Тело насекомых подразделяется на три тагмы: голову (cephalon), грудь (thorax) и брюшко (abdomen).
Голова состоит из акрона и 4 (по некоторым данным 5 или даже 6) сегментов. Она одета хитиновой капсулой, соединена подвижно с грудным отделом. Различают три типа постановки головы относительно тела: прогнатический, гипогнатический и опистогнатический. Переднюю лицевую часть занимает фронто-клипеальный отдел. Он состоит из лобного (frons) - фронтального склерита и наличника (clypeus). К наличнику причленяется верхняя губа (labrum). Второй отдел - теменной. Он состоит из двух теменных (vertex) склеритов и затылочного (occiput). Затылок окружает затылочное отверстие. Боковые отделы расположены под сложными глазами и носят название щеки (genae).
На голове располагаются глаза (сложные, иногда простые) и усики различного строения, а также ротовые аппараты. Ротовые органы у насекомых варьируются. Исходным типом ротового аппарата является грызущий (ортоптероидный). Он встречается у насекомых многих отрядов (таракановые, прямокрылые, стрекозы, жуки и др.). В его состав входят: верхняя губа, мандибулы, максиллы, нижняя губа и гипофаринкс. Лакающий (пчелы, шмели) образован верхней губой, мандибулами, в максиллах развита и удлинена наружная жевательная лопасть (galea), которая образует верхнюю и часть боковой поверхности хоботка, нижняя губа представлена удлиненным щупиком (palpi), который образует нижнюю и часть боковой поверхности хоботка. Внутри хоботка размещается язычок, образованный внутренними (glossae) лопастями нижней губы. Сосущий ротовой аппарат (чешуекрылые) включает верхнюю губу, у немногих представителей (зубатые моли) мандибулы, нижнюю губу в виде небольшой площадки со щупиками, хоботок образован удлиненными наружными жевательными лопастями максилл. Колюще-сосущий ротовой аппарат (комары, клопы) в своем составе имеет весь набор ротовых конечностей, но они утратили исходную форму, большая часть превратилась в стилеты, служащие для прокалывания покровов животных и растений. Нижняя губа в этом аппарате выполняет функцию футляра. Лижущий (фильтрующий) ротовой аппарат характерен для мух, в нем хорошо развиты лабеллумы нижней губы, мандибулы и максиллы отсутствуют.
Грудной отдел образован 3 сегментами, с ним связаны локомоторные органы: ноги и крылья. Конечность насекомого состоит из тазика, вертлуга, голени, лапки, предлапки. Выделяют несколько типов конечностей. Крылья размещены на втором (среднегрудь) и третьем (заднегрудь) сегментах. Крыльев чаще 2 пары, реже (двукрылые, веерокрылые) 1 пара. Крылья - боковые складки покровов, произошли из паранотумов. Они двуслойные, в них проходят нервы, трахеи, гемолимфа. Различают следующие типы крыльев: сетчатые, перепончатые, жесткие (элитры), полужесткие (гемиэлитры). Крылья имеют систему жилок продольных и поперечных. Брюшной отдел сегментирован, с ним связана большая часть внутренних органов насекомого. Максимальное число сегментов в отделе 11, обычно их меньше. Брюшной сегмент образуют тергит, стернит и плейральные мембраны. Брюшко лишено настоящих конечностей, у некоторых насекомых имеются видоизмененные: церки, грифельки, яйцеклады, жало, прыгательная вилочка.
Покровы редставлены кутикулой, гиподермой и базальной мембраной. Кутикула включает эпикутикулу и прокутикулу. Прокутикула состоит из двух слоев: экзокутикулы и эндокутикулы. Твердый покров тела ограничивает рост насекомого. Для насекомых характерны линьки. Покровы несут придатки. Они делятся на структурные и скульптурные. С покровами связана окраска насекомого. Окраска делится на химическую (пигментную) и структурную (физическую). Значение окраски для насекомого прямое (влияние на внутренние процессы) и косвенное (воздействие на других животных).
Мышечная система характеризуется сложностью и высокой степенью дифференциации и специализации отдельных ее элементов. Количество мышечных пучков часто достигает 1,5-2 тысяч. По гистологическому строению почти все мышцы насекомых поперечнополосатые. Мышцы делятся на скелетные (соматические), обеспечивающие подвижность организма и отдельных его частей по отношению друг к другу, и висцеральные (внутренностные). Выделяют четыре группы соматических мышц: головная, грудная, крыловая и брюшная. Наиболее сложно устроена крыловая группа, способленная к необычайной частоте сокращений (до 1000 раз в секунду), это так называемые асинхронные мышцы. Висцеральные мышцы связаны с внутренними органами.
