Różnokierunkowość przystosowań owadów pod względem budowy aparatów gębowych, odnóży i skrzydeł

I . Aparaty Gębowe:

1. Budowa aparatu gryzącego.
Przekształcenia pierwotnego aparatu gębowego:
- gryząco – liżący
- kłująco – ssący
- ssący
- liżąco – ssący

2. Fazy żerowania:
- początek posiłku
- znaczny postęp
- połowa posiłku
- blisko końca
- koniec

II . Odnóża

1. Budowa odnóży.
Rodzaje czułków:
- szczecinkowaty
- nitkowaty
- piłkowany
- grzebykowaty
- pierzasty
- kolankowaty

2. Podział odnóży ze względu na pełnione funkcje i rodzaj srodowiska:
- odnóża skoczne
- odnóża do rycia
- odnóża pływne
- odnóża chwytne

3. Fazy latu:
- lądowanie
- przygotowanie do skoku
- stawianie słupka
- w połowie skoku

III . Skrzydła i Lot:

1. Geneza skrzydeł
2. Budowa skrzydeł
3. Znaczenie
4. Opis pracy skrzydeł podczas lotu

Owady są stworzeniami, które odniosły największy sukces w świecie zwierząt. Mają nadzwyczajna zdolność przystosowania się, żyją wszędzie: na lądzie, w wodzie i powietrzu na pustyniach i w gorących źródłach, na ośnieżonych szczytach górskich i w lodowych jeziorach. Są małe i nie potrzebują zbyt wiele pożywienia i miejsca aby przeżyć. Owady w przeciwieństwie do ryb, płazów, gadów, ptaków i ssaków nie mają kręgosłupa. Należą do grupy bezkręgowców nazywanych stawonogami. Mają twardy, ochronny pancerz zewnętrzny i członowe nogi. Od innych stawonogów odróżniają się tym że, mają tylko sześć nóg. Większość owadów ma skrzydła, obecnie występuje ponad milion znanych rodzajów i gatunków oraz znacznie więcej czekających na odkrycie.

Ciało owadów złożone jest z trzech, dobrze wyodrębnionych części: głowy, tułowia i odwłoka.

Aparaty Gębowe

Aparaty gębowe poszczególnych grup owadów znacznie się różnią od siebie, co jest wynikiem skrajnie odmiennego sposobu odżywiania się tych owadów. Poznana morfologia i zasady działania tych narządów wskazują, że zróżnicowanie liczne części aparatu gębowego owadów są wyrazem przekształceń jednego podstawowego typu. Pojawił się on w rezultacie specjalizacji normalnych odnóży stawonogów, których zadaniem stało się chwytanie, przetrzymywanie i rozdrabnianie pokarmu.

Problem wyjściowego typu aparatu gębowego u owadów ma związek z budową, jak i funkcjonalnymi jego właściwościami.

Prawdopodobnie na początku owady odżywiały się mniej lub bardziej zwartym detrytusem organicznym, roślinnego lub zwierzęcego pochodzenia, które poprzedziło pojawienie się drapieżnictwa i fitofagi(roślinożerności). Zwierzę musiało jednak pokarm pobrać i rozdrobnić. Pobieranie pokarmu płynnego(krwi zwierzęcej, płynów i nektaru) uwarunkowało pojawienie się zasadniczo innych form przystosowania.

Aparaty gębowe typu gryzącego spotykane u szarańczaków, karaluchów, chrząszczy są aparatami pierwotnymi, o czym świadczy bogate członowanie poszczególnych odnóży, podobieństwo z aparatem gębowym wijów. Świadczy o tym również obecność aparatu gębowego u larw wielu rzędów owadzich, gdy u osobników dojrzałych wykształcają się aparaty gębowe innych typów.
A
parat gębowy typu gryzącego zbudowany jest następująco: otwór gębowy z przodu przykryty jest fałdem powłokowym głowy - warga górną (labrum), która jednocześnie tworzy przednią ściankę jamy gębowej. Warga górna zawiązuje się niezależnie od związków odnóży i nie jest w stosunku do nich homologiczna. Za nią umieszczona jest para żuwaczek (mandibulae). Są to dość grube, nie członowane płytki o uzębionej wewnętrznej krawędzi. Pełnią one najważniejszą rolę przy rozdrabnianiu pokarmu. Żuwaczki są odnóżami związanymi z II segmentem głowy. Odnóża segmentu II I IV przekształcają się w szczeki I i II pary (maxillae I i II). Są one członowane. Przypomina to o pochodzeniu od odnóży krocznych. Pierwsza para szczęk składa się z dwuczłonowej nasady, na której końcu osadzone są trzy wyrostki: dwa płaty wewnętrznej i zewnętrzny, i członowanego głaszczka. Jest to najsilniej rozczłonowane odnóże owadów.

