昆虫の世界はすべてが驚くべきものです - 種の多様性、膨大な数、生き方、生物の構造の理解できない複雑さと目的性、そして時には個々の個体、家族、コロニーの不可解な行動。 昆虫は、複数のつながりを持つ生態系の連鎖と、その最も細く微妙な糸の両方において重要な役割を果たしています。
これが一番 種が豊富な動物のグループ。 約 100 万種の昆虫が記載されており、発見は続いています。 科学者たちは、地球上には少なくとも 200 万種から 300 万種の昆虫が存在すると考えています。 これは、他のすべての動物と植物を合わせたものよりもはるかに多くなります。 さらに、昆虫のそれぞれの種類には、構造、生活プロセス、行動などの独自の特徴があります。 ある有名な昆虫学者によると、ある種の昆虫と別の種の昆虫の違いは、ハエとゾウの違いに近いことがよくあります。 そして、種は質的に独立した生命形態であるため、その代表者はすべて交雑して子孫を形成します。 同時に、種間交配では、「異なる種」の特性を繁殖させて伝達できる本格的な子孫が生まれることはありません。 ここで、それぞれの種の純度を守るために生物に固有の遺伝システムが発動します。
昆虫は 29 の目から構成されます。 その中には：直翅目 - バッタ、イナゴ、コオロギ、ケラコオロギ、ゴキブリ、カマキリ、シロアリ、トンボ、カゲロウ、シラミ。 同翅目（関節状口吻） – セミ、カイガラムシ、アブラムシ。 カメ目（または昆虫）。 鞘翅目（または甲虫）。 鱗翅目（または蝶）。 双翅目 - ハエ、蚊、蚊、ユスリカ、ノミ。 膜翅目 - ミツバチ、スズメバチ、アリ、ライダーなど。
昆虫は生きた自然の多面的な奇跡であり、地球上で独自の特別な目的を持っていますが、それを過大評価することはできません。 彼らは優れた花粉媒介者であり、土壌形成者であり、自然の秩序を守る者であり、人間にとって重要なことは、昆虫が土壌の肥沃度を改善し、多くの農業害虫の過度の蔓延を抑制し、蜂蜜や薬用物質、染料を生産することです。 ジューシーな花、シルク 私たちの食事の半分以上は植物性食品から得られます。 そしてその収穫量の 15% は受粉昆虫によるものです。 彼らはまた、動物のためにほとんどの植物性食物を受粉します。 さらに、私たちは体の奇妙な形、模様、色の美しさ、動きの優雅さを鑑賞することを楽しみます。 人間の活動に不本意な損害を与える昆虫はほんの一部 (約 1%) です。 しかし、これは、人々の生活や自然の生態系のバランスを維持する上で、それらが果たす重要な役割に比べれば、取るに足らないものです。
昆虫は、地球上で活発に生き、その目的を果たすために必要なすべてを惜しみなく与えられています。 彼らは完璧な器官とシステム、そして脳と独特の心臓を持っています。 神経系と感覚系（感覚に関連する）により、昆虫は周囲の世界を感知して認識することができ、運動器官により空間を移動して生命に関連するすべての行動を実行できるようになり、調整および制御システムはすべてのプロセスを意図的に導きます体の構造や昆虫の行動。
形や色の豊かさ、体の構造の完成度、個々の装置、システム、相互接続された生理学的プロセスなどにより、昆虫の行動も同様に多様です。 遺伝に基づいた本能的な行動と後天的に得られた個人の経験はどちらも、その複雑さ、便宜性、独自性において際立っています。 同じように行動する 2 種類の昆虫は存在しません。 それぞれの種の代表者は、食物を獲得するための生来の戦略、建設活動、姿勢、発せられる音によって認識できます。 化学薬品これらは、食物、生殖、保護、社会的およびその他の行動形態に固有のものです。
アリ、ミツバチ、スズメバチ、シロアリなどの社会性昆虫の行動と体の構造の複雑さは理解できません。 彼らの活動の多くは長い間賞賛を呼び起こしてきました。 聖アウグスティヌスでさえ、「私たちはクジラの巨大な体よりも、小さなアリやミツバチの行動に驚かされます。」と書いています。 これらの昆虫の中には、自分たちにとって有用な動物を放牧し、守り、「搾乳」する農民もいます。また、作物を収穫するだけでなく、事前に土壌を準備して種を植えて栽培することもできる昆虫農民もいます。 すべての社会性昆虫は優れた建築者であり、その種に応じて、小さな個別の建物から大きな建物までを建設します。 公営住宅、そして都市全体が強力な通信システムを備えています。 それらでは、個人と家族の両方の通常の生活、必要な微気候の作成、社会性昆虫のコロニーと巨大な連合の生活に至るまで、すべてが考慮されています。
現代の昆虫学には、昆虫といわゆる「高等」脊椎動物の行動を対比するための基本的な根拠が見当たりません。 実際、昆虫の一部の種では、その行動には、想像力、抽象的思考、象徴化、記憶、学習して条件反射を発達させる能力、昆虫自身の「言語」、さらには初歩的な合理的活動などの複雑な精神プロセスが関与しています。 これらの最も驚くべき完璧な生き物を含む昆虫の世界は、その多様な現れすべてにおいて壊れやすく、ユニークです。 愛されるだけでなく、守られるべきです。
ユビキタスな生活の機会
この異常に多数の小さな生き物である昆虫の場合、北極から灼熱の砂漠に至るまで、ほぼどこにでも生息し繁殖し、深海の中にのみ存在することが特徴です。 文字通り、土には虫がいっぱいです。 無数のそれらが空を飛び、最大2 kmの高度でも、これらの生き物は鳥の餌となるプランクトンの巨大な層を形成します。
生物の種類と昆虫の生息地の多様性
