к обитанию в более высоком ярусе – на растительности. с этим связано и появление полета.  среди всех беспозвоночных только насекомые имеют крылья и освоили воздушную среду . полет – эффективное и средство передвижения. на 78 метров полета пчела затрачивает столько же энергии, как на 3 метра "пешком". способность насекомых к расселению впечатляет. особенно хорошо известны миграции перелетной саранчи, описанные еще в библии. саранча легко пересекает средиземное море, а с кораблей наблюдали стаи летящей саранчи за тысячу километров от берега. в лаборатории саранча показывала чудеса выносливости, и летала без посадок на протяжении 6 суток, вращая легкую карусель, к которой была привязана ниткой.  одна из причин видового разнообразия насекомых – их мелкие размеры. по сравнению с крупными организмами они имеют целый ряд преимуществ, таких как освоение новых сред обитания, энергии и пищевых ресурсов для своего развития. большинство насекомых и особенно их личинки ведут скрытный образ жизни. мелкие размеры делают возможным активное использование естественных полостей в почве, подстилке, под корой, в гниющих субстратах, а также переход к обитанию в тканях живых растений и к паразитизму. освоение новых экологических ниш ведет к бурному видообразованию. мелкие размеры насекомых обусловлены двумя главными причинами. во-первых, их тело заключено в наружный хитиновый покров, масса которого должна увеличиваться с ростом линейных размеров. мышцы, приводящие тело в движение, заключены в трубчатые конечности, ограничивающие пределы увеличения мышечной массы. крупные насекомые неуклюжи и медлительны, они становятся легкой добычей хищников.  наружный скелет насекомых служит не только для прикрепления мышц и защиты внутренних органов. он выполняет рецепторные функции, поскольку в отличие от скелета позвоночных непосредственно контактирует с внешней средой . огромное разнообразие сенсилл, составляющих органы чувств насекомых, является производным простой кожной структуры – волоска или щетинки. окраска и скульптура покровов насекомых бесконечно разнообразны. в общем, эволюция насекомых в значительной степени идет за счет их наружного скелета. этим, в какой-то мере, можно объяснить исключительное видовое разнообразие насекомых и их легкую приспособляемость к условиям среды .  наличие хитинового наружного скелета насекомых приводит к тому, что их рост сопровождается линьками. кроме того, личинки отличаются, иногда сильно, по строению от взрослых особей (имаго) . поэтому переход из личиночной стадии в имагинальную связан с существенными перестройками, которые называются превращением или метаморфозом.  итак, насекомые прекрасно приспособлены к наземным условиям и полно освоили поверхность суши. они распространены от тропиков до полярных тундр, от глубоких пещер до границы вечных снегов в горах.

поступление веществ в клеточную стенку (1-й этап). поглощение веществ клеткой начинается с их взаимодействия с клеточной оболочкой. еще работами д. а. сабинина и и. и. колосова было показано, что клеточная оболочка способна к быстрой адсорбции ионов. причем эта адсорбция в ряде случаев носит обменный характер. в дальнейшем в опытах с выделенными клеточными обо­лочками было показано, что их можно рассматривать как ионообменник. на поверхности клеточной оболочки оказываются адсорбированными ионы н+  и нс03-, которые в эквивалентных количествах меняются на ионы, находящиеся во внешней среде. ионы могут частично локализоваться в межмицеллярных и межмолекулярных промежутках клеточной стенки, частично связываться и фиксироваться в клеточной стенке электрическими . первый этап поступления характеризуется большой скоростью и обратимостью. поступившие ионы легко вымываются. это пассивный диффузионный процесс, идущий по градиенту потенциала. объем клетки, доступный для свободной диффузии ионов, включает клеточные стенки и межклеточные промежутки, т. е. апопласт или свободное пространство. по расчетам свободное пространство (сп) может занимать в растительных тканях 5—10% объема. поскольку в клеточную оболочку входят амфотерные соединения (белки), заряд которых меняется при разных значениях рн, то в зависимости от значения рн скорость адсорбции катионов и анионов также может меняться. поступление веществ через мембрану (2-й этап). для того чтобы проникнуть в цитоплазму и включиться в метаболизм клетки, вещества должны пройти через мембрану — плазмалемму. перенос веществ через мембрану может идти пассивным и активным путем. при пассивном поступлении веществ через мембрану основой переноса и в этом случае является диффузия. скорость диффузии зависит от толщины мембраны и от растворимости вещества в липидной фазе мембраны. поэтому неполярные вещества, которые растворяются в липидах (ор­ганические и жирные кислоты, эфиры), легче проходят через мембрану. однако большинство веществ, которые важны для питания клетки и ее метаболизма не могут диффундировать через липидный слой и транспортируются с белков, которые облегчают проникновение воды, ионов, сахаров, аминокислот и других полярных молекул в клетку. в настоящее время показано существование трех типов таких транспортных белков: каналы, переносчики, помпы.

три класса транспортных белков:

1 — белковый канал;

2 — переносчик;

3 — помпа.

каналы — это трансмембранные белки, которые действуют как поры. иногда их называют селективными фильтрами. транспорт через каналы, как правило, пассивный. специфичность транспортируемого вещества определяется свойствами поверхности поры. как правило, через каналы передвигаются ионы. скорость транспорта зависит от их величины и заряда. если пора открыта, то вещества проходят быстро. однако каналы открыты не всегда. имеется механизм «ворот», который под влиянием внешнего сигнала открывает или закрывает канал. долгое время представлялась труднообъяснимой высокая проницаемость мембраны (10 мкм/с) для воды — вещества полярного и нерастворимого в липидах. в настоящее время открыты интегральные мембранные белки, представляющие канал через мембрану для проникновения воды — аквапорины. способность аквапоринов к транспорту воды регулируется процессом фосфорилирования. было показано, что присоединение и отдача фосфатных групп к определенным аминокислотам аквапоринов ускоряет или тормозит проникновение воды, но не влияет на направление транспорта.

переносчики — это специфические белки, способные связываться с переносимым веществом. в структуре этих белков имеются группировки, определенным образом ориентированные на наружную или внутреннюю поверхность. в результате изменения конформации белков вещество передается наружу или внутрь. поскольку для транспорта каждой отдельной молекулы или иона переносчик должен изменить конфигурацию, скорость транспорта вещества в несколько раз меньше, чем происходит перенос через каналы. показано наличие транспортных белков не только в плазмалемме, но и в тонопласте. транспорт с переносчиков может быть активным и пассивным. в последнем случае такой транспорт идет по направлению потенциала и не требует затрат энергии. этот тип переноса называется облегченной диффузией. переносчикам он идет с большей скоростью, чем обычная диффузия.

согласно представлениям о работе переносчиков, ион (м) реагирует со своим переносчиком (x) на поверхности мембраны или вблизи нее. эта первая реакция может включать или обменную адсорбцию, или какое-то взаимодействие. ни сам переносчик, ни его комплекс с ионом не могут перейти во внешнюю среду. однако комплекс переносчика с ионом (mx) подвижен в самой мембране и передвигается к ее противоположной стороне. здесь этот комплекс распадается и высвобождает ион во внутреннюю среду с образованием предшественника переносчика (x1).