Szczęki II pary zlewają się ze sobą, tworząc nieparzystą dolną wargę(labium). Zgodnie ze swoim pochodzeniem warga dolna zbudowana jest płytki nasadowej i osadzonych na niej trzech par przysadek. Są to dwie pary nie członowanych płatów i jedna para trójczłonowych głaszczek wargowych. Do aparatu gębowego Insecta należy uwypuklenie dna jamy gębowej – języczkowaty wyrostek na dnie jamy gębowej – pod gębie (hypopharynx).

Aparaty gębowe licznych bardziej wyspecjalizowanych owadów odznaczają się znacznymi odstępami od pierwotnego typu gryzącego. Są jednak zbudowane z tych samych, choć silnie przekształconych elementów.

Narządy gębowe gryząco - liżące (rys.2) licznych błonkówek (pszczół, trzmieli). Warga górna i żuwaczki zbudowane są prawie tak samo jak w gryzącym aparacie gębowym. Natomiast obie pary szczęk wyraźnie się zmieniają. Wydłużają się one i tworzą dość szeroką trąbkę. Podobna dwoistość w budowie aparatu gębowego pszczół i trzmieli związana jest ze szczególnym sposobem odżywiania się. Żuwaczki służą do zbioru i rozdrabniania twardego pyłku kwiatowego, a trąbka zbudowana ze szczęk – do wysysania nektaru.

Przejście do odżywiania się jedynie pokarmem płynnym spowodowało u wielu owadów pojawienie się bardziej wyspecjalizowanych narządów gębowych, których podstawę tworzy dobrze zhermetyzowana rurka. Zależnie od właściwości źródła i charakteru pokarmu rurka ta, u przedstawicieli różnych rzędów owadów, ma inne pochodzenie i zróżnicowaną budowę.

U komarów wszystkie elementy gęby tworzą aparat typu kłująco – ssącego (rys.3). składa się on z rynienki, w której umieszczone są kłujące szczecinki. Rynienka została wytworzona przez silnie wydłużoną wargę dolną, której głaszczki uległy całkowitej redukcji. Od góry rynienka jest przykryta również wydłużoną, wargą górną, której brzegi zwierają się tworząc wąską rurkę do wysysania krwi. Żuwaczki, dwie pary szczęk i pod gębie przekształcają się w cienki kłujące sztylety, łatwo przebijające skórę zwierząt kręgowych.

Narządy gębowe ssące (rys.4) są charakterystyczne dla motyli i zbudowane są w postaci ryjka ssącego. Aparat gębowy wyróżnia się silnym rozwojem szczęk I pary (maxillae) i redukcją wszystkich części pozostałych. Warga górna (lambrum) jest ledwo rozpoznawalna, żuwaczek (mandiblae) brak. Warga dolna (lambium) przekształca się w niewielką, trójkątną, nie członowaną płytkę mającą trzyczłonowe głaszczki. Wydłużona szczęka każdej strony tworzy długą rynienkę, zwróconą wklęsłą stroną do środkowej linii ciała. Rynienki obydwu stron ściśle do siebie przylegają tworząc w ten sposób rurkę. Ryjek w stanie spoczynku zwinięty jest w spiralę na brzusznej stronie i schowany pod głową. Przy wysysaniu nektaru motyl wsuwa wyprostowany ryjek do wnętrza kwiatu.
Podstawową częścią tego aparatu jest mięsista warga dolna (ryjek), zakończona dwoma dużymi płytkowatymi wyrostkami mającymi aparat filtracyjny o złożonej budowie. Żuwaczki i pierwsza para szczęk ulegają całkowitej atrofii, chociaż zachowują się głaszczki szczękowe. Warga i pod gębie, umieszczone w rynienkowatym zagłębieniu przedniej ścianki wargi dolnej i z nią, tworzą rurkę, do której dociera płynny pokarm zlizywany i filtrowany za pomocą płytkowatych wyrostków dolnej wargi.