Жировое тело представляет собой рыхлую ткань, пронизанную трахеями. Цвет изменчив. Функции: накопление питательных веществ, поглощение продуктов обмена, окисление жирового тела дает метаболическую воду, что особенно важно в условиях дефицита влаги.
Полость тела насекомых, как и у других членистоногих, смешанная. Диафрагмами она поделена на 3 синуса: верхний (перикардиальный), в нем размещено сердце, нижний (перинейральный) - размещена брюшная нервная цепочка, и наибольший объем занимает висцеральный синус. С этим синусом связаны пищеварительная, выделительная, половая системы. Дыхательная система находится во всех синусах полости тела.
Пищеварительная система разделена на три отдела: передняя, средняя и задняя кишка. Между передней и средней кишкой находится кардиальный клапан, средней и задней кишкой - пилорический. Передняя кишка представлена глоткой, пищеводом, зобом, механическим желудком. В зависимости от потребляемой пищи возможны вариации в строении: отсутствует зоб, желудок. Зоб - место временного пребывания пищи, отчасти здесь происходит пищеварение; функция желудка - размельчение (перетирание) пищи. Глотка у насекомых, питающихся жидкой пищей, мускулистая, выполняет функцию насоса. Слюнные железы открываются в ротовую полость, как правило, около основания нижней губы. Содержащиеся в слюне ферменты обеспечивают начальные этапы пищеварения. В средней (тонкой) кишке происходит переваривание и всасывание пищи. В начальный участок кишки у некоторых насекомых (таракан и др.) впадает несколько слепых выпячиваний кишечника - пилорические придатки - они увеличивают всасывающую поверхность. Стенки средней кишки образуют складки - крипты. Тип пищеварительных ферментов зависит от пищевого режима насекомых. Эпителий средней кишки у многих насекомых выделяет вокруг содержимого кишки перитрофическую мембрану, роль которой важна в процессах переваривания и всасывания пищевых веществ. Кроме того, она предохраняет эпителий средней кишки от механических повреждений. Задняя (прямая) кишка нередко отличается значительной длиной и подразделяется на несколько участков. Здесь у большинства насекомых находятся ректальные железы. Функции отдела: формирование и удаление экскрементов, всасывание воды из пищевой массы, переваривание пищи с помощью симбионтов (характерно для личинок некоторых видов насекомых). Отделы кишечника разделены клапанами, препятствующими обратному току пищи. Передний и средний отделы разделяет кардиальный клапан, средний и задний - пилорический.
Функции органов выделения у насекомых выполняются рядом образований. В первую очередь, это мальпигиевы сосуды. Они эктодермального происхождения, располагаются на границе между средней и задней кишкой. Их полость выстлана однослойным эпителием. Количество мальпигиевых сосудов колеблется от 2 (червецы) до 150 (пчелиные). Открываются сосуды самостоятельно либо объединены в пучки. Из гемолимфы продукты обмена в виде растворенных в воде солей мочевой кислоты поступают в полость сосудов, где образуется мочевая кислота. Освобождающаяся при этом вода всасывается стенками сосудов и поступает обратно в гемолимфу. Особенно интенсивно эти процессы идут в задней кишке, куда поступают продукты обмена из мальпигиевых сосудов. Ректальные железы являются основным местом всасывания воды. Почти сухие кристаллы мочевой кислоты вместе с экскрементами выводятся через анальное отверстие. Кроме мальпигиевых сосудов, функцию выделения выполняют лабиальные железы. Они представляют собой парные образования, открываются одним отверстием в основании нижней губы. Лабиальные железы характерны насекомым отрядов подуры, ногохвостки, щетинохвостки.
Органами дыхания являются трахеи. По бокам тела находится до 10 пар дыхалец. Стигмы ведут в атриальную полость, стенки которой образуют замыкательный аппарат и систему фильтрации воздуха, и далее в систему трахей. Трахеи многократно ветвятся и опутывают все органы. Заканчивается каждая трахея концевой клеткой с радиально расходящимися отростками. Концевые веточки этой клетки (трахеолы) проникают внутрь отдельных клеток тела насекомого. У многих насекомых имеются воздушные мешки. В отличие от трахей в них нет тенидий. У большинства насекомых дыхание активное, происходит расслабление и сжатие брюшка. Дыхательные системы, имеющие стигмы, называются открытыми. Насекомые имеют и закрытые системы, для которых характерно отсутствие дыхалец, воздух в организм поступает в этом случае через трахейные, ректальные, дыхальцевые жабры или через покровы. Форма трахейных жабр пластинчатая, кустистая, они представляют собой тонкостенные выросты, пронизанные сетью трахей.
