Insektøyens struktur

Synsorganene er utviklet hos de fleste insekter. Komplekse, eller fasetterte øyne når den største utviklingen. Antallet visuelle elementer - ommatidia, eller fasetter, i øynene til en husflue når 4 tusen, og til og med 28 000 i øyenstikkere. Ommatidia består av en gjennomsiktig linse, eller hornhinne, i form av en bikonveks linse og en gjennomsiktig krystallkjegle som ligger under den. Sammen utgjør de det optiske systemet. Netthinnen er plassert under kjeglen og mottar lysstråler. Retinalceller er koblet av nervefibrer med de visuelle flikene i hjernen. Hvert ommatidium er omgitt av pigmentceller.

Avhengig av oppfatningen av lys av forskjellige intensiteter, skilles apposisjonelle og superposisjonelle øyetyper. Den første typen øyestruktur er typisk for insekter på dagtid, den andre om natten.

I apposisjonsøyet isoleres hvert ommatidium i sin øvre del av pigment fra tilstøtende ommatidia. Dermed fungerer hver strukturelle enhet i øyet separat fra alle andre, og oppfatter bare "sin" del av det ytre rom. Det generelle bildet er dannet i hjernen til et insekt som fra mange deler av en mosaikk.

I superposisjonsøyet er ommatidia bare delvis, om enn i hele lengden, beskyttet mot laterale stråler: de er semipermeable. På den ene siden forstyrrer det insekter i intenst lys, på den andre siden hjelper det dem å se bedre i skumringen..

Øynene (dorsale enkle øyne) er de små synorganene som noen voksne har og er vanligvis plassert på toppen av hodet. Vanligvis presentert i mengden tre, med en liggende litt foran, og to til - bak og til siden av fronten. De inneholder ikke ommatidium, strukturen til enkle ocelli er sterkt forenklet. Utenfor er hornhinnen, som består av korneogene celler, dypere er det lysmottakende apparat fra retinal (følsomme) celler, enda lavere er pigmentcellene som går inn i fibrene i synsnerven.

Av alle varianter av insektøyer har enkle øyne den svakeste evnen til å se. I følge noen rapporter utfører de ikke visuell funksjon i det hele tatt, og er bare ansvarlige for å forbedre funksjonen til komplekse øyne. Spesielt er dette påvist ved at insekter praktisk talt ikke har enkle øyne i mangel av sammensatte. I tillegg slutter insekter å male seg i rommet, når de maler de fasetterte øynene, selv om de har veldefinerte enkle øyne.

Stemma, eller laterale enkle øyne, finnes i insektlarver med fullstendig transformasjon. Under puppen stadiet "forvandles" de til sammensatte øyne. De utfører en visuell funksjon, men på grunn av den forenklede strukturen ser de relativt dårlig. For å forbedre synet presenteres ofte larveøyne i flere larver. Hos sagfugllarver ligner de på ryggdyr, og i sommerfuglarv ligner de ommatidier i et sammensatt øye. Larver oppfatter formen på gjenstander, skiller små detaljer på overflaten.

Hvorfor har insekter runde øyne?
Slik insekter ser?

Et insektøye med stor forstørrelse ser ut som et fint gitter.

Dragonfly eyeMyrøyeFly øye

Dette er fordi et insekt øye består av mange små "øyne" - fasetter. Insektøyer kalles fasetter. Den lille øye-fasiten kalles en ommatidium. Ommatidium har form av en lang smal kjegle, hvis base er en linse som ser ut som en sekskant. Derav navnet på det fasetterte øyet: fasett på fransk betyr "ansikt".

1 - hornhinnefasetter; 2 - lett refraktor;
3 - pigmentceller; 4 - visuelle celler;
5 - lysfølsomt element av ommatidium;
6 - prosesser av visuelle celler som går til den optiske ganglia;
7 - integument av hodet; 8 - øyekapsel.

Et knippe ommatidier utgjør et sammensatt, rundt, insektøye.

Hvert ommatidium har et veldig begrenset synsfelt: synsvinkelen til ommatidia i den sentrale delen av øyet er bare omtrent 1 °, og rundt kantene på øyet - opp til 3 °. Ommatidium "ser" bare det ørsmå området av objektet foran øynene, der det er "rettet", det vil si der fortsettelsen av aksen rettes. Men siden ommatidiene ligger tett inntil hverandre, og deres økser i det runde øyet avviker radialt, dekker hele det komplekse øyet gjenstanden som en helhet. Dessuten oppnås bildet av et objekt i det som en mosaikk, det vil si sammensatt av separate stykker.

Antall ommatidier i øyet er forskjellige for forskjellige insekter. En arbeidermyr har bare rundt 100 ommatidier i øyet, en husflue har omtrent 4000, en arbeiderbi har 5000, sommerfugler har opptil 17.000, og øyenstikkere har opptil 30.000! Myrets syn er således veldig middelmådig, mens de enorme øynene til en øyenstikker - de to regnbuens halvkuler - gir det maksimale synsfeltet..

På grunn av det faktum at de optiske aksene til ommatidia avviker i vinkler 1-6 °, er klarheten i bildet av insekter ikke veldig høy: de skiller ikke små detaljer. I tillegg er de fleste insekter myopiske: de ser gjenstandene rundt på bare noen få avstander. Men fasetterte øyne er utmerkede til å skille lysglimt (blink) med en frekvens på opptil 250-300 hertz (for mennesker er den begrensende frekvensen omtrent 50 hertz). Insektøyne er i stand til å bestemme intensiteten til lysstrømmen (lysstyrke), og i tillegg har de en unik evne: de kan bestemme polarisasjonsplanet for lys. Denne muligheten hjelper dem å navigere når solen ikke er synlig på himmelen *.

Insekter skiller farger, men ikke i det hele tatt slik vi gjør. For eksempel, bier "kjenner ikke" fargen rød og skiller den ikke fra svart, men de oppfatter ultrafiolette stråler som er usynlige for oss, som ligger i motsatt ende av spekteret. Noen sommerfugler, maur og andre insekter utmerker seg også med ultrafiolett lys. For øvrig er det blindheten til de pollinerende insektene fra stripen vår til den røde fargen som forklarer det underlige faktum at det ikke er planter med skarlagensrike blomster blant vår ville flora..

* Lyset fra solen er ikke polarisert, det vil si at fotonene har en vilkårlig retning. Imidlertid, når det passerer gjennom atmosfæren, er lys polarisert som et resultat av spredning av luftmolekyler, og planet for polarisering er alltid rettet mot solen

Forresten.

I tillegg til de fasetterte øynene, har insekter tre flere enkle øyne 0,03-0,5 mm i diameter, som er plassert i form av en trekant på frontal-parietal overflate av hodet. Disse øynene er ikke tilpasset for å skille gjenstander og er nødvendige for et helt annet formål. De måler gjennomsnittlig belysningsnivå, som brukes som et referansepunkt ("null-signal") når du behandler visuelle signaler. Hvis disse øynene er limt på insektet, beholder det muligheten til å orientere seg, men den vil kunne fly bare i lysere lys enn vanlig. Årsaken til dette er at de forseglede øynene tar et svart felt som et "middels nivå" og derved gir de fasetterte øynene et bredere lysområde, og dette reduserer følgelig deres følsomhet.

