owadów - rodzaje Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów Ogólny plan budowy podobny jak w poprzecznie prążkowanych mięśniach kręgowców 2 MIĘŚNIE OWADÓW - RUCH owadów - rodzaje owadów - rodzaje Ogólny plan budowy podobny jak w poprzecznie prążkowanych mięśniach kręgowców Typy budowy mięśni owadów: o niewyraźnym poprzecznym prążkowaniu z mocno upakowanymi wiązkami miofibryli o wyraźnym poprzecznym prążkowaniu 3 sarkolema włókienka jądro mitochondria sarkoplazma sarkolema włókienka sarkoplazma mitochondria jądro 4 owadów - rodzaje owadów - rodzaje Ogólny plan budowy podobny jak w poprzecznie prążkowanych mięśniach kręgowców Typy budowy mięśni owadów: o niewyraźnym poprzecznym prążkowaniu z mocno upakowanymi wiązkami miofibryli o wyraźnym poprzecznym prążkowaniu cewkowate 5 sarkolema włókienka jądro mitochondria sarkoplazma sarkolema włókienka sarkoplazma mitochondria jądro 6 1
owadów - rodzaje owadów - rodzaje Ogólny plan budowy podobny jak w poprzecznie prążkowanych mięśniach kręgowców Typy budowy mięśni owadów: Wiązki fibryli o niewyraźnym prążkowaniu o wyraźnym poprzecznym prążkowaniu cewkowate fibrylarne 7 sarkolema włókienka jądro mitochondria sarkoplazma sarkolema włókienka sarkoplazma mitochondria jądro 8 owadów - rodzaje owadów - Budowa Struktura mięśni dostosowana do funkcji pełnionej w organizmie owada: trzewne Połączenia między sąsiednimi włóknami Jedno jądro w komórce Nieregularne położenie kanalików T Nieregularne ułożenie prążków H i Z Stosunek aktyny do miozyny 12:1 Unerwiane przez neurony układu stomatogastrycznego lub ze zwojów pnia brzusznego. Niektóre brak własnego unerwienia uczestniczące w poruszaniu i utrzymywaniu postawy ciała Odnóża: Włókna mięśniowe cewkowate Tułów i odwłok Włókna mięśniowe fibrylarne mięśnie poruszające skrzydłami Pozostałe typy budowy włókien 9 uczestniczące w poruszaniu się i utrzymywaniu postawy ciała: Zbudowane z licznych wielojądrzastych włókien mięśniowych biegnących wzdłuż głównej osi. Każda komórka mięśniowa otoczona jest sarkolemą utworzoną z błony podstawnej i błony sarkoplazmatycznej. Retikulum sarkoplazmatyczne - część cytoplazmy niezwiązana z błoną cytoplazmatyczną - wpukla się do wnętrza włókna tworząc regularne kanały położone między prążkiem Z i H. 10 owadów - rodzaje owadów - Budowa Struktura mięśni dostosowana do funkcji pełnionej w organizmie owada: trzewne Połączenia między sąsiednimi włóknami Jedno jądro w komórce Nieregularne położenie kanalików T Nieregularne ułożenie prążków H i Z Stosunek aktyny do miozyny 12:1 Unerwiane przez neurony układu stomatogastrycznego lub ze zwojów pnia brzusznego. Niektóre brak własnego unerwienia uczestniczące w poruszaniu i utrzymywaniu postawy ciała Odnóża: Włókna mięśniowe cewkowate Tułów i odwłok Włókna mięśniowe fibrylarne mięśnie poruszające skrzydłami Pozostałe typy budowy włókien 11 lotu: Średnica 30 µm 1,8 mm Długie włókna Mało sarkolemy Wyraźne kanaliki T, z którymi wiążą się cysterny SR Bardzo liczne mitochondria 12 2
owadów - Budowa owadów - Budowa 13 14 Prążek A Prążek I Linia Z Strefa H 1 2 6 3 5 4 owadów - Budowa owadów - Budowa 15 16 Tropomiozyna Cząsteczki Prążek A G aktyny F aktyna Miofilament aktyny (cienki) Nić Cząsteczka miozyny Głowy Troponina Miejsce aktywne Miofilament miozyny (gruby) Charakterystyczne cechy mięśni owadów w odróżnieniu od mięśni kręgowców: 7-krotnie mniej troponiny i tropomiozyny Występowanie dodatkowych białek charakterystycznych dla poszczególnych grup mięśni: Asynchroniczne mięśnie lotu filamenty C = projektyna białka łączące o dużej masie cząsteczkowej połączenie miozyny z prążkiem Z Każde 10-20 włókien mięśniowych jednostka mięśnia otoczona błoną z tracheolami dochpdzą tu zakończenia motoneuronów jednostka motoryczna owadów - Unerwienie 17 synchroniczne i asynchroniczne 18 synchroniczne częstotliwość pobudzeń w motoneuronach i skurczów mięśnia taka sama asynchroniczne częstotliwość pobudzeń w motoneuronach mniejsza niż skurczów mięśnia 3