Кровеносная система незамкнутая. Полость тела с открытой кровеносной системой называется гемоцель. В связи с особенностями строения дыхательной системы эта система у насекомых развита сравнительно слабо. Сердце размещено в брюшке, оно поделено на камеры (число их варьируется у разных насекомых), имеются остии с клапанами. От сердца отходит аорта, которая открывается свободно. Совместная работа сердца и диафрагм обеспечивает циркуляцию гемолимфы по телу насекомого. Движение гемолимфы в крыльях осуществляется по жилкам. Имеются местные пульсирующие органы в виде ампулы, мембранозной сократительной перепонки со специальной мышцей. Подобные образования располагаются в основании усиков, конечностей. Гемолимфа представляет бесцветную или желтоватую жидкость, у немногих насекомых содержит гемоглобин. Функции гемолимфы: транспорт питательных веществ, защитная, гидравлическая, метаболизм, отчасти дыхательная.
Нервная система, как у всех членистоногих, брюшная нервная цепочка. Она подразделяется на центральную, периферическую и симпатическую. Центральная нервная система состоит из головного мозга, нервной цепочки, начинающейся подглоточным ганглием. Головной мозг имеет 3 отдела. В протоцеребруме хорошо развиты зрительные доли, внутри полушарий размещаются грибовидные тела - ассоциативные центры, они хорошо развиты у общественных насекомых. Дейтоцеребрум иннервирует усики, основная часть его дифференцирована в обонятельные доли. Тритоцеребрум иннервирует верхнюю губу, от него берет начало симпатическая система. Подглоточный ганглий иннервирует ротовые конечности. Периферическая нервная система образована нервами, отходящими от центральной и симпатической системы, а также нейронами, расположенными по всему телу. Симпатическая система состоит из трех отделов: стоматогастрического, брюшного и хвостового.
Морфологической и функциональной основой органов чувств являются сенсиллы, разбросанные по телу насекомых поодиночке или собранные в скопления (органы зрения, слуха и т. п.). Каждая сенсилла состоит из нескольких элементов. Органы чувств подразделяют на механо-, хемо-, фоторецепторы и другие. Механорецепторы воспринимают механическое раздражение. Хеморецепторы - волоски, пластинки, ямки. Фоторецепторы - глаза. Для насекомых характерны как сложные глаза, так и простые. Сложные глаза состоят из омматидиев, число которых варьируется у разных представителей. Каждый омматидий имеет оптическую и сенсорную часть, строение которых сходно с устройством глаз ракообразных. Сложные глаза дневных и ночных насекомых в строении отличаются. В первом случае пигмент, экранизирующий омматидии, неподвижен, во втором - пигмент способен перемещаться, скапливаясь в верхней части глаза. Простые глаза характерны для некоторых отрядов насекомых, они иннервируются от средней части протоцеребрума, а не от зрительных долей. Помимо перечисленных органов чувств, у насекомых имеются рецепторы влажности, терморецепторы, органы равновесия.
Насекомые раздельнополые (за редким исключением) животные, нередко обладают резко выраженным половым диморфизмом. Половые железы парные. У самок каждый яичник состоит из яйцевых трубок - овариол, в начальном участке - гермарии, образуются яйцеклетки. Овариолы крепятся в организме с помощью концевого филамента. Овариола заканчивается ножкой, совокупность ножек образует каликс, продолжающийся в яйцевод. Оба яйцевода сливаются в непарное влагалище, открывающееся на брюшной стороне брюшка. Во влагалище открывается семяприемник, нередко и совокупительная сумка, придаточные железы. В области полового отверстия могут находиться яйцеклады. Мужская половая система состоит из пары семенников, каждый из которых представлен трубочками - фолликулами. Семяпроводы объединяются в общий семяизвергательный канал, в последний часто открываются дополнительные железы. Семяизвергательный канал пронизывает совокупительный орган, у насекомых, не имеющих такового, живчики склеиваются в сперматофоры, одетые оболочкой.
Большинство насекомых яйцекладущие, для некоторых характерно живорождение.
Кроме обычного обоеполого размножения, у насекомых встречается партеногенез, иногда наблюдается чередование обоеполых и партеногенетических поколений (тли). У ряда насекомых размножаются личинки (характерно для некоторых двукрылых) - педогенез, либо яйца (наездники) - полиэмбриония.