それぞれの種の昆虫はその領域のみを占めており、その体が本来の生命と行動のメカニズムが「調整」されている環境条件に正確に耐えることができます。 このおかげで、昆虫は、極寒の北極のツンドラや雪に覆われた山頂、日当たりの良いサバンナや砂漠、熱帯雨林やタイガ、人間の住居や動物の上でも、最も過酷な条件で生きることができます。 たとえば、蝶は一見とても弱い生き物のように見えますが、生き続けています。 グローブほぼどこでも。 彼らの活発な生命活動は、慣習的に「南部」、「北部」、「熱帯」、「普遍的」と呼ばれる生物の種類の特別な便宜によって可能です。 したがって、特定の種の蝶の普遍的な生物は、多種多様な自然要因によって多くの地域に確実に分布します。 そして、他の人の体は、たとえば、平均気温 -10 ℃の雪線より上のアルプスにのみ生息する蝶など、特定の生息地のみを対象としています。砂漠の-いくつかの種のダークリングビートル-は、この環境での活動的な生活を保証する特定の体の構造を持っています。 この昆虫は暑さによく耐え、命を与える夜霧の水分を凝縮することで喉の渇きを癒します。
一部の昆虫種の体の特徴により、次のことが可能になります。 凍結および解凍後に生命を維持する。 +50℃の水温の温泉に生息する。 保存された物質が酸化するため、水がなくても長期間生きます。 栄養素; 深真空の中でも生存し、純粋な二酸化炭素の中で何時間も過ごす。 塩水や原油などの中に生息する。
もちろん、いくつかの昆虫種の代表者は、寒くて乾燥した地域だけでなく、生命にとってそのような重大な条件にも住んでいます。 しかし、一見完全に無防備な生き物に真に驚異的な能力が与えられているということを、彼らの例によって明確に実証しているのは彼らです。 さらに、他の多くの動物と同様に、昆虫はそのような複雑で過酷な環境で「生き残る」のではなく、その中で一生を生き、その特徴は遺伝的プログラムに含まれています。 いくつかの例を挙げて見てみましょう。
昆虫の耐寒性
一部の昆虫は征服者であり、山頂に永住しています。 標高5300メートルのエルブルス鞍部ではトンボやミソサザイが見られます。 そして、ヒマラヤでは海抜6000メートルの高地でも、定着したハエ、甲虫、アブラムシ、蝶、バッタが発見されています。 彼らは植物の花粉や山風によって運ばれる有機物の破片を食べます。 昆虫は石の下、土の中、高山植物の絨毯の稀な場所、さらには雪の中でも生息しています。 しかし、特に湿気が多く、溶けた水によってもたらされる食べ物を見つけやすい氷の溶けた端に多く生息しています。 通常の生活と繁殖のために、コオロギの体の構造は低温の生息地にのみ設計されているため、いずれかの種のコオロギは必然的に雪に覆われた山岳地帯に定住します。 そして、北緯の高地に生息するジョウチョウは、胎生という驚くべき特性に恵まれており、これは蝶には典型的ではないため、昆虫学者たちを困惑させたこともありました。 胎生は、これらの場所の短い夏の間に彼女の子孫が成長を完了するのに役立つと考えられています。
イソトマノミは永遠の雪の表面にのみ生息しています。 この小さな昆虫の体は毎晩最も厳しいテストにさらされますが、この昆虫は非常に過酷な条件でも生存できる優れた能力を何度も示しています。 日が沈むとすぐに完全に凍ってしまいますが、色の濃いおかげで、朝の暖かい光の中ですぐに解けます。 命を吹き込まれたイソトマノミは、生命のあらゆる差し迫った問題に対処し続け、その遺伝プログラムを実行し、それを子孫に伝えます。 最近、昆虫学者たちは、蚊の一部の種が、生命とは相いれないと思われるような極端な条件下でも生存し、その属を存続させることができることを発見しました。 彼らはヒマラヤ山脈の高い斜面にある氷河の亀裂やトンネルの中に住んでいます。 この昆虫は、とても快適で、-16 ℃でも凍らないという優れた生物に恵まれています。そしてメスの蚊は、気温が低くても活動を示します。 冬期間山に霜が降りる頃。 そんな奴らはどうやって生きてレースを続けるのか 低温、そして何ですか 生理学的特徴科学者たちは、この種の蚊の生態をまだ理解していません。
開花植物が生い茂る北極圏には、約 40 種の昆虫 (蚊、マルハナバチ、カブトムシ、昼夜蝶) が生息しています。 北方に生息する生物であるため、いくつかの種類の蚊は、寒い北極の砂漠やツンドラ地帯で特に重要な役割を果たしています。 オスとメスは花から花へと飛び回り、途中で花の蜜を食べ、植物に受粉します。 結局のところ、ツンドラとタイガにはミツバチはほとんどいません。 北極ではマルハナバチも花の受粉に関わっています。 彼らの体は寒い気候でも活動できるよう十分に備えられています。 アクティブな仕事マルハナバチの筋肉と毛むくじゃらの暖かい毛皮は、体を +37 °C まで温めます。 外気温この熱は飛行中に筋肉内で起こる化学反応により発生します。
高地の住民だけでなく、南極諸島のコケや地衣類の住民（カブトムシなど）の遺体も 特定のタイプ、-400℃近くまで急冷しても崩壊しない能力があります。 彼らの遺伝プログラムは、グリセリン オイルやその他の特殊な物質の独自の少量生産を制御しており、その作用は有名な自動車用不凍液の作用に似ています。 両生類の一部の種や動物界の他の耐寒性の代表には、同じ命を救う物質が与えられています。 そして、アラスカに生息するカブトムシやハエは、-60℃までの温度にも耐える驚くべき能力に恵まれています。昆虫はもちろん凍りますが、その体は氷の結晶が外側にのみ形成され、氷の結晶が形成されないように設計されています。細胞、器官、組織に損傷を与えます。
湿気の多い熱帯地方から乾燥した砂漠まで
無数の昆虫にとって、生態学的ニッチは熱帯林であり、地球のかなりの部分を占めています。 地球の表面。 少なくとも15メートルの高さから始まる木の枝は、互いに密接に絡み合い、つるとしっかりと絡み合っているため、形成された樹冠を通過する光はほとんどありません。 時には厚さ30メートルにもなる森林の樹冠には、サル、鳥、ネズミ、カエル、昆虫などの動物が生息しています。 ミミズ（！）。 地元住民はここで生まれ、成長し、活発に充実した生活を送り、そして死んでいきます。 さらに、彼らの多くは生涯を通じて地面に触れることがありません。 そして、昆虫は森のすべての「床」に住んでいます。地面、落ち葉、木の幹、熱帯林冠の奥深く、そして森の最上層、いわゆる「屋根」の枝や葉の上です。世界の。"
