Два водяных жука

Один из обычных водяных жуков - плавунец. Его можно найти и в пруду, и в небольшом озерке на пойменном лугу, и в канаве на торфяном болоте, и в тихом затоне реки.

Сидя на берегу, видишь, как на поверхность всплывает крупный темный жук. Он словно повисает в воде вниз головой, выставив наружу самый кончик брюшка.

Повисит так с минуту и нырнет, выпустив пузырек воздуха.

Плавунец - прожорливый хищник. Он нападает на всех мелких водяных животных: насекомых, рачков, улиток, головастиков, маленьких рыбок.

Не откажется жук и от добычи покрупнее: от лягушек, тритонов, даже рыб с десяток сантиметров длиной.

В небольшом пруду сильно размножившиеся плавунцы могут уничтожить всю рыбу. Эти жуки - опасные враги рыбы: они поедают и рыбью икру, и рыбьих мальков.

В аквариуме плавунца нельзя держать вместе с рыбами: он с ними быстро расправится.

Опасно держать в одном аквариуме одновременно несколько жуков: они нападут друг на друга.

Плавунец живет всю зиму. Зимой и стоит заняться наблюдениями за этим жуком.

Далекие предки плавунца были наземными жуками, и он сохранил одну из их особенностей: дышит атмосферным воздухом. Воздушные трубочки открываются у него на спине, под надкрыльями.

Поднявшись на поверхность воды, плавунец выставляет наружу кончик брюшка. Он начинает с того, что выжимает из трубочек-трахей часть отработанного воздуха, а затем втягивает в них новый. Выдохи и вдохи чередуются, постепенно воздух в трахеях обновляется.

Присмотритесь к плавунцу, повисшему у поверхности воды. Вы заметите, как его брюшко то спадает, то расширяется.

Воздух попадает не только в трубочки-трахеи. Часть его оказывается и под надкрыльями. Ныряя в глубину, жук уносит с собой запас воздуха.

Летом, осенью, весной подняться к поверхности и подышать - нехитрое дело. А зимой? Вода покрылась льдом, доступа к воздуху над водой нет.

Как уследить за тем, что делает жук в пруду, затянутом толстой коркой льда?

Устройте подобие такого пруда у себя, и вы узнаете, что делает жук подо льдом.

Нужно выполнить два условия: чтобы вода была холодная и чтобы жук не имел доступа к ее поверхности.

Поместите плавунца в стеклянную банку и выставьте ее на холод. Вода станет холодной: первое условие выполнено.

Как выполнить второе условие?

Для этого есть два способа. Можно дать воде замерзнуть, и тогда она покроется ледяной корочкой. Будет совсем как в пруду. Можно сделать и иначе. Нам нужно, чтобы жук не смог выставить из воды кончик брюшка. Иными словами: нужно закрыть ему дорогу к воздуху. Для этого совсем не обязательна ледяная корка. Опустите в банку сеточку на два-три сантиметра ниже поверхности воды. Она заменит лед.

Жука посадили в банку, вынесли ее на холод. Когда вода сильно остыла, опустили сеточку. Плавунец шныряет в воде, всплывает, снова ныряет ко дну. Он суется туда и сюда, всплывает тут и там. Но всюду на пути к воздуху сетка.

И вот тогда жук переходит к особому способу дыхания.

У него органы воздушного дыхания. Казалось бы, что с такими органами нельзя использовать кислород, растворенный в воде. А вот жук проделывает именно это.

Вам не придется долго ждать. Поплавав, попытавшись подняться к поверхности воды, жук усаживается на веточку подводного растения. Нет в банке растений, он усядется просто на дне.

Сел. Как всегда, приподнял и оттопырил длинные задние ноги.

Из-под надкрылий показывается пузырь воздуха. Он растет и растет, но не отрывается, не всплывает кверху. Пузырь так и остается торчать из-под надкрылий. Плавунец сидит неподвижно, пузырь его торчит.

