Типи кінцівок комах та їх будова

Кінцівки комах являють собою вентральні, тобто розташовані на нижній поверхні тіла, придатки грудей, за допомогою яких комахи переміщаються горизонтальними або вертикальними поверхнями, а також реалізують інші функції.

Завдяки еволюції, створено багате розмаїття як самих членистоногих, і їх багато різновидів їх кінцівок. Еволюційні процеси дуже відрізняються один від одного. Членистоногі вважають найбільш успішними живими організмами на планеті з точки зору різноманітності форм і абсолютного числа. Клас ділять на кілька груп:

• трилобіти, що вимерли до теперішнього часу;
• комахи;
• ракоподібні (такі як креветки, омари, краби);
• хеліцерові, у тому числі мечохвости, павуки та скорпіони.

Ефективність еволюційної гілки класу членистоногих, включаючи комах, досягається за рахунок їхньої модульної архітектури. Ці тварини мають тіла, що складаються з серії дублюючих сегментів, які мають здатність до модифікації та видозміни. Певні сегменти призначені для крил, інші є антенами, ногами, органами живлення чи спеціальними пристосуваннями для спаривания.

Обережно! Якщо викладач виявить плагіат у роботі, не уникнути великих проблем (аж до відрахування). Якщо немає можливості написати самому, замовте тут.

Масивний обсяг даних дослідники одержали за допомогою детального аналізу ознак генетичних механізмів плодової мушки Drosophila melanogaster. Дослідження генетики цієї комахи тривали століттями. У процесі було встановлено багато генів, які відповідають за сегментацію та розвиток кінцівок.Основним з них є клас регуляторних генів, Hox-гени, що відповідають за такі процеси, як:

• кодування ДНК-зв'язуваних білків;
• управління розвитком на ранній стадії.

Комахи характеризуються шістьма ногами, які розташовані попарно у кожному із трьох грудних чи середніх сегментів тіла. Така структура притаманна кожному з мільйонів видів комах.

На відміну від комах, існують членистоногі (наприклад, ракоподібні), що мають неоднакову кількість пристосувань для пересування по воді. Деякі з них відрізняються наявністю ніг на кожному сегменті грудей та черевця. Комахи ж у процесі еволюції втратили черевні кінцівки.

При функціональних змінах у білку Ultrabithorax (Ubx) відбувається блокування розвитку черевних кінцівок комах. Цей білок кодується одним із Нох-генів. Дослідження ембріона дрозофіли виявили пригнічення експресії передньому відділі тіла іншого гена Distalless (Dll), від якого залежить формування кінцівок.

У той час як для ракоподібних характерна підтримка високого рівня експресії Ubx білка для кожної кінцівки, що розвивається.

У цьому сенсі можна порівняти комах з оксамитовими хробаками, які є представниками оніхофорових. Це близькі родичі членистоногих із кінцівками у кожному сегменті тіла. У цьому випадку експресія білка Ubx відбувається в якихось з цих утворень. Можна зробити висновок про взаємозв'язок експресії білка Ubx з процесом розвитку кінцівок у комах, у тому числі дрозофіли.

Подальші дослідження були спрямовані на вивчення аномальної експресії Ubx білка дрозофіли, що проходить у презумптивній грудній клітці трансгенного ембріона цієї комахи.Розвитку кінцівок перешкоджала репресія Dll.

З іншого боку, не спостерігався вплив аномальної експресії Ubx білків оніхофорових та ракоподібних на експресію Dll та на формування грудних кінцівок. Відповідно до цих спостережень, було висунуто припущення про те, що Ubx білок дрозофіли по функціоналу відмінний від Ubx білків оніхофорових та ракоподібних.

Імовірно, Ubx білок дрозофіли має багатий аланіном пептид, що зв'язує репресію транскрипції гена. Цей пептид немає у оніхофорових. У Ubx білку ракоподібних є додатковий пептид, що модулює активність аланін-багатого пептиду і, ймовірно, інші ділянки репресії в Ubx білку ракоподібного.

Якщо видалити цей регуляторний пептид у Ubx білка ракоподібного, то в результаті експресія Dll в ембріоні мухи буде пригнічена. У зворотній ситуації при модифікації білка Ubx плодової мушки, включаючи регуляторний пептид, можна скасувати його репресорну активність.

Даний пептид включає області можливого фосфорилювання казеїн-кіназою, що дозволяє Ubx білку ракоподібного виконувати функцію умовного репресора: придушення експресії Нох-гену Antennapedia (Antp) в грудному відділі без змін експресії Dll в аналогічних тканинах.

Процес дивергенції ракоподібних та комах, ймовірно, супроводжувався еволюцією Ubx білка від конструктивного до репресора формування кінцівок у комах.

У разі оніхофорових функціонує як активатор формування кінцівок. Після дивергування оніхофорових та членистоногих спостерігається придбання Ubx білком аланін-багатого репресорного домену поблизу свого карбоксильного кінця.