熱帯林の主な昆虫は、蝶、甲虫、アリ、シロアリ、セミです。 蝶や甲虫は異常に大きくて美しいです。 昆虫は、仲間を見つけるために明るい色を付けられています。そうしないと、絡み合った枝の茂みの中で、昆虫はお互いを見ることも聞くこともできないからです。 驚くべき鳥翅の蝶もいます。その巨大な羽（30 cm）により、オスとメスは繁殖期に熱帯の木の絶え間なく続く樹冠の上を飛ぶことができます。
昆虫も砂漠の住民の重要な部分を占めています。 何よりも、アリ、蚊、蚊、黒っぽいカブトムシ、特に黒と金色の美しい金色のカブトムシがいます。 彼らは皆、日中の暑さを避けて深い巣穴に隠れており、暗くなってからのみ狩りに出てきます。 身体と行動の優れた能力は、砂漠の最も暑くて水のない地域に生息するいくつかの種の黒っぽい甲虫によって実証されています。 本能的な行動メカニズムのおかげで、彼らは夜に砂丘の頂上に行き、「霧の水分を飲みます」。 カブトムシは頭を下げ、腹部を上に上げ、海からの湿った風に向かって向きを変えます。 特別なリブ状の背中に凝縮した水分が昆虫の口に直接流れ込みます。
塩水から油へ
ほとんどの昆虫種の代表的なものは陸上に生息していますが、その多くはさまざまな環境に生息しています。 水生環境、非伝統的なものも含めて。 したがって、ある種の蚊の幼虫の体の特殊な構造により、細菌だけがまだ生息できる高温の間欠泉の中でよく発育することができます。 同じ能力は、水温が+40℃の間欠泉に生息するアオトンボの幼虫も示します。カスピ海の汽水域では、多数の蚊の幼虫が繁殖することができます。 そして、ある種のトコジラミなどの昆虫は、大西洋や太平洋などの海洋で通常の生活を営むためのあらゆる能力を備えています。
驚くべきことに、カリフォルニア油バエが存在し、その生息地とすべての生命活動は濃厚な原油のみに関連しています。 遺伝プログラムによると、そこにたどり着いてくっつく昆虫を食べ、油の中で子孫を残すこともあります。 彼女の体のすべてがこのために「設計」されています。 ハエの腸には、オイルパラフィンを分解して吸収を促進する共生細菌が生息しています。 ハエは油膜にくっつかずに細い脚で油膜の上を自由に走り回ることができますが、体の他の部分が油膜に触れることはハエにとって有害です。 原油の中で成長し、付着した昆虫を食べるこのハエの幼虫の体には、必要なものがすべて備わっています。 したがって、本能的な行動プログラムにより、これらの赤ちゃんは、水生幼生と同様に、空気から酸素を呼吸するために、体によって特別に作られた呼吸管の先端を油の表面上に保持するよう強制されます。
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デビルワーム
このタイプの線虫は、2011 年に発見されたばかりです。 彼は、圧倒的な圧力、酸素不足、高温を気にしません。 このワームの生息地は、地球の表面から最大 3.5 キロメートル下にあります。 そのような「家」を自分で選んだこの動物は、多細胞生物の以前の「成果」を一度に1.5キロメートル改善し、新しい「世界記録」を樹立しました。 ワームは完全な暗闇の中で一生を過ごし、原生動物バクテリアを食べ、12,000年前の水を飲みます。
ヒマラヤハエトリグモ
ハエトリグモはデビルワームとは正反対です。 彼の「家」は海抜6.5キロ以上の高地にある。 クモの通常の「天候」は非常に低いです 大気圧そしてすべての生き物が凍る温度。 ヒマラヤクモの唯一の食べ物は、風に乗って山に運ばれる小さな昆虫ですが、それさえもめったに見つかりません。
不死のクラゲ
母親の裾に向かって泣いていればすべての問題が解決する子供時代に一時的に戻りたくない大人がいるでしょうか？ これはSFではなく、自然なプロセスであることが判明しました。 LEDライトや警察のフラッシャーのように見えるこのクラゲは、適切な条件下では幼児の状態に戻り、事実上不死身となる。 科学者は、変換の回数に関する制限をまだ発見していません。 残念ながら、不死のクラゲは幼少期を迎えるたびに、昆虫や病気に対して非常に脆弱になり、実際には理論上の不死性が制限されます。
アカヒラタキクイムシ
この昆虫はアラスカ北部とカナダに生息しており、摂氏マイナス150度までの温度に耐えることができます。 カブトムシの体は、血液の結晶化を防ぐタンパク質である天然の不凍液を生成します。 さらに、血液中にはグリセリンがあり、これも凍結を防ぎます。
ポンペイワーム
ポンペイワームの生息地は海底にあります。 しかし、彼らの主な能力は、深さと圧力にうまく耐えることではありません。 虫は暑いところで生きている 温泉、水温が摂氏80〜100度に達する場所。 体は「家」の中に隠しているが、頭だけは出ている。 その結果、尾部と頭の間の周囲温度の差は60度以上になります。
クマムシ
体長わずか 1 ミリメートルの微小な動物は、文字通りどこにいても生き続けることができます。 彼らにとって、宇宙の寒さから摂氏150度までの幅広い温度も、大気圧の1200倍も高い圧力も問題ではありません。 クマムシは水がなくても数十年生存でき、人間の致死量の1000倍の放射線量にも耐えることができます。 2007 年、人々はクマムシを宇宙に送り、生存の限界を探りました。 ほとんどの動物は無事に地球に帰還しました。
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アレクサンダー・マルコフ
