Wybrane Zagadnienia z Fizjologii Owadów

Transkrypt

1 Wybrane Zagadnienia z Fizjologii Owadów Jeden z największych i najistotniejszych organów tworzących ciało owada Funkcja Wyznacza kształt ciała osobnika Strukturalno-mechaniczne podłoże lokomocji Dzięki istnieniu zewnętrznych struktur umożliwia Odżywianie się Wzrost Rozród Komunikację z otoczeniem Skuteczna bariera ochronna przed urazami mechanicznymi Bariera ochronna dla patogenów substancji toksycznych Ochrona przed wysychaniem 2 Ujście gruczołu skórnego epikutikula Budowa kutikuli owadów Pokrywa: całą powierzchnię ciała: Jelito przednie Jelito tylne Tchawki Wyjątki: zakończenia chemoreceptorów, ściana jelita środkowego Funkcja szkieletu przyczepy mięśni i ustalenie pozycji ciała analogicznie jak u kręgowców 3 egzokutikula endokutikula Strefa tworzenia Włókno woskowe Otwór (por) kanału prokutikula Warstwa cementowa Warstwa woskowa Warstwa powierzchniowa wewnętrzna epikutikula egzokutikula epiderma Błona podstawna Gruczoł skórny Budowa chemiczna chityny Budowa chemiczna chityny 60% suchej masy kutikuli Długołańcuchowy homopolimer N-acetylo-Dglukozaminy (NAGA) Reszty cukrowe połączone wiązaniami β-1-4- glikozydowymi 5 6 1

2 Etapy syntezy chityny Synteza chityny Fosforylacja Aminacja Acetylacja Wytworzenie UDP-NAGA bezpośredniego substratu polimeryzacji 7 8 Etapy katalizowane przez enzymy obecne w cytoplazmie: Polikondensacja reszt NAGA w łańcuch chityny - syntetaza chityny (acetyloaminodezoksyglukozylotransferaza UDP-2-aceta-mido-dezoksy-Dglukoza: chityna) Ekdyzon Zaburzenia odkładania chityny Pochodna cholesterolu Hormon produkowany w enocytach Powstaje w procesie dealkilacji z sitosterolu, kampasterolu, stigmasterolu, które przekształcają się w cholesterol Synteza pod kontrolą PTTH dodatnie sprzężenie zwrotne Ekdysteroidy oddziałują na komórki: Ciała tłuszczowego Gruczołów ślinowych Epidermy jajników Dysków imaginalnych* *Tarcze imaginalne, dyski imaginalne, zespolenia komórek tworzące się podczas rozwoju zarodkowego owadów podlegających przeobrażeniu zupełnemu, niezróżnicowane w czasie rozwoju larwalnego, a różnicujące się podczas metamorfozy na różne struktury u owada dorosłego, pod wpływem działania 1. Wniknięcie do cytozolu hormonu ekdyzonu. 2. Utworzenie kompleksu hormon-receptor 3. Związanie receptora z chromatyną synteza mrna 4. Przejście mrna do cytoplazmy synteza białka 9 Pochodna benzodifenylomocznika selektywny insektycyd Zaburzenia tworzenia się warstwy prokutikuli Utrata elastyczności i odporności integumentu Nienormalny, letalny przebieg następnego linienia 10 Warstwy chityny Proces sklerotyzacji nieodwracalny doprowadza do sztywnienia kutikuli Różne natężenie: Żuwaczki najtwardsze Płytki pokrywające grzbiet gąsiennic - najdelikatniejsze W egzokutikuli każda z sąsiadujących blaszek skręca się w stosunku do poprzedniej zawsze pod tym samym kątem. Podobnie w endokutikuli Każde zgrupowanie blaszek, których położenie zmieniło się o 180 tworzy warstwę. Wpływ oświetlenia: Pełne ciągłe światło włókna chityny tworzone jednokierunkowo W całkowitej ciemności włókna ułożone spiralnie 2

3 Powstawanie N-acetylodopaminy Linienie tworzenie nowej kutikuli Płyn wylinkowy Apoliza Oddzielenie kutikuli Pękanie starej od epidermy kutikuli Regulacja procesu linienia 17 Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów WYMIANA GAZOWA 3