Это все, что вы видите. Немного: жук и пузырь. Но ведь перед вами только "внешняя" картина.

Откуда взялся пузырь? Нетрудно догадаться, что жук выдавил воздух из-под надкрылий: ведь там был запас его.

Для чего этот пузырь? Именно при его помощи и дышит плавунец.

В пузыре воздуха, выдавленного жуком, кислорода совсем мало: он уже истрачен. В воде растворенного кислорода гораздо больше. Что произойдет? Кислород, растворенный в воде, начнет поступать в воздушный пузырь.

Вода в банке и пузырь - это как бы два сообщающихся сосуда. И тут и там есть кислород: в воздухе пузыря и растворенный в воде банки. Но в пузыре его очень мало, в воде банки больше. Различно количество газа, различным будет и его давление тут и там. Из воды, где кислорода больше и давление его сильнее, газ начнет проникать в пузырь: там меньше кислорода, а значит, и слабее его давление. Это перемещение должно продолжаться до тех пор, пока давление кислорода и в пузыре и в воде банки не станет одинаковым.

Так полагается по теории, и так было бы на самом деле, если бы перед нами были два сообщающихся сосуда на уроке физики.

Наш случай посложнее.

Воздух в воздушном пузыре, выдавленном жуком, сообщается с воздухом, находящимся под надкрыльями. Даже не просто сообщается: это часть того воздуха, выступившая наружу. Воздух, находящийся под надкрыльями, сообщается с воздухом дыхательных трубочек-трахей. У пузыря есть, оказывается, продолжение, и продолжение весьма длинное.

Кислород не накапливается в пузыре: в воздухе, находящемся под надкрыльями и в трахеях, его меньше, чем здесь. Начинается новый ток частиц кислорода: из пузыря под надкрыльями, оттуда - в трахеи.

Равенство в давлениях так и не наступает: ведь в трахеях кислород все время расходуется. Вот оно, отличие от опыта с газами в сообщающихся сосудах, показанного на уроке физики. Там давление газа в обоих сосудах рано или поздно уравновешивается. У плавунца равновесие не наступает, и ток кислорода продолжается. Все время он идет из воды в пузырь, из него дальше и дальше, в трахеи. Чем дальше от пузыря, тем он слабее, так как все меньше становится разница в количестве кислорода. Но пусть и слабый, а он есть.

Кислород поступал бы в воздух под надкрыльями и без пузыря. Но тогда его поступало бы очень мало. Пузырь увеличивает поверхность соприкосновения запаса воздуха под надкрыльями с водой.

Нужно жуку поплыть, он втянет пузырь и поплывет. А когда сядет, снова его выпустит.

Много кислорода таким способом не получишь. Все же плавунцу его хватает: в холодной воде жук менее подвижен и дышит гораздо слабее, чем летом.

Проверьте на опыте: сможет ли жук жить в банке с сеточкой летом?

Для этого совсем незачем дожидаться лета: ведь вам нужно не оно, а "летняя" вода. Подогрели воду до 22 - 25 градусов, пустили плавунца в теплую воду, устроили загородку из сеточки - все как зимой, только вода теплая.

Жук плавает, поднимается кверху... Он выпускает пузырь. Но оттого, что воду нагрели, кислорода в ней не прибавилось. Его хватало при холодной воде, когда жук был менее подвижен. В теплой воде он гораздо подвижнее, и теперь кислорода ему не хватает. Газообмен при помощи пузыря оказывается слишком слабым, и плавунец погибает - задыхается.

Но и в зимнем пруду не всегда проживешь с таким способом получения кислорода. В иных прудах мало кислорода, растворенного в воде, в других он сильно расходуется на гнилостные процессы. Растения зимой почти не выделяют кислорода, и запас его в воде не пополняется.

Жук-плавунец

Когда вода совсем обеднеет кислородом, плавунец опускается на дно и впадает в глубокую спячку. Он проспит до весны.