アレクサンダー・マルコフ、ヤコフ・クロトフ
キリスト教の観点から見ると
人間は猿から生まれ、宗教は無知から生まれるのでしょうか？ それともどうやって？ 人間に対する科学的理解とキリスト教的理解の境界はどこにあるのでしょうか? 「キリスト教の視点から」プログラムのゲストは生物学者のアレクサンダー・マルコフです。 番組の司会はヤコフ・クロトフが務める。
トランスジェニック植物は「自然に」広がる傾向があり、これはすでにかなりのことです 既知の事実。 そして、これはまさにこのように事実として扱われるべきです。 これはどうして起こるのでしょうか? そして、これが何をもたらすかを誰が確信をもって言えるでしょうか? 私たちはこれらの質問やその他の質問を次長に答えました。 科学的研究植物生理学研究所にちなんで名付けられました。 ロシア科学アカデミーのK.A.ティミリャゼフ、ウラジミール・ディリコビッチ・ツィデンダンバエフ。
多くの人が子供の頃に神経痛を経験しますが、若い人は ウニ成長とは裏返しを意味します。 新しい研究は、自由に泳ぐ幼生がより馴染みのある、脊椎に覆われた海底に住む成虫に成長する劇的な変化において、一般的で馴染みのある化学ヒスタミンの重要な役割を明らかにしました。
アリゾナ大学の数学者は、ヒマワリ、アーティチョーク、キャベツ、その他の植物など、自然界によく見られる特別な螺旋構造を説明するモデルを開発しました。
地球に住んでいない人はいないでしょう！ 考えてみれば、人々は最も賢いかもしれませんが、おそらく最も小さなグループでもあります。 たとえば、昆虫は、はるかに広範囲に存在する多様な種類の生き物です。 昆虫は長い進化の過程で、特定の生活条件に適応してきました。
熱交換は、生物と環境の間の関係における主要かつ主導的なエネルギープロセスと考えられています。 温度は物体の状態とすべての最も重要な自然現象を決定します。 昆虫は変温動物（冷血動物）であることが特徴です。
昆虫には体温とその中で起こるすべてのことが存在します 化学反応周囲温度、体の外皮による太陽の放射エネルギーの吸収と反射に依存します。
昆虫の生活における温度の主な重要性は、大きさ、形、色といった昆虫の外観の無限の多様性に反映されています。 小さな昆虫は、大きな昆虫に比べて体温が一定ではありません。
体温は太い毛によってよく保たれ、皮膚のさまざまな彫刻（結節、棘、隆起）が熱伝達を高めるのに役立ちます。 体カバーの色は、昆虫の体温を調節する上で非常に重要です。 涼しく湿った気候では、昆虫は通常暗い色（黒、茶色、または濃い灰色）ですが、乾燥した暑い気候では色が明るくなります（白、黄色、オレンジ、ライトグレー）。 銀色または金色の毛は、強い光線の反射を強化します。 明るい形はより多くの熱を吸収し、より少ない水分を吸収しますが、暗い形（たとえば冬のヨトウムシ）は低温での吸収が少ないことが実験的に証明されており、これが季節二形性の現象を説明しています。 温度は色素沈着に影響し、色は代謝条件によって決まります。
昆虫が静止している場合、体の表面からの蒸発により、その温度は周囲の温度より2〜3℃低くなります。 筋肉が働くとき（飛行中）、体温は急激に上昇します。 たとえば、30〜37℃で飛行するバッタの体温は17〜20℃高くなりますが、座っているバッタは周囲温度よりも上昇しません。 熱伝達は、体の表面および呼吸中の水分の蒸発によって調節されます。
昆虫の活動は、特定の温度限界、つまり発育の上限および下限によって制限されます。 秋になるとほとんどの昆虫は、休眠状態、すなわち仮死状態（寒さの結果として生命機能が低下すること）に陥ります。 一定の下限温度、臨界点（-12 °C）に達すると、昆虫の汁の凝固プロセスが始まり、その間に潜在エネルギーが放出され、昆虫の体温は急速にほぼ 0 °C まで急激に上昇します。 。 体温の上昇は最後です 防御反応それは死から救うことができる生物です。 その後、体液が凍り始め、潜熱が放出されるレベルまで温度が下がると、昆虫は死にます。 温度帯臨界点 (-12 °C) と昆虫の死亡点の間にある領域は、仮死状態と呼ばれます。
昆虫の発生の上限は 40 °C を超えません。 この限界を超えると、昆虫は熱的休眠（休眠）に陥り、これは種の確実な適応となります。 52 °C という温度は致死的です。つまり、タンパク質コロイドが凝固するため、昆虫は死にます。
昆虫の活動的な生活は10〜35°Cの温度で発生します。 最も好ましい温度は 26 °C で、この温度では発育速度は平均的で、繁殖力は最大となり、死亡率は最小限になります。 最適な温度は複雑さによって一定ではありません。 動作係数温度と組み合わせて。
温度が上昇すると、すべての代謝プロセスが加速します。 たとえば、てんとう虫は 27 °C の温度で約 16 日間発育し、22 °C の温度では約 30 日間発育します。
昆虫が体液を完全に凍結させ、その結果代謝がほぼ完全に停止した後に復活した例が確認されている。 たとえば、シモガとワラジムシの毛虫をマイナス190℃までの温度に置くと、昆虫は復活しました。 脂肪体の細胞だけが死滅し、筋肉や気管の細胞は影響を受けませんでした。
凍結中に命を救えるのは、体液が氷の結晶を形成せずにガラス状の非晶質物質に変化する段階的な凍結によってのみ可能です。 非晶質物質が形成される過程をガラス化といいます。 これなら分子系列の再構成がないので復活が可能です。 この現象（ガラス化）は、卵白、原形質、原生動物、ゼラチンなどの物質で研究されています。
低温の影響による昆虫の死は、その体の組織内での氷の結晶の形成、つまり細胞構造の破壊によって引き起こされ、これは不可逆的な状態につながります。 生理学的変化.
