В мире насекомых существует уникальная система выделения, названная в честь итальянского анатома Марчелло Мальпиги, который впервые описал эту структуру в 17 веке. Мальпигиевы сосуды — это тонкие трубочки, которые играют ключевую роль в процессе выведения отходов и осморегуляции у насекомых и некоторых других беспозвоночных.
Структура
Мальпигиевы сосуды — это цепочка трубочек, отходящих от кишечника насекомых, обычно от задней части средней кишки. Они не только помогают удалять отходы из организма, но и играют важную роль в поддержании водно-солевого баланса.
Мальпигиевы сосуды — это уникальные органы насекомых, которые представляют собой тонкие, слепо заканчивающиеся трубки, соединяющиеся с кишечником. Некоторые виды насекомых, вроде жуков Nicrophorus и Gnaptor, а также насекомые семейства Coccoidea, имеют эти трубочки, ведущие в среднюю кишку, тогда как у других, например, у личинок бабочек и муравьиных львов, они открываются в заднюю кишку.
Эти трубочки могут варьироваться в количестве от 2 до 150, как у медоносных пчел, но у некоторых видов, таких как протуры, они слабо развиты или вовсе отсутствуют, как у коллембол. У тлей, эти структуры вторично уменьшились.
Интересно, что мальпигиевы сосуды иногда могут заканчиваться свободно в теле насекомого, но в других случаях они могут соединяться, образуя петли. У некоторых насекомых, включая жуков и гусениц, они проникают через мышечную оболочку задней кишки, что называется криптонефрией. Эта особенность помогает насекомым, обитающим в сухих условиях, сохранять воду, поскольку криптонефрия способствует всасыванию воды из кишечника.
Структурно, эти трубочки состоят из однослойного эпителия с редкими клетками, особенно на концах. Эти клетки обладают специальными структурами, называемыми рабдориями, которые способствуют их функционированию. Сосуды также окружены базальной мембраной и имеют собственную мускулатуру, позволяющую им изгибаться.
Функционально мальпигиевы сосуды делятся на две части: в концевой части они фильтруют воду и растворимые вещества, такие как мочевая кислота, из кровеносной системы насекомого. Затем эти вещества перемещаются к основанию трубочки, где происходит их дальнейшая обработка, приводящая к выпадению кристаллов мочевой кислоты и удалению их с экскрементами. Этот процесс был описан у клопа Rhodnius ученым Шванвичем, но существуют и другие механизмы работы мальпигиевых трубочек.
Функции мальпигиевых сосудов
Эти сосуды у насекомых и многоножек помогают избавляться от лишнего азота, преимущественно преобразуя его в мочевую кислоту, в то время как у паукообразных азот выделяется в виде гуанина. Оба эти соединения содержат больше азота по сравнению с мочевиной, которая является основным продуктом выделения у млекопитающих, и поэтому более эффективны в экономии воды.
Мальпигиевы сосуды могут также выделять аммоний, мочевину, и салициловую кислоту, особенно у насекомых, питающихся ивой. Они работают в тандеме с задней кишкой, где происходит дополнительная обработка отходов. Ректальные сосочки в задней кишке сохраняют воду и полезные вещества, возвращая их в кровь, в то время как отходы и ненужные молекулы удаляются из организма.
Помимо выделения, мальпигиевы сосуды выполняют и другие функции. Например, у некоторых насекомых, таких как кузнечики и жуки, они могут производить пищеварительный фермент дипептидазу. В других случаях, например у мух и палочников, мальпигиевы сосуды могут секретировать кальциевые соединения, которые используются в структуре коконов или яиц.
Уникальный пример встречается у личинок муравьиного льва и хризопы, где мальпигиевы сосуды выделяют шелк для создания кокона перед окукливанием. В этот период клетки этих сосудов становятся многоядерными.
Даже сама мочевая кислота, основной продукт выделения, может служить дополнительным функциям. Например, у некоторых видов бабочек, ос и мух, она используется для создания разнообразных пигментов. У личинок пенниц, мочевая кислота сочетается с воском, вырабатываемым специальными железами, формируя защитную пену.
Адаптация к различным условиям
Мальпигиевы сосуды являются примером адаптации к наземной жизни. Они позволяют насекомым эффективно удалять отходы, минимизируя потери воды. Это особенно важно для насекомых, живущих в сухих условиях, где каждая капля воды ценна.
Эволюционное значение
Мальпигиевы сосуды являются примером эволюционной адаптации насекомых к наземной жизни. Водная среда предоставляет более легкие условия для выведения отходов, в то время как наземные условия требуют более экономного использования воды. Эволюция мальпигиевых сосудов позволила насекомым эффективно выживать в различных средах, включая сухие и засушливые условия.
Заключение
Мальпигиевы сосуды не просто физиологическая особенность насекомых, но и ключ к пониманию их высокой адаптивности и выживаемости в разнообразных экологических нишах. Их уникальная структура и функции продолжают привлекать внимание ученых, изучающих анатомию и физиологию насекомых, а также их способы адаптации к окружающей среде.