Якщо розглядати організм комахи, можна помітити, що це домен реалізує механізми конститутивної репресії. У комах він перешкоджає розвитку черевних кінцівок. В результаті за допомогою цього процесу значно знижується загальна кількість кінцівок порівняно з ракоподібними.

Близькими родичами членистоногих є оніхофорові, у тому числі оксамитові черв'яки. Вони мають кінцівки кожному сегменті тіла. Ubx білок у цих організмах грає роль активатора. Після дивергування оніхофорових та членистоногих даний білок обзавівся одним або більше репресорними доменами, що пригнічують розвиток кінцівок.

Що стосується комахами з допомогою цих доменів пов'язують конститутивну репресію генів-мішеней, наприклад, Antp і Dll. За деякими припущеннями, білок оніхофорових включає репресорний домен, і регуляторний пептид, який втратили комахи, але зберегли ракоподібні.

Інший приклад еволюційного процесу полягає в тому, що задні крила трансформувалися в рудиментарні крила, тобто жужжальця. Цей процес характерний групи комах, двокрилих, зокрема для дрозофилы.

Причинами подібних перетворень є «цис-регуляторні послідовності», розташовані на ділянках ДНК, які примикають до гена та впливають на його експресію. Жужжальца дрозофіли утворені при плавному придбанні місць зв'язування для Ubx білка в цис-регуляторних областях ДНК інших «генів зростання», наприклад, wingless і decapentaplegic.

Ubx білок у разі комах грає роль локального репресора.При експресії в крилах метеликів, розташованих ззаду, він не перешкоджає їх росту, імовірно, через відсутність місць зв'язування для білка Ubx в цис-регуляторних ділянках ДНК генів росту метелика.

Для двокрилих комах характерне заміщення задньої пари крил рудиментарними утвореннями, які звуться жужжальца. Вони утворені за рахунок придушення розвитку крил Ubx білком, що репресує зростання в жужжальцях.

З іншого боку, лускокрилі, включаючи метеликів, володіють сильно розвиненими задніми крилами. В цьому випадку відсутній процес репресії Ubx білком зростання задніх крил. У метеликів цей білок необхідний регулювання генів, визначальних характеристики крил у задній і передній частині, наприклад, Ubx білок визначає їх колір і форму.

Будова та типи кінцівок комах, приклади

Кінцівки необхідні представникам класу членистоногих як у тому, щоб переміщатися у процесі життєдіяльності. Ноги комах необхідні також і для реалізації інших функцій. Призначення кінцівок визначається кількома умовами:

У зв'язку з неоднаковими умовами, різні види комах мають неоднакові кінцівки. Вони можуть бути призначені для:

• влаштування ходів;
• закопування загиблих тварин;
• будівництва гнізд;
• захисту від нападу;
• харчування;
• стрибків;
• пересування по воді та повітрі;
• бігу.

Личинки або гусениці комах мають кінцівки, які відрізняються від тих, що є у дорослих особин. У разі пристосування не діляться на членики, і навіть позбавлені інших анатомічних особливостей. Личинки мають короткі, як правило, м'які, численні ніжки.Освіти доповнені на кінцях широкими або вузькими присосками. Ноги молодих особин поділяють на грудні та черевні, як, наприклад, у гусениці бражник.

Дорослі особини, які відносяться до класу комах, мають три пари кінцівок. Грудний відділ тіла включає три сегменти, кожному з яких присвоєно одну пару ніг. Утворення зафіксовано на нижній стороні у грудному відділі. Кінцівки складаються з члеників (сегментів, рухомо з'єднаних між собою).

Кожна нога комахи зчленована з тілом в області тазикової западини, яка розташована на нижній поверхні тіла. Починаючи з тазикової западини, розташовуються членики:

За допомогою тазика та вертлуга забезпечується рухливість ноги по відношенню до тіла. За допомогою інших члеників комаха переміщається різними поверхнями. У місці з'єднання стегна з гомілкою є коліно, що також характерне для будови організмів вищих тварин. Цей членик зветься коліно або колінне зчленування.

У найпоширеніших випадках кожного членика ноги характерно наявність однієї частини. Іноді вертлуг може бути поділений на пару сегментів. Гомілка може володіти шипами і шпорами. Наприклад, жужелиці мають гомілку з розташованою на ній спеціальною вирізкою, за допомогою якої комахи очищають свої вуса.

Для члеників кінцівок характерно зменшення в товщині від основи до кінця. Лапка доповнена невеликим розширенням за рахунок кігтів, які необхідні для фіксації комахи на основі при переміщенні рельєфними поверхнями – такими, як грунт або кора дерев.