ジュースの低体温は、水の結晶化に対して生理学的に保護的な役割を果たします。 耐寒性のレベルは、体内の水分含有量と体の生理学的状態、体内の結合水と自由水の比率によって異なります。
したがって、温度は昆虫の寿命に直接的および間接的な影響を与えます。 気温は生殖能力、発育段階の期間、暴食、運動性、死亡率を決定します。
変温動物に対する氷点下の影響を特定するために行われた数多くの観察と実験は、以前に開発された一般に受け入れられている理論の一部を否定しました。 ここ数年問題全体が再考されました。
多くの研究者は、さまざまな大きく異なる種の昆虫が低温で凍っても生き残ることができるという証拠を入手しています。 たとえば、Skolenderらは、アラスカで発見されたユスリカの幼虫が、北極圏の貯水池の底で氷や泥の中で-20℃で凍結しているのを発見し、-40℃で凍結した後でも、解凍後には必ず復活することを示した。 彼らはまた、-16°までの繰り返しの冷却を経験しました。 これらの凍結しているが生きている幼虫に含まれる氷と水の量をさまざまな温度で測定しました。 乾燥重量に対する水分含量の比は、温度が低下するにつれて急激に減少した。 -15°では水の最大 90% が凍結します。 -35°、つまりこれらの研究で使用された最低温度では、幼虫には少量の自由水がまだ残っていました。 幼虫は時々低体温症になることがありましたが、これは低温で生き残る能力には影響しませんでした。 マイクロメソッドを使用して、部分的に凍結した幼虫の酸素消費量をさまざまな温度で測定しました。 0 から -15 °の温度範囲では、個々の幼虫で O 2 消費量の急激な減少が観察されました。 O 2 消費に対するQ 10 係数の顕著な変化は、氷点以上、および氷点から-5°の間の温度に冷却された幼虫で見出されました。 マイナス15度でもある程度の酸素を消費しましたが、気温がマイナス40度に下がると酸素の必要性はゼロになりました。 実験では、氷を通した酸素と二酸化炭素の拡散の強度が測定され、自然条件で一般的な温度で浅い凍結した貯水池に生息する幼虫の呼吸を維持するのに十分であることが判明しました。
冷凍昆虫の生存率に関する非常に興味深い研究が、日本の科学者アセヒナと彼の同僚によって実施されました。 彼らは、蛾のフラベセンス (Cnidocampa flavescens Walk としてよく知られています) の前蛹が、-30 度の冷凍でも、約 -20 度まで過冷却されても生き残ったと報告しました。 典型的な曲線は、-20°まで冷却される間に昆虫の温度が徐々に低下することを示しています。
これに続いて、凍結プロセスの開始と同時に、結晶化の潜熱の放出によって温度が急激に上昇します。 その後、温度は徐々に低下し、外気温と同じレベルに達し、体液は徐々に凍結していきます。 冬を越した前蛹が繭から放たれたとき、マイナス30度という低温でも生き残ったことが、解凍後の心拍の回復によって確認された。 また、1 日間隔で凍結と融解を繰り返しました。 同じ発育段階にあるが、無傷の繭の中で前蛹は、冷凍して-15°の温度で100日間放置した後も生き残り、正常に発育した。 対照的に、夏に孵化した毛虫は、-10°の短期間の冷凍でも生き残れませんでした。
Cnidocampa flavescens の越冬前蛹の凍結過程を顕微鏡下で研究した。 蛹を解剖した 腹腔そしてそれらを顕微鏡ステージ上で-10または-20°に冷却しました。 血液の表面から数か所で凍結が始まりました。 徐々に、結晶は放射状に成長し、血液が占める空間全体を満たします。 冬を越す前蛹の心臓を摘出し、顕微鏡下で直接血液中で冷却すると、心筋細胞の外側に氷の結晶が形成された。 個々の細胞と臓器全体は萎縮しましたが、解凍後は通常の外観を取り戻し、心臓の活動も回復しました。 夏毛虫の心臓を血液中で凍結させることと、越冬毛虫の心臓を 0.15 M 塩化ナトリウム溶液中で凍結させることと同様に、個々の細胞を約 -15°の温度で内側から凍結させました。 細胞内には氷の結晶が見え、心臓全体が暗くなっていた。 細胞内で氷の結晶化が起こった心臓は、解凍後にリズミカルな収縮を再開しませんでした。 昆虫が自然界で凍った可能性は十分にあります 冬の状況、細胞の外側に氷の結晶が形成され、乾燥してしぼんでしまいました。
次の実験では、朝比奈氏と青木氏が特別な冷蔵室で越冬中のCnidocctmpa flavescensの前蛹を-90°まで冷却し、1.5時間で温度が-5°から-90°まで下がりました。45分後に前蛹を室温で温めました。繭から取り出した前蛹を-180度の温度で浸漬し、60匹のうち20匹を生き返らせた。 それらは事前に-30°で冷凍されており、この温度で 1 日間保管されました。 室温で解凍した後、心臓の収縮は回復し、一部の前蛹は発育を続けましたが、成体段階への完全な変態は完了しませんでした。 液体酸素に浸す前に -10 または -20°の温度で 1 日間保管した前蛹は、解凍後には生き残れませんでした。 サンザシ蝶の越冬毛虫 A porta crataegi adherbal Fruhstorfer も、-30°で事前に冷凍しておけば、液体酸素に浸しても生き延びました。 解凍後は通常の可動性が回復し、成長を続けました。 -180°の温度での生存は、それぞれの場合において、-30°での水の細胞外凍結に依存すると仮定できます。
