Введение
Орден палочников и листовидных насекомых
Фасматодея (также известные как фазмиды или фазматоптеры) — это отряд насекомых, представители которого известны как палочники, палочные жуки, ходячие палочки, палочные животные или просто палочки. Их иногда называют «иглами дьявола», хотя это название также используется для стрекоз и ручейников. Их обычно называют фазматодеями, фазмидами или призрачными насекомыми, а фазмиды из семейства Phylliidae – листовидными насекомыми, листовыми жуками, ходячими листьями или жуками-листьями. Название группы происходит от древнегреческого φάσμα (phasma), означающего привидение или призрак, что связано с их сходством с растительностью, несмотря на то, что они являются животными. Их естественный камуфляж затрудняет их обнаружение хищниками, однако многие виды обладают дополнительными линиями защиты, такими как демонстративное поведение, шипы или токсичные выделения. Палочники родов Phryganistria, Ctenomorpha и Phobaeticus включают в себя самые длинные насекомые в мире. Представители этого отряда встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды, но наиболее распространены в тропиках и субтропиках. Они травоядны, и многие виды незаметно живут в кронах деревьев. У них неполный жизненный цикл с метаморфозом, включающий три стадии: яйцо, нимфа и взрослая особь. Многие фазмиды партеногенетические и не нуждаются в оплодотворенных яйцах для производства потомства женского пола. В жарком климате они могут размножаться круглый год, а в умеренных регионах самки откладывают яйца осенью перед смертью, а новое поколение вылупляется весной. Некоторые виды имеют крылья и могут распространяться посредством полета, в то время как другие имеют ограниченные возможности к расселению.
Описание
Размеры фазмид сильно различаются, самки обычно растут крупнее самцов того же вида. Самцы самых маленьких видов, таких как Timema cristinae, достигают примерно в длину, в то время как самки самого крупного, неописанного вида, неофициально известного как Phryganistria "chinensis", достигают в общей длине, включая вытянутые ноги. Это делает его самым длинным насекомым в мире. Самым тяжелым видом фазмид, вероятно, является Heteropteryx dilatata, самки которого могут весить до . Некоторые фазмиды имеют цилиндрическую форму, напоминающую палочку, в то время как другие – сплющенную, листовидную. У многих видов нет крыльев или они редуцированы. Грудной отдел у крылатых видов длинный, поскольку в нем расположены мышцы полета, и обычно намного короче у бескрылых форм. При наличии первая пара крыльев узкая и склеротизированная (уплотненная), а задние крылья широкие, с продольными жилками вдоль всей длины и множеством поперечных жилок. Рисунок их жилкования уникален среди насекомых. Тело часто дополнительно модифицировано для маскировки под растительность, с ребрами, напоминающими жилки листьев, бугорками, похожими на кору, и другими формами камуфляжа. Некоторые виды, такие как Carausius morosus, даже способны изменять пигментацию, чтобы соответствовать окружающей среде. Ротовые органы выступают из головы. Жевательные мандибулы одинаковы у всех видов. Ноги обычно длинные и стройные, и некоторые виды способны к автотомии конечностей (самоотбрасыванию). Фазмиды обладают впечатляющей зрительной системой, позволяющей им различать мельчайшие детали даже в условиях низкой освещенности, что соответствует их преимущественно ночному образу жизни. Они рождаются с крошечными фасеточными глазами, имеющими ограниченное количество омматидиев. По мере роста фазмидов в процессе последовательных линек, количество омматидиев в каждом глазу увеличивается вместе с числом фоторецепторных клеток. Чувствительность взрослого глаза как минимум в десять раз выше, чем у нимфы в первой стадии развития (инстаре). По мере усложнения глаза, механизмы адаптации к изменениям освещенности также совершенствуются: в темноте глаза содержат меньше пигментов, блокирующих свет, чем днем, а изменения ширины слоя сетчатки для адаптации к доступному свету более выражены у взрослых особей. Больший размер глаз взрослых насекомых делает их более восприимчивыми к радиационному повреждению. Это объясняет, почему взрослые особи в основном ведут ночной образ жизни. Пониженная светочувствительность у нововылупившихся насекомых помогает им выбраться из опавшей листвы, где они вылупляются, и подняться в более освещенную листву. Молодые палочники – дневные кормильцы и свободно передвигаются, расширяя свой ареал питания. У палочников на ногах есть два типа подушечек: липкие "подушечки пальцев" и нелипкие "подушечки пятки", расположенные немного выше. Подушечки пятки покрыты микроскопическими волосками, которые создают сильное трение при низком давлении, позволяя им надежно держаться, не отрываясь от поверхности при каждом шаге. Липкие подушечки пальцев используются для обеспечения дополнительного сцепления при лазании, но не используются на ровной поверхности.