Ulike informasjon om syn

De fleste dyr har synsorganer. I noen er øynene tett på hverandre for å forbedre dybdesynet. Andre har øyne langt fra hverandre, og skaper et større synsfelt og mottar et signal i forkant av et mulig angrep.

Det er mange typer øyne i dyreriket. Det menneskelige øyet er ikke anatomisk likt øyet av en flue, designet for lynrask respons på bevegelse.

Bare mennesker har de hvite øynene som indikerer humør og følelsesmessig bakgrunn.

Egenskaper ved øynene i dyr og insekter

Kameleon kontrollerer øynene uavhengig av hverandre. De kan se i forskjellige retninger samtidig..

Geiter, mongooses, sauer og blekkspruter har rektangulære pupiller..

Volumet av strutsens øyne er større enn hjernevolumet til denne fuglen!

Øyebollene til en ugle opptar hele kranens plass, de roterer med vanskeligheter. Uglen kompenserer for dette ved å vri nakken en halv sirkel til hver side..

Noen skorpioner har opptil seks par øyne. Mange av edderkoppene er fire par. Tuatara-firben har tre øyne!

Hoppende edderkopper har to hovedøyne og seks hjelpestoffer.

Sjøstjerner har øyne på slutten av hver stråle og reseptorer i hele kroppen. Disse marine dyrene kan bare skille mellom lys og mørk belysning..

Et hvaløye veier omtrent et kilo. Men hvalen ser bare 1 meter unna.

Et komplekst system er øynene til den bedende mantis rekene. Den kan sees i polarisert lys, i det optiske, infrarøde og UV-området.

En person vil motta slik nøyaktighet bare ved å bruke utstyr som veier en centner.

Blant marine dyr har blekksprut, blekksprut og blekksprut det mest perfekte synet..

Hvordan dyr og insekter ser farger

Katter skiller ikke mellom rødt. Fargeskjemaet deres er svakt. En person har bare 4 stenger for hver kjegle, og en katt har 25. Derfor ser katter verden i grått.

Hunder kan se blålys og lilla tydelig, men kan ikke gjenkjenne varme nyanser som gul, oransje og rød.

Okser og kyr slipper ikke ut rødt. Toreroen irriterer dyret ikke med den røde fargen på kappen, men med skarpe bevegelser.

Bien skiller ikke mellom rød, den forvirrer den med grønt, grått eller svart. Bien ser tydelig gul, blå, blågrønn, blå, fiolett og lilla. Fremhever ultrafiolette toner og tilhørende stråling.

Hvordan dyr og insekter ser nær, fjern og rundt

Hunder ser godt på avstand, men dårlig på nært hold. En hunds synsskarphet er omtrent 60% svakere enn et menneskes. Men hunder kan enkelt bestemme avstanden "etter øye".

Eagle synsskarphet er dobbelt så sterk som menneskelig.

Falken kan se en gjenstand 10 cm i størrelse fra en høyde av 1500 moh.

Gribben ser små gnagere fra en avstand på opptil 5 kilometer.

Øyenstikkeren er en av de mest årvåkne insektene. Hun ser et fyrstikkhode en meter unna. Øyen til øyenstikkeren består av 30 000 separate biologiske kamre. Hvert kamera tar et poeng, deretter blir en rekke bilder i hjernen lagt til et enkelt objekt. Øyenstikkørøyet tar opptil 300 bilder i sekundet.

Frosker ser bare bevegelige gjenstander, og vurderer dem som mulig byttedyr.

Takket være de horisontale og rektangulære elevene, er geiter og bison ved 240 °. Hestens synsfelt er 350%.

Synsvinkelen for katter er 190 °, og for hunder bare 40 °.

Hver person har et individuelt mønster av iris. Sammen med fingeravtrykk brukes irismønsteret for å identifisere en spesifikk person.

Et vanlig menneskelig øye, med all rikdommen i sine funksjoner, veier mindre enn en kule for 7.62x54-kassetten. Kulen veier 9 gram, øynene bare 8.

Øyebollens diameter er hos de fleste voksne omtrent 24 mm.

Den minst vanlige øyenfargen hos mennesker er grønn. Forekommer i 2% av tilfellene.

Ved fødselen har en person en udefinert øyenfarge. Øynene blir permanent farge etter to til tre år.

Det menneskelige øye skiller opptil 5 millioner forskjellige fargenyanser, og har et enormt antall lysfølsomme celler (over 130 millioner).

Øyefarge bestemmes av melanin, pigmentet i iris. En lav konsentrasjon av pigment bidrar til anskaffelse av lyse kalde toner - blå, grå, grønn. Med en høy konsentrasjon av melanin blir iris svart eller brun. Mangel på melanin i iris bare hos albinoer.

Hovedfargene som oppfattes av mennesker er rød, blå og grønn. Deres forskjellige metning lar deg få synlig alle fargevalg.

For hver hundreledel er fargene på iris i venstre og høyre øye forskjellige.

Fargeblindhet oppdages hos 8% av mennene og bare 1% av kvinnene.

I Europa har svensker, finner, polakker og Baltikum de lyseste øynene. De mørkeste øynene er for jugoslaverne, tyrkerne og portugiserne.

Om nattsyn

Av fuglene ser ugler seg best i mørket. Ugler kan nøyaktig se mus eller ekorn selv uten månen. Om dagen ser ugler seg dårlig, så de gjemmer seg på bortgjemte steder..

Katter ser bedre i mørket enn mennesker. I skumring og om natten dilaterer kattens elever seg opp til 14 mm. Hos mennesker er pupillens diameter ikke mer enn 8 mm selv om natten. I sterkt lys lukker katter instinktivt øynene for å unngå å instinktivt skade netthinnene..

Interessante fakta

Det menneskelige øyet har 150 øyevipper på hvert øyelokk.

Nysing ledsages alltid av å lukke øynene, da dette utvikler en hastighet på 170 km / t og trykk på bihulene.

Mannen blinker hvert 10. sekund, hver blinking tar fra ett til tre sekunder. I en dag tar lengden på blinkende menn omtrent en time.

Kvinner blinker omtrent dobbelt så ofte som menn.

Kvinner gråter omtrent 40 ganger i året, menn omtrent 6 år.

Øynene tilpasser seg mørket på omtrent en time. I løpet av denne tiden vokser øynene følsom overfor lys tusenvis av ganger. Den plutselige overgangen fra mørke til sterkt lys forårsaker ubehag.

Det menneskelige øyet er et komplekst biologisk organ som mottar visuell informasjon fra utsiden og overfører den videre til hjernen. Den høye hastigheten på å behandle den mottatte informasjonen lar deg svare på plutselige endringer.

Den indre overflaten av øyet er foret med netthinnevev. Dens funksjon ligner en fotografisk film i et kamera eller en digital matrise av en mobiltelefon..

Hornhinnen er et element i øyet som endrer form og fokuserer på objekter i forskjellige avstander. Hornhinnen er gjennomsiktig, den er dekket av iris, som er en farget film. I midten av iris er eleven, gjennom hvilken en lysstrøm passerer til netthinnen. Eleven regulerer mengden innkommende lys.

I det menneskelige øyet, der synsnerven passerer gjennom netthinnen, er det en liten blind flekk. Denne funksjonen blir kompensert med informasjon fra det andre øyet..

Øyetransplantasjon er ikke mulig. Når synsnerven skilles fra hjernen, dør den første umiddelbart. Imidlertid er hornhinnen i øyet transplantert.