これらの昆虫や他の昆虫種が発生サイクルの特定の段階で低温で生存する主な要因や、凍結にさらされると必然的に死ぬ昆虫との違いはまだ明らかになっていません。 ワイアットらの研究によって新たな展開がもたらされ、彼らは蝶Hyalophora cecroopiaとその関連種であるSaturnia Telea Polyohemusの蛹の血漿中の主な可溶性成分がグリセロールであることを確立した。 グリセロールは、カイコ (Bombyx mori) の卵、シモガ (Loxostege stictlcalts) およびセイタカアワダチソウ (Eurosta Solidaglnis) の幼虫からも検出されました。 いずれの場合も、体内でグリセロールが検出される昆虫の発育段階は冬期でした。 このことから、一部の昆虫の耐寒性はまさにグリセロールの蓄積によるものであると結論付けることができます。 以前の研究では、血リンパおよび組織液中のグリセロールの存在が必ずしも耐寒性と関連しているわけではないことが示されています。 例えば、塩の研究では、凍結に耐えられないシモガ (Loxostege stictlcalts) の幼虫が、セイタカアワダチソウ (Eurosta Solidagints) の幼虫とほぼ同じ濃度のグリセロール (2 ～ 4%) を持っていることがわかりました。 -55°の温度でいびきをかいても18日間耐えられます。
興味深いことに、ブラコン セフィア幼虫を自然条件下と -5°の温度の両方で保管した場合、秋にグリセロール濃度が増加しました。 同時に、過冷却および溶融の温度が低下しました。 同じ期間に、昆虫は過冷却状態で-40度から-47度の温度にさらされても生き残ることができ、また冷凍でも生き残ることができることが観察されました。 春と初夏には、逆のプロセスが起こりました - 血液中のグリセロール濃度が減少し、寒さに対する抵抗力がなくなりました。 冬を越す B. cephi 幼虫の体液やその他の組織液には、グリセロールに加えて、まだ特定されていない他の溶質も存在していました。 グリセロール濃度が 5 M に達したとき、それはその時点で観察された約 1 モル単位の融解温度の低下に対応しませんでした。 B. cephi 幼虫の寒さに対する並外れた耐性が、 秋の時間これは主に、高濃度のグリセロールを提供する能力に関連しています。 真冬の幼虫のグリセロール濃度は20〜27％に達し、これは昆虫が自然の生息地で凍らないほどの低温まで低体温を与えるのに十分でした。 グリセロール濃度は、B. cephi 幼虫が凍結した場合でも、個々の細胞や組織を損傷から保護するのに十分な濃度でした。 寒さに敏感な Loxostege sticticalis の幼虫では、その濃度は明らかに保護効果をもたらすのに十分高くありませんでした。 それはともかく、ブラコン・セフィに関する研究では、寒さの到来に伴う代謝プロセスの変化により、多くの昆虫の耐寒性が向上したことが示された。 ソルト自身が以前、耐寒性を高めるそのような基本的な要因の存在に疑問を抱いていたことは注目に値します。
その後、グリセロールは、木材を穿孔する甲虫である Melandra striata とトウモロコシ穿孔虫 (Pyrausta nubilalis) の越冬幼虫から発見されました。 冬眠中のペンシルベニアオオアリ (Camponotus Pennsilvanicus) とその卵に、冬に 10% グリセロールを補給しました。 アリが徐々に温まってくると、 室温、冬眠状態から戻されると、再び動けるようになり、約3日後には体内からグリセロールが検出されなくなりました。 冷却によって昆虫が冬眠状態に誘導されるとすぐに、アリがこの状態から復帰するたびに、グリセロールが再び出現し、再び消失しました。 したがって、グリセロールが役割を果たしていることに疑いの余地はありません 主役これらの昆虫種の冬の寒さに対する抵抗力。
しかし、まだ不明な点も多かった。 たとえば、Bracon cephi や Camponotus Pennsilvanicus の幼虫が秋にどこからグリセロールを摂取するかは不明です。 Chino は、休眠中のカイコ卵 (Botbyx mori) 中のグリセロールとソルビトールがグリコーゲンから生成されていることを発見しました。 ワイアットとマイヤーは、グリセロールはヒアロフォラ・セクロピアの蛹の休眠中のグリセロリン酸の酵素加水分解の生成物であると考えています。 もう 1 つの不明瞭な疑問は、凍結と解凍中に寒さに敏感な昆虫種が受ける被害の原因に関するものです。 水が凍結するときに起こる電解質濃度の増加は、一部の哺乳類種の赤血球や精子、そしておそらく哺乳類の体内の他のさまざまな細胞に損傷を与える主な原因です。 適切な濃度のグリセロールは、生理食塩水緩衝液として作用することにより、少なくとも部分的にそれらを保護します。 しかし、多くの昆虫は電解質がそれほど豊富ではありません。 少量のグリセロールは、細胞の内側と外側の両方にある一部のリポタンパク質膜成分に保護効果を及ぼす可能性があります。 昆虫の体液におけるグリセロールの役割、特に耐寒性の向上に関連した役割を解明するには、さらに多くの研究が必要です。