Some phasmids have cylindrical stick like shapes, while others have flattened, leaflike shapes. Many species are wingless, or have reduced wings. The thorax is long in the winged species, since it houses the flight muscles, and is typically much shorter in the wingless forms. Where present, the first pair of wings is narrow and cornified (hardened), while the hind wings are broad, with straight veins along their length and multiple cross veins. Their wing venation is unique among insects. The body is often further modified to resemble vegetation, with ridges resembling leaf veins, bark like tubercles, and other forms of camouflage. A few species, such as Carausius morosus, are even able to change their pigmentation to match their surroundings. The mouthparts project out from the head. Chewing mandibles are uniform across species. The legs are typically long and slender, and some species are capable of limb autotomy (appendage shedding). Phasmids have an impressive visual system that allows them to perceive significant detail even in dim conditions, which suits their typically nocturnal lifestyle. They are born equipped with tiny compound eyes with a limited number of facets. As phasmids grow through successive molts, the number of facets in each eye is increased along with the number of photoreceptor cells. The sensitivity of the adult eye is at least tenfold that of the nymph in its first instar (developmental stage). As the eye grows more complex, the mechanisms to adapt to dark/light changes are also enhanced: eyes in dark conditions evidence fewer screening pigments, which would block light, than during the daytime, and changes in the width of the retinal layer to adapt to changes in available light are significantly more pronounced in adults. The larger size of the adult insects' eyes makes them more prone to radiation damage. This explains why fully grown individuals are mostly nocturnal. Lessened sensitivity to light in the newly emerged insects helps them to escape from the leaf litter wherein they are hatched and move upward into the more brightly illuminated foliage. Young stick insects are diurnal (daytime) feeders and move around freely, expanding their foraging range. Stick insects have two types of pads on their legs: sticky "toe pads" and non stick "heel pads" a little further up their legs. The heel pads are covered in microscopic hairs which create strong friction at low pressure, enabling them to grip without having to be peeled energetically from the surface at each step. The sticky toe pads are used to provide additional grip when climbing but are not used on a level surface.
Распространение
Phasmatodea можно найти по всему миру, за исключением Антарктиды и Патагонии. Наиболее многочисленны они в тропиках и субтропиках. Наибольшее видовое разнообразие наблюдается в Юго-Восточной Азии и Южной Америке, за ними следуют Австралия, Центральная Америка и южные штаты США. На острове Борнео известно более 300 видов, что делает его самым богатым в мире местом обитания Phasmatodea.
Адаптация против хищников
Виды Phasmatodea обладают механизмами защиты от хищников, предотвращающими нападение (первичная защита), и защитой, активируемой после начала нападения (вторичная защита). Наиболее узнаваемым защитным механизмом у Phasmatodea является камуфляж в виде мимикрии растений. Большинство фазмид хорошо известны своей способностью эффективно имитировать палки и листья, а тела некоторых видов (например, Pseudodiacantha macklotti и Bactrododema centaurum) покрыты мшистыми или лишайниковыми наростами, дополняющими их маскировку. Абсолютная неподвижность усиливает их незаметность. Другой способ избежать хищничества и походить на ветку – переход в каталептическое состояние, при котором насекомое принимает жесткую, неподвижную позу, которую может поддерживать в течение длительного времени. Многие виды Phasmatodea используют иную тактику защиты, стремясь испугать приближающегося хищника, демонстрируя яркие цвета, обычно скрытые, и издавая громкий звук. Некоторые виды, такие как молодые нимфы Extatosoma tiaratum, сворачивают брюшко вверх над телом и головой, имитируя муравьев или скорпионов – еще один защитный механизм, позволяющий избежать участи добычи. Яйца некоторых видов, таких как Diapheromera femorata, имеют мясистые выросты, напоминающие элайосомы (мясистые структуры, иногда прикрепленные к семенам), привлекающие муравьев. Когда яйцо перенесено в колонию, взрослый муравей скармливает элайосому личинке, а яйцо фазмида остается развиваться в укромном уголке гнезда, в защищенном месте. При угрозе некоторые фазмиды, имеющие бедренные шипы на метаторакальных ногах (Oncotophasma martini, Eurycantha calcarata, Eurycantha horrida, Diapheromera veliei, Diapheromera covilleae, Heteropteryx dilatata), реагируют, сворачивая брюшко вверх и многократно взмахивая ногами вместе, пытаясь захватить угрозу. Если угроза захвачена, шипы могут вызывать кровотечение и сильную боль у человека. Некоторые виды оснащены парой желез на переднем крае проторакса, позволяющих выделять защитные секреты, включая химические соединения различного действия: некоторые производят отчетливый запах, а другие могут вызывать жжение и покалывание в глазах и рту хищника. Спрей часто содержит сильно пахнущие летучие метаболиты, которые ранее считалось, что они концентрируются в организме насекомого из растительной пищи. Однако сейчас представляется более вероятным, что насекомое само синтезирует защитные химические вещества. Кроме того, было показано, что химический состав защитного спрея, по крайней мере, одного вида, Anisomorpha buprestoides, варьируется. Эта вариация химического состава спрея также соответствует регионально специфическим цветовым формам популяций во Флориде, причем разные варианты демонстрируют различное поведение. Спрей одного вида, Megacrania nigrosulfurea, используется племенем в Папуа-Новой Гвинее для лечения кожных инфекций благодаря своим антибактериальным свойствам. Некоторые виды используют секрецию защитного действия ближнего радиуса действия, рефлекторно кровоточа через суставы ног и швы экзоскелета при беспокойстве, позволяя крови (гемолимфе), содержащей неприятные соединения, отпугивать хищников. Другая тактика – выплевывание содержимого желудка при преследовании, отпугивающее потенциальных хищников.
Жизненный цикл
Жизненный цикл палочника начинается, когда самка откладывает яйца одним из следующих способов: она либо отбрасывает яйцо на землю движением яйцеклада или всем брюшком, тщательно помещает яйца в пазухи листьев растения-хозяина, закапывает их в небольшие углубления в почве, либо приклеивает яйца к субстрату, обычно к стеблю или листу пищевого растения. После спаривания самка откладывает от 100 до 1200 яиц, в зависимости от вида. Однако негибридные особи являются факультативными партеногенетиками, то есть они сохраняют способность к спариванию, а их половое поведение зависит от присутствия и численности самцов. Яйца фазматодей по форме и размеру напоминают семена и имеют твердую скорлупу. У них есть структура, похожая на крышечку, называемая оперкулумом, расположенная на переднем конце, из которой нимфа выходит при вылуплении. Время, необходимое для вылупления яиц, варьируется от 13 до более чем 70 дней, в среднем около 20-30 дней. Яйца многих видов имеют жирный, бугорчатый капитулум, закрывающий оперкулум. Эта структура привлекает муравьев из-за сходства с элайосомой некоторых семян растений, которые служат источником пищи для личинок муравьев, и обычно способствует распространению семян муравьями – формой мутуализма между муравьями и растениями, называемой мирмекохорией. Муравьи заносят яйцо в свой подземный муравейник и могут удалить капитулум, чтобы накормить им своих личинок, не причиняя вреда эмбриону фазмида. Там яйцо вылупляется, а молодая нимфа, которая первоначально напоминает муравья (ещё один пример мимикрии у фазматодей), в конечном итоге покидает муравейник и взбирается на ближайшее дерево, чтобы укрыться в листве. Жизненный цикл фазматодей – неполный, он проходит через несколько нимфальных стадий. После выхода из яйца нимфа съедает свою сброшенную кожу. Взрослость достигается у большинства видов через несколько месяцев и после множества линек. Продолжительность жизни фазматодей варьируется в зависимости от вида, но составляет от нескольких месяцев до трех лет.
