Местные пульсирующие органы

Проталкивание гемолимфы в отдаленные участки тела пчелы — антенны, ножки и жилки крыльев — обеспечивается наличием у их оснований местных пульсирующих органов. Так, в голове у основания усиков находится пульсирующая ампула, от которой отходят по бокам сосуды к основанию усиков. Ампула имеет отверстие с клапаном, в которое попадает гемолимфа из полости тела. Ампулы соединены широкой фронтальной мышцей. Ампулы растягиваются и заполняются гемолимфой при сокращении этой мышцы. Самостоятельные сокращения ампул выталкивают гемолимфу в полость антенны, а затем она свободно течет из нее обратно. По такой же схеме устроены и другие местные пульсирующие органы. Все местные пульсирующие органы функционально не связаны с сердцем и характеризуются собственным ритмом сокращений. Вместе с тем их сокращения подчинены головному мозгу: при испуге у насекомого изменяется ритм сокращений не только спинного сосуда, но и дополнительных сердец.

Гемолимфа.

Состав гемолимфы. Ввиду существенного отличия от крови высших животных кровь насекомых получила специальное название — гемолимфа. Она представляет собой единственную тканевую жидкость в теле насекомых. Подобно крови позвоночных животных она состоит из жидкого межклеточного вещества — плазмы и находящихся в ней клеток — гемоцитов. В отличие от крови позвоночных гемолимфа не содержит клеток, снабженных гемоглобином или другим дыхательным пигментом. Вследствие этого гемолимфа не выполняет дыхательной функции. Все органы, ткани и клетки берут из гемолимфы нужные им питательные и другие вещества и в нее же выделяют продукты обмена. Гемолимфа транспортирует продукты пищеварения от стенок кишечного канала ко всем органам, а продукты распада переносит к органам выделения.

Количество гемолимфы в теле пчел варьирует: у спарившейся матки — 2,3 мг; яйцекладущей матки — 3,8; трутня — 10,6; рабочей пчелы — 2,7—7,2 мг.

Плазма гемолимфы является той внутренней средой, в которой живут и функционируют все клетки организма насекомого. Она представляет собой водный раствор неорганических и органических веществ. Содержание воды в гемолимфе от 75 до 90%. Реакция гемолимфы большей частью слабокислая или нейтральная (pH от 6,4 до 6,8). Свободные неорганические вещества гемолимфы очень разнообразны и находятся в плазме в виде ионов. Общее количество их не превышает 3%. Они используются насекомыми не только для поддержания осмотического давления гемолимфы, но и как резерв ионов, необходимых для работы живых клеток.

К основным катионам гемолимфы относится натрий, калий, кальций и магний. У каждого вида насекомых количественные соотношения между этими ионами зависят от его систематического положения, среды обитания и пищевого режима.

Для древних и относительно примитивных насекомых (стрекоз и прямокрылых) характерна высокая концентрация ионов натрия при относительно низкой концентрации всех остальных катионов. Однако в таких отрядах, как перепончатокрылые и чешуекрылые, содержание натрия в гемолимфе невысокое, и поэтому другие катионы (магния, калия и кальция) приобретают доминирующее значение. У личинок пчел в гемолимфе преобладают катионы калия, а у взрослых пчел — натрия.

Среди анионов гемолимфы на первом месте стоит хлор. У насекомых, развивающихся с неполным метаморфозом, от 50 до 80% катионов гемолимфы уравновешиваются анионами хлора. Однако в гемолимфе насекомых, развивающихся с полным метаморфозом, концентрация хлоридов сильно снижается. Так, у чешуекрылых анионы хлора могут уравновесить только 8—14% катионов, содержащихся в гемолимфе. В этой группе насекомых преобладают анионы органических кислот.

Помимо хлора гемолимфа насекомых имеет другие анионы неорганических веществ, например Н₂Р0₄ и НС0₃. Концентрация этих анионов обычно невысокая, но они могут играть важную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия в плазме гемолимфы.