4 19 20 czułek Przetchlinka tułowiowa Tchawki skrzydeł Naczynie grzbietowe Pnie tchawkowe Wymiana gazowa u owadów odbywa się za pośrednictwem systemu tchawkowego. Tlen jest transportowany bez pośrednictwa płynów międzykomórkowych bezpośrednio do miejsc utylizacji. Wymiana gazowa odbywa się na drodze dyfuzji. przystosowania pozwalające na wzmożenie wymiany gazowej: sprawny system wentylacji systemy umożliwiające wymianę gazową w środowisku wodnym. Rectum kosz skrzelowy Ukłąd nerwowy Tchawki kończyn Tchawka boczna Tchawki stanowią długie ciągi rozgałęzionych rur o zmniejszającym się świetle Najmniejsze mają średnicę 1-2 µm Połączenia międzysegmentalne prowadzą do powstania parzystych pni tchawkowych: grzbietowych, Brzusznych bocznych W obrębie tego samego segmentu powstają połączenia poprzeczne między pniem grzbietowym i brzusznym. Cały system tchawkowy może być przewietrzany z jednej przetchlinki!!! Tchawki tworzą się przez inwaginację ektodermy. Od wewnątrz wyściela je epikutikularna warstwa intymy pokryta woskiem. Warstwa ta tworzy pierścieniowate zgrubienia zwane tenidiami. Cienkościenne worki powietrzne w tych strukturach tenidia zredukowane albo w ogóle nieobecne Tracheole najcieńsze rozgałęzienia układu trachealnego powstają w komórkach epidermalnych zwanych tracheoblastami. Długość kilkaset mikrometrów natomiast ich średnica wynosi zaledwie od 0,1 do 0,5 µm. Mogą wnikać nawet w głąb mięśni (miocytów) kończąc się ślepo lub łącząc anastomozami W trakcie rozwoju system tchawkowy jest początkowo wypełniony płynem tkankowym. Płyn ten jest w późniejszym okresie aktywnie absorbowany w zakończeniach tracheoli. Aktywnie tworzące się metabolity podwyższają ciśnienie osmotyczne w tkance powodując zasysanie płynu z tracheoli W powietrzu szybkość dyfuzji jest około 100-krotnie większa niż w środowisku płynnym. Przetchlinka: 1 kutikula 2 przedsionek przetchlinki 3 mięsień zamykający 4 tchawka 5 mięsień otwierający 6 aparat filtrscyjny 7 nabłonek 4

5 25 26 Przetchlinki: Rozmieszczone są segmentalnie. W zarodku owada najczęściej można wyróżnić 10 par przetchlinek: dwie na tułowiu, pozostałe na odwłoku. Mają możliwość otwierania i zamykania się. Pozostają pod kontrolą nerwową. Inne struktury: rozszerzone tchawki, worki powietrzne, tracheole. Większość owadów lądowych ma otwarty układ tchawkowy. Adaptacje przekształcenia zapewniające ograniczenie ubytku (utraty) wody w procesie respiracji. W zależności od liczby czynnych par przetchlinek owady dzieli się na: Polipneustyczne maksymalnie 10 par przetchlinek Hemipneustyczne poniżej 10 par Apneustyczne przetchlinki nie funkcjonują Typowa przetchlinka otwiera się do jednego lub dwóch przedsionków połączonych u podstawy z tchawką. Zamykanie przetchlinki związane jest zawsze ze skurczem mięśni zwieraczy odmykanie wynika z elastyczności kutikuli lub skurczu mięśni otwierających. Przedsionek przetchlinki często jest pokryty włoskami filtrującymi pyły lub płytką z licznymi drobnymi otworkami zabezpieczają one wnętrze systemu tchawkowego przed dostaniem się cząstek pyłu i wnikaniem wody. Dodatkową ochronę mogą dawać zewnętrzne części ciała pokrywy skrzydłowe chrząszczy lub skrzydła pluskwiaków osłaniające przetchlinki odwłokowe. Większość owadów wodnych zachowuje sprawny zamknięty system tchawkowy - przetchlinki są nieczynne lub ich brak. Tlen może przedostawać się do systemu tchawkowego przez kutikulę lub wyspecjalizowane skrzelotchawki. Niektóre owady wodne utrzymują na powierzchni ciała bardzo cienką błonkę powietrza zwaną plastronem. Ta struktura pełni funkcję podobną do skrzela. skrzela przetchlinkowe Niektóre owady wodne utrzymują na powierzchni ciała bardzo cienką błonkę powietrza zwaną plastronem - Ta struktura pełni funkcję podobną do skrzela Skrzela przetchlinkowe - przekształcone przetchlinki lub otaczającą je kutikula, znacznie wydłużone, przystosowane do pobierania tlenu z wody Aktywna wentylacja - zmiany ciśnienia w określonych miejscach ciała. Powodują je głównie skurcze mięśni odwłokowych. Kompresji i dekompresji najczęściej towarzyszy otwieranie lub zamykanie przetchlinek, prowadzące do jednokierunkowego przepływu powietrza przez główne pnie tchawkowe. Powietrze wprowadzane jest przez przetchlinki wdechowe a wyprowadzane przez przetchlinki wydechowe. 5