W niektórych przypadkach może następować wtórne uproszczenie lub prawie pełna redukcja aparatu gębowego. Zjawisko to jest charakterystyczne przede wszystkim dla form, które w stadium owada dorosłego nie odżywiają się.

Rozmieszczenie na puszce głowowej elementów aparatu gębowego ma ważne znaczenie systematyczne. U przeważającej większości form narządy gębowe znajdują się na powierzchni głowy. Tworzą one pod gromadę jawnoszczękich. U form najbardziej prymitywnych, odnóża gębowe pogrążają się wewnątrz specjalnego zagłębienia gębowego lub sterczą tylko końcowe części odnóży. Są to skrytoszczękie.

Żerowanie

1. Początek posiłku:
Duże gąsienice, podobne do pazia, zwykle gryzą brzegi liści. Obejmują liść nogami, wyciągają głowę do przodu i żują liść w kierunku ciała żuwaczkami. W wyniku tego często powstają staranne półkoliste wycięcie (ubytki) na brzegach liścia.

2. Znaczny postęp:
Gąsienice poza trzema parami nóg na tułowiu mają cztery posuwki na odwłoku i jedną parę chwytników odbytowych. Oprócz drugiego, miękkiego ciała, które porusza się dzięki posuwakom, stworzenia te, mają zewnętrzny pancerz, który zrzucają liniejąc, gdy już nie mieszczą się w swych powłokach.

3. Połowa posiłku:
Gąsienica pracuje chodząc w górę i w dół liścia. Zjada najpierw bardziej miękkie i soczyste części liścia.

4. Blisko końca:
Gąsienice zwykle żerują w nocy, aby niknąć drapieżników. Linieją około 5 razy od stadium jaja do stadium poczwarki.

5. Koniec:
Po 8 godzinach liść został zjedzony, a gąsienica jest gotowa szukać innego.

Odnóża

Na głowie występują 4 pary przysadek (odnóży). Na górnej powierzchni głowy znajduje się para anten – czułków będących przysadkami akrona. Są one homologiczne z czułkami Myriapoda, ale o bardziej zróżnicowanych kształtach. Anteny zawsze zbudowane są z pojedynczego szeregu członów. Wyróżnia się czułki szczecinkowate, nitkowate, piłkowate, grzebykowate, pierzaste, kolankowate (rys.6). Na czułkach znajduje się mnóstwo receptorów, odbierających różnorodne typy bodźców. Pełnią one głównie funkcje narządu dotyku i węchu.

Segment interkalarny (I segment ciała) nie tylko pozbawiony jest jakichkolwiek przysadek, ale i sam podlega prawie całkowitej redukcji. Pozostałe 3 pary przysadek to odnóża II, III, IV segmentu, które weszły w skład głowy. Odnóża osadzone są wokół otworu gębowego i łącznie z szeregiem innych tworów, nie mających nic wspólnego z odnóżami, tworzą aparaty gębowe owadów, dość skomplikowanej budowy.

Odnóża składają się zawsze z pojedynczych szeregu członów.
Wyróżnia się:

1. Szeroki człon nasadowy – biodro (coxa),
2. Krętarz (trochanter),
3. Udo (femur) – najsilniej wykształcony człon odnóża,
4. Goleń (tibia) – zwykle najdłuższy z członów,
5. Stopa (tarsus) – złożona z różnej liczby (max 6)bardzo małych członów, z których ostatni zakończony jest dwoma pazurkami (ungues),

Pierwotną postacią odnóża tułowiowego jest noga kroczna. Odnóże tego typu uległo w toku ewolucji specjalizacji, przystosowując się do środowiska.

