Крылья шмеля строение и особенности

Наука в мире животных: как и почему летают пчелы и шмели

В 2007 году появился фильм «Bee Movie», посвященный насекомым. Фильм неплох, но в нем прозвучало мнение, что пчелы, согласно принципам авиации, не должны летать, но летают. Это мнение быстро распространилось, и его принялись повторять на все лады журналисты, популяризаторы науки и обычные люди. Справедливости ради стоит заметить, что заблуждение о невозможности полета пчел и шмелей существовало задолго до фильма — где-то с начала XX века.

Проблема в том, что пчелы, шмели и другие летающие насекомые — вовсе не самолеты. Конечно, если рассчитывать подъемную силу крыльев пчелы при помощи математического аппарата авиастроения, то вывод будет, как и в фильме — пчелы и шмели не должны летать. Их небольшие крылышки просто не разовьют подъемную силу, достаточную для того, чтобы насекомое поднялось в воздух. На самом деле все гораздо сложнее и интереснее одновременно.

Взмахи крылышками и динамическое сваливание

У обычных самолетов крылья имеют достаточно жесткую конструкцию, они закреплены на корпусе самолета и составляют с ним единое целое. У них есть определенная степень гибкости, но с точки зрения аэродинамики существенного эффекта она не оказывает. Именно благодаря неподвижности крылья самолета обеспечивают значительную подъемную силу, которой достаточно для того, чтобы аппарат тяжелее воздуха оторвался от поверхности и летел.

У крыльев самолета — специфический аэродинамический профиль. Если увеличить угол наклона крыла по отношению к воздушному потоку, крыло создаст бОльшую подъемную силу. Но если угол будет слишком большим, то подъемная сила исчезнет, этот эффект называется сваливанием. Исчезни подъемная сила — и самолеты попадают.

У пчел, как и многих других насекомых, нет неподвижных крыльев, как у самолета. Для того, чтобы лететь, им нужно активно махать крыльями — это позволяет как бы оттолкнуться от воздуха и создать подъемную силу. Крылья в процессе взмаха совершают невероятно сложную траекторию движения. Крыло выполняет сложные движения на всем пути от начальной точки до конечной. Машущее крыло создает подъемную силу благодаря целому ряду физических явлений.

Первое из них — образование сильного завихрения на передней кромке крыла. Это явление называется динамическим сваливанием или же отсутствием сваливания (dynamic stall, absence of stall). Крыло находится под очень большим углом атаки при движении вверх и вниз. Угол атаки — угол между направлением вектора скорости набегающего на тело потока и характерным продольным направлением, выбранным на теле, например у крыла самолёта это будет хорда крыла, у самолёта — продольная строительная ось, у снаряда или ракеты — их ось симметрии.

В итоге воздушный поток разделяется с образованием завихрения у передней кромки крыла. В процессе полета завихрение остается на том же месте благодаря особенностям потока. Создается большая подъемная сила — благодаря разнице давлений. Если бы завихрение не возникало, то и подъемной силы бы не было.

Второе — эффекты благодаря вращению крыльев насекомого. При вращении крыла увеличивается завихрение на передней кромке, соответственно, растет и подъемная сила. Изменяя точку вращения крыла, можно менять и подъемную силу при каждом взмахе.

Диаграмма, показывающая разницу в аэродинамических характеристиках крыльев в режимах опережающего, симметричного и замедленного вращения. Черные линии представляют крыло, а точка показывает переднюю кромку. Красные стрелки показывают величину и направление сил. Эти данные были собраны с помощью модели машущего крыла робота. (Дикинсон, Lehmann & Sane, 1999)

А что там у других летающих насекомых?

Сложные механизмы полета наблюдаются не только у пчел, но и у других насекомых и птиц. У многих видов есть собственная техника увеличения подъемной силы с одновременной оптимизацией затрат энергии на выполнение взмаха. Ширококрылые бабочки в полете отбрасывают дискретные вихревые кольца. У этих насекомых по мере увеличения скорости полета цепочка вихревых колец сначала размыкается в верхней точке взмаха, что достигается энергичным хлопком крыльев над спинкой, а затем и в нижней точке.

В итоге при наиболее скоростном миграционном полете, а также при взлете крылья бабочки отбрасывают дискретные вихревые кольца: при хлопке крыльев в верхней точке кольцо отбрасывается назад и бабочка получает толчок вперед; в нижней точке взмаха бабочка хлопает крыльями и отбрасывает кольцо вниз, получая вследствие этого толчок вверх. И наконец, у насекомых с высокой частотой взмаха крыльев отбрасывание мелких дискретных колец становится основным способом создания полезных аэродинамических сил.

У многих насекомых при взмахе вверх возникает кратковременный импульс силы за счет расширения ранее образовавшегося кольца с ускорением воздуха назад. Важнейшую роль играют и особые движения крыльев, включая хлопок в верхней или нижней точке взмаха.

Шмели используют примерно тот же механизм полета, что и пчелы. И они тоже летают без всяких проблем. Проблема с объяснением механизма полета этих насекомых возникла именно из-за сложной траектории крыльев. Пчела совершает около 230 взмахов крыла в секунду, шмель — 300, в некоторых случаях — 400. Благодаря скорости, а также тому, что аэродинамическая поверхность с подвижной амплитудой генерирует гораздо большую подъемную силу, чем жестко зафиксированное крыло, насекомые и летают.

Ну а проблема с «невозможностью полета пчелы» возникли из-за неверной трактовки законов аэродинамики в применении к движущимся крыльям, причем без учета ряда принципов механики вязкой среды и газовой динамики.

Почему шмель не может летать по законам физики

— известный «научный» парадокс, на самом деле, давно уже переставший быть таковым, но всё ещё нередко воспроизводимый разными недалёкими личностями. Иногда вместо шмеля подставляется майский жук, но сути это не меняет.