もう一つ重要な観察が行われました。 耐寒性セイタカアワダチソウ (Eurosta Solidaginis) の大きな脂肪体細胞は、細胞内で氷の結晶化を起こします。 ソルトは、これらの細胞の凍結と解凍のプロセスを顕微鏡下で直接研究しました。 細胞外結晶化が始まると細胞が通常そうであるように、凍結しても、それらは収縮することなく、球形と元のサイズを保った。 凍結と融解を繰り返すと、細胞内の個々の脂肪滴が互いに融合します。 自然条件下では、冬にはE.solaginis幼虫の脂肪体の細胞は丸くなり、暖かい気候が始まった後も発達プロセスが続きました。 したがって、幼虫期のこの昆虫では細胞内の凍結と融解が正常な現象であると考えられます。 これが真実かどうかは関係なく、ソルトは内部凍結後の生きた細胞の生存を初めて (そして非常に明確に) 観察しました。 他の耐寒性変温動物のさまざまな細胞も、自然条件下で細胞内氷の結晶化を経験した可能性があります。 細胞内の凍結は常に致命的なのでしょうか?という疑問が再び生じます。
多くの昆虫は、そのライフサイクルの特定の段階で、完全に発育するために一定期間寒さにさらされる必要があることが長い間知られていました。 たとえば、冬バエ (Leplohylemyia. coarctata (Fall.)) は、一年で最も暑い時期である 7 月または 8 月に地面に卵を産み、幼虫は冬に孵化します。 来年、1月から3月の間。 したがって、8月の+30°以上から1月と2月の-5°以下の温度範囲に耐えます。 発生の最初の段階（休眠前の形態形成）は、+3〜+30°の温度で発生します。 これに続いて休眠が始まり、温度の上限は約+12°であり、最適温度は、以前に想定されていたように約+3°です。 ウェイは、卵を+3°で孵化させた場合に得られた結果と比較して、6、14、および34日後に卵から孵化する幼虫の数が減少することからわかるように、-6°で休眠期間が顕著に増加することを発見しました。 ウェイは、最低休眠温度を決定するために特別な実験を実施しました。 8月中旬に産まれた卵は11月の第2週まで屋外の地中に放置され、その後+3、-6、-18、-22、-24°の温度の容器に移されました。 一定の間隔で卵を容器から取り出し、+20°で培養しました。 幼虫の孵化時間を記録したところ、予想外の結果が得られました。 気温が-6°以下に下がると、休眠はより早く終了しました。 したがって、幼虫の 50% は 20 日後に +3°で孵化した卵から孵化し、-6°で孵化した卵からは 45 日後に孵化しました。 しかし、-24°の温度にさらした後、6 時間後には同じ 50% の幼虫が孵化し、24 時間後には 88% が孵化しました。 -24°では、以前に一般的に受け入れられていた休眠期間よりも休眠期間が80分の1に短縮されました。 最適な温度+3°、-6°の場合の 180 分の 1 です。 休眠中の卵は、休眠を完了するのに必要な温度よりも長く低温に保たれた場合に損傷しました。 たとえば、ウェイは、-24°の温度で6日間保持した後、幼虫の98%が孵化したが、20日間保持した後ではわずか32%しか孵化しないことを観察した。 -18°で63日間孵化させた後、97%が孵化しましたが、206日間孵化させた後は、わずか36%でした。 休眠を迅速に終了するには、卵を-18または-24°で保存する前に、+5°で50〜80日間孵化させる必要がありました。 休眠には少なくとも 2 つの段階があることは明らかです。 1 つ目は、温度約 +5°で比較的急速に発生し、+20°でも発生する可能性がありますが、-18 または -20°では発生しません。 2 番目の現象は、-18 ～ -24° の温度で最も早く発生し、-5° では発生する可能性がありますが、+20° では発生しません。 ウェイは、休眠中の卵は-25度や-28度という低い温度でも過冷却され、-18度から-24度の温度にさらされた卵は凍結によって急速に休眠が終了しないことを示した。 -26.5°まで過冷却されてから冷凍された卵は、解凍すると死んでいることが判明しました。 これまで、卵にグリセロールを導入する試みは失敗に終わりました。 休眠中に起こる生理学的プロセスはまだ不明であり、低温を使用して生理学的プロセスを促進する方法も不明です。 これは明らかに、動物の体温を-20度または-24度に下げることによって生物学的プロセスの進行が加速される数少ない例の1つです。
昆虫やその他の生物に対する低温の影響を研究するときは、基本的な生態学的原則を覚えておくことが重要です。 メランビー氏は、昆虫が冷えるとき、最終的に生き残るか死ぬかだけが念頭に置いておくべき唯一の要素ではないし、最も重要な要素ですらないことを強調する。 種の存続は、栄養や繁殖能力を含む多くの生活史活動に依存します。 個人の生存は、個人を直接脅かす危険を回避する能力と関連しています。 たとえば、黄熱病の蚊（ネッタイシマカ）の幼虫は通常水面で見られますが、影の出現や水の揺れに警戒するとすぐに水底に潜ります。 水が9〜14°まで冷えると警報反応は消えます（幼虫が慣れている温度に応じて異なります）。 その後の冷却により、幼虫は動けなくなりますが、機械的刺激にはまだ反応できます。 その後、低温昏睡温度に達し、温度がさらに低下すると、昆虫はすでに低温麻酔状態になります。 ネッタイシマカ幼虫に対するさまざまな温度での順応の影響が示され、低温昏睡後に温められて復活した幼虫では警報反応が回復した。
