Anatomia degli insetti I - IIS Duca degli Abruzzi Padova

INSETTI
Sistemi anatomici
S. secretore
S. circolatorio
S. escretorio
S. digerente
S. nervoso
S. riproduttore
Sistema muscolare
• Muscoli splancnici o viscerali a fibra liscia
(app. digerente, cuore ecc.);
• Muscoli scheletrici o somatici a miofibrilla
striata
Sistema muscolare
I muscoli degli insetti sono quasi tutti del tipo striato.
Gli elementi strutturali sono le miofibrille longitudinali.
La grande superficie interna dell’esoscheletro consente
l’attacco di muscoli scheletrici in numero
decisamente superiore di quelli che possono inserirsi
sull’impalcatura scheletrica dei Vertebrati.
Detti muscoli sono collegati a molti apodemi, fragmi e
furche, al tentorio o direttamente sulle superfici interne
del tegumento.
Gli organi interni sono rivestiti da muscolatura viscerale.
Muscolatura
scheletrica
cuticola
epidermide
Membrana
basale
scleriti
tonofibrille
muscolo
I muscoli scheletrici si possono classificare sia
rispetto ai movimenti che consentono di fare che
rispetto alle varie parti del corpo che mettono in
connessione.
Esempi di muscoli scheletrici
Sistema nervoso degli insetti
Viscerale
Centrale
Periferico
La trasmissione nervosa
Trasmissione elettrica (differenza di potenziale)
Trasmissione chimica (mediatori chimici)
sinapsi
Acetilcolina
Adrenalina
Acido γ-amino-butirrico
Colinesterasi (enzima)
Sistema nervoso degli insetti
La cellula nervosa o neurone e la sua struttura.
Negli insetti si riconoscono 3 tipi principali di neuroni:
Sensoriali (bipolari o centripeti)
Associativi (multipolari o interneuroni)
Motori (unipolari o centrifughi)
La trasmissione nervosa
(agli altri gangli)
muscolo
Stimolo
esterno
cuticola
Reazione
Stato di
allarme
(agli altri gangli)
Sistema nervoso centrale
La catena
gangliare
Evoluzione
SISTEMA NERVOSO CENTRALE
Cerebro
Protoce
rebro
•Lobi
ottici
•Cel.
neuricrine
Deuto
cerebr
o
•centri
olfattivi
(antenne
)
Gnatocerebro
Trito
cereb
ro
Catena
gaglionare
ventrale
•Zampe e
ali
•Apparati
boccali
•App
genitale
Sistema nervoso centrale
Sistema nervoso centrale
protocerebro
deutocerebro
tritocerebro
ganglio
sottoesofageo
cingolo
periesofageo
cerebro
ganglio
sottoesofageo
Versione semplificata
ghiandole endocrine
retrocerebrali
Gli organi di senso
Sensilli meccanorecettori
Tattili (diffusi in tutto il
tegumento soprattutto antenne)
Uditivi o
setole uditive
fonorecettori cordotonali
timpani
organizzazione
4 = cellula a cappuccio/ membranogena
5 = cellula tricogena o avvolgente
6 = cellule (neurone) sensoriali
Sensilli termorecettori e igrorecettori
Gli organi di senso
Sensilli chemiorecettori
Sensillo multiporoso
olfattivo
Sensillo multiporoso
gustativa
Antenne
Apparato boccale :
• labro;
• mascelle ;
• palpi
Gli organi di senso
Sensilli chemiorecettori
s. basiconici
s. placoidei
s. celoconici
Sensilli a funzione gustativa e olfattiva
Sensillo multiporoso
olfattivo
Gli organi di senso
Sensilli fotorecettori
L’occhio composto
Gli stemmata & gli ocelli
L’occhio composto
ommatidio
Capo di
libellula
= corneola
= cono cristallino
rabdoma
(= otto c. nervose)
= membrana basale d
tegumento
Formazione dell’immagine
apposizione
sovrapposizione
Gli stemmata: sulle larve degli insetti, ai lati del capo.
Funzione e struttura
degli ommatidi.
stemmata
Gli ocelli: disposti a triangolo sul vertice del capo;
struttura semplificata (senza
cristallino e solo 2-4 cellule
retiniche), sensibili alla luce
polarizzata e variazioni di
luminosità giornaliere.
triangolo
ocellare
Sistema digerente
• Aspetto tubulare, suddiviso in 3 sezioni
–anteriore (stomodeo), medio (mesentere)
e posteriore (proctodeo)
– Valvole separatrici tra le sezioni
•V. cardiaca tra intestino anteriore e medio
•V. pilorica tra intestino medio e posteriore
– Il cibo procede in genere in linea retta
•Numerose eccezioni, con rigurgiti da ciechi gastrici
Morfologia
Sistema digerente
ghiandole
salivari
Stomodeo
Mesentere
Proctodeo
ghiandole
salivari
Sistema digerente
•Lume intestinale rivestito dall’intima
• Strato epiteliale monocellulare
+ Strato muscolare (muscoli longitudinali e circolari)
+ Lamina basale che racchiude il tutto
• Origine embrionale differente
– ectodermica: medio e posteriore
– endodermica: mesentere
N.B.: i tratti anteriore e posteriore rivestiti da intima
impermeabile che preclude qualsiasi assorbimento o
digestione. Importante funzione di protezione.