Tårer hos en nyfødt dukker opp i den andre måneden av livet.

Vanlige mennesker kjenner igjen tusenvis av fargenyanser, og kunstnere kjenner igjen millioner.

Sirkler under øynene indikerer dehydrering, og poser indikerer nyreproblemer.

I løpet av de første dagene kan babyer se bare 25 cm unna.

Lesing resulterer raskt i mindre øyetthet enn å lese sakte.

Å belyse øynene i rødt øker følsomheten for mørke med en halv time.

Kort beskrivelse av klassen Insekter

Insekter er for tiden den mest velstående gruppen av dyr på jorden..

Insektenes kropp er delt inn i tre seksjoner: hode, bryst og mage..

På hodet til insekter er sammensatte øyne og fire par vedheng. Noen arter har enkle øyne i tillegg til fasetterte øyne. Det første vedhengsparet er representert av antenner, som er luktens organer. De tre andre parene danner det muntlige apparatet. Overleppen (labrum), en uparret brett, dekker overkjeven. Det andre paret med muntlige vedheng danner overkjevene (mandibler), det tredje paret - underkjevene (maxilla), det fjerde paret vokser sammen og danner underleppen (labium). Underkjeven og underleppen kan hver ha et par håndflater. Det orale apparatet inkluderer tungen (hypopharynx) - et kitinfremspring av bunnen av munnhulen (fig. 3). På grunn av fôringsmåten kan munnstykker være av forskjellige typer. Skille mellom typer gnag, gnag-slikking, piercing-suging, suging og slikking av muntlige apparater. Den primære typen muntlige apparater bør betraktes som gnag (fig. 1).



Fig. 1. Strukturen til munnapparatet av en gnagende type svart kakerlakk:
1 - overleppe, 2 - øvre kjever, 3 - underkjevar, 4 - underleppe,
5 - hovedsegmentet i underleppen, 6 - "stammen" av underleppen, 7 - mandibular palp,
8 - indre tyggeblad i underkjeven, 9 - ytre
tyggeblad av underkjeven, 10 - underkin,
11 - falsk hake, 12 - palp, 13 - tunge, 14 - tilbehørstunge.

Brystet består av tre segmenter, som kalles henholdsvis protoraks, mesothorax og metathorax. Hvert av segmentene i brystkassen har et par lemmer; i flygende arter er det et par vinger på meso- og metathorax. Leddede lemmer. Hovedsegmentet av benet kalles coxa, etterfulgt av trochanter, lår, underben og tarsus (fig. 2). I forbindelse med livsstilen går lemmer, løper, hopper, svømmer, graver og tar tak.

Vingene er fremspring i veggene på kroppen. Vingen består av to neglebånd-dekkede hudfoldinger og et hulrom mellom dem. Vingen har årer, fortykninger, der luftrøret og nervene passerer. Vanligvis er det to par vinger. Hos insekter fra rekkefølgen Diptera blir det andre vingeparet omgjort til grime. Det er et lite antall insektarter som aldri har hatt vinger (børstehaler), det er sekundært mistede vinger, for eksempel på grunn av en parasittisk livsstil (lus).

Antall segmenter av magen varierer fra 11 til 4. På underlivet til underinsektene er det parede lemmer, i de høyere insektene blir de modifisert til ovipositor eller andre organer.

Integumentet er representert av den kitinøse neglebåndet, hypoderm og kjellermembranen, beskytter insekter mot mekanisk skade, vanntap og er det ytre skjelettet. Insekter har mange kjertler med hypodermal opprinnelse: spytt, lukt, giftig, edderkoppvev, voksaktig, etc. Fargen på insektens helheter er forårsaket av pigmenter som finnes i neglebåndet eller hypodermis.

Muskulaturen til insekter er histologisk strippet, de kjennetegnes av deres evne til en veldig høy sammentrekning (opptil 1000 ganger i sekundet).

Fordøyelsessystemet, som alle leddyr, er delt inn i tre seksjoner, de fremre og bakre seksjonene er av ektodermalt opprinnelse, og midten er endodermalt (fig. 5). Fordøyelsessystemet begynner med de muntlige vedhengene og munnhulen, hvor kanalene til 1-2 par spyttkjertler åpnes. Det første par spyttkjertler produserer fordøyelsesenzymer. Det andre par spyttkjertler kan muteres til arachnoide eller silkeutskillende kjertler (larver av mange arter av sommerfugler). Kanalene til hvert par er koblet til en uparmet kanal, som åpnes ved bunnen av underleppen under hypofarynx. Det fremre området inkluderer svelget, spiserøret og magen. Hos noen insektarter har spiserøret en ekspansjon - struma. Hos arter som spiser plantemat inneholder magen kitinvik, tenner, som bidrar til kverning av mat. Midtseksjonen er representert av mellomguten, der maten blir fordøyd og absorbert. I den innledende delen kan midguten ha blinde utvekster (pyloriske vedheng). De pyloriske vedhengene fungerer som fordøyelseskjertlene. Hos mange trespisende insekter legger det seg symbiotiske protozoer og bakterier i tarmen, som utskiller enzymet cellulase og derved letter fordøyelsen av fiber. Den bakre delen er representert av bakguten. På grensen mellom den midtre og bakre delen, åpnes mange blindt lukkede malpighianske kar inn i tarmen. Den bakre tarmen har rektale kjertler som suger vann fra restene av matmassen.

Åndedrettsorganer hos insekter - luftrør, gjennom hvilken gasser transporteres. Luftrør begynner med hull - spirakler (stigmas), som er plassert på sidene av mesothorax og metathorax og på hvert segment av magen. Maksimum antall spirakler er 10 par. Ofte har stigmas spesielle stengeventiler. Luftrør ser ut som tynne rør og trenger gjennom hele insektkroppen (fig. 6). De terminale grenene på luftrøret ender i en stellat trachealcelle, hvorfra enda tynnere rør - trakeoler - forgrener seg. Noen ganger danner luftrøret små utvidelser - luftsekker. Veggene i luftrøret er foret med en tynn neglebånd, med fortykninger i form av ringer og spiraler.

Sirkulasjonssystemet av insekter er av en åpen type (fig. 7). Hjertet er lokalisert i perikardial sinus på ryggsiden av mageregionen i kroppen. Hjertet ser ut som et rør, blindt lukket i bakre ende. Hjertet er delt inn i kamre, hvert kammer har sammenkoblede åpninger med ventiler på sidene - ostia. Antallet kameraer er åtte eller mindre. Muskler er festet til hvert kammer i hjertet for å sikre sammentrekning. Bølgen av hjertekontraksjoner fra det bakre kammeret til det fremre kammeret gir enveis bevegelse av blod.

Hemolymfe beveger seg fra hjertet inn i et enkelt kar - inn i hodeanorta og helles deretter ut i kroppshulen. Gjennom mange åpninger går hemolymfen inn i sinushulen i perikardiet, deretter gjennom ostiaen, med utvidelse av hjertekammeret, suges den inn i hjertet. Hemolymfe har ingen luftveier og er en gulaktig væske som inneholder fagocytter. Dets viktigste funksjon er å forsyne organer med næringsstoffer og overføre metabolske produkter til utskillelsesorganer. Luftveisfunksjonen til hemolymfen er ubetydelig, bare i noen vannlevende larver av insekter (larver av myggklokker) har hemolymfen hemoglobin, er farget knallrød og er ansvarlig for transport av gasser.