Полностью этот боян звучит так: «По законам физики шмель летать не должен, но он об этом не знает и всё равно летает»

. От одной только такой постановки проблемы забьётся в конвульсиях не то что учёный, но и любой здравомыслящий человек, понимающий, что наука призвана вовсе не огораживать человечество от окружающего мира, а как раз таки рационально этот мир познавать. Но обо всём по порядку.

[править] Предыстория

Суть проблемы для самых маленьких: жирдяй с малюсенькими крылышками.
Рождение сабжа овеяно легендами и относится к началу ХХ века, когда один великомудрый учёный (имена называются разные, чуть ли не сам Людвиг Прандтль) решил произвести расчёт подъёмной силы крыльев шмеля. Почему именно шмеля? Шмель — насекомое с символизирующим латинским названием Bombus, имеет слишком маленькие крылья относительно размеров и массы собственного тела, но при этом всё равно умудряется летать, в связи с чем представляет для исследований особый интерес.

Поскольку дело было только на заре аэродинамики, учёный применил к шмелю формулы расчета подъёмной силы самолётов, в результате чего потерпел фейл и заключил, что шмель летать не должен и делает это фактически вопреки законам физики. Даже если это и правда, то проделал он всё это, вероятнее всего, исключительно для лулзов, потому как не мог не понимать, что аэроплан, в отличие от шмеля, крыльями не машет, механика полёта у него совсем другая и к шмелям она по определению не подходит. Изучение полёта насекомых, таким образом, ждало своего часа. Тем не менее, попирающий основы мироздания шмель, не дожидаясь, меметизировался и полетел пошёл в народ, где снискал широкую популярность и как аргумент в пользу бессилия науки, и как годный катализатор СПГС, и просто как прикол, которым не грех под стакан повеселить друзей и коллег по работе.

Почему шмель летать не должен?

Родилась такая легенда в начале XX века, когда бурно развивалось самолетостроение. Ученые того времени применяли к насекомому условия полетов по законам аэродинамики (вычисления силы, предназначенной для подъема в воздух тяжеловесных лайнеров).

Почему выбор пал на мохнатое насекомое? У бомбуса относительно грузной массы тела маленькие по размеру крылышки. Это и привлекло внимание ученых.

Математические исчисления подходили для пчел, мух, бабочек, а вот к шмелям это применение по законам физики оказалось невозможным. Загадочное насекомое опровергало все математические выводы ученых. Что они сделали? Попытались вписать шмелиный полет к формулам, исчисляющим подъемную силу авиалайнера, забыв о том, что самолет не умеет махать крыльями.

В итоге, получив парадоксальный вывод о невозможности полета земляной пчелы, ученые заявили, что «шмель летать не может, но летает, нарушая законы физики». Но мохнатое насекомое физику не изучало и на лекциях не сидело. Ежедневно шмелики, радостно гудя крыльями, показывали, насколько наука бессильна. Почему шмель летает?

[править] В миру

Шмель не должен, а пчёлы не знают, ога.[1]
В те времена и правда едва ли представлялось возможным достойно изучить полет насекомых уже просто потому, что уровень возможностей фотоаппаратуры долгое время не позволял фиксировать точную траекторию движения их крыльев. С достижением оного, а также развитием этой самой аэродинамики с открытием новых законов и принципов, сабж постепенно стал утрачивать ореол таинственности и не так давно лишился его вовсе. Ныне интернеты полнятся ликованием относительно того, что очередные британские ученые в очередной раз «опровергли распространённое заблуждение о невозможности полёта шмеля».

Тем не менее, сабж в изначальном виде всё ещё предсказуемо популярен в социальных сетях[2], как известно, чуть менее, чем полностью заполненных любителями «эффектных» цитат и демотиваторов различной степени безграмотности, не привыкшими проверять ту поебень, под которой подписываются. Также эта мудрая мысль слегка обстёбывается в мультике «Би Муви. Медовый заговор», только там не должна летать уже пчела.

Крылья шмеля: строение и особенности

Крылья шмеля очень давно интересуют как ученых, так и простых людей. Есть даже распространенный миф о том, что шмель летает против всякой логики и законов физики, так как у него слишком маленькие крылья для такого большого тела, не способные его удержать. Так ли это на самом деле?

Попытки выяснить как можно больше о крыльях шмеля и о поведении во время полета ученые не оставляют и сейчас. Так, китайские ученые проводят серию опытов, в которых шмели содержатся (и летают!) в специальных герметичных контейнерах, а каждое их движение, поворот крыла и даже скорость фиксируются специальной аппаратурой.

В строении крыльев шмеля нет ничего особенного – они относительно небольшие, прозрачные, постоят из двух половинок, которые движутся синхронно. Строение шмеля таково, что его крылья действительно небольшого размера, а туловище у этого насекомого действительно довольно толстенькое и тяжелое. Если бы такие пропорции были, например, у дирижабля, он никогда бы не смог подняться в небо. Все дело в том, что шмель – не самолет и не дирижабль, он не планирует в воздухе, а быстро-быстро машет крыльями.

Скорость перемещения крыльев у шмеля – около четырехсот взмахов в секунду (любой вертолет может позавидовать), при этом траектория перемещения каждого крыла напоминает овал, который движется под большим углом. Кроме этого, при каждом взмахе крылья переворачиваются, занимая немного другое положение: когда крыло идет вниз, его верхняя часть направлена вверх, и наоборот. Таким образом, получается, что при перемещении крыльев шмеля во время полета задействованы все три основных механизма полета: захват встречной струи, замедленное использование воздушного потока и привычное нам вращательное круговое движение.

Читайте также  Какие бывают клички для лабрадора

При этом на передней кромке крыла образуется своего рода небольшой вихрь, который и толкает тело шмеля вверх. Точно также мяч, который ударили теннисной ракеткой, будет лететь вперед, при этом в его верхней части воздух будет двигаться быстрее, что приведет к тому, что мяч будет ещё и подниматься. При изменении направления крыло шмеля опять попадает в этот же вихрь и использует его силу уже для того, чтобы снизиться или повернуть.