Выделяют 2 типа жизненных циклов:
- без чередования поколений с обоеполым половым размножением,
- жизненные циклы с чередованием поколений.
Индивидуальное развитие насекомых складывается из эмбрионального развития, протекающего на фазе яйца, и постэмбрионального - после выхода личинки из яйца до достижения взрослой (имагинальной) стадии.
Эмбриональное развитие насекомых. Яйцевые клетки насекомых центролецитального типа (за исключением яиц коллембол), тип дробления поверхностный. Яйцевая клетка имеет две оболочки: желточную и хорион. На яйцевом полюсе имеется отверстие - микропиле (одно или несколько). После оплодотворения деление начинается с ядра. Затем в процесс деления вовлекается прилегающая цитоплазма. Образующиеся энергиды мигрируют в периплазму, здесь возникают клетки, и дробление продолжается. На брюшной стороне образуется зародышевая полоска из активно делящихся клеток. Мезодерма формируется или путем иммиграции, или инвагинации части клеток зародышевой полоски. Энтодерма образуется из группы клеток на концах мезодермы. Развитие зародыша сопровождается бластокинезом, образованием оболочек и сегментацией. Бластокинез - перемещение зародыша к неосвоенным участкам желтка. Известны две формы бластокинеза: разрастание зародыша по длине яйца (насекомые с полным превращением, ортоптероидные) и погружение зародыша в желток (равнокрылые, пухоеды и др.
Развитие сопровождается сегментацией зародыша, образованием конечностей. Выделяют 3 этапа этого процесса.
- Протоподный. Сегментация не выражена или слабая, ноги развиты на головном отделе, в грудном - зачатки.
- Полиподный. Тело сегментировано, конечности на голове, груди, в брюшном отделе зачатки ног.
- Олигоподный. Тело сегментировано, конечности сохраняются на голове и в грудном отделе.
В головном отделе закладываются глазные и антеннальные лопасти с соответствующими зачатками, интеркалярный сегмент, впоследствии подвергающийся редукции, три грудных и 11 брюшных сегментов. Дифферен- цировка внутренних органов. Передняя и задняя кишки образуются за счет эктодермальных впячиваний, средняя кишка - из клеток энтодермы. Мальпигиевы сосуды возникают из эктодермы задней кишки. Нервная система закладывается в виде брюшного валика эктодермы, который затем погружается под покровы. Целомические мешки распадаются, образуется смешанная полость тела - миксоцель. Клеточные элементы мезодермы дают начало мышцам, сердцу, жировому телу, гонадам.
Зародыш растет, желток постепенно потребляется, зародышевые оболочки лопаются. Зародыш готов к выходу из яйца, на этом заканчивается эмбриональное развитие.
Постэмбриональное развитие. Выделяют первичные и основные формы метаморфоза.
Первичные формы метаморфоза характерны для низших насекомых. Выделяют 2 типа: анаморфоз (отряд протуры) и протоморфоз (у насекомых отрядов двухвостки, коллемболы, щетинохвостки).
Основные формы метаморфоза: гемиметаболическое и голометаболическое развитие (превращение). Первая форма характеризуется прохождением следующих фаз развития: яйцо (ova), личинка (larva), взрослое насекомое (imago). Личинка похожа на взрослое насекомое (нимфа), ведет сходный с ним образ жизни (таракановые, полужесткокрылые и др.) или не похожа на взрослое насекомое (наяда), имеет провизорные органы (стрекозы).
При голометаболическом развитии насекомое проходит 4 стадии: яйцо, личинка, куколка (pupa), взрослое животное. Такое развитие характерно насекомым отрядов перепончатокрылые, двукрылые, жесткокрылые, чешуекрылые и др. Личинка при данном типе метаморфоза не похожа на взрослое животное и ведет иной образ жизни.
Насекомые играют большую роль в природных процессах и жизни человека. Роль в природных процессах: вредители лесных насаждений, опылители, энтомофаги, сапрофаги, участие в почвообразовании, пища для других животных.
Роль в жизни человека: источники пищевых ресурсов, источники получения некоторых лекарственных препаратов, паразиты и переносчики заболеваний человека и домашних животных, вредители сельскохозяйственных культур, амбарные и домовые вредители.
Насекомые - объект биотехнологии (разведение и вселение в природу насекомых сапрофагов, фитофагов, энтомофагов, опылителей растений).