Ну, а опыт с ледяной корочкой? Что там иного по сравнению с сеткой?

Иное есть в самом начале опыта.

Что происходит в пруду, когда он замерзнет?

Доступ к поверхности воды прекратился. Пока лед еще тонкий, в воду проникает достаточно света. Водяные растения выделяют довольно много кислорода. Кое-где подо льдом даже скапливаются его пузырьки: нет-нет да и оторвется от листа растения маленький пузыречек. В обычное время он поднялся бы к поверхности воды и лопнул бы: воздух "улетел". Сейчас не улетишь. Пузырьки всплывают и скапливаются под ледяным потолком.

Плавунец ползает по нижней поверхности льда и дышит накопившимся здесь воздухом.

Вот это "собирание" воздуха и можно увидеть при опыте с ледяной корочкой. Нужно только поместить в банку водяные растения и поставить ее на сильном свету, чтобы растения выделяли побольше кислорода.

Плавунец - хищник и обжора. У него прекрасное чутье, и оно помогает жуку в охоте не меньше, чем зрение.

Иной раз несколько плавунцов нападают почти сразу на довольно крупную рыбу. Что ж они, сговаривались? Напали "организованной стайкой"? Нет!

Плавунец напал на карася. Карась не такой уж маленький: его едва уложишь вдоль ладони. Жук вцепился было в него, но рыба резко изогнулась, сбросила хищника. Голодный плавунец снова нападает, снова вцепляется в карася...

Жук поранил рыбу, и несколько капель крови попали в воду. Кровь разошлась в воде. Если вблизи есть еще плавунцы, они тотчас же кинутся искать добычу. И вот на беднягу карася набрасываются уже несколько жуков...

Личинка плавунца не уступит своим родителям: она не меньший хищник. Взглянув на ее длинное стройное тело, сразу скажешь:проворная она, эта личинка. А увидя ее огромные челюсти, всякий решит: кусачая.

Зимой личинок плавунца не достанешь: в это время года их нет. Личинок можно добыть только летом и только тогда делать те или иные наблюдения над ними. Развиваются они очень быстро: всего два-три месяца.

В аквариуме личинка плавунца плохой сосед, и ее нужно держать там одну. Окажется она в компании, все равно кончится тем, что останется одна. Было несколько личинок плавунца в общей банке, уцелеет лишь самая сильная: она съест всех прочих. Личинка очень прожорлива: полсотни головастиков в сутки для нее не такая уж большая порция.

Самое замечательное у этой личинки - челюсти. Они огромные и далеко торчат вперед. Узкие и длинные, изогнутые, они похожи на два серпа. Конечно, ими нельзя грызть, откусывать, жевать. Изогнутые челюсти пронзают, прокалывают добычу: вонзаются навстречу друг другу. Сколько ни мечись жертва, ей не сбросить врага: личинка оказывается, словно пришитой к добыче.

Посмотрите на голову личинки. Вы найдете на ней усики, щупики, две кучки простых глазков. Но сколько, ни будете разглядывать, не увидите самого главного: нет рта.

Приглядевшись, вы, может быть, заметите по маленькому отверстию возле основания каждой челюсти. Вот все, что уцелело у личинки от ротового отверстия.

Эта особенность строения связана с особенностями питания личинки.

Челюсти личинки не просто два длинных и узких хитиновых серпа. Вдоль внутренней стороны челюсти тянется канал. Он открывается недалеко от вершины челюсти маленьким отверстием. Это вход. Канал ведет к отверстию у основания челюсти, а это отверстие - в ротовую полость.

Как же питается личинка? Очевидно, она не может жевать, не может откусить кусочек - нечем. Ясно и другое: она не может проглотить кусочек, даже самый маленький - опять нечем.

Пищеварение у личинки плавунца особенное: внекишечное. Она начинает переваривать пищу до того, как она попадает ей в рот.