Utskillelsesorganene for insekter er de malpighianske karene og fettlegemet. Malpighianske kar (opptil 150) har et ektodermalt opphav, strømmer inn i tarmlumen ved grensen mellom midterste og bakre tarm. Utskillelsesprodukt - krystaller av urinsyre. Den fete kroppen av insekter, i tillegg til hovedfunksjonen - akkumulering av reserver av næringsstoffer, fungerer også som en "akkumulasjonsnyre". Fettlegemet inneholder spesielle utskillelsesceller, som gradvis er mettet med dårlig oppløselig urinsyre..

Det sentrale nervesystemet hos insekter består av sammenkoblede supraopharyngeal ganglia (hjerne), suboesophageal ganglia og segmentale ganglia i buknervekjeden. Hjernen inkluderer tre divisjoner: protocerebrum, deutocerebrum og tritocerebrum. Protocerebrummet innervrer akronen og øynene som er plassert på den. På protocerebrum utvikler sopplegemer, som nerver fra synets organer nærmer seg. Deutocerebrum innerverer antennene, tritocerebrum innerverer overleppen.

Den abdominale nervekjeden inkluderer 11-13 par ganglier: 3 thorax og 8-10 abdominal. Hos noen insekter smelter de thoracale og magesegmentale ganglia seg inn i thorax- og abdominal ganglia..

Det perifere nervesystemet er representert av nerver som strekker seg fra sentralnervesystemet og av sanseorganene. Det er nevro-sekretoriske celler hvis neurohormoner regulerer aktiviteten til de endokrine organene til insekter.

Jo mer kompleks adferd hos insekter, desto mer utviklet er kroppene i hjernen og soppen..

Sansenes organer hos insekter når en høy grad av perfeksjon. Egenskapene til deres sanseapparat er ofte overlegne for høye virveldyr og mennesker..

Synsorganene er representert av enkle og sammensatte øyne (fig. 8). Komplekse eller fasetterte øyne er plassert på sidene av hodet og består av ommatidier, hvor antall i forskjellige insektarter varierer fra 8-9 (maur) til 28 000 (øyenstikkere). Mange insektarter har fargesyn. Hvert ommatidium oppfatter en liten del av synsfeltet for hele øyet, bildet er sammensatt av mange små partikler i bildet, slikt syn kalles noen ganger "mosaikk". Rollen til enkle øyne er ikke fullt ut forstått, det er blitt fastslått at de oppfatter polarisert lys.

Mange insekter er i stand til å lage og høre lyder. Høreorganer og organer som avgir lyder, kan du finne hvor som helst på kroppen. Hos gresshopper er for eksempel hørselsorganene (tympaniske organer) lokalisert på underbenene på forbenene; det er to smale langsgående spalter som hver fører til den tympaniske membranen assosiert med reseptorcellene. Organene som avgir lyder er plassert på fremre vinger, med venstre vinge som tilsvarer "baugen", og høyre - til "fiolin".

Luktorganene er representert av et sett med luktfølsomhet hovedsakelig lokalisert på antennene. Mannlige antenner er mer utviklet enn kvinnelige antenner. Ved lukt ser insekter etter mat, steder for å legge egg, individer av motsatt kjønn. Kvinner skiller ut spesielle stoffer - sexattraksjoner som tiltrekker hanner. Hanner av sommerfugler finner hunner i en avstand på 3-9 km.

Smakssensilla er lokalisert i biller på kjeve og leppe palper, i bier, fluer, sommerfugler - på ben, i bier, maur - på antenner.

Taktile reseptorer, termo- og hygroreseptorer er spredt over overflaten av kroppen, men de fleste av dem er på antennene og håndflatene. Mange insekter oppfatter magnetfelt og deres forandring, der organene som oppfatter disse feltene fortsatt er ukjente.

Insekter er bispedyr. Seksuell dimorfisme kommer til uttrykk i mange insektarter. Det mannlige reproduktive systemet inkluderer: parede testikler og vas deferens, uparret utløsningskanal, kopulatorisk organ og tilbehørskirtler. Sammensetningen av det kopulerende organet inkluderer kutikulære elementer - kjønnsorganene. Tilbehørskirtlene skiller ut en hemmelighet som fortynner sæden og danner spermatoforemembranen. Det kvinnelige reproduktive systemet inkluderer: sammenkoblede eggstokker og eggledere, uparret skjede, sædbeholder, tilbehørskirtler. Hunn av noen arter har en ovipositor. Kjønnsorganene til menn og kvinner har en sammensatt struktur og taksonomisk betydning.

Insekter reproduserer seksuelt, parthenogenese er kjent for en rekke arter (bladlus).

Insektutvikling er delt inn i to perioder - embryon, som inkluderer utviklingen av embryoet i egget, og postembryon, som begynner fra det øyeblikket larven kommer ut av egget og slutter med insektets død. Postembryonisk utvikling skjer med metamorfose. I form av metamorfose er disse leddyrene delt inn i to grupper: insekter med ufullstendig transformasjon (hemimetabolsk) og insekter med fullstendig transformasjon (holometabolsk).

Hos hemimetabolske insekter ser larven ut som et voksent dyr. Det skiller seg fra det i underutviklede vinger - gonader, fraværet av sekundære seksuelle egenskaper og mindre størrelse. Slike imago-lignende larver kalles nymfer. Larven vokser, smelter; etter hver molt øker vingeknoppene. Etter flere smelter dukker det opp en voksen fra en eldre nymfe..

Hos holometabolske insekter er ikke larven lik de voksne, ikke bare i struktur, men også økologisk, for eksempel lever larven til mai-billen i jorden, og de voksne i trær. Etter flere smelter blir larvene til pupper. I pupalstadiet skjer ødeleggelse av larveorganer og dannelsen av kroppen til et voksent insekt.

Larvene til holometaboliske insekter har ikke sammensatte øyne og vingeknopper. Munnstykkene deres er av en gnagende type, antenner og lemmer er korte. I henhold til utviklingsgraden av lemmer skilles fire typer larver: protopod, oligopod, polypod, apod. Protopoidlarvene har bare rudimentene til brystbenene (biene). Oligopodlarver har tre par normale gangbein (biller, retinoptera). Polypodlarver har, i tillegg til tre par brystbein, flere par falske ben på buken (sommerfugler, sagfugler). Bukebenene er fremspring av kroppsveggen, de har rygg og kroker på sålen. Apodlarver har ingen lemmer (dipteraner).

I henhold til bevegelsesmåtene er larvene til holometaboliske insekter delt i campode, eruciform, wireworm og ormlignende.

Campodelarver har en lang fleksibel kropp, løpende ben og sensoriske cerci (bakket biller). Eruciform larver - kjøttfulle, svakt buede telos med eller uten lemmer (Kan biller, bronse, møkkbiller). Wireworms - med en stiv kropp, rund i diameter, med bærende cerci (klikkbiller, mørkbiller). Ormlignende - lignende utseende som ormer, benløse (dipteraner og mange andre).

Pupae er av tre typer: fri, dekket, skjult (fig. 9). I frie pupper er rudimentene til vinger og lemmer godt synlige, fritt adskilt fra kroppen, heltallene er tynne og myke (biller). Hos dekkede pupper vokser rudimentene tett til kroppen, integumentet er sterkt sklerotisert (sommerfugler). Skjulte pupper er gratis pupper som ligger inne i en falsk kokong - puparia (fluer). Puparium er en ikke-kastet, herdet larvehud.