Stomodeo
Mesentere
faringe
ingluvie
Il passaggio attraverso lo stomodeo “condisce” il materiale vegetale
di enzimi e quello solido viene ulteriormente triturato.
L’assorbimento del cibo ha luogo nel mesentere. Il lume
intestinale è “rivestito” dalla matrice peritrofica, prodotta
dalle cellule epiteliali e destinata ad avvolgere e filtrare il bolo
alimentare, sottoposto all’azione degli enzimi digestivi.
Sezione della parte del mesentere
microvilli
MP
fase secernente
cellule epiteliali
cripta
Strati muscolari
Caratteristiche del mesentere
Notare la presenza di uno strato acellulare simil membranaceo
a funzione digestiva e protettiva.
Esso è indicato come matrice peritrofica (MP) e serve a
circondare il bolo alimentare dal ventricolo fino all’intestino
posteriore.
Intima e MP costituite da una matrice di proteine di vario tipo
+ mucopolisaccaridi acidi in cui è immersa una rete di chitina,
spesso organizzata in una griglia ordinata di microfibrille.
Il risultato è una struttura reticolare, spessa almeno 10 volte
le membrane cellulari epiteliali sottostanti, con la chitina che
funge da setaccio (porosità 4-10 nm) che fa passare sostanze
selezionate per dimensione.
Cellula epiteliale del mesentere
Caratteristiche:
Presenza di microvilli sulla superficie esposta nel lume intestinale
Ampia superficie per la secrezione e successivo assorbimento
Polimeri di chitina sintetizzati nell’epitelio mesointestinale
Il cibo nel mesentere
• Il cibo che entra nel mesentere viene racchiuso dalla matrice peritrofica
– Il lume del mesentere viene suddiviso dalla MP in uno spazio
ectoperitrofico (tra MP ed epitelio) ed uno spazio endoperitrofico
Valvola cardiaca
Cieco gastrico
Cibo & suo movimento
Mesentere
Valvola pilorica
Membrana
peritrofica
Membrana peritrofica
TM
• Enzimi digestivi secreti dall’epitelio entrano nello spazio endoperitrofico
– Idrolisi dei polimeri in monomeri
– Monomeri attraversano la MP e vengono assorbite dall’epitelio
• Si creano correnti dovuti a flussi acquosi, pH, concentrazioni ioniche
– Il movimento riporta gli enzimi verso la pt anteriore, distribuisce
nutrienti e impedisce il ristagno delle sostanze
Compartimentalizzazione della digestione
Spazio endoperitrofico
Enzimi di piccole dimensioni
Amilasi, cellulasi, tripsina
Risultato: riduzione del peso molecolare dei polimeri alimentari
Spazio esoperitrofico
Enzimi di grandi dimensioni
Digestione degli intermedi ottenuti
Superficie microvillare dell’epitelio
Parte finale della digestione con assorbimento da parte
delle cellule epiteliali
Ruolo come barriera protettiva della MP
Impedisce la penetrazione di patogeni (virus, batteri)
Non ferma i baculovirus perché questi hanno una proteina
virale (VEF) che idrolizza alcune glicoproteine della MP,
rendendola permeabile ai virioni che possono raggiungere
l’epitelio dove si replicano.
Non ferma alcune tossine batteriche (il caso del Bacillus thuringiensis)
che, digerite dalle proteasi dello spazio endoperitrofico, vengono così
attivate, passano attraverso la MP e raggiungono i recettori situati sui
microvilli intestinali. Qui provocano la lisi dell’epitelio intestinale, il
versamento del contenuto intestinale nell’emocele e la morte per
setticemia dell’insetto.
Variazioni
In molti Omotteri
• La linfa vegetale ha un basso contenuto aminoacidico, ioni
– Questi insetti hanno bisogno di concentrare i nutrienti senza affaticare
l’intestino
• Soluzione: le camere filtranti
-- I fluidi in eccesso (contenenti sali minerali e zuccheri semplici) sono
smistati attraverso delle superfici di scambio nel proctodeo
– L’assorbimento dei nutrienti essenziali si ha nel tratto posteriore del
mesentere
Nelle Termiti
• La digestione della cellulosa
– Avviene nel proctodeo in apposite ampolle rettali
– Mediante l’aiuto di protozoi simbionti infarciti di batteri
Camere filtranti
esofago
L’eccesso di linfa ingerita
dai fitomizi e le utili
camere filtranti
Sovrapposizione di più
pareti molto assottigliate.