Личинка напала на головастика. Вонзив в него челюсти, отрыгивает из пищевода особую жидкость. Через отверстие у основания челюсти она попадает в канал, по нему - к концу челюсти, а оттуда - в тело головастика. Жидкость ядовита, и добыча парализуется.

Теперь личинка отрыгивает новую порцию, но уже иной жидкости - обладающей сильными пищеварительными свойствами. И эта жидкость через канал попадает в тело добычи. Она разжижает, переваривает, и личинка втягивает через каналы челюстей разжиженную массу. Глотка расширяется и сжимается, работает словно насос.

Наевшись, она не ищет места для отдыха, не отправляется прогуляться, как, может быть, сделало бы сытое насекомое. Всегда голодная, она тотчас же начинает поиски новой добычи...

Водолюб гораздо крупнее плавунца: бывает до пяти сантиметров в длину. Выпуклый и очень черный, он блестит снизу, словно лакированный.

Этот жук не мчится, как плавунец, а плывет не торопясь, да и не очень похож он на хорошего пловца. Плавунец взмахивает сразу обеими задними ногами, а водолюб попеременно переставляет их. Вот и кажется, когда глядишь на него, что он не плывет, а как будто шагает в воде.

Раз, два... Раз, два... Раз, два... Это гребет плавунец.

Правой - левой, правой - левой, правой - левой - так передвигается в воде водолюб.

Впрочем, водолюб больше ползает по подводным растениям, чем плавает. Искать его нужно в подводных зарослях, а плавунца встретишь и просто в большой яме с водой.

Атмосферный воздух необходим и водолюбу: его органы дыхания такие же воздушные трубочки-трахеи, как и у плавунца. Но вы напрасно будете ждать, что водолюб высунет из воды кончик брюшка. Не дождетесь!

Можно часами сидеть на берегу пруда, в котором живут водолюбы, и не увидеть ни одного жука, повисшего у поверхности воды. Но вы хорошо знаете, что их немало в этом пруду, и можете доказать это: стоит лишь пошарить сачком, а то и просто решетом в подводных зарослях.

Раскрыть тайну дыхания водолюба легко и просто в аквариуме. Здесь жука видно и сверху - сквозь поверхность воды и сбоку - сквозь стекла стенок аквариума. Уселся возле стеклянной банки с водолюбом и смотри...

Водолюб ползает по растениям, задерживается на них, откусывает листочки, жует их... Полез кверху, добрался почти до самой поверхности воды. Он не повернулся головой вниз, брюшком кверху, как это сделал бы плавунец. Жук полз головой вперед, так и остался.

"Ну, значит, высунет голову из воды", - ждете вы.

Нет, не высовывает.

Глядишь сквозь стенку аквариума, видишь, что голова остается чуть ниже поверхности воды. Смотришь на воду сверху и не сразу замечаешь, что из нее что-то торчит. Да и как торчит - едва-едва!

Приглядевшись, вы увидите, что из воды чуть выдаются усики жука. И опять удивляетесь: казалось, что торчать бы должен кончик усика, а он остается под водой.

Замечателен способ, при помощи которого набирает воздух водолюб. Пожалуй, он позанятнее воздушного пузыря плавунца.

Усики водолюба особого строения: их четыре последних членика крупнее остальных, заметно другой формы и образуют словно набалдашник. Такой усик называют булавчатым, булавовидным: он заканчивается "булавой".

Членики булавы водолюба покрыты мельчайшими волосками и не смачиваются водой.

Набирая воздух, водолюб не высовывает из воды весь усик или хотя бы конец его. Он перегибает усик так, что три последних членика булавы оказываются загнутыми вниз. Из воды торчит только вершинка первого членика булавы.

Здесь-то, на этой крохотной верхушке, и начинается воздушный ток.