Траектория полета, которая образуется при этом, действительно очень сложная, гораздо сложнее траектории полета самолетов. Конечно, шмель может летать, и старый миф про шмеля и законы аэродинамики верен только отчасти – это насекомое не может летать в соответствии с уравнениями, которые применяются для расчета траектории и полета самолетов.

Подобно крыльям шмеля, похожие по аэродинамическим характеристикам движения создают нелетающие птицы, например, куры или страусы (последние машут крыльями очень быстро и со значительной силой), но взлететь при этом у них не получаются. Такой интересный парадокс много лет интересует физиков.

Шмель – действительно одно из самых загадочных и в то же время – самых привычных для людей насекомых. Наверняка тайны, которые скрываются в нем, будут ещё не одно столетие привлекать ученых, энтомологов, любителей дикой природы и простых наблюдателей.

[править] Разбор полётов

Slo-mo
Механика машущего полёта насекомых — реально сложный матан, и далёкий от физики человек едва ли сможет его полностью понять и уж тем более объяснить другому, просто прочитав его описание. Что касается конкретно шмеля, то очень упрощённо суть можно пояснить так: при быстрых-быстрых взмахах крыльев, имеющих определённую гибкость и траекторию движения, у их краёв образуются кольцевые завихрения воздуха, которые «сбрасываются» при завершении взмаха и создают насекомому необходимую подъёмную силу и определяют направление движения.

Следует, всё же, заметить, что шмель, несмотря на применение передовых достижений в биомеханике, далеко не самый искушенный летун среди своих членистоногих собратьев. Миллионы мух летают аналогичным шмелю образом, однако при этом, в силу ряда причин, они более приспособлены к тому самому высшему пилотажу, который вызывает у анонимуса тонны ненависти и сильно затрудняет их последующее истребление. А вот более подкованные в физике бабочки умеют использовать в процессе перемещения различные принципы, не ограничиваясь сбросом воздушного потока. Они тоже упорно не вписывались ни в какие теории до того, как скоростная киносъёмка дефлорировала их тайну. Крейсерский полёт у бабочек не менее хитрожопый, чем у шмеля: бабочки «аплодируют» крыльями, смыкая их сначала концами, а потом уже по всей площади. Воздух из этой трубки по мере её схлопывания выталкивается назад, бодро подталкивая расписную тварь вперёд и вверх. Кроме того, бабочки умеют планировать, расправив крылья, там, где шмель, сделав то же самое, просто ёбнется жопой о землю.

  • Муха, оседлавшая вихрь.
  • Бабочка вертикального взлёта.

В итоге остаётся только в очередной раз преклонить колени перед матерью-природой, создавшей такие сложные и совершенные лётные механизмы для своих насекомых отпрысков, несмотря на то, что особого профита от их исследований всё равно нет — бытует мнение, что в человеческих масштабах полёт насекомого не воспроизвести — не позволит всё та же физика, но это уже совсем другая история.

Полёт шмеля с точки зрения физики

Что же особенного в этих мелких колебательных вибрациях? На этот вопрос дали ответ ученые-физики, а именно Чжэн Джейн Ван, которая и доказала, что полёт шмеля, также известного как бомбус, не является чем-то, выходящим за рамки научных знаний.

В соответствии с результатами исследований, высокочастотные вибрации, совершаемые крыльями данного представителя фауны во время движения, образуют завихрения в воздухе, обладающие переменной плотностью. Именно разная плотность воздуха и вызывает подъёмную силу, которая удерживает массивное тело шмеля.

!!—Таким образом, нестандартные движения крыльев существа затрудняли определение особенностей его передвижения в воздухе, однако выяснилось, что в отличие от самолета, когда воздух обтекает корпус, шмель своим телом опирается на завихрения, создаваемые крыльями. Тем самым он компенсирует их внешнюю слабость по отношению к своей массивности.

Массивное насекомое в полете

Полет шмеля оказался устойчив к турбулентности


Компьютерная модель шмеля в аэродинамическом канале
Изображение: K. Schneider/Aix-Marseille Univ.

Международный коллектив ученых выяснил, насколько легко приходится шмелям летать в сильно ветреную погоду. Оказалось, что даже в условиях значительной турбулентности особый механизм создания подъемной силы позволяет насекомым оставаться на лету с минимальными дополнительными затратами энергии. Исследование опубликовано в Physical Review Letters

Авторы проводили численное моделирование полета шмеля в виртуальном «аэродинамическом канале». Для этого ученые разбивали пространство на 680 миллионов ячеек, в каждой из которых решали дифференциальные уравнения Навье-Стокса, которые описывают течение газа (воздуха, в данном случае). При этом модель шмеля играла роль жесткого препятствия. Для того, чтобы правильно воссоздать, как шмель машет крыльями, авторы пользовались более ранней записью полета насекомого на скоростную камеру.

В компьютерном эксперименте шмель двигался вперед со скоростью два с половиной метра в секунду. Авторы варьировали параметры потока, плавно увеличивая интенсивность турбулентности: отношение средней скорости турбулентных вихрей к средней скорости потока воздуха.

Положения крыльев шмеля, а также значения сил и мощности во время полета.

Изображение: T. Engels et al./ Physical Review Letters

Измерив среднюю мощность, которую шмелю приходилось затрачивать, чтобы оставаться в полете, ученые отметили, что она практически не изменялась в зависимости от интенсивности турбулентности: от 84.05 до 85.44 ватт на килограмм массы. Однако, возникающий вращательный момент (в случае реального шмеля) приводил бы к неизбежному крену. На его компенсацию насекомому потребовалось бы затратить значительную энергию.

Летающие насекомые, такие, как шмели или мухи, являются перспективным моделью для создания дронов нового поколения. В современных устройствах применяются вращающиеся роторы, тогда как насекомые машут крыльями вперед и назад. При этом подъемная сила возникает благодаря вихрям на передней кромке крыла. Такой механизм оказался эффективным в борьбе с турбулентными потокам.