Si ha filtrazione o dialisi
delle molecole più piccole
dall’esofago direttamente
nell’intestino posteriore,
mentre lipidi e proteine
passano nel mesentere.
Intestino posteriore
• Il cibo viene spinto attraverso il proctodeo
– Racchiuso nella matrice peritrofica
– I fluidi si muovono con il cibo
Emocele
Tubulo malpighiano
Emocele
V. pilorica
Retto
cibo
Ano
Colon + ileo
Cibo nella MP
Emocele
Fisiologia del sistema digerente
La fisiologia dipende dal tipo di dieta che determina
sia il corredo enzimatico che possibili simbiosi
Le specie onnivore dispongono di proteasi, lipasi,maltasi, amilasi.
I carnivori soprattutto proteasi e lipasi; i fitofagi di carboidrasi varie.
Nel processo di digestione di substrati carenti o difficili
da intaccare gli insetti sono coadiuvati da microrganismi
Insetti fitofagi
Rizofagi
Svolgono la vita nel terreno a carico delle radici
Xilofagi
Si nutrono di legno; hanno bisogno di simbionti.
Fillofagi
Attaccano foglie e parti verdi delle piante.
Antofagi
Carpofagi
Spermofagi
Fitomizi
Cicli sincronizzati con le fioriture dei vegetali.
L’attacco sui frutti è il danno meno tollerabile.
Specie che si nutrono di semi.
Succhiatori di linfa; necessitano di simbiosi.
Rizofagi
larva di maggiolino
Xilofagi
larva di rodilegno giallo
termiti
Fillofagi
Fitomizi
danno da fillominatore
colonia di afidi
adulti di maggiolino
colonia di psille
Antofagi
larva di tignola
danno di tignola
Carpofagi
larva di tignola
danno di tignola
La simbiosi negli insetti
In molti gruppi la sopravvivenza dipende da associazioni
con microrganismi usati quali integratori di diete carenti
o sbilanciate.
Casi di ectosimbiosi
Casi di endosimbiosi
Formiche tagliafoglie
Coleotteri scolitidi
Lasioptera berlesiana
Tèrmiti
Fitomizi
Ematofagi s. str.
Tarlo dei mobili
scolitide
aleirodi
Interessanti sono le modalità di trasferimento dei simbionti:
dal semplice imbrattamento alla trasmissione ereditaria.
Ectosimbiosi
Endosimbiosi
Il caso dei fitomizi
Il caso degli scolitidi
danni da scolitidi
Simbionti alloggiati in micetociti,
micetomi o simbiosomi
pupario di aleirode
Formica tagliafoglia
Gli adattamenti alla fitofagia
Interazione pianta - insetto
Stimoli fisici
(colore)
Importanti le lunghezze d’onda
delle emissioni luminose che hanno
differente capacità attrattive
Stimoli chimici
(odori)
A minore distanza giocano un ruolo
fondamentale per la localizzazione
del vegetale
Stimoli chimici
(sapori)
Il ruolo delle sostanze indicatrici
Interazione pianta - insetto
Stimoli visivi
Stimoli olfattivi
Arrestanti
Sostanze di superficie
Aggreganti
Fagostimolanti
PROCESSO DI RICONOSCIMENTO
Sistema escretore
Funzione:
regolare i processi di eliminazione dei
prodotti azotati di scarto, residui della
digestione proteica (urati, -NH4 ).
Controllare la composizione ionica
dell’emolinfa per mantenere costante pH
e pressione osmotica (PO) della stessa.
Il tessuto adiposo è coinvolto nell’escrezione
poiché accumula prodotti di scarto fino alla
loro successiva eliminazione.
• Tubi malpighiani (TM)
•
Escrezione
• Riassorbimento selettivo verso
l’emolinfa nel retto
Strato monocellulare, chiusi all’apice
– Filtrano emolinfa
– Riassorbimento di sali e acqua
– Processo che richiede energia
– Feci con tracce di acqua
• Ioni pompati nel lume dei TM;
l’acqua segue per osmosi
• Fluidi cadono nell’intestino
Emocele
tubo malpighiano
Emocele
Valvola pilorica
Retto
cibo
Ano
Colon + ileo
mesentere
Cibo nella MP
Emocele
ESCREZIONE
Tubo
malpighiano
valvola pilorica
Sistema escretore
Tubi malpighiani
Criptonefridismo
Adattamento per
recuperare tutta l’H2O
negli escreti che sono
eliminati come Sali.
Xilofagi e
spermofagi