owadów - Pobudzenie owadów - Skurcz 19 20 (1) (2) (3) Aktywacja elementów kurczliwych owadów - Skurcz 21 22 Potencjał czynnościowy w motoneuronach pobudzenie błony postsynaptycznej depolaryzacja błony komórki mięśniowej uwolnienie jonów wapnia z siateczki endoplazmatycznej. Miozyna ATPaza aktywowaną przez jony wapnia i hamowaną przez jony magnezu. Energia uzyskana z rozkładu ATP przekształcenie cząsteczki miozyny przesunięcie się miofilamentów względem siebie. owadów - Skurcz 23 Kompleks miozyny Nić aktyny Z Aktywn. ATP-azy Tropomiozyna Troponina 4
Budowa skrzydła owada Coleoptera 25 26 podstawa brzeg przedni wierzchołek zgięcie jarzmowe zgięcie analne brzeg tylny zgięcie obojczykowe brzeg zewnętrzny Coleoptera Hymenoptera 27 28 Hymenoptera Lepidoptera 29 30 Linia zgięcia skrzydła Połączenie skrzydeł 5
Lepidoptera Diptera 31 32 Żyłka ramienna Diptera Diptera 33 34 Jak powstaje siła nośna skrzydeł? 36 Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów Wykład VIII Sposoby poruszania się lot Jak powstaje siła nośna skrzydeł? 6
Jak powstaje siła nośna skrzydeł? Jak powstaje siła nośna skrzydeł? 37 38 Rodzaje lotu Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów Sposoby poruszania się lot Rodzaje lotu 1. Lot ślizgowy: A. Konieczna duża powierzchnia skrzydeł w stosunku do masy ciała a. Faza unoszenia siła skierowana pionowo przezwyciężenie masy ciała, b. Przesunięcie do przodu siła skierowana poziomo pokonanie oporów powietrza c. Dodatkowy nakład energii na korygowanie kierunku 2. Lot trzepoczący: A. Dwie pary skrzydeł bija w odwrotnej fazie a. Skrzydła cały czas zaangażowane w przemieszczanie owada w przestrzeni b. Mniej albo nie ma okresów szybowania 3. Lot kosztowny energetycznie koszt utrzymania owada w powietrzu - >90% całkowitej energii wydatkowanej w czasie lotu 1. Pokonanie siły ciążenia składowa aerodynamiczna 2. Nadanie skrzydłom przyśpieszenia na początku każdego uderzenia składowa bezwładnościowa 40 Ważki lot trzepoczący Ważki 41 42 https://www.youtube.com/watch?v=gzdf-upa4cs 7
Pełne uderzenie skrzydeł ważki Aeschna juncea 43 Trzepoczący ruch pojedynczego uderzenia skrzydeł 44 Szarańcza Chrząszcz Motyl Lot ważki Ewolucja lotu Składanie skrzydeł przez Nemoura cinerea (Nieszczeta żółtonoga) 45 46 1. Skrzydła: 1. Blaszki (nadmuchane przez tchawki) małe klapy (praskrzydła) wykonywanie długich skoków (rozrastały się) kontrolowany lot nurkowy, skakanie, lot trzepoczący 2. Osiągnięcie ewolucyjne zdolność do zwijania skrzydeł w spoczynku: 1. Ważki pozbawione tej zdolności skrzydła narażone na zniszczenie 2. Jętki osiągnęły tę zdolność 3. Chrząszcze jedna para utwardzona chroni drugą parę skrzydeł błoniastych https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/31/nemoura.cinerea.jpg/360px-nemoura.cinerea.jpg 48 Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów Wykład VIII podnoszące skrzydła Sposoby poruszania się lot Rozmieszczenie i funkcjonowanie mięśni lotu opuszczające skrzydła 8
49 50 podnoszące skrzydła opuszczające skrzydła 51 52 podnoszące skrzydła opuszczające skrzydła 53 54 podnoszące skrzydła opuszczające skrzydła 9