Owady z odnóżami skocznymi

U owadów skoczni, np. u pasikoników, silnie wydłuża się udo i goleń tylnej pary odnóży. Sprężykowate – ogólnie znaną i charakterystyczną właściwością sprężykowatych jest ich zdolność podskakiwania do góry, jeśli z jakichś przyczyn chrząszcz znajdzie się w pozycji nogami do góry. Mechanizm działania jest następujący: leżąc na grzbiecie chrząszcz opiera się wyrostkiem przed tułowia o brzeg dołka na śródtułowiu i mocno wygina ciało do góry. Ich czułki są piłkowane lub grzebieniaste.

Owady z odnóżami do rycia

Świerszcz pustynny np. posiada śmigłowate stopy, które pomagają mu wykopać dół w piasku i błyskawicznie zniknąć. Końce skrzydeł są zwinięte na kształt sprężyny, aby ochronić je w czasie ucieczki. Odnóża a zwłaszcza przednie skracają się, są masywne i zwykle mają chitynowe zęby.

Owady z odnóżami pływnymi

Chrząszcze wodne np. świetnie poruszają się w wodzie, co zapewnia im spłaszczenie pierwszej pary nóg co nadaje im kształt wioseł, a oprócz tego znajduje się na nich szereg gęstych elastycznych włosków pływnych.

Owady z odnóżami chwytnymi

Wiele owadów ma chwytne, ,,drapieżne” nogi. Czasami jak np. u modliszki są używane do chwytania i przytrzymywania ofiary podczas jej zjadania. Bardzo często służą do trzymania osobnika płci przeciwnej przy kopulacji lub rywala podczas walki. (rys.8).

1. Lądowanie

Szarańcza ma szeroko rozpostarte nogi, tylne skrzydła uniesione, a przednie zakrzywione by zagarnąć w nie jak największą ilość powietrza. Ułożenie skrzydeł jest korygowane, pozwalając jej zniżyć lot i opaść na ziemię.

2. Przygotowanie do skoku

Szarańcza przygotowuje się do skoku przenosząc długie wysmukłe części nóg tylnych pod ciało, bliżej jego środka ciężkości. Duże mięśnie grubszej części nogi (udo) są przyłączone do wierzchołka goleni. Gdy mięśnie skracają się gwałtowny wyprost nogi wyrzuca owada w powietrze.

3. Stawianie słupka

Szarańcza, by sięgnąć jak najwyżej, skrzydła składa, a nogi prostuje wzdłuż ciała. Chociaż niewielkie lecz mięśnie nóg szarańczy są około 1000 razy silniejsze niż mięśnie ludzkie o podobnym ciężarze. Najdłuższy skok szarańczy wynosi około 50 cm czyli mniej więcej 10 długości ciała

4. W połowie skoku

Gdy szarańcza doskoczy możliwie jak najwyżej rozpościera obie pary skrzydeł szeroko i macha nimi gwałtownie, aby przedłużyć lot. Tylne nogi ma wciąż wyprostowane a przednie skrzydło rozpostarte aż do momentu lądowania.

Skrzydła i lot

Owady to pierwsze stworzenia latające. Lot umożliwia im ucieczkę przed drapieżcami oraz przenoszenie się na inne obszary w poszukiwaniu nowego pokarmu. Później skrzydła stały się istotne w przyciąganiu osobników płci przeciwnej – dzięki jaskrawym barwą wytwarzaniu zapachów i wydawaniu dźwięków. Pochodzenie skrzydeł nie jest do końca wyjaśnione. Pierwsze bezskrzydłe owady osiągnęły przewagę nad innymi, szybowały z drzew za pomocą pary prymitywnych klap występujących na kilku segmentach ciała. U owadów istnieją zazwyczaj dwie pary skrzydeł, po jednej odpowiadającej śródtułowiu i zatułowiu.