多くの昆虫は零度以上の温度で死にます。 たとえば、ネッタイシマカの幼虫は、死後+0.5°で死亡します。 異なる締め切り彼らが以前住んでいた温度に応じて。 +30°で培養した幼虫はすべて、+0.5°の温度では 17 時間以内に死亡しました。 以前に 17°の温度で保管されていた場合、+0.5°の温度でも同じ保存期間を生き延びました。 18 時間後、温度が寒冷昏睡が起こる温度よりまだ高かった場合、周囲の寒冷環境に完全に順応しました。
一部の昆虫にとっては、以前は致死的であった低温の影響に確実に慣れることが可能です。 したがって、クロゴキブリ (Blatta orientalis) は、+15° という比較的高い温度に保つと、-6.8° という低い温度でも短期間の生存に役立ちます。これは、+30° であらかじめ孵化させたこの種の昆虫でも同様です。 このような急速な順応のメカニズムはまだわかっていませんが、温度の変動に応じて活動的な昆虫のすべての組織に適応的な変化が存在することはほとんど疑いの余地がありません。 寒さの影響で麻酔状態に陥った昆虫は順応しません。 さらに、それらは他の動物によって、またはそれ自体が凍結する以外のさまざまな機械的および物理的力によって破壊される危険にさらされています。 寒冷昆虫の死の主な原因は、必ずしも凍結であるわけではありません。 多くの種が生き残るためには、氷点下をはるかに超える温度に毎年長期間さらされることが不可欠です。
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極限環境微生物は、他のほとんどの生物が生存することが不可能な生息地で生息し、繁栄する生物です。 接尾辞（-phil）はギリシャ語で愛を意味します。 極限環境微生物は、極限状態で生きることを「好みます」。 これらは、高放射線、高圧または低圧、高または低 pH、光不足、極度の暑さまたは極度の寒さ、極度の干ばつなどの条件に耐える能力を持っています。
極限環境微生物のほとんどは、やなどの微生物です。 ワーム、カエル、昆虫などのより大きな生物も、極端な生息地に生息する可能性があります。 存在する さまざまなクラス極限環境微生物は、繁殖する環境の種類に基づいて分類されます。 その一部を次に示します。
- アシドフィルス菌は、pH 3 以下の酸性環境で繁殖する微生物です。
- 親アルカリ性生物は、pH レベル 9 以上のアルカリ性環境で繁殖する生物です。
- バロフィルは、深海の生息地などの高圧環境に生息する生物です。
- 好塩菌は、塩分濃度が非常に高い生息地に生息する生物です。
- 超好熱菌 - 極端な環境で繁殖する生物 高温(80°～122°C)。
- 好冷菌/極寒菌 - 極寒の環境および低温 (-20° ～ +10° C) で生息する生物。
- 放射線耐性生物とは、放射線耐性のある環境で繁殖する生物です。 上級紫外線や核放射線を含む放射線。
- 好乾性生物は、極度に乾燥した条件で生息する生物です。
クマムシ
クマムシ、またはクマムシは、いくつかの種類の極端な条件に耐えることができます。 彼らは温泉に住んでいます 南極の氷、深い環境だけでなく、山の頂上や中でも。 クマムシは地衣類やコケによく見られます。 彼らは植物細胞や、線虫やワムシなどの小さな無脊椎動物を食べます。 水棲クマは繁殖しますが、単為生殖で繁殖する個体もいます。
クマムシは、生存に適さない条件では代謝を一時的に停止できるため、さまざまな極限状態でも生き残ることができます。 このプロセスはクリプトビオシスと呼ばれ、水生クマが極度の乾燥、酸素不足、極度の寒さの条件下でも生存できる状態に入ることができます。 低圧そして高い毒性または放射線。 クマムシはこの状態に数年間留まり、次のときにその状態から抜け出すことができます。 環境生活に適したものになります。
アルテミア ( アルテミア・サリナ)
アルテミアは、塩分濃度が非常に高い条件でも生息できる小型の甲殻類の一種です。 これらの極限環境微生物は、塩湖、塩性湿地、海、岩礁海岸に生息しています。 彼らの主な食料源は緑藻です。 アルテミアには鰓があり、イオンの吸収と放出、濃縮された尿の生成によって塩辛い環境で生き残るのに役立ちます。 クマムシと同様に、ブラインシュリンプは有性生殖と無性生殖（単為生殖）で繁殖します。
ヘリコバクター・ピロリ菌（ ヘリコバクター・ピロリ)
ヘリコバクター・ピロリ- 胃内の極度の酸性環境に生息する細菌。 これらの細菌は、中和する酵素ウレアーゼを分泌します。 塩酸。 他の細菌は胃の酸性に耐えられないことが知られています。 ヘリコバクター・ピロリらせん状の細菌で、胃壁に潜り込み、人間に潰瘍や胃がんを引き起こす可能性があります。 米国疾病管理予防センター（CDC）によると、世界中のほとんどの人の胃にこの細菌が存在しますが、通常、病気を引き起こすことはほとんどありません。
シアノバクテリア グロエオカプサ
グロエオカプサ- 通常、岩の多い海岸の濡れた岩の上に生息するシアノバクテリアの属。 これらの細菌にはクロロフィルが含まれており、次のようなことが可能です。 細胞 グロエオカプサ明るい色または無色のゼラチン状の膜に囲まれています。 科学者たちは、彼らが宇宙で1年半生存できることを発見しました。 サンプル 岩含む グロエオカプサ、国際宇宙ステーションの外に配置された微生物は、温度変動、真空暴露、放射線暴露などの宇宙の極限条件に耐えることができました。