Втриматися на нерівній поверхні комахі допомагає присоска. Найбільш довгий член ноги - це стегно.По порядку зменшення довжини в кінцівці присутні гомілка, лапка, тазик і вертлуг. p align="justify"> Розглянуте співвідношення розмірів члеників є найбільш часто зустрічається, але не відноситься до абсолютного правила. Існує безліч видів комах з зовсім іншими на вигляд кінцівками.

Представники цієї групи класу членистоногих відрізняються залежно від способу життя. Для когось важливо мати можливість підніматися вгору по стеблах з гладкою поверхнею, хтось пристосувався до життя у водному середовищі, а інші комахи відносяться до хижаків і мають відповідні пристосування для полювання. Дані умови значно впливають на будову ніг.

Бігальні кінцівки характерні для жужелиць. Такі ноги тонкі та довгі. За допомогою бігальних і ходильних кінцівок комахи реалізують базові функції, пов'язані з рухом та освоєнням довкілля.

Для ходильних ніг характерна широка і сплощена лапка, як у листяного жука.

Стрибними кінцівками має саранча. У даному випадку ноги мають потовщені й подовжені стегна.

Копальні кінцівки мають ведмедики. У таких ніг стегно та гомілка розширені та вкорочені, доповнені зубчиками.

Хапальні ноги у богомола. Стегна та гомілка таких кінцівок вкриті шипами або зубцями, які значно подовжені.

Збірні лапки потрібні робочим бджолам. Особливістю цих ніг є наявність кошика для пилку в ділянці гомілки. Лапки бджіл також оснащені щіточками у вигляді волосків, які дозволяють комахі збирати пилок.

Плавальні кінцівки характерні для жуків плавунців. Вони мають плоску і широку форму з волосками.

Характеристика функцій основних типів кінцівок комах

Найбільш древнім видом кінцівок у комах є бігальні та ходильні ноги. Інші типи утворилися завдяки тривалому розвитку. Процес зміни кінцівок пов'язані з необхідністю пристосовуватися до різних умов довкілля.

У бігальних кінцівок форма подовжена. Пристосування відрізняються стрункістю. Залежно від видових особливостей, лапка, гомілка, стегно та тазик у таких ніг можуть бути вузькими або широкими. Даний тип кінцівок характерний для тарганів і жужелиць.

За допомогою ходильних ніг комахи пересуваються повільно. Даний тип кінцівок можна зустріти у жуків-вусаків, листоїдів. Ці організми пересуваються з одного листка рослин на інший і в процесі квапливо обгризають рослинність.

У плавальні пристрої трансформуються, зазвичай, задні, рідше – середні, кінцівки комах. Такі утворення доповнені довгими волосками, які утворюють широку гребінну поверхню у вигляді своєрідного весла. Місцями проживання комах з плавальними кінцівками є водойми. Функціональні пристрої дозволяють досить легко плавати і пірнати. Плавальними ногами мають жуки-плавунці, клопи-гладиші, водолюби.

Стрибний вид кінцівок характерний представників загону прямокрилі. Наприклад, у сарани, коника, цвіркуна остання пара ніг подовжена і сильна. Така структура кінцівки дозволяє комахам стрибати нагору на 80 см. Якщо при цьому вони розправляють крила, то відстань у стрибку може досягати 10 м.

Копальні кінцівки характерні для капустян, жуків-гнійників, травневих жуків. Як правило, на цей вид трансформується перша пара ніг. Такі пристрої потужні, плоскі і короткі.

Збиральні або кошикові ноги можна помітити у таких комах, як бджоли та джмелі. Задні ноги цих видів доповнені особливими ділянками, оточені подовженими хітиновими волосками. Такі утворення називають корзинками. Переміщаючись між квітками рослин, комахи покриваються шаром пилку, що прилипає до волосків тіла.

За допомогою спеціальних щіточок, які розташовані на кінцівках, бджоли збирають квітковий пилок, наповнюючи їй кошики. З прилипають порошин формується грудка, звана обніжжя. Комахи транспортують зібраний пилок у вулик, відкладаючи його в стільники. Внаслідок цього утворюється перга з високою концентрацією нектару. Таким чином, бджоли накопичують білковий корм для бджолиного сімейства.

Хапальними кінцівками має богомол. Ноги вкриті гострими шипами, за допомогою яких комаха може утримувати свій видобуток.

Присмоктуються ноги є пристосуваннями, які характерні для самців деяких видів комах - таких, як плавуни і жужелиці. Такі лапки оснащені розширеними члениками на кінцях. Кінцівки необхідні комахам, щоб охоплювати ними самок під час парування.

Передні кінцівки багатьох комах, у тому числі представників загону перетинчастокрилі та метелики, доповнені апаратом, за допомогою якого вони очищають вусики, дихальні та інші частини тіла. Пристосування має вигляд виїмки на кінці гомілки, оснащеної гребінцем, що складається з твердих щетинок та шипів на першому членику лапки. За допомогою такої освіти комахи доглядають свій зовнішній вигляд.