Тонкий слой воздуха покрывает всю нижнюю сторону тела водолюба: его грудь и брюшко словно облеплены воздушной пленкой, а потому ярко серебрятся в воде. На нижней стороне груди, между передним и средним грудным кольцом, находится одна пара крупных дыхалец. Они ведут в воздушные трубочки - трахеи, сеть которых разветвляется в теле жука.

Жук-водолюб

На верхней стороне брюшка, под надкрыльями, - шесть пар брюшных дыхалец. Через них воздух из трахей выталкивается под надкрылья, а оттуда выдавливается наружу, в воду.

Итак, сеть трубочек-трахей, находящаяся внутри тела, сообщается с поверхностью жука при помощи нескольких пар отверстий - дыхалец. Часть их (пара грудных дыхалец) служит входными отверстиями, часть (на спине, под надкрыльями) - выводными. Воздух, втянутый в грудные дыхальца, проникает в трахеи, расходится по телу. В конце концов, он выйдет наружу через "верхние" (спинные) дыхальца.

Вот и вся нехитрая, на первый взгляд, механика воздушного тока внутри водолюба.

Сам собой воздух в трахеях передвигаться не станет. Кислород расходуется, и его количество будет убывать в самых тоненьких трахеях (именно здесь он расходуется). Частицы его будут перемещаться из более крупных трахей (здесь воздух богаче кислородом) в более мелкие, все время будет происходить ток кислорода (вспомните плавунца и сообщающиеся сосуды с газом). Но воздух-то от этого никуда не передвинется, а он должен передвигаться, иначе не возобновится запас его, а значит, и кислорода.

Как вызвать движение воздуха в трахеях? Еще раз вспомните плавунца. Когда он висел вниз головой у поверхности воды, то его брюшко не оставалось неподвижным. Приглядевшись, можно было заметить, что оно то слегка спадает, то слегка расширяется: это чередуются вдохи и выдохи. А они внешний признак передвижения воздуха в трахеях жука.

Приглядитесь к водолюбу, запасающему воздух. Вы увидите, что его брюшко не остается совершенно неподвижным. Как и у плавунца, оно спадает и расширяется. Эти движения отзываются на трахеях, а главное, на их расширениях и воздушных мешках. Они тоже спадают и расширяются, и воздух то втягивается в грудные дыхальца, то выталкивается из спинных. Втягивается - выталкивается, значит, возникает передвижение, появляется ток воздуха в трахеях.

Какая-то порция воздуха, покрывающего грудь жука, втянута при вдохе в грудные дыхальца. Что произойдет?

Если бы грудь жука могла намокать, то ничего не случилось бы. Просто грудь перестала бы блестеть: воздушный слой с нее исчез. Но, покрытая мельчайшими волосками, грудь не намокает.

Грудь и брюшко жука одеты блестящей серебряной пленкой - между волосками задерживается воздух. Часть его втянулась в дыхальца. Освободилось место, а пустоты в природе не бывает. Что заполнит освободившееся место? Вода? Нет, волоски, покрывающие грудь, не намокают, вода не может проникнуть между ними. А значит, она и не сможет заполнить образовавшуюся пустоту.

Воздух? Конечно, он тотчас же заполнит пустое место: всюду рядом воздушная пленка, Из ее соседних частей воздух переместится к дыхальцам, заполнит освободившееся место.

Так возникнет передвижение воздуха в воздушной пленке на нижней стороне жука. Но если у этого тока есть "конец" (вход в дыхальце), то у него должно быть и "начало". Откуда-то должен поступать новый воздух. Он и поступает: из атмосферного воздуха, из неисчерпаемого запаса. Как поступает? При помощи перегнутого усика. Именно здесь начало тока.

На загнутых вниз последних члениках булавы - тонкая воздушная покрышка. Этот воздушный столбик соприкасается с воздушной пленкой на груди: большая часть булавы загнута книзу, то есть к груди. А кончик усика - конец последнего членика булавы - прижат к боку жука.