Интересно, что сильный ветер еще не обязательно влечет за собой образование турбулентных участков. К примеру, шмель, летящий над полем, будет восприимчив к резким порывам ветра, но не вихрям. Для того, чтобы образовалась развитая турбулентность, необходимы препятствия, например, стволы деревьев.

Виды и особенности жизни шмелей

Наверняка многие неоднократно наблюдали летом полет упитанного мохнатого насекомого, сопровождаемый низким гудением. Именно этот звук дал название шмелю – одному из представителей семейства пчел (в переводе со старославянского «чмель» – это хрип или гул). Эти насекомые довольно широко распространены по миру.

Интересно поподробнее узнать, кто такой шмель, какие разновидности насекомого существуют и каков их образ жизни.

Описание и внешний вид

Шмель – это перепончатокрылое насекомое из семейства настоящих пчел. В мире существует около 300 разновидностей. Считается, что шмель – это самый близкий родственник медоносной пчелы. И действительно, шмель выглядит как крупная, сильно опушенная пчела.

Размеры тела шмеля достигают 28 мм у самок и 24 мм у самцов. Тело массивное, покрыто густым слоем ворсинок. В окраске чаще всего фигурируют черный и желтый цвета, но в зависимости от видовой принадлежности могут встречаться полоски белого, оранжевого и даже красного цвета.

Внешний вид

Строение тела похоже на других насекомых этого семейства. Два крыла, шесть лапок, причем передняя пара значительно короче остальных. Голова шмеля небольшая, на ней находятся усики, мощные челюсти, хоботок, по бокам два глаза. В нижней части брюшка находится острое жало, которое в отличие от пчелы не имеет зазубрин.

Среда обитания и образ жизни шмелей

Благодаря способности быстро адаптироваться к окружающим условиям шмели распространились практически по всей планете. Исключения составляют жаркие, засушливые регионы с минимальным количеством растительности, и районы с арктическим климатом.

В природе шмели живут семьями, численность которых составляет обычно от 50 до 150 особей. Насекомые активны и трудолюбивы. Большая часть жизни шмелей проходит за работой. Одни собирают пыльцу и нектар, другие уделяют больше времени обустройству и расширению жилища.

Поведение шмелей в отношении человека спокойное, не агрессивное. Насекомые могут напасть только в случае, когда ему угрожает опасность.

Аэродинамические характеристики

Долгое время ученые не могли понять, почему шмели летают, как такие маленькие крылья могут поднимать и удерживать в воздухе такое массивное тело. Утверждалось даже, что по законам физики полет насекомого категорически невозможен. Ошибка состояла в том, что ученые, пытаясь вычислить, как летает шмель, применяли формулы, вычисляющие подъемную силу самолета. Судя по этим вычислениям, действительно получалось, что летать шмель не может.

Однако позже, когда изучения полета шмеля продолжились, наконец-то сложилась картина, объясняющая его аэродинамику. В результате интенсивной работы крыльями вокруг насекомого создаются воздушные потоки разной плотности. Разница давления создает подъемную силу, которая помогает шмелю подняться в воздух и перемещаться в нем.

Виды шмелей

В мире существует более 300 разновидностей шмелей. Среди них и знакомые всем полевые, садовые и лесные шмели. И экзотические, проживающие в Азии, где обитает самое большое количество видов шмелей.

Шмель обыкновенный

Насекомое размером примерно 1,5 см, встречается в основном в Европе и европейской части РФ. Окраска привычная – черно-желтые полосы, и белое пятно на брюшке.

Садовый шмель

Размеры рабочих особей около 15 мм, матка вырастает до 24 мм. На теле желтые и черные полосы, брюшко желтое. Отличительная черта – длинный хоботок.

Лесной шмель

Шмель лесной предпочитает теплый климат, встречается в лесной и степной зонах. Размер 11 – 18 мм. Тело черное, покрыто желтыми и рыжеватыми волосками. Окраска более блеклая, чем у других видов.

Армянский шмель

Редкий вид, занесенный в Красную книгу. Насекомые достигают размера 20 – 30 мм. Тело шмеля красивого золотисто-желтого цвета, крылья коричневатые.

Земляной шмель

Земляной шмель – один из наиболее полезных для человека видов. Опыляет множество сельскохозяйственных культур. Окраска яркая, на теле выделяются узкие черные и более широкие желто-рыжие полосы.

Шмель городской

Некрупное насекомое встречается в Китае и в Евразии (от Западной Европы до Дальнего Востока). Окраска темно-рыжая с черным.

Каменный шмель

Название объясняется тем, что этот вид устраивает гнезда в кучах камней. Окраска шмеля практически черная, низ брюшка красно-рыжий.

Социальная структура и размножение

Развитие шмелей включает несколько стадий. Оплодотворенная самка откладывает яйца (от 8 до 16). Через 3–7 дней вылупляются личинки. Они активно едят, растут и через 10–20 дней окукливаются. В коконе насекомое остается в течение 10–18 дней, после чего полностью сформированные взрослые особи прогрызают стенки и выходят наружу.

Как и у других представителей семейства пчел, у шмелей существует четкая социальная структура. Насекомые живут семьями, во главе которых находится матка. Матка шмеля весной начинает формирование гнезда, откладывает яйца, заботится о пропитании будущего потомства. Когда из личинок появляется первое поколение рабочих шмелей, поиск еды и строительство гнезда становится их обязанностью. Матка же продолжает откладывать яйца.

Читайте также  Почему у кота ломаются усы основные причины

В колонии шмелей может быть одна основная матка и еще несколько самок, которые также занимаются воспроизводством потомства.

Особенности расположения улья

Семьи шмелей живут в довольно просторных гнездах. Форма жилища может быть разной, в зависимости от того, где именно оно находится. Шмелиное гнездо может располагаться:

  • над землей – в дуплах деревьев, в деревянных постройках, скворечниках;
  • на земле – в густой траве, в заброшенных гнездах птиц, во мху;
  • под землей – в основном в норах, которые покинули прежние жильцы (чаще всего мелкие и средние грызуны).