Экология
Фазмиды – травоядные насекомые, питающиеся преимущественно листьями деревьев и кустарников и являющиеся заметным компонентом многих неотропических экосистем. Фазматодеи рассматриваются как доминирующие травоядные, заселяющие светлые пятна в лесу. Многие ученые считают их роль в лесной экосистеме важной, подчеркивая значение светлых пятен для поддержания смены поколений и устойчивости в климаксных лесах. Присутствие фазмидов снижает чистую продуктивность растений на ранних стадиях сукцессии, поедая их, а затем обогащает почву продуктами выделения. Это способствует установлению растений на поздних стадиях сукцессии и стимулирует круговорот веществ в тропическом лесу. Фазматодеи признаны вредителями лесных и теневыносливых деревьев, вызывая их обезлистввание. Вспышки численности Didymuria violescens, Podacanthus wilkinsoni и Ctenomorphodes tessulatus в Австралии, Diapheromera femorata в Северной Америке и Graeffea crouani на кокосовых плантациях в Южной части Тихого океана имеют экономическое значение. Действительно, в южных штатах Америки, а также в Мичигане и Висконсине, палочник представляет собой серьезную проблему в парках и зонах отдыха, где он поедает листву дубов и других лиственных пород. Серьезные вспышки палочника Diapheromera femorata наблюдались в горах Оуачита штатов Арканзас и Оклахома. Насекомые выедают всю листовую пластинку. При сильных вспышках целые насаждения деревьев могут быть полностью лишены листвы. Продолжительное обезлистввание в течение нескольких лет часто приводит к гибели деревьев. Поскольку эти виды не умеют летать, очаги заражения обычно локализованы в пределах нескольких сотен метров. Тем не менее, ущерб, наносимый паркам в этом регионе, часто бывает значительным. Мероприятия по борьбе с заражением обычно включают применение химических пестицидов; наземные пожары эффективны для уничтожения яиц, но имеют очевидные недостатки.
Таксономия
Классификация отряда Phasmatodea сложна, и взаимоотношения между его представителями изучены недостаточно. Кроме того, существует значительная путаница в отношении названия отряда. Многие авторы предпочитают Phasmida, хотя оно образовано некорректно; Phasmatodea образовано правильно и широко признано. Phasmida – самое старое и простое название, впервые использованное Личем в 1815 году в «Эдинбургской энциклопедии Брюстера», том 9, с. 119, и широко применяемое в основных энтомологических учебниках, словарях, а также во многих научных статьях и книгах о фазмидах. Поскольку нет необходимости выбирать «грамматически правильное» название (которое, по мнению некоторых, – Phasmatodea Jacobson & Bianchi, 1902), выбор давно устоявшегося (и простого) названия представляется разумным, хотя убедить всех коллег согласиться с использованием Phasmida маловероятно. Отряд Phasmatodea иногда рассматривается как родственный другим отрядам, включая Blattodea, Mantodea, Notoptera и Dermaptera, однако эти связи неопределенны, а группировка (иногда называемая «Orthopteroidea») может быть парафилетической (не иметь общего предка) и, следовательно, недействительной в традиционной трактовке (совокупности признаков, присущих всем членам). Phasmatodea, ранее считавшийся подпорядком Orthoptera, теперь рассматривается как самостоятельный отряд. Анатомические особенности выделяют их в монофилетическую (происходящую от общего предка) группу, отличную от Orthoptera. Один из примеров – наличие у всех видов Phasmatodea пары экзокриновых желез внутри проторакса, используемых для защиты. Другой – наличие особо сформированного склерита (уплотненной пластинки), называемого вомером, который позволяет самцу удерживать самку во время спаривания. Отряд подразделяется на два или, иногда, три подряда. Альтернативным вариантом является разделение Phasmatodea на три подряда: Agathemerodea (1 род и 8 видов), Timematodea (1 род и 21 вид) и Euphasmatodea для остальных таксонов. Однако это деление не полностью подтверждается молекулярными исследованиями, которые показывают, что Agathemerodea вложены в Verophasmatodea, а не являются сестринской группой последней. Описано более 3000 видов, и многие другие еще предстоит описать как в музейных коллекциях, так и в природе. Хотя высказывались предположения, что различные насекомые, относящиеся к пермскому периоду, представляют собой стеблевых фазмид, самыми ранними однозначными представителями группы являются Susumanioidea, которые впервые появились в средней юре и обычно имеют две большие пары крыльев. Современные фазмиды впервые появились в раннем меловом периоде, причем самым старым из известных на сегодняшний день является Araripephasma из раннего мелового (аптский ярус) формации Крато в Бразилии, возраст которого составляет около 113 миллионов лет, и которого можно с уверенностью отнести к Euphasmatodea. Самым ранним ископаемым листовидным насекомым (Phylliinae) является Eophyllium messelensis из эоцена Месселя (возраст 47 миллионов лет), Германия. По размеру и форме тела он тесно напоминает современные виды, что позволяет предположить, что поведение группы мало изменилось с тех пор. Agathemerodea, ранее рассматриваемый на уровне подряда, теперь считается nomen dubium. ПодрядыКоличество видовХарактерные особенностиИзображениеTimematodea21Считается самой ранней ветвью на филогенетическом древеEuphasmatodeaНеизвестноПодавляющее большинство современных видов.