В состав гемолимфы личинки пчелы входят следующие катионы и анионы неорганических веществ, г на 100 г гемолимфы:

натрий — 0,012—0,017 калий — 0,095 кальций — 0,014 магний — 0,019—0,022 фосфор — 0,031 хлор — 0,117

В гемолимфе всегда содержатся растворимые газы — немного кислорода и значительное количество диоксида углерода.

В плазме гемолимфы имеются разнообразные органические вещества — углеводы, белки, липиды, аминокислоты, органические кислоты, глицерин, дипептиды, олигопептиды, пигменты и др.

Состав углеводов гемолимфы у пчел различного возраста не стабилен и прямо отражает состав сахаров, поглощенных с кормом. У молодых пчел (не старше 5—6 дней) отмечается низкое содержание глюкозы и фруктозы, а у рабочих пчел — сборщиц нектара — гемолимфа богата этими моносахаридами. Уровень фруктозы в гемолимфе пчел всегда больше, чем глюкозы. Содержащаяся в гемолимфе глюкоза полностью расходуется пчелой за 24 ч ее голодания. Запасов глюкозы в гемолимфе хватает пчеле-сборщице на полет в течение 15 мин. При более продолжительном полете пчелы уменьшается объем ее гемолимфы.

В гемолимфе трутней глюкозы меньше, чем у рабочих пчел, и количество ее довольно постоянно — 1,2%. У неплодных маток отмечено высокое содержание глюкозы в гемолимфе (1,7%) во время брачных полетов, но с переходом к кладке яиц количество сахаров уменьшается и поддерживается на одном, достаточно постоянном уровне независимо от ее возраста. В гемолимфе маток происходит значительное увеличение концентрации сахара при нахождении их в семьях, которые готовятся к роению.

Паразитирование на пчелах клещей варроа приводит к значительному снижению содержания глюкозы в гемолимфе пчел. Наибольшее количество глюкозы в гемолимфе здоровых рабочих пчел отмечается в период формирования зимнего клуба.

Кроме глюкозы и фруктозы в гемолимфе имеются значительные количества дисахарида трегалозы. У насекомых трегалоза служит транспортной формой углеводов. Клетки жирового тела синтезируют ее из глюкозы, а затем выделяют в гемолимфу. Синтезированный ди-сахарид с током гемолимфы разносится по всему телу и поглощается теми тканями, которые нуждаются в углеводах. В тканях трегалоза расщепляется до глюкозы специальным ферментом — трегалазой. Особенно много трегалазы у пчел-сборщиц пыльцы.

Углеводы запасаются в организме пчел в форме гликогена и накапливаются в жировом теле и мышцах. У куколки гликоген содержится в гемолимфе, высвобождаемый в нее из клеток при гистолизе органов тела личинки.

Белки составляют существенную часть гемолимфы. Общее содержание белков в гемолимфе насекомых довольно высокое — от 1 до 5 г на 100 мл плазмы. Методом дискового электрофореза на полиакриламидном теле удается выделить из гемолимфы от 15 до 30 белковых фракций. Число таких фракций варьирует в зависимости от таксономического положения, пола, стадии развития насекомых и режима питания.

В гемолимфе личинки пчелы содержится значительно больше белка, чем в гемолимфе личинок других насекомых. На долю альбумина у личинки пчелы приходится 3,46%, а на долю глобулина — 3,10%. Содержание белка более постоянно у взрослых пчел, чем у личинок. В гемолимфе матки и рабочей пчелы белков несколько больше по сравнению с гемолимфой трутня. Кроме того, у многих насекомых гемолимфа половозрелых самок содержит белковые фракции, отсутствующие у самцов. Подобные белки получили название — вителлогенинов, специфический для женских особей желточный белок, потому что они используются для целей вителлогенеза — образования желтка в формирующихся яйцах. Вителлогенины синтезируются в жировом теле, а гемолимфа транспортирует их к созревающим ооцитам (зародышевым клеткам).