Choć posiadanie skrzydeł, a co za tym idzie, zdolność do lotu, są uważane za najbardziej charakterystyczną cechę owadów, wielu spośród form niższych zupełnie ich brakuje. Brak skrzydeł może być zjawiskiem wtórnym i dzieje się tak w przypadku owadów należących do grup, których większość przedstawicieli posiada organy lotu; tendencja uwstecznienia bądź atrofii skrzydeł szczególnie widoczna jest u form przez całe życie pasożytujących. W niektórych wypadkach może w ogóle zabraknąć jednej pary skrzydeł. Dzieje się tak często u przedstawicieli rzędu muchówek, zwanych owadami dwuskrzydłymi, a także u samców koszenili, gdzie zastąpiła je para specjalnych płytek. Bywa, że skrzydełka przednie ulegają atrofii lub zmieniają funkcję, np. u samców wachlarz o skrzydłach.

U wszystkich chrząszczy, tj. przedstawiciele żukowatych – skarabeusz (poświętnik czczony rohatyniec), pierwsza para skrzydeł przekształcona jest w potężne, twarde pokrywy, przeznaczone do ochrony drugiej pary, gdy pozostają one w spoczynku. U prostoskrzydłych skrzydła pary pierwszej mają konstrukcję silniejszą niż pary drugiej, nie osiągają jednak twardości i wytrzymałości równej pokrywom chrząszczy są to skrzydła elytroidalne u pluskwiaków utwardzona jest tylko nasadowa połowa skrzydełek pierwszej pary, pozostała część jest cienka i błoniasta; pełnią funkcję półpokrywy.

Budowa skrzydeł

Skrzydła owadów zbudowane są z podwójnej warstwy błonki, rozpiętej na sieci żyłek nadającym błonie kształt i spoistość. Żyłki , czyli sztywne, schitynizowane rureczki, stanowią szkielet delikatnych skrzydeł, służący ich wzmocnieniu.

Opracowano system nazewnictwa żyłek. Wzdłuż skrzydeł przechodzą tzw. żyłki podłużne: żebrowa (ramienna), pod żebrowa (pod ramienna), szprychowa, medialna (środkowa), łokciowa, pachowa i jarzmowa. Wszystkie one, oprócz pierwszej mogą tworzyć dodatkowe odgałęzienia. Obok żyłek podłużnych występują i żyłki poprzeczne.

Każde skrzydło ma w przybliżeniu kształt trójkąta, w którym wyróżnia się kolejno krawędź poprzednią czyli żebrową (costa), zewnętrzną, czyli szczytową oraz wewnętrzną albo analną (analae). Trzy kąty, które tworzą krawędzie trójkątnego skrzydełka, noszą nazwy ramieniowego, wierzchołkowego i pachowego. Kąt ramieniowy połączony jest ruchomo z tułowiem, tworząc staw skrzydłowy którego działaniu bierze udział wiele specjalnych elementów.

Skrzydła zawiązują się początkowo w postaci woreczkowatych uwypukleń powłoki ciała (fałdy skórne), do których wnikają jama ciała i tchawki. Następne zawiązki skrzydeł ulegają grzbieto – brzusznemu spłaszczeniu i hemolimfa odpływa do wnętrza ciała, górny i dolny listek zbliżają się, miękkie tkanki ulegają częściowej degeneracji, a skrzydło osiąga postać cienkiej błonki.

Siateczka sztywnych żyłek stanowi, szczególne unerwienie skrzydeł. Nie wszystkie żyłki pełnią tu rolę równie ważną i dlatego wyróżnia się wśród nich główne i drugorzędne. Ponadto żyłki dzielą powierzchnię skrzydeł na lepiej lub słabiej wyodrębnione pola lub też tworzą na niej zamknięte, ograniczone komórki, w których liczba, rozmieszczenie i cały szereg innych właściwości bywają krańcowo zmienne.

U niektórych z nich żyłki skrzydłowe i ich odgałęzienia są tak liczne i tak wiele jest zarazem komórek, że skrzydełka wydają się skrawkami siateczkowatej gazy np. skrzydełka ważek: zdarza się również, że komórki są nieliczne choć równocześnie bardzo dobrze wyodrębnione. Liczne owady posiadają skrzydła na których nie można dostrzec tych zamkniętych komórek, bo żyłki precyzyjnie ich nie ograniczają.