Выбранные виды
Один из австралийских видов, палочник с острова Лорд-Хау, в настоящее время занесен в список находящихся под критической угрозой исчезновения. Считалось, что он вымер, пока его не обнаружили вновь на скале, известной как пирамида Болла. В Австралии предпринимаются усилия по разведению этого вида в неволе. Наиболее известный из палочников – индийский, или лабораторный палочник (Carausius morosus). Это насекомое достигает примерно 10 см в длину и размножается партеногенезом, хотя самцы и были зарегистрированы, но встречаются редко. Окаменелости вымершего рода и вида Eoprephasma hichensi были обнаружены в отложениях ипресского возраста в штате Вашингтон (США) и Британской Колумбии (Канада). Этот вид является одним из самых молодых представителей группы стеблевых палочников Сузуманиоидных.
Фазмиды в Европе
В Европе описано 17 видов палочников, относящихся к родам Bacillus, Clonopsis, Leptynia и Pijnackeria. Существуют также несколько других видов, обитающих в Европе, но завезённых, например, некоторые виды Acanthoxyla, которые являются эндемиками Новой Зеландии, но встречаются в южной Англии. На Пиренейском полуострове в настоящее время описано 13 видов и несколько подвидов. Их жизненный цикл годичный, они живут только в самые жаркие месяцы (особенно представители родов Leptynia и Pijnackeria), что обычно соответствует периоду с поздней весны до ранней осени.
Поведение
Насекомые-палочники, как и богомолы, демонстрируют раскачивающееся поведение, при котором насекомое совершает ритмичные, повторяющиеся движения из стороны в сторону. Распространенная интерпретация функции этого поведения заключается в том, что оно усиливает маскировку, имитируя колышущуюся на ветру растительность. Эти движения также могут быть важны для того, чтобы насекомые могли различать объекты на фоне, используя относительное движение. Раскачивающиеся движения этих обычно малоподвижных насекомых могут заменять полет или бег как источник относительного движения, помогая им различать объекты на переднем плане. Брачное поведение у фазматид впечатляет из-за необычайно длительной продолжительности некоторых спариваний. Рекорд среди насекомых установил палочник Necroscia sparaxes, обитающий в Индии, который иногда остается в паре до 79 дней. Для этого вида не редкость принимать брачную позу на несколько дней или даже недель подряд, а у некоторых видов (Diapheromera veliei и D. covilleae) спаривание может длиться от трех до 136 часов в неволе. Явные проявления агрессии между самцами из-за самок позволяют предположить, что длительное спаривание могло развиться для защиты самок от конкуренции спермы. Борьба между соперничающими самцами наблюдалась у видов D. veiliei и D. covilleae. Во время этих столкновений приближение соперника заставляет существующего партнера манипулировать брюшком самки, за которое он удерживает ее с помощью хватательного органа, или вомера, опуская его вниз, чтобы заблокировать место прикрепления. Иногда самец наносит удар сопернику средними бедрами, которые оснащены увеличенным и загнутым шипом у обоих полов, способным проколоть кожный покров противника и вызывать кровотечение при сгибании к телу. Наиболее часто содержат в неволе индийского (или лабораторного) палочника Carausius morosus, который питается овощами, такими как салат. Из экскрементов палочника Eurycnema versirubra (Serville, 1838) [=Eurycnema versifasciata], питающегося определенными растениями, малайзийские китайцы готовят лекарственный чай для лечения различных заболеваний. Ботанический иллюстратор Марианна Норт (1830–1890) рисовала листовидных и палочных насекомых, которых она видела во время своих путешествий в 1870-х годах. Племена в Сараваке едят фазмид и их яйца. Некоторые коренные жители островов Д’Энтрекасто традиционно изготавливают рыболовные крючки из ног определенных фазмид. Проводились исследования для анализа способа передвижения палочника и применения этого в разработке шестиногих ходячих роботов. Вместо одной централизованной системы управления, кажется, что каждая нога фазмида работает независимо. В Австралии и на Гавайях многие виды палочников содержатся в качестве экзотических домашних животных, включая сильных, гигантских, колючих и детских. Традиция содержать палочников в качестве домашних животных, вероятно, была завезена в Австралию китайскими, японскими или вьетнамскими иммигрантами во время Второй мировой войны, Корейской войны или Вьетнамской войны. Палочников содержали в качестве домашних животных еще во времена династии Хань. Их держали в птичьих клетках, а жители Дальнего Востока верят, что они приносят удачу и процветание, как и сверчки. В видеоигре Disco Elysium есть сюжетная линия, посвященная гигантскому палочнику и криптиду, известному как инсулиндский фазмид.