При голодании содержание белка в гемолимфе личинок пчелы уменьшается, у взрослых же особей не изменяется. В результате паразитирования клеща варроа снижается в 1,6—2,3 раза количество общего белка гемолимфы у пораженных пчел, а остаточный азот возрастает в 3,2—3,5 раза, что приводит к резкому снижению продолжительности жизни пчел.

Особенно богата гемолимфа пчел, как и большинства других насекомых, аминокислотами: их здесь в 50—100 раз больше, чем в плазме позвоночных животных. Обычно в гемолимфе обнаруживается 15—16 свободных аминокислот, среди них максимального содержания достигают глутаминовая кислота и пролин. Пополнение запаса аминокислот в гемолимфе происходит из корма, перевариваемого в кишечнике, и из жирового тела, клетки которого могут синтезировать заменимые аминокислоты. Жировое тело, снабжающее гемолимфу аминокислотами, выступает и в роли их потребителя. Оно поглощает из гемолимфы аминокислоты, расходуемые на синтез белков.

Липиды (жиры) поступают в гемолимфу главным образом из кишечника и жирового тела. Наиболее значительную часть липидной фракции гемолимфы составляют глицериды, т. е. сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Содержание жира непостоянно и зависит от корма насекомых, достигая в некоторых случаях 5% и больше. В 100 мл гемолимфы личинок рабочих пчел содержится от 0,37 до 0,58 г липидов.

В гемолимфе насекомых можно обнаружить почти все органические кислоты. У личинок насекомых, развивающихся с полным метаморфозом, отмечается особенно высокое содержание лимонной кислоты в плазме гемолимфы.

Среди пигментов, содержащихся в гемолимфе, чаще всего встречаются каротиноиды и флавоноиды, которые создают желтую или зеленоватую окраску гемолимфы. В гемолимфе медоносных пчел присутствует бесцветный хромоген меланина.

В гемолимфе всегда присутствуют продукты распада в виде свободной мочевой кислоты или в виде ее солей (уратов).

Наряду с отмеченными органическими веществами в гемолимфе медоносных пчел всегда присутствуют окислительные и восстановительные, а также пищеварительные ферменты.

Клетки гемолимфы. В гемолимфе пчел присутствуют гемоциты, представляющие собой снабженные ядрами клетки, которые происходят из мезодермы. Большая их часть обычно оседает на поверхности различных внутренних органов, и только некоторое количество их свободно циркулирует в гемолимфе. Гемоциты, прилегающие к тканям и сердцу, образуют фагоцитарные органы. У пчел гемоциты проникают и в сердце и циркулируют даже в тонких жилках крыльев.

Общее число гемоцитов, свободно циркулирующих в теле насекомого, — 13 млн, а их суммарный объем достигает 10% объема гемолимфы. По своей форме они очень разнообразны и подразделяются на несколько типов. Все гемоциты, встречающиеся у личинок, куколок, молодых и старых пчел, составляют 5—7 типов. Б. А. Шишкин детально изучил строение гемоцитов у пчел и выделил пять основных типов: плазмоциты, нимфоциты, сферулоциты, эноцитоиды и платоциты (рис. 21). Каждый тип — это самостоятельная группа гемоцитов, не связанных друг с другом по происхождению и не имеющих морфологических переходов. Он описал и стадии развития гемоцитов от молодых растущих форм к зрелым и дегенерирующим.

Рис. 21. Клетки гемолимфы:

А — плазмоциты; Б — нимфоциты, В — сферулоциты, Г — эноцитоиды;

Д — платоциты (в стадии развития и дегенерации); ц — цитоплазма, я — ядро; в — вакуоли; бз — базофильные зерна; с — сферулы; хг — хроматиновые глыбки;

хз — хроматиновые зерна

Плазмоциты — клеточные элементы гемолимфы личинки. Молодые клетки часто делятся митотическим путем и проходят пять стадий развития. Клетки отличаются размерами и строением.