► Beskrivelse av andre klasser av leddyr type:

► Seksjonen Bilateralt symmetriske (Bilateria) subkingdoms Multicellular inkluderer også:

Strukturen og fysiologien til insekter

Funksjonene til de kordotonale organene ser ut til å være forskjellige. I de tilfellene der sensilla ligger ved kutikula, tjener de vanligvis til å oppfatte lavfrekvente vibrasjoner. Det er sant at i noen tilfeller (kordotonale organer som ligger i antennene til mygg) er de også følsomme for høyfrekvente vibrasjoner. Interne kordotonale organer registrerer sannsynligvis endringer i trykk og mekaniske påkjenninger i insektets kropp..

De virkelige hørselsorganene til insekter er tympaniske organer, der scolpophores er assosiert med tynne kutikulære membraner (tympanic membranes), som spiller rollen som tympanic membranes.

De tympaniske organene til gresshopper, som ligger på skinnene på forbenene, har en typisk struktur. I den øvre delen av tibia er det to smale langsgående spalter som fører til to trommellommer. Lommernes indre vegger, som vender mot hverandre, er tynne og representerer de tympaniske membranene, mens de ytre er tykne og kalles tympanhetter. Mellom begge tympaniske membraner, tett inntil dem, er det to luftrommelstammer, som kanskje fungerer som resonatorer. Til slutt består hoveddelen av det tympaniske orgelet av tre grupper av scolpophores. Skorpoforene ligger delvis inntil den tympaniske membranen, delvis den resonerende luftrøret. De sentrale prosessene i sensoriske celler danner den tympaniske nerven. Nøyaktig etter samme prinsipp - en kombinasjon av scolpophores og tympanic membraner - de tympanic organene og andre insekter er ordnet - gresshopper, crickets, sommerfugler, etc. Sann, de kan være plassert i forskjellige deler av kroppen - på de fremre delene av magen, ved vingens base, etc..

Den kordotonale sensillaen av de tympaniske organene brukes til å oppfatte vibrasjoner av forskjellige frekvenser - det er "høyfrekvente" og "lavfrekvente" sensiller. Som regel er en av disse gruppene innstilt på frekvensene som maksimalt er representert i lydene laget av individer av samme art. Generelt oppfatter insekter lyder i et veldig bredt spekter: fra infrasound (8-10 Hz) til ultralyd (45.000 Hz).

Insekter er i stand til ikke bare å oppfatte, men også lage lyder. Denne funksjonen er typisk for representanter for mange grupper: Orthoptera, biller, Hymenoptera, sommerfugler, etc. Insektenes lydorganer er veldig forskjellige.

Orthoptera kvitring, for eksempel, er forårsaket av utviklingen av kjente kvitrende enheter, som oftest er assosiert med vinger. Så hos gresshopper er disse organene plassert på fremre vinger. Noen vener av venstre vinge blir takket og blir til en såkalt bue, som dyret kjører langs høyre vinge, der en resonator er lokalisert på passende sted. Sistnevnte består av en begrenset plattform med høy vene på vingen - et speil. Bevegelsen av den serrated baugen langs kanten av speilet fører til vibrasjoner av den delen av vingeoverflaten som er strukket på den.

Hos gresshopper blir buen dannet av en serie bittesmå tannhinner på bakbenene. Når lårene gnir mot de øvre vingene, berører tannstikkene den radielle vene på vingen, noe som er veldig fremtredende hos hannen. Mannlige cikader har et slags "vokalapparat" på undersiden av metathoraxen: dens virkning er basert på en ekstremt hurtig svingning av den kitinøse membranen, satt i gang ved muskelsammentrekning. Betydningen av evnen til å lage lyder ligger tilsynelatende i tiltrekningen av kvinner ved å kvitre hannene.

Insektkjemoreseptorer er representert ved lukt og gustatory sensilla. Kutikulære formasjoner av luktfølsom sensilla er veldig forskjellige i form: bust, kjegleformede vedheng, plater, etc. Et vanlig trekk er tilstedeværelsen av tynne porer som trenger gjennom kutikula. Gjennom disse porene er tilgangen til sensillas sensitive elementer for luktende molekyler åpen. Luktesensilla som hovedsakelig befinner seg på senene og håndflatene..

Luktesansen tjener insekter både for å finne mat og for parring: hanner finner ofte hunner etter lukt. Sistnevnte avgir spesielle luktstoffer - sexattraksjoner. En ubetydelig mengde (100 molekyler i 1 cm 3 luft) av et slikt stoff er nok til å forårsake spenning i mannlige silkeormer.

Gustatory sensilla er lokalisert i insekter på munnlemmene og distale deler av bena. Deres kutikulære elementer er representert av hår eller kjegleformede vedheng og er også penetrert med porer. Hver sensilla inkluderer flere reseptorceller, som hver reagerer på en spesifikk smakstimulering: en celle reagerer på salter, en annen på sukkerholdige stoffer, den tredje på rent vann. En av de sensitive celler i smakssensillaen er mekanoreceptor. Hos insekter, så vel som i virveldyr, blir følelsen av gustatory ledsaget av en følbarhet.

De mest komplekse sanseorganene hos insekter er synets organer. De sistnevnte er representert med formasjoner av flere typer, hvorav de viktigste er komplekse fasetterte øyne med omtrent samme struktur som de komplekse øynene til krepsdyr..

Øynene er sammensatt av individuell ommatidia, hvor antall som hovedsakelig bestemmes av insektenes biologiske egenskaper. Aktive rovdyr og gode flyers, øyenstikkere har øyne med opptil 28 000 fasetter hver. Samtidig har maur (rekkefølge Hymenoptera), spesielt arbeidende individer av arter som lever under jorden, øyne som består av 8-9 ommatidier.

Hvert ommatidium representerer en perfekt foto-optisk sensilla. Det inkluderer et optisk apparat som inkluderer hornhinnen, en gjennomsiktig seksjon av kutikula over ommatidium og den såkalte krystallkjeglen. Sammen fungerer de som et objektiv. Oppfattelsesapparatet til ommatidium er representert av flere (4-12) reseptorceller; spesialiseringen deres har gått veldig langt, noe som fremgår av det fullstendige tapet av flagellære strukturer. Egentlig følsomme deler av celler - rabdomomer - representerer klynger av tettpakket mikrovilli, som ligger i sentrum av ommatidium og tett inntil hverandre. Sammen danner de det lysfølsomme elementet i øyet - et rhabdom.

Skjermede pigmentceller ligger langs kantene av ommatidium; de sistnevnte er ganske betydelig forskjellige på dagtid og nattlige insekter. I det første tilfellet er pigmentet i cellen ubevegelig og skiller kontinuerlig ommatidier i nærheten, og forhindrer at lysstråler går fra det ene øyet til det andre. I det andre tilfellet er pigmentet i stand til å bevege seg i cellene og akkumuleres bare i deres øvre del. I dette tilfellet faller lysstrålene på de følsomme cellene til ikke en, men flere ommatidier i nærheten, som merkbart (med nesten to størrelsesordener) øker øyets generelle følsomhet. Denne typen tilpasning skjedde naturlig nok hos crepuskulære og nattlige insekter. Nerveender som danner synsnerven forgrener seg fra de følsomme cellene i ommatidium.