Powierzchnia skrzydeł, może być gładka i pozbawiona szczecinek, lecz bywa też pokryta rzadszym bądź gęstszym futerkiem włosków, u motyli barwnymi, zachodzącymi dachówkowato na siebie łuseczkami które są rzeczywiście spłaszczonymi włoskami. Często tworzą one piękne wzory. Mogą być też przekształcone w łuski zapachowe.

Wiele owadów doskonale maskuje się podczas odpoczynku: mają kolorowe skrzydła, które jaskrawieją, gdy owad jest zaniepokojony. Gdy tylko owad siada, wydaje się, że zanikają, wprowadzając w błąd niedoszłego drapieżcę.

Małe owady mają znaczne trudności z lataniem. Frędzle łusek na skrzydłach komara, działają podobnie jak klapy czy płaty skrzydeł samolotu i pomagają zredukować tarcie. Bardzo małe owady mają wąskie skrzydła, często nawet z dłuższymi od nich frędzlami.

Samce świerszczy wydają dźwięki dzięki specjalnie przystosowanym przednim skrzydłom. Nasada lewego ma sztywny pilnik, który skrobie po specjalnej bębenkopodobnej powierzchni na prawym skrzydle. Ta powierzchnia, czyli lusterko, wzmacnia siłę dźwięków by przyciągnąć samice często z odległości wielu metrów.

Ruch skrzydeł owadzich jest wynikiem pracy skomplikowanego mechanizmu i uwarunkowany jest właściwościami połączenia skrzydeł z tułowiem oraz pracą specjalnych mięśni i skrzydeł. Podstawowy mechanizm ruchu skrzydeł, można przedstawić w następujący sposób (rys.10).

Samo skrzydło jest dwuramienną dźwignią o nierównej długości ramion. Skrzydło połączone jest z tergitem i pluerytem za pomocą błony miękkiej i elastycznej. W nieznacznej odległości od tego miejsca, skrzydło opiera się o mały wyrostek pluerytu w postaci słupka – jest to punkt podparcia dźwigni. Rozmieszczone w segmentach tułowia silne mięśnie podłużne i mięśnie grzbietowo – brzuszne mogą przemieścić tergit ku dołowi lub ku górze. Przy oddziaływaniu mięśni na tergit on sam wywiera na krótkie ramię skrzydła nacisk i pociąga je za sobą w dół. W wyniku tego długie ramię, czyli cała powierzchnia nośna skrzydła, podnosi się ku górze. Przy podnoszeniu się tergitu następuje opuszczanie się długiego ramienia skrzydła. Niewielkie mięśnie bezpośrednio przyczepione do skrzydła są w stanie skręcać skrzydło wzdłuż podłużnej jego osi, przy czym zmienia się kąt naporu. W czasie lotu swobodny koniec skrzydła zakreśla dość skomplikowaną trajektorię. Przy przemieszczaniu się ku dołowi, skrzydło układa się horyzontalnie i porusza się ku dołowi i do przodu. Pojawia się przy tym siła wznosząca utrzymująca owada w powietrzu. Przy wznoszeniu się skrzydła ku górze i do tyłu ustawia się ono w płaszczyźnie pionowej, dzięki temu skrzydła wywołuje efekt pracy śmigła.


Piśmiennictwo

"Biologia” – Zespół autorów: Wojciech Czechowski, Wacław Gajewski, Grażyna Garbaczewska, Eligiusz Nowakowski, Zofia Starok i Krystyna Skawarło – Sońta, Państwowe Wydawnictwo rolnicze i Leśne Warszawa 1992.

"Historia naturalna. Bezkręgowce”: Praca zbiorowa, Wydawnictwo Muza S.A Warszawa 1994.

"Zoologia Bezkręgowców”: W.A. Dogiel , PWRiL Warszawa 1986.

"Owady”: Laurena Mound, Wydawnictwo Darling Kindersely Polska edycja Wydawnictwo Arkady.
"Encyklopedia owadów”: Dr V.J. Stanêk , Wydawnictwo Arentinum Polska edycja Wydawnictwo ,,Delta W – Z ”.