Нимфоциты — клеточные элементы гемолимфы куколки, которые вдвое меньше плазмоцитов. Нимфоциты имеют светопреломляющие гранулы и вакуоли.

Сферулоциты встречаются у куколки и у взрослой пчелы. Эти клетки отличаются наличием в цитоплазме включений — сферул.

Эноцитоиды также встречаются у куколок и взрослых пчел. Клетки имеют округлую форму. В цитоплазме эноцитоидов содержатся гранулированные или кристаллические включения. Все клетки этого типа проходят шесть стадий развития.

Платоциты — небольшие, разнообразной формы и самые многочисленные гемоциты в гемолимфе взрослой пчелы, составляющие 80—90% всех гемоцитов пчелы. Платоциты проходят от молодых до зрелых форм семь стадий развития.

Благодаря способности и трансформациям клетки гемолимфы, находящиеся в разных морфологических состояниях, могут выполнять разные функции. Обычно каждый тип гемоцитов накапливается в максимальном количестве на определенных этапах жизненного цикла. Особенно резко снижается количество гемоцитов в гемолимфе с 10-го дня жизни пчел. По-видимому, это переломный период в жизни пчелы и связан с изменением ее функции.

С возрастом количество молодых форм гемоцитов уменьшается, а зрелых форм — увеличивается. Любая стадия развития пчелы, ее возраст и физиологическое состояние характеризуются специфичной для нее гемограммой, отражающей процентное соотношение различных типов гемоцитов. Гемограмма крайне чувствительна к физиологическим изменениям в организме насекомого. Она может использоваться для оценки «упитанности» насекомых или для ранней диагностики заболеваний, зараженности паразитами и отравления инсектицидами.

В летне-осенний период в гемолимфе пчел, пораженных клещом варроа, наблюдается увеличение числа платоцитов зрелых и старых возрастов, а также наличие большого количества юных форм клеток. Это, видимо, связано с тем, что при питании клеща на пчеле происходит уменьшение объема гемолимфы, ведущего к нарушению обмена веществ и регенерации платоцитов.

Функции гемолимфы. Гемолимфа омывает все клетки, ткани и органы насекомого. Она является той внутренней средой, в которой живут и функционируют все клетки организма пчелы. Гемолимфа выполняет семь основных жизненно важных функций.

Гемолимфа разносит питательные вещества от стенок кишечника ко всем органам. В выполнении этой трофической функции принимают участие гемоциты и химические соединения плазмы. Часть питательных веществ поступает из гемолимфы в клетки жирового тела и откладывается там в виде резервных питательных веществ, которые вновь переходят в гемолимфу при голодании пчел.

Вторая важная функция гемолимфы — участие в удалении продуктов распада. Гемолимфа, протекая в полости тела, постепенно насыщается продуктами распада. Затем она приходит в соприкосновение с мальпигиевыми сосудами, клетки которых выбирают из раствора продукты распада, мочевую кислоту. Таким образом, гемолимфа осуществляет транспортировку мочевой кислоты, уратов и других веществ от клеток организма пчелы к мальпигиевым сосудам, которые постепенно уменьшают концентрацию продуктов распада в гемолимфе.

Из мальпигиевых сосудов мочевая кислота поступает в заднюю кишку, откуда выбрасывается с каловыми массами.

Гемолимфа пчел несет и защитную функцию. В выполнении этой функции участвуют белки плазмы, гемоциты, способные к фагоцитозу, и клетки, образующие гемоцитарные капсулы вокруг многоклеточных паразитов. Гемоциты пчелы также скапливаются в местах повреждения тела, образуя своего рода пробку, закрывающую рану. При этом происходит размножение гемоцитов, а затем фагоцитоз погибших клеток.