I tillegg til sammensatte øyne har mange insekter også enkle øyne, hvis struktur ikke tilsvarer strukturen til ett ommatidium. Det lysbrytende apparatet er linseformet, rett under det er et lag sensitive celler. Hele kikkhullet er dekket med et deksel laget av pigmentceller. De optiske egenskapene til enkle øyne er slik at de ikke kan oppfatte bilder av objekter..

Insektlarver har i de fleste tilfeller bare enkle øyne, som imidlertid skiller seg i struktur fra enkle øyne i voksne stadier. Det er ingen kontinuitet mellom øynene til voksne og larver. Under metamorfose blir larvenes øyne fullstendig resorbert..

Insektenes visuelle evner er perfekte. Imidlertid forhåndsbestemmer de strukturelle trekkene til det sammensatte øyet en spesiell fysiologisk synsmekanisme. Dyr med sammensatte øyne har mosaikkvisjon. Den lille størrelsen på ommatidia og deres isolasjon fra hverandre fører til det faktum at hver gruppe sensitive celler bare oppfatter en liten og relativt smal stråle. Strålene som faller i en betydelig vinkel, blir absorbert av screeningspigmentcellene og når ikke de lysfølsomme elementene i ommatidien. Så skjematisk får hver ommatidia et bilde av bare ett lite punkt av gjenstanden som ligger i synsfeltet for hele øyet. Som et resultat består bildet av så mange lyspunkter som tilsvarer forskjellige deler av objektet, på hvor mange fasetter strålene fra objektet faller vinkelrett. Det generelle bildet er som sagt kombinert fra mange små delbilder ved å bruke dem på hverandre.

Insektenes oppfatning av farge utmerker seg også av en viss særegenhet. Representanter for de høyeste Insecta-gruppene har fargesyn basert på oppfatningen av tre primærfarger, hvis blanding gir all den fargerike variasjonen i verden rundt oss. Hos insekter er det imidlertid et sterkt skifte til kortbølgedelen av spekteret sammenlignet med mennesker: De oppfatter grønngule, blå og ultrafiolette stråler. De siste er usynlige for oss. Derfor skiller insektenes fargeoppfatning av verden seg kraftig fra vår..

Funksjonene til de enkle øynene til voksne insekter krever fortsatt seriøs undersøkelse. De tilsynelatende "kompletterer" sammensatte øyne, og påvirker aktiviteten til insektenes oppførsel under forskjellige lysforhold. I tillegg er det vist at enkle øyne, sammen med komplekse øyne, er i stand til å oppfatte polarisert lys..

I tillegg til disse sansene har insekter også et antall reseptorapparater. Dette er sensillaen som oppfatter omgivelsens temperatur, dens fuktighet. Akvatiske insekter er i stand til å registrere endringer i trykk, etc..

Luftveiene. Et komplekst utviklet luftrørsystem tjener til å puste. På sidene av kroppen er det opptil 10 par, noen ganger mindre, spirakler eller stigmas: de ligger på meso- og metatoraks og på 8 segmenter av magen.

Stigmas er ofte utstyrt med spesielle låseinnretninger og fører hver til en kort tverrgående kanal, og alle tverrgående kanaler er sammenkoblet av et par (eller flere) av de viktigste langsgående trakealstammene. Tynnere luftrør kommer fra stammene, forgrener seg gjentatte ganger og sammenfiltrer alle organer med sine forgreninger. Hver luftrør ender med en terminalcelle med radialt divergerende prosesser gjennomboret av terminalrørene til luftrøret. De terminale grenene av denne cellen (tracheola) trenger til og med inn i individuelle celler i kroppen. Noen ganger danner luftrøret lokale forstørrelser, eller luftsekker, som tjener i markinsekter for å forbedre luftventilasjonen i luftrøret, og i vannlevende, sannsynligvis, som reservoarer som øker lufttilførselen i dyrets kropp. Luftrør oppstår i embryoet fra insekter i form av dype invagasjoner av ektodermen; som resten av ektodermale formasjoner, er de foret med neglebånd. I overflatelaget til sistnevnte dannes det en spiralfortykning, som gir luftrøret elastisitet og forhindrer at veggene faller sammen.

I de enkleste tilfeller inntreden av oksygen i luftrøret og fjerning av karbondioksid fra det skjer ved diffusjon gjennom stadig åpne stigmer. Dette observeres imidlertid bare hos inaktive insekter som lever under høye fuktighetsforhold..

TEKNOLOGI, ENGINEERING, INNOVATION

Diametermåler, eksentrisitetsmåler, automatisering, GIS, modellering, programvare og elektronikkutvikling, BIM

Insekter og bionics: det visuelle apparats mysterier

Siden begynnelsen av livet på jorden har evolusjon vært den viktigste drivkraften bak forbedringen av levende organismer. Med menneskets fremkomst begynte den teknologiske utviklingen. Det gjør at folk kan designe fantastiske ting som rett og slett ikke eksisterer i naturen. Betyr dette at mennesket har overgått naturen? Sannsynligvis ikke. Gjennom milliarder av år har evolusjonen prøvd et utenkelig antall mekanismer og måter å samhandle mellom levende ting og miljøet. Og ofte er disse løsningene så unike at det oppstår et legitimt spørsmål: kan en person tenke på dette?

Retningen i vitenskapen som låner biologiske prinsipper for anvendelse i teknologi kalles bionikk (eller biomimetikk). Flyet flyr etter samme prinsipp som fuglene, men helikopteret er allerede en mer "menneskelig" oppfinnelse. Hvis du ser nøye, kan du finne mange interessante naturløsninger, til og med i det visuelle apparatet til insekter.

Fasettert øye og ommatidia

De fleste moderne optiske enheter, for eksempel kameraer og videokameraer, er laget i likhet med det menneskelige øyet: lys som faller på et samleobjektiv er fokusert på overflaten til en lysfølsom matrise, som består av millioner av reseptorer. Jo flere fotoreseptorer, jo høyere er oppløsningen til det optiske systemet. Et interessant trekk ved et slikt visuelt apparat er at bildet på matrisen (netthinne i tilfelle av det menneskelige øyet) opprinnelig blir snudd på grunn av samleobjektivet (linsen) og først etter prosessering (i hjernen) blir det det skal være.

Fig. 1. Diagram over strukturen i fasettøyet: hornhinnefasetter (1), lysbrytningsapparat (2), pigment (3) og visuelle (4) celler, lysfølsomme element ommatidium (5), aksoner av visuelle celler som går til den optiske ganglia (6), integument hode (7), øyekapsel (8)

Leddyr (insekter, krepsdyr, arachnider og tusenbein) har et bredt utvalg av fotoreseptormekanismer [1]. Den viktigste forskjellen er at de har veldig vanlige fasetterte (sammensatte) øyne, som består av et stort antall ommatidier (enkel ocelli). Ommatidium i den første tilnærmingen ser ut som en kjegle, der basen er en sekskantet fasett (hornhinnelinsen) på overflaten av øyet, og spissen avslutter med nerveprosesser dypt i hodet (fig. 1). Fasettstørrelser varierer vanligvis fra 5 til 50 um.

