Mi ęś nie owadów - rodzaje - home.umk.plgrodzick/Wyk-WZFO/4-M-ruch.pdf · 2016-05-30 2 Mi...

2016-05-30

1

MIĘŚNIE OWADÓW - RUCH

Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów

Mięśnie owadów - rodzaje

• Ogólny plan budowy podobny jak w poprzecznie prążkowanych mięśniach kręgowców

2

„Wybrane zagadnienia z fizjologii owadów” Przemysław Grodzicki, Toruń 21 marca 2016



• Typy budowy mięśni owadów:– Mięśnie o niewyraźnym poprzecznym prążkowaniu

z mocno upakowanymi wiązkami miofibryli– Mięśnie o wyraźnym poprzecznym prążkowaniu

3


sarkolema

włókienka

jądro

mitochondria

sarkoplazma

sarkoplazma

mitochondria

jądro

włókienka

sarkolema

Mięśnie owadów - rodzaje4




• Typy budowy mięśni owadów:– Mięśnie o niewyraźnym poprzecznym prążkowaniu

z mocno upakowanymi wiązkami miofibryli– Mięśnie o wyraźnym poprzecznym prążkowaniu– Mięśnie cewkowate

5


sarkolema

włókienka

jądro

mitochondria

sarkoplazma

sarkoplazma

mitochondria

jądro

włókienka

sarkolema



2016-05-30

2



• Typy budowy mięśni owadów:– Wiązki fibryli o niewyraźnym prążkowaniu– Mięśnie o wyraźnym poprzecznym prążkowaniu– Mięśnie cewkowate– Mięśnie fibrylarne

7


sarkolema

włókienka

jądro

mitochondria

sarkoplazma

sarkoplazma

mitochondria

jądro

włókienka

sarkolema





• Struktura mięśni dostosowana do funkcji pełnionej w organizmie owada:– Mięśnie 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– Mięśnie uczestniczące w poruszaniu i utrzymywaniu postawy ciała

• Odnóża:– Włókna mięśniowe cewkowate

• Tułów i odwłok – Włókna mięśniowe fibrylarne – mięśnie poruszające skrzydłami– Pozostałe typy budowy włókien

Mięśnie owadów - Budowa10


• Mięśnie 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.



• Struktura mięśni dostosowana do funkcji pełnionej w organizmie owada:– Mięśnie 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– Mięśnie uczestniczące w poruszaniu i utrzymywaniu postawy ciała

• Odnóża:– Włókna mięśniowe cewkowate

• Tułów i odwłok – Włókna mięśniowe fibrylarne – mięśnie poruszające skrzydłami– Pozostałe typy budowy włókien



• Mięśnie lotu:–Średnica – 30 µm – 1,8 mm–Długie włókna –Mało sarkolemy–Wyraźne kanaliki T, z którymi wiążą się

cysterny SR–Bardzo liczne mitochondria

2016-05-30

3

Prążek A Prążek I

Strefa HLinia Z

13


Mięśnie owadów - Budowa Mięśnie owadów - Budowa14


1 2

3

45

6

TropomiozynaPrążek ACząsteczki

G aktyny

Troponina

F aktyna Miejsce aktywne

Miofilament aktyny (cienki)

Nić Głowy

Cząsteczkamiozyny

Miofilament miozyny (gruby)

15




Mięśnie owadów - Budowa

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

Mięśnie owadów - Unerwienie17


Mięśnie synchroniczne i asynchroniczne

18


Mięśnie synchroniczne – częstotliwość pobudzeń w motoneuronach i skurczów mięśnia taka sama

Mięśnie asynchroniczne – częstotliwość pobudzeń w motoneuronach mniejsza niż skurczów mięśnia

2016-05-30

4

Mięśnie owadów - Pobudzenie19


Mięśnie owadów - Skurcz20


(1)

(2) (3)

Aktywacja elementów kurczliwych21


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.



Kompleksmiozyny

Nić aktyny

ZAktywn.ATP-azy

Tropomiozyna

Troponina



2016-05-30

5

Budowa skrzydła owada25


podstawa

brzeg przedniwierzchołek

brzeg tylny

brzeg zewnętrznyzgięcie

jarzmowezgięcieanalne

zgięcie obojczykowe

Coleoptera26


Coleoptera27


Hymenoptera28


Hymenoptera29


Linia zgięcia skrzydła

Połączenie skrzydeł

Lepidoptera30


2016-05-30

6

Lepidoptera31


Żyłka ramienna

Diptera32


Diptera33


Diptera34


Sposoby poruszania się – lotJak powstaje siła nośna skrzydeł?

Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów – Wykład VIII

Jak powstaje siła nośna skrzydeł?36


2016-05-30

7





Sposoby poruszania się – lotRodzaje lotu

Wybrane zagadnienia z Fizjologii owadów

40


Rodzaje lotu1. Lot ślizgowy:

A. Konieczna duża powierzchnia skrzydeł w stosunku do masy ciałaa. Faza unoszenia – siła skierowana pionowo – przezwyciężenie masy ciała,b. Przesunięcie do przodu – siła skierowana poziomo – pokonanie oporów

powietrzac. 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 przestrzenib. Mniej albo nie ma okresów szybowania

3. Lot – kosztowny energetycznie – koszt utrzymania owada w powietrzu - >90% całkowitej energii wydatkowanej w czasie lotu1. Pokonanie siły ciążenia – składowa aerodynamiczna2. Nadanie skrzydłom przyśpieszenia na początku każdego uderzenia – składowa

bezwładnościowa

41


Ważki – lot trzepoczący

https://www.youtube.com/watch?v=GzdF-UpA4Cs

42


Ważki

2016-05-30

8

Pełne uderzenie skrzydeł ważki Aeschna juncea

43


Lot ważki

Trzepoczący ruch pojedynczego uderzenia skrzydeł

Szarańcza

Chrząszcz

Motyl

44


Ewolucja lotu45


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 zniszczenie2. Jętki – osiągnęły tę zdolność3. Chrząszcze – jedna para utwardzona – chroni drugą parę skrzydeł błoniastych

Składanie skrzydeł przez Nemoura cinerea (Nieszczeta żółtonoga)

46


https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thum b/3/31/Nemoura.cinerea.jpg/360px-Nemoura.cinerea.jp g

Sposoby poruszania się – lotRozmieszczenie i funkcjonowanie

mięśni lotu


Bezpośrednie mięśnie lotu48


Mięśniepodnoszące skrzydła

Mięśnieopuszczające skrzydła

2016-05-30

9



















2016-05-30

10













Pośrednie mięśnie lotu59


Mięśniepodłużne

MięśnieGrzbietowo-

brzuszne



Mięśniepodłużne


brzuszne

2016-05-30

11



Mięśniepodłużne


brzuszne





Mięśniepodłużne


brzuszne





Mięśniepodłużne


brzuszne



2016-05-30

12



Mięśniepodłużne


brzuszne





Mięśniepodłużne


brzuszne





1.Bardzo wysoka częstotliwość uderzeń skrzydeł (do 1000 Hz, zwykle 200 Hz)

2.Synchronizacja łatwiej osiągana

Nerwowa kontrola lotu

• 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

72


2016-05-30

13

Ruchy owada w przestrzeni73


Sposoby poruszania się – pełzanie, chodzenie i bieganie


Pełzanie

• 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

75


Chodzenie i bieganie

• 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

76


Chodzenie

Punkty podparcia podczas kroczenia karaczana

77


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

78


2016-05-30

14


• 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

79


Metachroniczny chód owada80


Fala metachroniczna

Chód owada81



• 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

82


Nerwowa kontrola chodzenia

• 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

83


Chodzenie po różnych powierzchniach

• 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

85


2016-05-30

15

Chodzenie po różnych powierzchniach - pazurki

86


Chodzenie po różnych powierzchniach

• 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

87


Chodzenie po różnych powierzchniach - przylgi

88


Pływanie, skakanie, grzebanie

• Przystosowanie strukturalne jednej lub dwu par odnóży. Rytm ruchu różni się od pozostałych odnóży krocznych – inny system regulacji przez OUN– Odnóża skoczne szarańczaków

89



• 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

91


2016-05-30

16


• 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

93



• 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

95


Widełki skokowe - furca96


Rząd: Skoczogonki Collembola

Hamowidło - zaszczepka97


Isotoma anglicana Lubbock, 1873; Rząd: Skoczogonki Collembola

2016-05-30

17

98


Sminthurus viridiswww.national-geographic.pl

Owady skaczące99


Pulex irritans http://www.e-cleansing.com/parasites/human-flea-pulex-irritans.html

Owady skaczące

100


Owady skaczące

„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#/media/File:Ctenolepisma_sp_hg.jpg

Skoki mogą się odbywać dzięki energii skurczów mięśni

Ctenolepisma z rzędu rybików

Mi ęś nie owadów - rodzaje - home.umk.plgrodzick/Wyk-WZFO/4-M-ruch.pdf · 2016-05-30 2 Mi...

Documents

Transcript of Mi ęś nie owadów - rodzaje - home.umk.plgrodzick/Wyk-WZFO/4-M-ruch.pdf · 2016-05-30 2 Mi...