Для утепления жилища насекомые используют сухую траву, мох, шерсть, оставленную животными, воск.

Особенности шмелиных гнезд в земле

Большинство шмелей относятся к земляным видам, то есть предпочитают устраивать гнезда в земле. Больше всего насекомых привлекают заброшенные норы мышей или кротов. Гнездо – это конструкция, состоящая из ячеек неправильной овальной формы. Первые ячейки шмели делают из воска, из него же формируется купол, защищающий внутреннюю часть от проникновения влаги и маскирующий вход. В дальнейшем в роли ячеек выступают пустые коконы.

Чем питается шмель?

Что касается питания, то шмелей можно назвать самыми привередливыми представителями семейства. Они в отличие от пчел употребляют в пищу исключительно нектар и пыльцу. А вот что касается растений, нектар которых едят шмели, то их список просто огромен. Именно поэтому этих насекомых считают универсальными опылителями.

Замечено, что с большим удовольствием шмель питается пыльцой ярких растений. Но при этом самый любимый цветок – неприметный клевер. Едва почувствовав его аромат, насекомое уже не может пролететь мимо.

Делают ли шмели мед?

Как и их ближайшие родственники пчелы, шмели делают мед. В отличие от пчелиного он имеет более светлый оттенок и менее плотную, жидкую консистенцию. Отличия и в том, что мед шмелей менее сладкий, но содержит вдвое больше полезных веществ и витаминов. Продукт очень плохо хранится, быстро начинает бродить.

Зимовка насекомых

Осенью с наступлением холодов старая матка, рабочие особи и самцы погибают. На зимовку остаются только молодые оплодотворенные самки. Будущие основательницы новой семьи шмелей зимуют в укромных местах, где их сложно обнаружить. Чаще всего насекомые закапываются в землю на глубину 10 – 25 см. Там самка впадает в анабиоз, из которого выходит после того, как воздух прогреется и расцветут первые растения-медоносы.

Согласно наблюдениям, из всех шмелей, которые зимуют, выживает примерно третья часть. Но поскольку насекомые достаточно плодовиты, то на общей численности шмелей их массовая гибель зимой практически не сказывается.

Продолжительность жизни

Сколько живет шмель, в первую очередь зависит от его роли в семье. Рабочие особи живут около двух недель. Жизнь шмеля самца длится не более месяца и прерывается вскоре после спаривания. Самая большая продолжительность жизни у матки. Самки в зависимости от сезона рождения живут от полугода до года.

Естественные враги шмелей

В природе у шмелей немало врагов. В первую очередь это муравьи. Они частенько совершают набеги на шмелиные жилища, находящиеся на земле. Муравьи разрушают гнезда, крадут мед, яйца и личинок. Шмели пытаются защищать свои дома, но их колонии чаще всего малочисленны, а кроме того, днем большинство насекомых улетают на сбор нектара. Так что маленькие захватчики нередко одерживают победу и уходят с добычей.

Помимо муравьев шмелям угрожают:

  • осы (некоторые виды крадут мед, другие поедают подрастающих личинок);
  • мухи-конопиды (нападают на шмеля в воздухе, откладывают на его тело яйцо, из которого появляется личинка-паразит, питающаяся тканями насекомого до полного созревания);
  • некоторые виды огневок (подкладывают в гнезда свои яйца, вылупившиеся личинки уничтожают потомство шмелей);
  • птицы (самый опасный враг – золотистая щурка).

Естественный враг

Нападают на гнезда шмелей и животные, например, ежи, лисы, собаки.

Разведение шмелей в домашних условиях

Последнее время набирает популярность разведение шмелей в домашних условиях. Основная цель – опыление садовых и огородных культур (по большей части в теплицах). При правильном содержании насекомых удается значительно повысить урожайность. Преимущество шмелей в том, что они легко переносят понижение температуры и не проявляют агрессию по отношению к людям, а значит не мешают уходу за посадками.

Для разведения необходимы здоровые матки. Их можно отловить самостоятельно, но лучше приобрести в специальных хозяйствах. Насекомых заселяют в заранее подготовленное гнездо, а далее содержат в условиях максимально близких к естественным.

Заключение

Шмели – не только красивые, но и очень полезные существа, которых ученые изучают очень давно, но до сих пор знают о них не все. Крупных добродушных представителей семейства пчел можно встретить практически во всех уголках земного шара. Эти уникальные насекомые нуждаются во внимательном отношении и защите людей, потому что некоторые виды уже находятся на грани исчезновения.

Жилкование крыльев

Жилкование крыльев – особое расположение жилок по поверхности крыльев насекомых, отличающееся стабильным, постоянным на протяжении жизни рисунком и имеющее большое значение в их систематике.

Жилкование крыльев - Структура поверхности крыла (на примере шмеля)

Структура поверхности крыла (на примере шмеля)

Жилкование крыльев - Структура поверхности крыла (на примере шмеля)

1 – продольные жилки, 2 – поперечные жилки, 3 – ячейки.