Вот путь воздушного тока: воздух - воздушный столбик на булаве усика - воздушная пленка на груди жука - грудные дыхальца - трахеи - дыхальца на верхней стороне брюшка - пространство под надкрыльями - вода.

Выдавленный под надкрылья отработанный воздух попадает оттуда в воду. Из-под конца надкрылий нет-нет да и выскакивают пузырьки.

Водолюб с отрезанными усиками жить в воде не может: он задохнется. На суше дело другое: воздух втягивается в грудные дыхальца.

Основная пища водолюба - растения: зеленые водоросли-нитчатки, мягкие листочки подводных растений. Он не откажется и от мертвых мелких водяных животных: насекомых, червей, рачков. Нападает на ослабевших, полуживых рыбок. Подвижное и сильное животное не его добыча: где уж догнать его и совладать с ним малопроворному водолюбу.

Среди лета в подводных зарослях можно поймать личинку водолюба. Она совсем не похожа на личинку плавунца: толстая, неуклюжая, ее челюсти совсем не такие, как у личинки плавунца. Да и повадки ее другие.

Вы имеете две личинки: плавунца и водолюба. Обе попали в сачок, и обеих нужно оттуда достать. Личинка плавунца довольно проворно ползает в сачке. Схватили ее пальцами - берегитесь, она не упустит случая вцепиться. Личинка водолюба не сопротивляется: схваченная, она как-то расслабляется, выглядит полумертвой. Сжали ее пальцами - не укусит. Но у нее есть способ отпугивать врага: изо рта она выпускает черную жидкость.

И все же личинка водолюба - хищник.

Кто может оказаться ее добычей? Очевидно, те из обитателей воды, кого сможет догнать и одолеть не очень поворотливый охотник.

Такая добыча есть. Водяную улитку догонять не придется: она ползает очень медленно. Одолеть ее нетрудно, если сможешь раздавить раковину. Мелкие водяные улитки и оказываются основной добычей личинок водолюба. Особенно охотно они едят небольших улиточек, раковина которых закручена спиралью, а величина не больше двадцатикопеечной монетки. Личинка нападает и на других водных животных, кого сумеет схватить и удержать. Ухитряется даже ловить мальков рыб. В пруду, где много водолюбов, рыбу разводить трудно: мальки гибнут.

Как и плавунцы, водолюбы - враги рыбовода.

Личинка плавунца ест свою добычу под водой. У нее есть каналы в челюстях, и, вонзив челюсти в добычу, она сосет ее изнутри. Вода не смывает ни пищеварительных соков, ни полуразжиженной пищи.

Далекие предки плавунцов и водолюбов, жившие на земле не один миллион лет назад, были наземными жуками. Это не был какой-то общий для плавунцов и водолюбов сухопутный предок: у каждого была своя родня.

И все-таки у плавунца и водолюба много схожего. Длинные задние ноги, усаженные волосками, превратились в своего рода весла. Это так называемые плавательные ноги. Тело гладкое, обтекаемой формы. Эти особенности связаны с жизнью в воде.

Жизнь в воде отразилась на внешности: они приобрели "водный облик". Но от этого водолюб не стал действительно похож на плавунца.

Они живут рядом в одном пруду и остались разными: каждый приспособлен к водной жизни по-своему. Эта разница хорошо заметна, как только посмотришь на живых жуков. Они по-разному плавают, по-разному дышат и питаются. Их личинки совсем не схожи.

На примере плавунца и водолюба хорошо видно, что животные могут очень по-разному приспособиться к жизни в одной и той же среде. И на их же примере видно, что хотя среда и накладывает свой отпечаток (жизнь в воде отразилась на строении плавунца и водолюба), но прошлое не исчезает бесследно. А потому и приспособления к жизни в одинаковой среде оказываются разными у разных животных. Разными потому, что их предки были заметно несхожими между собой.