Fasetterte øyne er delt inn i to typer - apposisjonell og superposisjonell. Pigmentcellene i apposisjonsøyet er lokalisert på en slik måte at lys fra nærliggende ikke faller på fotoreseptordelen av hvert ommatidium. Et enkelt øye i et slikt system er et langt smalt rør med tykke ugjennomtrengelige vegger og lysfølsomme reseptorer i bunnen, som et resultat overlapper ikke bildene fra forskjellige ommatidier. Denne designen fungerer bra under høye lysforhold, så de fleste av dagene insekter har det. I superposisjonsøyet kan bilder fra tilstøtende ommatidier stables, slik at du kan se i lavere belysning ved å øke andelen overført lys. Hvis sammensmeltningen av bilder skjer på grunn av det faktum at pigmentet i cellene omfordeler seg om natten, noe som gjør veggene gjennomsiktige (i dette tilfellet, på grunn av gevinsten i lysinnsamlingskraft, reduseres oppløsningen), kalles denne undertypen for øyets struktur opto-superposisjon. Slike øyne finnes hovedsakelig hos nattlige arter, for eksempel møll. Hvis bildet fra nabolandet ommatidia kommer på grunn av en svak overlapping av det synlige området, og videre behandling av det totale bildet faller på nervesystemet, er dette en neurosuperposisjonell type øyestruktur. En slik mekanisme gjør at for eksempel fluer kan orientere seg godt både på dagtid og i skumringen..

Fig. 2. Fasettert øye og dets bioniske analog [2]. Over de sammensatte øynene til den utdødde trilobitten Erbenochile erbeni (til venstre; doi: 10.1126 / science.1088713) og fruktfluen Drosophila melanogaster (doi: 10.1126 / science.1182228). Nedenfor er enheten CurvACE (Curved Artificial Compound Eye), en kandidat for det minste kunstige sammensatte øye (volum 2,2 cm3, vekt 1,75 g og strømforbruk mindre enn 0,9 W), og dets skjematiske illustrasjon ved siden av den samme vinkeloppløsningen fasettert øye.

Hva er de viktigste fordeler og ulemper med insektenes sammensatte øye sammenlignet med mennesket? På den ene siden bestemmes oppløsningen til det optiske systemet med insekter ikke av antall fotoreseptorer, men av antall ommatidier i seg selv, siden hvert signal blir konvertert til en egen "piksel". Derfor er det menneskelige øyet tydelig bedre - millioner av reseptorceller mot tusenvis av enkle øyne. På den annen side er den utvilsomme fordelen med de fasetterte øynene deres store synsvinkel (nesten 360 ° i noen arter), med unntak av den blinde flekken rett bak kroppen (som lett kan rettes ved hjelp av øyestengler). Forresten, noen arter har ikke bare et par fasetterte øyne, men også separate, enkle øyne rettet i forskjellige retninger. Slike øyne er ikke i stand til å skille objekter (oppløsningen er bare en "piksel"), men kan reagere på endringer i belysningen. Det er vanligvis tre eller flere av dem, og de er plassert på hodet eller på ryggen. Av alle mangfoldene i leddyrens verden er frittliggende enkle øyne til stede i noen biller, maur, veps og øyenstikkere, og edderkopper kan ikke klare seg uten dem i det hele tatt. Naturligvis er det unntak - for eksempel blinde insekter som lever under jorden. Noen av mulighetene til det visuelle apparatet til leddyr er fantastiske. På grunn av den spesielle utformingen av fotoreseptordelen, kan mange bier skille mellom lys med forskjellige polarisasjoner, noe som hjelper dem å orientere seg i solen selv i overskyet vær. Visse typer øyenstikkere begrenser seg ikke til bare en type sammensatt øye, derfor kan deres øvre halvdel være apposisjonell, og den nedre halvdel - superposisjon. De fleste dyr har ikke mer enn fire reseptorer (tre typer kjegler og en type stenger), mens antallet fargereseptorer i mantis reker når 12 (de må ha et veldig lyst liv). Fra synspunktet av de funksjonelle egenskapene til øyet (og ikke utseendet), avsløres følgende mønster: det fasetterte øyet er primært tilpasset for å oppdage bevegelige gjenstander, mens det menneskelige øyet er for mønstergjenkjenning. Så et insekt kan knapt kjenne igjen en person ved synet, og å se en film vil virke kjedelig for ham, fordi et sammensatt øye kan plukke opp vibrasjoner med en frekvens på opptil 300 Hz (mot ca. 50 Hz hos mennesker), og filmen vil bare være en veldig langsom endring av bilder. Denne funksjonen er veldig viktig for flygende insekter, ettersom den lar deg navigere bedre i verdensrommet med høye hastigheter (og unngå å bli rammet av en fluespruter i tid).

Så, det sammensatte øyet har visse fordeler, og forskere prøver å sette dem til tjeneste for moderne teknologi, og oppfinner en rekke sensorer (fig. 2). Nesten alt det ovennevnte ble funnet med et lysmikroskop på mikronivå. Men ikke mindre interessante funn ventet forskere i mindre skala..

Nanohillocks

På 60-tallet av forrige århundre bestemte forskere seg for å undersøke overflaten av det sammensatte øyet til sommerfugler under et elektronmikroskop. Overraskende nok kunne overflaten på fasiten i noen arter bli dekket med et stort antall tettsatte nanorør (fig. 3). I løpet av en detaljert analyse ble de fysiske egenskapene til et slikt belegg avslørt, og størrelsen på nanostrukturene ble spesifisert med atomkraftmikroskopi - 200–400 nm i bredden og 10–250 nm i høyden [3, 4]. Det viste seg at den nanostrukturerte overflaten på fasiten har en antirefleksjonsfunksjon - en lignende teknikk brukes av en person for å lage et antirefleksjonsoptisk belegg for kameraer. Facettenes nanostrukturer reduserer på den ene siden insektets synlighet ved å redusere blendingene i øynene, og på den andre siden lar den se bedre ved å øke andelen overført lys. Disse studiene ble utført på villfangede insekter. Neste trinn var å studere en modellorganisme - fruktfluen Drosophila melanogaster.


Fig. 3. Innretningen til insektets sammensatte øye. Hodet på en veps, et øye av et insekt, hornhinnelinser av ommatidia (fasetter) og nanorør på overflaten deres vises i rekkefølge..

I vårt team fra Pushchino vitenskapelige senter for det russiske vitenskapsakademiet ble det besluttet å anvende metodene for molekylærbiologi og forstyrre utviklingen av overflatestrukturen i øyet (fig. 4) [5]. Vi analyserte graden av rekkefølge av mikro- og nanostrukturer på overflaten av Drosophila-øyet, og bekreftet også endringen i antirefleksjonsegenskaper ved bruk av kunstig forstyrrelse av genetisk informasjon. Øyeflaten til to Drosophila-mutanter ble undersøkt ved mikro- og nanoskala. Mutasjoner påvirket forskjellige komponenter i Wnt-Frizzled signalveien, som er ansvarlig for overføring av informasjon mellom celler og, spesielt, spiller en betydelig rolle i den embryonale utviklingen av alle flercellede organismer. I den første mutanten, Frizzled, ble rekkefølgen på pakking av ommatidia i det sammensatte øyet forstyrret, men nanorørene på overflaten til individuelle enkle øyne ble ikke påvirket. Den andre mutanten, Glazed, viste betydelig nedbrytning av nanorørene på overflaten av ommatidia. Det var for ham den såkalte “speiløye” -fenotypen tidligere ble beskrevet, hvis overflate reflekterer mye mer lys enn normalt. Dette bekrefter forholdet mellom tilstedeværelsen av nanotubulære strukturer på ommatidia og antirefleksjonseffekten av øyeoverflaten..