Строение жилок

Жилками называются трубчатые утолщения различного диаметра, расположенные по поверхности крыльев насекомых (между верхним и нижним слоями крыловой пластинки). Они представляют собой каналы, заполненные гемолимфой, в которых находятся нервы и трахеи, выходящие из внутренней полости тела. [2]

Жилки являются каркасом крыла, его опорной системой; пространства между ними называются ячейками. Ячейки выполнены особой субстанцией – кутикулой, которая тоже находится между слоями. Наиболее крупные жилки расположены в основании крыльев, а ближе к их краям они ветвятся и становятся мельче. [2] В зависимости от расположения, их разделяют на продольные и поперечные; вторые меньше первых по диаметру, они предназначены для соединения продольных жилок. [1]

Жилкование крыльев - Жилкование крыльев, схема

Жилкование крыльев, схема

Жилкование крыльев - Жилкование крыльев, схема

Расположение жилок на крыле

У большинства насекомых они расположены на крыльях определенным образом. Главными называют продольные жилки, лежащие по длиннику крыла:

  1. костальную (Costa, C) которая находится вдоль его переднего края. Она самая мощная из всех, может доходить до вершины или огибать крыло по всему периметру.
  2. субкостальную (Subcosta, Sc), лежащую сразу за костальной (ниже). Она более короткая и тонкая, сливается с костальной у вершины крыла.
  3. радиальную (Radius, R) – эта жилка следует за субкостальной и часто делится на две ветви:
    • продолжение радиальной и
    • заднюю ветвь радиальной;
  4. медиальную (medialis, M) – находится в области середины крыла, соединяется поперечными анастомозами с ветвями радиальной жилки.
  5. кубитальную (Cubitus, Cu) – пятую по счёту. Она располагается ближе к задней части крыла и по ходу делится на 2-3 ветки.
  6. анальные жилки (Analis, A) – несколько жилок, расположенных ниже кубитальной; они могут проходить по крылу в виде одного канала, но иногда разветвляются и дают до 5 веточек. [1](фото)

На жилках могут появляться дополнительные ветви, которые обозначают номерами (например, R3 – обозначение для третьего ответвления радиальной жилки). У прямокрылых насекомых между основанием крыла и анальными жилками выделяют югальные жилки (Ju), а между передним краем и костальной жилкой может находиться прекостальная. Промежутки между продольными утолщениями называют полями, каждое поле называют по имени жилки перед ним.

Полный набор жилок представлен не во всех систематических группах. Например, у мелких перепончатокрылых они практически полностью редуцируются. [1]

Жилкование крыльев - Типы жилкования

Типы жилкования

Жилкование крыльев - Типы жилкования

1 – продольное у бабочки, 2 — сетчатое у стрекозы, 3 – ячеистое у цикады.

Типы жилкования

У разных насекомых жилки крыла могут неодинаково располагаться по поверхности крыловой пластинки. В зависимости от этого, выделяют несколько типов жилкования:

  • продольное: жилкование, характеризующееся большим количеством продольных жилок, развитых гораздо сильнее поперечных.
  • сетчатое: жилкование крыльев, при котором многочисленные поперечные и продольные жилки развиты одинаково (как у стрекоз).
  • ячеистое: малочисленные продольные и поперечные жилки образуют крупные ячейки (как у мух, пчёл, цикад и др). (фото)

Крылья могут быть либо только с продольными жилками, либо с продольными и поперечными.

Жилкование бывает густое (богатое) и негустое, и при этом образуются, соответственно, образуют более или менее крупные ячейки. Сами ячейки могут быть замкнутыми и незамкнутыми, дифференцированными (значительно различающимися очертаниями и размером) или почти одинаковыми. [3]

Изменение характера жилкования крыльев на протяжении эволюции

В сравнении с предковыми формами насекомых, современные имеют костализированные крылья. Костализацией называется процесс, в ходе которого жилки смещаются в направлении переднего, костального края крыла. Это способствует его укреплению и помогает достичь более совершенных аэродинамических свойств. [1]

Значение жилкования крыльев

Особое расположение и направление жилок обусловлено тем, что во время полета разные участки крыла выполняют неодинаковые функции, а нагрузка ложится на соседние области неравномерно. У представителей каждого вида имеются собственные особенности жилкования. Это играет большую роль как для самих насекомых, которые получают возможность максимально использовать свои крылья, так и для исследователей, определяющих виды по жилкованию. [2]

Непростая жизнь шмелей.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

В умеренной полосе матка живёт один сезон, рабочие от пары недель до пары месяцев. Трутни умирают после брачных игр, а молодые оплодотворённые матки зимуют в укромных местах, чтобы весной основать новую семью.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Кроме того, помогает шмелю греться его «шерсть» — она уменьшает теплопотери в два раза.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Шмели — довольно мирные существа, которые редко пускают в ход своё жало. Они не атакуют представителей своего вида, даже если те ошиблись гнездом. Да и непрошенного гостя сначала «обругают» шмелиными сигналами и попытаются выпихнуть без жалоукалывания.

В воздухе мохнатый шарик летает со скоростью до 18 км/ч.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Многие короткохоботные шмели предпочитают «грабить» цветок. Вместо того, чтобы продираться сквозь тычинки

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Впрочем, растения тоже любят обманывать опылителей.

Интерес шмеля — найти цветы с большим содержанием нектара. Если жидкости будет мало, насекомое просто не будет тратить время и полетит на соседнее растение.

Интерес цветка противоположный — привлечь как можно больше опылителей за меньшие затраты.

Выход — заполняем нектаром только самые удобные для посадки цветы в соцветии. Остальным нектар не нужен.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Другие цветы манипулируют желанием размножаться. Например орхидеи рода офрис имитируют внешний вид и запах самочки.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Уже в ходе процесса самец почувствует подвох и улетит. Он хотел оплодотворить самку, а оплодотворит растение.

С другой стороны, добрая природа дала трутню целый безотказный гарем, чего ещё надо.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Как всегда, за счёт честно работающего шмеля живёт куча паразитов.

Мухи Brachycoma devia.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

А ещё бабочки-огнёвки, осы-немки, наездники.

Кроме того, существуют шмели-кукушки. Причём занимаются этим не какие — нибудь обкуренные жидоломехузами захватчики с другого конца планеты, а ближайшая родня.

Вот, например, честный труженик шмель полярный.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Обитает и на Чукотке, и в Гренландии. Главный опылитель растений, живущих в холодильнике планеты. В один прекрасный день какая-то матка сообразила, мол зачем строить ячейки, выращивать потомство, когда можно прилететь в готовое гнездо, убить местную матку и процветать.(Как вы помните, шмели не нападают на представителей своего вида из другого гнезда). Вот так и появился шмель северный, паразит полярного шмеля.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

>Как нам развивать сельское хозяйство? А давайте разводить овец в кардинально другой экосистеме. Что может пойти не так?