Н. Я. Кузнецов отметил, что фагоцитоз бактерий слагается из двух процессов. Прежде на бактерии действуют химические агенты гемолимфы, а затем идет процесс поглощения бактерий фагоцитами.

О. Ф. Гробов показал, что на внедрение возбудителя американского гнильца организм личинки всегда отвечает защитной реакцией — фагоцитозом. Фагоциты захватывают и разрушают бациллы ларве, но это не обеспечивает полной защиты организма. Размножение бацилл идет интенсивнее, чем их фагоцитирование, и личинка погибает. При этом наблюдалось полное отсутствие фагоцитоза.

Существенна также механическая функция гемолимфы — создание необходимого внутреннего давления, или тургора. Благодаря этому у личинок поддерживается определенная форма тела. Кроме того, путем сокращения мышц может возникать повышенное давление гемолимфы и передаваться через нее в другое место для выполнения иной функции, например для разрыва кутикулярного покрова у личинок при линьке или расправления крыльев у только что вышедших из ячеек пчел.

Исключительно велика роль гемолимфы в поддержании постоянства активной кислотности. Почти все жизненные процессы могут нормально протекать при постоянной реакции среды. Поддержание постоянства активной кислотности (pH) достигается благодаря буферным свойствам гемолимфы.

М. И. Резниченко установил, что гемолимфа пчел отличается хорошей буферностью. Так, при разведении гемолимфы в 10 раз активная кислотность ее почти не изменилась.

Гемолимфа принимает участие в газообмене, хотя и не разносит кислород по телу пчелы. Образующийся в клетках С0₂ непосредственно попадает в гемолимфу и с ней уносится в места, где повышенные возможности аэрации обеспечивают удаление его через трахейную систему.

Несомненно, что антибиотики и некоторые плазменные белки могут создавать устойчивость насекомых к болезнетворным микроорганизмам (иммунитет).

Как известно, в крови позвоночных животных действуют две независимые системы иммунитета — неспецифическая и специфическая.

Неспецифический иммунитет обусловлен на выделении в кровь антибактериальных белковых продуктов, создающих естественную или приобретенную устойчивость животных к заболеваниям. К числу наиболее изученных соединений этого рода принадлежит лизоцим — фермент, который разрушает оболочку бактериальных клеток. Установлено, что у насекомых неспецифическая система иммунитета тоже включает использование того же фермента.

Специфический иммунитет у позвоночных животных связан с образованием антител. Антитела принадлежат к глобулиновым белкам. Защитное действие любого антитела основано на его способности соединяться с определенным антигеном. Вакцинация, т. е. применение вакцины с ослабленными или убитыми возбудителями заразного заболевания, стимулирует образование специфических антител и создает устойчивость к данному заболеванию.

Считается, что в гемолимфе насекомых антитела не образуются. Однако несмотря на это, известно, что вакцинация эффективно предохраняет насекомых от ряда болезней.

Еще в 1913 г. И. Л. Сербинов высказал гипотезу о возможности создания иммунитета у пчел при помощи вакцины, вводимой в организм через рот. Позже В. И. Полтев и Г. В. Александрова (1953) отмечали, что при заражении взрослых пчел возбудителем европейского гнильца через 10—12 дней у них создавался иммунитет.

Гемолимфа омывает все органы и ткани пчелы, объединяет их в единое целое. В гемолимфу попадают гормоны, ферменты и другие вещества, которые разносятся по телу. Под влиянием гормонов происходят процессы метаморфоза: превращения личинки в куколку и куколки во взрослую пчелу. Таким образом, основные процессы обмена веществ в организме пчелы непосредственно связаны с гемолимфой.

Гемолимфа в некоторой степени обеспечивает терморегуляцию организма. Омывая места усиленного теплообразования (грудная мускулатура), гемолимфа нагревается и переносит это тепло в места с более низкой температурой.