Fig. 4. Nanostruktur av øynene til ville og mutante typer Drosophila melanogaster [5]. Det sammensatte øye av den ville typen Drosophila (a) er preget av en streng sekskantet pakking av ommatidia, mens Frizzled-mutanten (b) viser en "løs øye" -fenotype med et forstyrret arrangement av enkle øyne. Dette blir bekreftet ved analyse av diffraksjonsmønsteret og Fourier-transformasjon av bilder av villtype øyne (c), der tilstedeværelsen av en sekskant indikerer sekskantet pakking, og Frizzled-mutanten (d), som en uskarp ring er observert for, noe som indikerer en tilfeldig fordeling av fasetter. Nanorør på ommatidia fordeles tilfeldig i begge tilfeller (e, f). Sammenligning av de ville type D. melanogasterøynene (g) og den glaserte mutanten (h) viser at denne mutasjonen ganske sterkt påvirker både øyets mikro- og nanostruktur. I tillegg til å forstyrre pakningen av ommatidiene selv, gjennomgår nanorørene også betydelige endringer og reduksjon i størrelse. Som en konsekvens begynner fruktfluens øyne å vise mer blending på grunn av brudd på antirefleksjonslaget..

I tillegg til fruktflue ble en annen nysgjerrig gjenstand undersøkt - whirligig-billen, en rovvilt innbygger i ferskvannsforekomster, som flyter delvis nedsenket i vann. Øynene er delt inn i overflate- og undervannshalvdelene. Egenskapene til nanokoateringer av hornhinnelinsene til denne billen, som kombinerer så forskjellige naturtyper i livet, er ikke testet før. Er beleggene på øynene til det samme insekt forskjellige i forskjellige fysiske forhold? Også av interesse var den mulige funksjonelle bindingen av disse nanocoatings - hva nøyaktig denne strukturelle funksjonen er ansvarlig for. Blant de mulige funksjonene kan være "lotus-effekten" - en uttalt hydrofobisitet på overflaten. Siden 70-tallet av det XX århundre. Det er kjent at veldig små knoller lokalisert ved en viss frekvens kan forhindre at dråpene fukter overflaten på grunn av overflatespenningskraften. Det var interessant å teste de øvre og nedre delene av øyet for antirefleksjonseffekten beskrevet for sommerfugler og Drosophila. Det viste seg at halvdelene av øynene til whirligig-billen faktisk er forskjellige. Ommatidia i de nedre, under vann, øynene er helt glatte, og overflaten av ommatidia i øvre, over vann, er ikke lenger dekket med nanorør, men med en labyrintstruktur av lignende størrelser (fig. 5) [6]. I løpet av eksperimentene viste det seg at de hydrofobe egenskapene til øvre og nedre halvdel er sammenlignbare, og antirefleksjonsegenskapene skiller seg nesten med halvparten - den øvre delen med en uttalt nanostruktur reflekterer mindre lys enn den nedre. Vi fant også avhengigheten av brøkdelen av refleksjon av innfallende lys på bølgelengden.


Fig. 5. Bilde av overvannet (a, b) og under vann (c, d) deler av øyet til en whirligig bille (atomkraftmikroskopi) [6] i tredimensjonale (topp) og todimensjonale former (fragmenter på 10 × 10 mikrometer er vist). En uttalt labyrintisk nanostruktur er synlig på overvannets del av øyet og glatt på den under vann. Fargeskalaen karakteriserer høyden på nano-åsene.

Analyse av et stort antall forskjellige arter av insekter viste at eksternt kan nanostrukturer på overflaten av øynene variere betydelig (fig. 6, 7, a - d). Det er ikke bare nano-bakker, men også labyrintiske og svært langstrakte strukturer, samt mer komplekse formasjoner (som i springtails). Dermed er verden av nanostrukturer hos insekter representert av et mye større mangfold i sammenligning med mikrostrukturen (se fig. 7, e - f).


Fig. 6. Nanostrukturer i øynene til møll og springtails. Hos møll (a) har øynene de høyeste antiglare egenskapene blant insekter, noe som oppnås på grunn av den strenge rekkefølgen av nanorør og deres høye høyde - 200 nm. Spesifikke nanostrukturer på overflaten av springtailøyene (b) gir hydrofobisitet, slik at vann ikke kommer inn i insektets øyne

Fig. 7. Nano- og mikrostruktur av insektøyne. Øyens nanostrukturer kan avvike markant i forskjellige insektarter, for eksempel fluer (a, b), veggedyr (c) og møll (d). Hvilken effekt som oppnås på grunn av slik overflategeometri i hvert tilfelle er ukjent. Til tross for det store utvalget av nanostrukturer, er mikrostrukturen i øynene vanligvis lik hos alle arter. Imidlertid er det unntak, for eksempel i sommerfugler (e) kan fasetter være veldig forskjellige fra vanlige (f).

Så de fysiske egenskapene til nanokoatinger avhenger av overflategeometrien. Bruken av anti-blending og smussavvisende funksjoner er allerede utbredt. Gitt det store antallet naturlige gjenstander, fortsetter forskere å studere og bruke egenskapene sine til praktiske formål (for eksempel for å lage hydrofobe belegg for smarttelefonskjermbilder eller antirefleksive overflater av solceller).

Litteratur:

1. Veiledning til fysiologien til insektenes sanseorganer / Ed. G. A. Mazokhina-Porshnyakova. M., 1983.
2. Floreano D., Pericet-Camara R., Viollet S. et al. Miniature buede kunstige sammensatte øyne // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013. V. 110. s. 9267-9272. doi: 10.1073 / pnas.1219068110.
3. Bernhard C. G., Miller W. H. Et hornhinnebrystvortemønster i insektblandede øyne // Acta Physiol. Scand. 1962. V. 56. s. 385–386.
4. Stavenga D. G., Foletti S., Palasantzas G. et al. Lett på maling-øye hornhinnenippelen av sommerfugler // Proc. Biol. Sci. 2006. V. 273. S. 661-667. doi: 10.1098 / rspb.2005.33695.
5. Kryuchkov M., Katanaev V. L., Enin G. A. et al. Analyse av mikro- og nanokonstruksjoner i hornhinnen på overflaten av Drosophila og dens mutanter ved atomkraftmikroskopi og optisk diffraksjon // PloS One. 2011. V. 6.e22237. doi: 10.1371 / journal.pone.0022237.
6. Blagodatski A., Kryuchkov M., Sergeev A. et al. Under- og overvannshalvdelene av Gyrinidae-billeøyene har forskjellige nanokoatinger på hornhinnen som gir tilpasning til vann- og luftmiljøene // Sci. Rep. 2014. V. 4. s. 6004. doi: 10.1038 / srep06004.

Anton Sergeev, Artem Blagodatsky
"Natur" nr. 1, 2015

Likte du artikkelen? Støtt oss deretter, del med vennene dine og følg de sponsede koblingene!

Det Er Viktig Å Vite Om Glaukom

Diagram over strukturen til det fasetterte øyet
Når du avtaler en lege for visjonskorreksjon "Ophthalm", må du være oppmerksom på funksjonene:

manWOnsthfrlørSol