Читайте также  Самые популярные породы кошек и котов

>Обнаружаем, что местная трава плохо подходит для массового овцеводства.

>Завозим клевер и проблема решена. Почти.

>Клевер не даёт семян и быстро истребляется овцами. А всё потому что местные насекомые не могут опылить клевер.

>Завозим длиннохоботковых шмелей, способных опылять клевер.

> Клевер растёт, овцеводство процветает. Всё хорошо. Почти.

> Поля покрываются навозом, который некому убирать.

> Тащим со всего света жуков-навозников.

Проблема решена. Пока решена.

Благословенные времена мезозоя с равномерным распределением тепла на планете нам явно не светят в ближайший десяток миллионов лет. А значит, милые мохнатые шарики ещё долго будут работать главными опылителями холодных областей Земли.

Непростая жизнь шмелей. Насекомые, Шмель, Текст, Фотография, Длиннопост

Найдены дубликаты

Лига биологов

4.4K постов 11.7K подписчика

Правила сообщества

Правила сайта никем не отменялись.

Будьте вежливы и сдержаны.

Не разводите политоту, не тащите спам.

Удаляются посты содержащие антинаучные и другие сомнительные идеи. Их авторы караются на месте.

Так как в сообществе отключена премодерация, могут проходить посты по тем или иным причинам не подходящие под формат сообщества. Такие посты переносятся в общую ленту, имейте в виду.

При желании ТС, можно перенести в сообщество недавно созданные посты подходящей тематики.

Если в пост закралась ошибка, не удивляйтесь, если администратор попросит её исправить.

Вбросы антинаучных идей и попросту различная глупость в комментариях расцениваются как развлечение для публики. Такие сообщения отдаются на растерзание толпе, как и их авторы, будь то тролли, адепты всех мастей или просто недальновидные личности.

Политика сообщества не предусматривает раздачу банов направо и налево, однако, если вы нарушаете покой пользователей – не обижайтесь.

Сразу вспомнил эту историю с анекдот.ру

Настоящий Ученый всегда следит за точностью формулировок и корректностью терминологии. Даже если он не на Ученом Совете среди коллег, а, скажем, на даче в кругу семьи.

Итак, семья собралась на веранде дачи. Все уткнулись в свои книги. Тишина прерывается лишь шелестом страниц. Но залетает на веранду шмель. Жужжит. Всем мешает читать. Мой отец (геолог) берет тряпку и пытается оного шмеля изловить и с веранды удалить.

Мама (химик) предупреждает — «Смотри, чтобы не ужалил!»

Дед — Настоящий Ученый, биолог — такого издевательства над терминологией стерпеть не может (ужалить можно только специальным органом — жалом, кое у шмеля отсутствует, а потому тот пользуется челюстями и расположенными рядом с ними железами, вырабатывающими яд).

Оторвавшись от чтения, дед, с высоты авторитета академика, президента научных обществ лауреата и прочая, хорошо поставленным голосом опытного лектора, умело держа паузу (чтобы и самые тупые успели понять), изрекает:

Отец бросает тряпку, хватает шмеля голой рукой — и под его (отца) отчаянный вопль дед заканчивает фразу:

В общем, правда оказалась такой:

1) Нет никаких ядовитых желез у шмеля.

2) Челюстями (точнее, жвалами) шмеля прокусить кожу человека невозможно.

3) У шмелей (у самок) есть жало. При случае, им шмель и жалит.

4) Жало у шмеля — гладкое. При случае, может ужалить несколько раз подряд.

У меня каждое утро прилетает шмель. Залетает через окно на кухне, когда я курю, делает круг через всю квартиру и вылетает из окна в зале. Уже как родной, я с ним даже здороваться начал )))

Ни разу даже не пытался ужалить.

Он просто пассивный курильщик

Ты их чем-то обидел видимо. Шмели нападают только когда есть угроза гнезду.

Никто не смог, а вот.

Иллюстрация к комментарию

шмели сумели отобрать у пчёл мёд. отжали, красавчики

В который раз поражаюсь тому, что растения имитируют «жопу»шмеля, чтобы привлечь его внимание. Не только вид, но и запах. Как? Как, черт побери, растение могло так эволюционировать? Природа удивительна донельзя.

Если упрощенно, то как-то так. В результате случайных мутаций какое-то растение получило некоторые особенности, сделавшие его отдаленно похожими на шмелиху. На это растение стали чаще садится шмели, так как некоторые их них иногда принимали растение за самку. Это растение получило преимущество в опылении, и закрепило свою раскраску в генах. Из потомства этого растения, большее опыление, и, следовательно, большее размножение получали те особи, которые все больше и больше походили на шмелей. И через миллионы лет такой эволюции — получились орхидеи, которые выглядят и пахнут максимально (для растения) похоже на самок шмелей.

Это-то я понимаю, но интересен именно момент начала естественной селекции.

Как такового момента нет, весь процесс сильно растянут по времени. Просто преимущество мимикрии, к примеру, постепенно нарастает, и приводит к орхидеям-шмелям, или к таким вот гусеницам-змеям

Иллюстрация к комментарию

это был случайный момент, потом еще случайный момент, потом еще. в течение миллирадов лет пара случайных моментов и всё получилось

Зачем минусите человека, земле около 5 млрдов лет, а на земле жизни около 1

А цветковые растения вообще чуть моложе динозавров, угу.

Вот пример из растительного сообщества.

Снабженные кожистым крылом семена веймутовых сосен разносятся ветром. Этот механизм распространения вполне эффективен: иначе веймутовы сосны не были бы широко распространенными и процветающими. Однако не менее, а во многих случаях, видимо, и более эффективным оказалось распространение семян животными, преимущественно птицами. Поэтому даже в группе веймутовых сосен добрая половина видов либо окончательно перешли к крупным бескрылым семенам, либо движутся в этом направлении (имеют семена среднего размера с укороченным, недействующим крылом).