55 56 podnoszące skrzydła opuszczające skrzydła 57 58 podnoszące skrzydła opuszczające skrzydła 59 60 podłużne Grzbietowobrzuszne podłużne Grzbietowobrzuszne 10
61 62 podłużne 63 64 podłużne 65 66 podłużne Grzbietowobrzuszne Grzbietowobrzuszne Grzbietowobrzuszne 11
67 68 podłużne 69 70 podłużne Grzbietowobrzuszne Grzbietowobrzuszne Nerwowa kontrola lotu 71 72 1.Bardzo wysoka częstotliwość uderzeń skrzydeł (do 1000 Hz, zwykle 200 Hz) 2.Synchronizacja łatwiej osiągana Prawidłowy lot jest wynikiem: Precyzyjnego sterowania przez układ nerwowy Funkcjonowanie mięśni poruszających skrzydła Funkcjonowanie mięśni utrzymujących pozycję ciała w locie Ciała komórkowe neuronów unerwiających mięśnie lotu : 3 skupiska po obu stronach zwoju unerwiającego dany segment tułowia W każdym skupisku Neurony pobudzające Neurony hamujące Niektóre struktury ośrodkowego układu nerwowego zdolne do spontanicznej czynności Toniczne i fazowe wejścia czuciowe Mechanoreceptory u podstawy skrzydeł utrzymanie częstości uderzeń, koordynacja obu par skrzydeł, kontrola stabilności lotu Proprioreceptory na skrzydłach informacja o położeniu skrzydeł Narząd Johnstona i czułki, włoski na głowie sensille wrażliwe na ruch powietrza Wzrok orientacja przestrzenna, zawracanie przed przeszkodą Włoski czuciowe na stopach przy kontakcie z podłożem hamowanie lotu 12
Ruchy owada w przestrzeni 73 Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów Wykład VIII Sposoby poruszania się pełzanie, chodzenie i bieganie Pełzanie Chodzenie i bieganie 75 76 Owady o miękkich powłokach, larwy owadów Fala skurczu mięśni przesuwa przednią część ciała do przodu, następnie podciąga do niej pozostałą część ciała Gąsienica koordynacja działalności mięśni ścian ciała (utrzymanie kształtu) i mięśni poruszających kończyny Larwy muchówek perystaltyczne skurcze ścian ciała, kołyszące się ruch na boki, tarcie skierowanych ku tyłowi szczecinek o podłoże Możliwe dzięki połączeniom stawowym w trzech parach nóg, sztywności kutikuli i mechanicznym sprzężeniom między poruszającymi się odnóżami Poruszający się owad opiera się na trójkącie utworzonym przez: Przednie i tylne odnóże z jednej strony Środkowe odnóże z drugiej strony Pozostałe trzy odnóża przenoszone są ku przodowi Chodzenie Punkty podparcia podczas kroczenia karaczana Chodzenie i bieganie 77 78 Poruszający się owad opiera się na trójkącie utworzonym przez: Przednie i tylne odnóże z jednej strony Środkowe odnóże z drugiej strony Pozostałe trzy odnóża przenoszone są ku przodowi Możliwe dzięki połączeniom stawowym w trzech parach nóg, sztywności kutikuli i mechanicznym sprzężeniom między poruszającymi się odnóżami Poruszający się owad opiera się na trójkącie utworzonym przez: Przednie i tylne odnóże z jednej strony Środkowe odnóże z drugiej strony Pozostałe trzy odnóża przenoszone są ku przodowi Przednie odnóże działa jak ciągnik Środkowe odnóże podtrzymuje ciało Tylne odnóże popycha ciało do przodu utrzymując je w pozycji poziomej Kierunek ruchu - zygzakowaty Odchylenia od powyższego schematu: O podłoże opiera się 3, 4 lub 5 nóg Kierunek ruchu - prostoliniowy 13
Chodzenie i bieganie Metachroniczny chód owada 79 80 Metachroniczny sposób przesuwania odnóży - od tyłu do przodu: W tym samym czasie nogi danej pary poruszają się w przeciwnym kierunku Noga bardziej z przodu nie wykona ruchu zanim noga z tyłu nie zakończy ruchu do przodu Fala metachroniczna Chód owada Chodzenie i bieganie 81 82 Czas kontaktu nogi z podłożem zależy od szybkości poruszania Szybkość poruszania może przekraczać 20 kroków na sekundę Karaluch rozwija prędkość około 8 kilometrów na godzinę w przeliczeniu na wielkość dużego ssaka 115 kilometrów na godzinę Nerwowa kontrola chodzenia Chodzenie po różnych powierzchniach 83 85 Wzorzec chodzenia ośrodkowy układ nerwowy generuje przesunięte czasowo impulsy przesyłając je do mięśni prostowników i zginaczy każdej nogi Koordynacja międzysegmentalna zgranie interakcji między odnóżami działanie międzysegmentalnych neuronów pośredniczących Start, zatrzymywanie, zawracanie i zmiany szybkości neurony mózgu i zwoju podprzełykowego Usunięcie lokalnych receptorów niewielki wpływ na czynność ruchową odnóży nie zmienia centralnie funkcjonującego wzorca ruchu Usunięcie całego odnóża fazowe przesunięcie umieszczania pozostałych nóg na podłożu Szorstkie pazurki przyczepiające się do podłoża Gładkie przylgi rozszerzenia na stopach i specjalne poduszeczki włoski, których zakończenia zwilżane są lepką wydzieliną wchodzącą w kontakt z podłożem utrzymywanie przy powierzchni przez siły molekularne 14
Chodzenie po różnych powierzchniach - pazurki Chodzenie po różnych powierzchniach 86 87 Szorstkie pazurki przyczepiające się do podłoża Gładkie przylgi rozszerzenia na stopach i specjalne poduszeczki włoski, których zakończenia zwilżane są lepką wydzieliną wchodzącą w kontakt z podłożem utrzymywanie przy powierzchni przez siły molekularne Chodzenie po różnych powierzchniach - przylgi Pływanie, skakanie, grzebanie 88 89 Przystosowanie strukturalne jednej lub dwu par odnóży. Rytm ruchu różni się od pozostałych odnóży krocznych inny system regulacji przez OUN Odnóża skoczne szarańczaków Pływanie, skakanie, grzebanie 91 Przystosowanie strukturalne jednej lub dwu par odnóży. Rytm ruchu różni się od pozostałych odnóży krocznych inny system regulacji przez OUN Odnóża skoczne szarańczaków Odnóża chwytne modliszek 15
Pływanie, skakanie, grzebanie 93 Przystosowanie strukturalne jednej lub dwu par odnóży. Rytm ruchu różni się od pozostałych odnóży krocznych inny system regulacji przez OUN Odnóża skoczne szarańczaków Odnóża chwytne modliszek U owadów pływających lub poruszających się po powierzchni wody czy po dnie zbiornika specyficznie przekształcone odnóża tylne przesunięte bardziej do tyłu, silnie owłosione, spłaszczone Pływanie, skakanie, grzebanie 95 Przystosowanie tylnej pary odnóży do wykonywania skoków działanie silnych mięśni zginaczy uda. U owadów pozbawionych skrzydeł skoki nie korygowane pod względem kierunku i długości Owady skaczące uskrzydlone korekcja kierunku i miejsca lądowania przy pomocy skrzydeł Przydatki odwłoka: Widełki skokowe furca Hamowidełko retinaculum Skoki mogą się odbywać dzięki energii skurczów mięśni albo dzięki specyficznym przystosowaniom strukturalnym: Wykorzystanie energii skurczu izometrycznego oraz napinanych elementów szkieletu zewnętrznego Widełki skokowe - furca Hamowidło - zaszczepka 96 97 Rząd: Skoczogonki Collembola Isotoma anglicana Lubbock, 1873; Rząd: Skoczogonki Collembola 16
Owady skaczące Owady skaczące 98 99 Sminthurus viridis www.national-geographic.pl Pulex irritans http://www.e-cleansing.com/parasites/human-flea-pulex-irritans.html Owady skaczące 100 Skoki mogą się odbywać dzięki energii skurczów mięśni Ctenolepisma z rzędu rybików Ctenolepisma sp hg autorstwa Hannes Grobe 23:27, 16 December 2006 (UTC) - Praca własna. Licencja CC BY-SA 2.5 na podstawie Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ctenolepisma_sp_hg.jpg#/me dia/file:ctenolepisma_sp_hg.jpg 17