Иллюстрация к комментарию

Особенно умилительно вот эта жопка выглядит.

Иллюстрация к комментарию

Никакой политики, ничего личного! Только жопа шмеля

Иллюстрация к комментарию

милые жопки на пикабу

Иллюстрация к комментарию

Иллюстрация к комментарию

тоже хотел написать ))

Мелкая, я любила подолгу наблюдать за всякими насекомыми. В один прекрасный день моё внимание привлёк деловито летающий над цветками клевера шмель. Он был офигенный. Спокойный и уверенный в себе матёрый шмеляка, его мохнатые, толстые полосатые бочка так и манили меня. Я переползала по траве наблюдая за ним, и мне казалось, что на ощупь он должен быть просто божественно шелковистым, как пушистое легкое облачко. Шмель же был полностью поглощён своим занятием, моё присутствие его никак не отвлекало. Однако, если я приближалась слишком близко, он, вежливо тарахтя, отлетал чуть в сторону. Мы играли с ним в эту игру минут 15, как любовники, он был добродушен, манил меня, но не давался.

И я не выдержала. Я решила, что шмеля необходимо погладить, чего бы это мне не стоило.

И вот тут у меня провал в памяти. Что было дальше я знаю только со слов моей бабушки: она прибежала на мой леденящий душу потусторонний вой. Я стояла вытянув сжатый кулачок и вопя. Бабушка разжала мои пальцы и оттуда вырвался КРАЙНЕ недовольный, но вполне живой шмель. Мстить за столь дерзновенный поступок сверх того, что он уже сделал, шмель не стал и попросту удалился во-свояси. На ладошке у меня красовалась идеально ровная, стремительно опухающая дыра.

Шмелей с тех пор я опасаюсь, но всё равно люблю, и если весной — осенью вижу на дороге сонного и медлительного шмеля, то всегда аккуратно убираю его в траву.

Одно обидно — не помню, какие же они на ощупь, эти привлекательные упругие бока.

Скорость полета шмеля и его маленькие совершенные крылья

Шмель относится к отряду перепончатокрылых насекомых. Семейство пчелы настоящие. К роду Bombus принадлежит около 300 видов. Обитают они по всей Земле. Даже в холодных широтах: живут в Гренландии, на Новой Земле, на Чукотском полуострове. Согреваются работой грудных мышц, при этом жужжат. Есть горные виды. У экватора представителей рода меньше. Не так давно эти насекомые завезены в Австралию. Сами дальних перелетов не совершают. Представители рода Bombus считаются выносливыми насекомыми, однако скорость полета шмеля невелика.

Тяжелое насекомое

Шмель – насекомое не столь обычное. В отличие от остальных перепончатокрылых, да и всех летающих насекомых, имеет более грузное тело. При этом крылья представителей рода земляных пчел относительно малы. Этот факт привел в начале ХХ века к заблуждению среди людей, разбирающихся в аэродинамике: шмели по законам физики не должны летать. А все потому, что люди смотрели на полет лишь со своей узкой точки зрения. В начале ХХ века развивалось авиастроение. Самолеты имеют несущую поверхность – крылья, большие по площади для удержания на воздушных массах. Но воздушные машины ими не машут. Шмель поднимается в воздух и удерживается на весу за счет разности давления воздуха, которую обеспечивает движение его крылышек.

скорость полета шмеля

Работа крыльев

Шмель имеет их две пары. Работает синхронно. Крылья описывают овал. При этом шмель еще и поворачивает их под разным углом к поверхности земли. В полете он захватывает струи воздуха, успевает кратковременно парить в них и снова захватывать, совершая круговые движения.

с какой скоростью может летать шмель

Полет во вращающихся воздушных потоках

Ученые выяснили, что величина турбулентности особо не влияет на качество, скорость полета шмеля. Усилия, затрачиваемые при завихрениях воздуха, возрастают незначительно. Передняя часть крыльев жесткая. Шмель постоянно (около 300 раз в секунду) забирает крыльями новую порцию воздуха. Такая скорость создает свою турбулентность, необходимую для полета. Кроме того, насекомое использует созданную турбулентность при поворотах или смене высоты.

Аппарат будущего

Жесткая передняя часть крыльев сочетается с гибкой задней. Это тоже необходимо для отличного полета. В XXI веке полет насекомых продолжают изучать специалисты разных областей. Люди стремятся спроектировать летательный аппарат с качествами полета шмеля. Это был бы новый прорыв в авиастроении. Новому аппарату не мешала бы турбулентность воздуха.

Скорости полета шмеля препятствуют лишь встречные потоки воздуха. Насекомое летает и в ненастную погоду. Это радует садоводов. Шмели опыляют растения при плохих погодных условиях.

С какой скоростью может летать шмель?

Полет разных насекомых сильно отличается по скоростям. Шмель считается относительно медлительным насекомым. Питаясь нектаром, перелетая при этом с цветка на цветок, земляная пчела не спешит. Скорость полета шмеля составляет около 1 метра в секунду. Обычно насекомое не улетает далеко от излюбленного места кормления или сбора нектара. Возвращается на приглянувшиеся цветы. Может снова и снова проверять одно и то же растение.

шмель насекомое

Максимальная скорость полета шмеля точно не известна. Зафиксировано число 5 метров в секунду. Однако пишут и о 15 м/с.

Мир насекомых не перестает удивлять и любителей природы, и профессиональных биологов, и специалистов других наук. Окраска крыльев бабочек, скорость комаров, фасеточное зрение насекомых изучаются учеными с целью воплотить новые передовые аппараты в жизнь человека. Полет шмеля также изучается уже около века. В настоящее время интерес только возрос. Аэродинамические характеристики этого насекомого удивляют и восхищают знатоков физики. Настолько гениально создала его природа.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: