BÍ6760 Základy entomologie 1. Úvod salivary reservoir Malpighian tubules Andrea Špalek Tóthová D31-108, tothovo@sci.muni.cz Základy entomologie Program semestru, jaro 2025 D31-233, úterý 13:00-14:50 prednášky RNDr. A. fepalek Tóthova. Ph.D. čtvrtek 13:00-14:50 cvičení Kontakt: Ústav botaniky a zoologie Univerza toí kampiis Bohunice Dj 1-1 os Tel.: 549 49 8085 e-mail: tothova'ď'sci Jinini.cz i 18:2. Úvod: DľLTsmzact výuky ľainmoLcrEie m uezl doponicena t^idiiaí lireraurs Výzu n id. direrzita a p ovad hinvi ú Obecdé vrhaná hniyziba těla. tř^entiCH. ajLarcHrdp-. n 2S3. Hlava. jZEHÉľ-nlisoviiiie: cj-izľuh. skle-nty. vľy. temoriimi. rykadla. uííhí vlívtojí j-eno postaveni a typ hLavové schránky, zvláštní prípady áŕeni ůe-miho usrroji m 4.3. Hruď: stavba a členšai. struk rara oeokri dleného a ckiidlarjeho iesmentu.. vnitŕni kostra hrudi Noha. zailí.dni Liiié-n.1. zvlásmi prípady m—ir&Ľii kouĽetm IV 11.3. Křidlo: siavba. ííJíij7íDí1. Bazálni e Lem. tmy krídla. zakLoubem. ifclidinj křidel. Modifikace kŕide] spojeni obou pini reóukct. TicLiiioiíe. lě-vaci lyhiv. mechanika Lavu V m Zadeček: síaiba, seEmerrrsce a. pn risky, sryly. ioxilni váčky, etiky, pa-iret. sadeckové končetiny larev. Zevni pohlavní orzány samed a ííZjxk. rypy kladélek s jejich zuodifikace. prenos EpzjucavTL pohlavní dimorfisEajiis.. 25.3. Enté* nmen(. štrukľira kvifckidy. tívl: rejukica LTicLkularnidi zdi ô., zbarveni Dvíhaci svatem: i:ř.vbíi í. riokre- "cb-sajiiuC ^-■.■sr.-m.L u=pora(]č.Ľii itizmar.. dve tům ve vodě-. vn 1.4. Nerve vy ijsiuéľ Centrálni Dervova ions-tavs. mozek a břišní nervová páska, viscerálni nemný tysieai. cho varii. Smysloví ůrgány: Emys-lová seta. EkolopLdLuni. mechanorEcepcory. piocricrecepnvrij orsány. sluchové oľEány, chemii recepr. o rv. rea-niorecapvůry. hygrarecc-ptarv. zrakové orzanv. mu a.4. K o id u ni Ľa c ŕ hmym: vizemi, vibrační a akustická., cjiULicka. Světelné a zvukorvoTné sítiny, ercoknnní žlázy. e* mi och Etnik álie-. Eí 15.4. EndotxĽoiu iystěin: žiar," s raitnii sekreci hoamarjv. Oběhový sys-těm a hernolymfa: Tělní dutina, cévy. křesni oběh. e-Lcžení a funkce hemalvniíy. oenocyTv TerTĽorezu-Lace. Zaíivari syntézo: trávicí trubict a její cäsú.. tcomodeiLDC riŕaeníEnari, ruKíodeum, siíiuib a sno-uad ziít^'. vtí-zťlí. ryzdalcr^ie Jráiienj. pŕíjerii potravy- a její idraje. filíračiu komora, tyir biotické ľiiV d:kj =■ gaLiž.Tmy. tukuvř :&leso. Vvluč-rjTaci '.v-iténi: MaJcizMrio ľľiibice. odpadni lárki.". cleínická abrana (sek^fl-itracej. 22:4. RcprodakicBÍ systém: Vnitrní poblavni organy E-amcu a iperníitof e-niiě. vnrtroj pahlarLui or^iny íieoíc. MEenesa. pŕerjoE- sptrmaro, jpljiti::. paňla^xu dimorfismus-. Ernbryraabii vstoj: V?.ji£ko, rýhováni, embryológie, tvorba záiodBcnych ll=rú. zárodečné obaly. bLairokineze. orE2-nostneze. PoíteinbryonilEÍ vyroj: zpŮLot^' nie-:aQiorfc'Jvr. rypy Lare\- a kukel. xi 29.4. Svitém hmyzu: Eyiiŕ.Ľionjcrŕit a diaznozrickě znaky Lk'ipir na úrovni rádi, jejich dii^emta. TTijemné r-Iojene:e:l;e ^■Saby-a diTtrzíľa Znxp.a:nŕ.. E:[0£na±a. ?a]aeop:eia Seopceia.. PohTieoptera xn 6.S. Sv.rtir. Liiiyzu ;pr'j'.ic(-vaiL:-: ?:.y±-.y_.:i::- rioíoirueLibcila. xm Náhrada Související předměty BÍ0055 Terénní cvičení z entomologie (jaro, každoročně) BÍ7770 Metodologie molekulární taxonomie a fylogeneze hmyzu (podzim, každoročně, omezená kapacita <5) BÍ8780 Systém a fylogeneze hmyzu (jaro sudých let) BÍ9790 Entomologie pro pokročilé (podzim lichých let) BÍ7980 Aplikovaná entomologie (podzim sudých let) BÍ7451 Biologie vodních bezobratlých (jaro, každoročně) BÍ8160 Speciální botanicko-zoologické cvičení v terénu (léto, každoročně) BÍ8761 Úvod do terénní zoologie bezobratlých (jednorázová přednáška, jaro, každoročně) Doporučená studijní literatura Gullan P. J. & Cranston P. S. 2014: The Insects. An Outline of Entomology. 5th edition. Wiley-Blackwell, Chichester, 595 pp. Chapman R. F. 2013: The Insects: Structure and Function. 5th edition, edited by Simpson S. J. & Douglas A. E. Cambridge University Press, Cambridge, 929 pp. Beutel R. Gv Friedrich F., Ge S.-G. & Yang X.-K. 2014: Insect Morphology and Phytogeny. De Gruyter, Berlin/Boston, 516 pp. • LAWRENCE J.F., NIELSEN E.S. & MACKERRAS I.M., 1992: 1st chapter: Skeletal Anatomy and Key to Orders. In: NAUMANN I.D., The Insects of Australia. A textbook for students and research workers. Vol. 1. Melbourne Univ. Press., pp. 3-23. CHAPMAN R. F., 1992: 2nd chapter: General Anatomy and Function. In: NAUMANN I.D. (Ed.), The Insects of Australia. A textbook for students and research workers. Vol. 1. Melbourne Univ. Press., pp. 33-67. McGAVIN G.CV 2001: Essential Entomology. University Press, Oxford, 318 pp. • Meyer J. R. 2013: General Entomology Course. North Carolina State University https://www.cals.ncsu.edu/course/ent425/course/modules/index.html 1 'Tili!:.. I THE INSECTS ■\\ Ol Ii INI v:i| :\'< iM)\OC,\ )' f ait * v *.\r> y i C^wfjW "I § I i- INSECTS AN OUTLINE Ol INTOMOIOGY Si-Qin (rct Xiitf-Kr Vans; INSECT MORPHOLOGY AND PHY LOG EN Y // V INSECTS OF AUSTRALIA AicflÄbook tor sftxtarts and rcstareii Mwkcn, Insects STRUCTURE AND FUNCTION Začátky entomologie - 18. st. - s rozvojem základních optických nástrojů, věnovali se jí převážně „amatéři" (Charles Darwin - brouci, Alfred Wallace) • Studium především atraktivních zástupců - brouci, motýli • Entomologie není pouze o stavbě těla hmyzu, propojuje disciplíny jako ekologie, etologie, fyziologie, biochemie, genetika a molekulární biologie • Koncept druhu - kromě klasického přístupu se přistupuje i k alternativním definicím druhu - na základě DNA, zvuku, neuropeptidů, etc. Význam hmyzu dominuje potravním sítím v suchozemských a sladkovodních biotopech (v každém okamžiku je na Zemi ca. 1019 jedinců hmyzu) - udržuje strukturu rostlinných společenstev, představuje potravu pro obratlovce, predátory, parazity a vektory chorob opyluje většinu kvetoucích rostlin (2/3 krytosemenných) recykluje živiny, rozkládá dřevo, mršiny a výkaly, obohacuje a kypří půdu, šíří houby (řada klíčových druhů: keystone species) zkonzumuje v průměru 15-20% veškeré úrody + škody na dřevěných stavbách přenáší patogenní mikroorganismy (1/6 lidí trpí nemocemi přenášeným hmyzem - malárie, žlutá zimnice, dengue, Chagasova nemoc, spavá nemoc, říční slepota, filarióza, leishmanióza,...) zdroj medu, hedvábí, barviv, chemických látek základní laboratorní modely: Drosophila melanogaster, Periplaneta americana, Schistocerca gregaria, Phormia regina, Rhodnius prolixus, Tribolium spp., Manduca sexta, Galleria mellonella... Diverzita hmyzu • popsáno něco málo přes 1 milion druhů (Adler & Foottit 2009: 1,004,898 spp.) = 58-67 % veškerých druhů na Zemi) Grimaldi & Engel 2005 Proč je hmyz celosvětově rozšířený a druhově bohatý? • malá velikost těla (limitace dýcháním vzdušnicemi a váhou kutikuly) - schopnost využít různé mikrohabitaty a potravní zdroje • dobře vyvinuté smyslové orgány a neuromotorický systém • krátký generační čas a vysoká plodnost - genetická rozrůzněnost v rámci druhu, přizpůsobivost ke změnám na gen. úrovni • významná role pohlavního výběru a vnitrodruhové komunikace • koevoluční vztahy s jinými organizmy, zejména rostlinami, jinými živočichy (u parazitů a parazitoidů), houbami a mikroorganismy • druhová rozmanitost jednotlivých vývojových linií je ale značně odlišná: většina druhů patří jen do 5 řádů! Hmyz v kultuře a komerci • Skarabeus - vrchol slávy hmyzu bez ekonomického či jiného významu • Cikáda - v Číně symbol znovuzrození a nesmrtelnosti • Kudlanka - pozice kung-fu, stvoření, trpělivost v zenu - čekání na San • Cvrčci, koníci, roháči, cikády atd. - mazlíčci v JPN Chov hmyzu - obrovská komerce např. v Malajsii Entomofágie - cca 1000 druhů jedlých po celým světě - larvy motýlů, termitů, nosatců - potrava pro domácí zvířata (ryby, drůbež, prasata, norci) - kulturní bariéry Afrika Dospělce č. Termitidae (smažené na palmovém oleji), larvy Saturnidae (60-70% proteinů, po odstranění střeva se vaří ve vodě, pečou či suší na slunci), larvy Curculionidae (smaží se na oleji) Asie Krtonožky, saranče, chrousti... Mexico vajíčka Notonectidae a Corixidae jako kaviár... Austrálie Larvy motýlů (Cossidae, Hepialidae) -„witjuti" v kořenech akácií, hálky Cystococcus pommiformis (Hemiptera) na eukalyptech - „bush coconuts", dělnice Melophorus a Camponotus - „honeypot ants" Hmyz jako jídlo? Rozměry hmyzu Délka 0,21-330 mm, hranice velikosti dány mechanickými a funkčními vlastnostmi těla; kolísání velikosti uvnitř druhů - podmínky vývoje, potrava, mikroklimatické faktory Tvar těla hmyzu Tyčinkovitý Polokulovitý Plochý Laterálně zploštěný Válcovitý Mravencovitý Jeskynně formy Hypertelické útvary, polymorfie Systém a fylogeneze hmyzu (Hexapoda) • současné pojetí recentních řádů: • 3 řády Entognatha • 28 řádů Ectognatha "Entognattia"—-, rr-C "Thysanura s. LIJ Gullan & Cranston 2014 4 ■c 1 -3 ^2 v > ■afe Collembola Protura Diplura Archaeognatha Zygerttoma Ephemera ptera Odanata Plecoptera Derma ptera Zoraptera Ort ho ptera Ernbioptera Phasmatodea Grylloblattodea Manlo phasmatodea Mantodea Blat tede a (cackroachšs) Blat tede a (lemrtites) Psocodea (free-living; Psocodea (parasitic) Thysanoptera Hemiptera Raph Id io ptera Megaloptera Neuroptera Coleoptera Slrepsíptera Di ptera Meco ptera Siphonaptera Trichaptera Lepidoptera Hymenoptera Příbuzní hmyzu (šestinohých) • hypotéza Atelocerata=Tracheata (vzdušnicovci): např. Snodgrass (1938) • většina morfologických podobností se stonožkovci (Myriapoda) je dnes považována za konvergence Wägele 2005 "CKäKeratB" Anchndda Mandlbutata Tŕtraconata -C Entagnatha Ertognatha |=huectat * = Paraphyletlc - Pyenogonida - -Kipho3Ura-................................... Opilicnes Scorpiones SafiFuíiae Fieudoscorpionei Pafcpigradi Ricindei Acari Tetraputmonata ChfJa-poda Symphyta Pauropoda Dipbpodš Ostracoda Branchiura / Pentastomida Branchiopoda ThecDstraca Malacostraca Gopepoda Remipedta :■">! ľícarid a tollembola PTaíura Djplura Archaeognatha Zygerrtoma Ephameropíefa Od onaía Herni metá bola* Holometabola Pycnogonida >■ Eucheliterata Mynapoda Giribet & Edgecomb 2012 Příbuzní hmyzu (šestinohých) hypotéza Pancrustacea (=Tetraconata): hmyz pravděpodobně sdílí společného předka s některou skupinou korýšů, snad Xenocarida (Cephalocarida+Remipedia) nebo Branchiopoda ommatidia složených očí tvořena 4 buňkami, podobnosti v embryonálním vývoji nervové soustavy a sekvencích a funkci Hox-genů temporary freshwater habitat Pancrustacea Gul la n & Cranston 2014 N ej starší dochované fosílie hmyzu spodní devon - 400 milionů let, Skotsko Rhyniognotho hirsti: zachováno jen ústní ústrojí - náleželo již zástupci okřídleného hmyzu? Rhyniello proecursor -chvostoskok podobný dnešním postenof coridyle — Engel & Grimaldi 2004 Devon (416 - 360 milionu let B.P.) Rozvoj života na souši: • lesy plavuní, přesliček a kapradin, první nahosemenné rostliny -stabilizace prostředí (vlhkost), vznik půd • rozvoj suchozemských členovců, první obojživelníci http://en. wikipedia.org/ mohutná radiace ve svrchním karbonu v permu již 30 řádů, některé na konci vymřely v triasu již zástupci některých dnešních čeledí křída - masivní radiace fytofágních skupin, objevují se některé dnešní rody kvartér-zcela současná fauna o u i LU ji Si m' <" n lir 2 ř a* vi1 o c LU S 58 < ICC CC "PROTORTHOPTERÄ PSOCIDA" m ■ origin and spread of grasslands . end Cretaceous^ extinctions ■ radiation of angiosperms I rifting of Gondwana ■ rifting of m Pangaea 2 T 1 PROMECOPTERA . end Permian extinctions ■ HOLOMETABOLA larvae I radiation of seed plants I I ■ formation of Pangaea I origin of I arboreal plants ■ origin of I vascular plants Grimaldi & Engel 2005 Řád PROTODONATA: „pravážky" největší hmyz všech dob: Meganeuropsis permiana (rozpětí 71 cm - svrchní perm (Kansas, Oklahoma) příčina gigantismu: vysoký obsah kyslíku v atmosféře (velikost hmyzu je jinak limitována možnostmi pasivní difúze kyslíku do tracheálního systému) pravděpodobně vrcholoví predátoři lovící ve vzduchu (velká kusadl oči a otrněné nohy) nymfy neznámé vymřely na konci permu Meganeuropsis permiana Adaptivní radiace rychlé rozštěpení na velké množství druhů, z nichž každý může dát vznik samostatným vývojovým liniím v důsledku: - vzniku klíčové evoluční inovace, která svým nositelům umožní obsadit novou adaptivní zónu (využívat dříve nepřístupný soubor nik nebo podstatně lépe využit dostupné zdroje) - proniknutí na území neobsazené jinými druhy (např. ostrovy) o N (D C <Ľ CO CÖ c CC adaptivní radiace anagenetická novinka cas Fleger 2005 Zásadní evoluční novinky a. , Grimaldi & Engel 2005 Zásadní evoluční novinky proměna dokonalá (metamorfóza, spodní karbon?): • využití dalších mikrohabitatů (vnitřek rostlin, dřevo, půda, tekutiny) • snížení vnitrodruhové kompetice mezi larvami a dospělci • dokonalejší kontrola vývoje a přizpůsobení změně podmínek (např. prezimovaní) • zkrácení vývoje (lepší využití zdrojů a energie, menší náročnost růstu, např. syntézy kutikuly) Orientace těla a jeho částí Roviny Sagitální (mediální) rovina - podélně, vertikálně -bilaterální symetrie Horizontální rovina - podélně, horizontálně Transversální rovina - příčně, vertikálně Posteriórní=caudální Anteriórní=craniální=cephalický Základní stavební plán těla hmyzu kmen ARTHROPODA, nadtřída HEXAPODA (šestinožci, šestinozí) Ideálni schéma představující soubor plesiomorfních znaků -PROTENTOMON (Paul Mayer) jedinečná tagmatizace těla: hlava (původně 6 článků), hruď (3 články), zadeček (původně 11 článků a telson) ústní ústrojí: mandibuly (bez přívěšků), maxilly, 2. pár čelistí srostl ve spodní pysk (labium) jediný pár tykadel (2. pár přetvořený v labrum) hruď se 3 páry 6-článkovaných končetin sloužícími k pohybu (drápky, pleura s trochantinem, redukce pately) redukce/změna končetin na zadečku, ztráta artikulace Spojení hlavy s hrudí - cervicalia; flexibilní artikulace přívěšků Tělo kryto chlupy, macrotrichiemi (spines, scales) a microtrichiemi thorax abdomen cercus caput ocuIljs procephalon gnathocephalon m eta sternu m sterna auduminalia ovipositor mesosternum Obecné schéma těla hmyzu __^ala anterior ^ ala posterior frons abdomen instrumenta cibarií pes posterior Sklerity tergity t l-'lHlľ.-. ANTERIOR U-1° segment-p-J POSTERIOR Primární (metamerická) segmentace - patrná u larev s nesklerotizovanou kutikulou intersegmental fold Sekundární segmentace - každý viditelný segment začíná PŘED hranicí primárního segmentu, naopak konec primárního segmentu NENÍ sklerotizován a vytváří intersegmentální membránu antecostal suture (= intersegmental groove) - antekostální švy, akrotergity a intersternity vytvářejí pevná místa pro upnutí svalů intersternite intersternite acrotergite postnotum postnotum Hruď okřídleného hmyzu - akrotergity jsou zvětšené a vytváří post nota Snodgross 1935, Gullon & Cronston 2014 Základní anatomické schéma protentomonu • Trávící s. - 3 oddíly - stomodeum (EKT), mezenteron (END), proktodeum (EKT) • Nervová s. - mozek (proto-, deuto-, tritocerebrum = g. supraoesophagale), břišní nervová páska (g. suboesophagale, 3 thorakální + 9 abdominálních ganglií) • Oběhová s. - dorzální céva (srdce s ostiemi + aorta) • Dýchací s. - tracheální systém s laterálními stigmaty (spirakuly 2+8) • Vylučovací s. - Malpighiho žlázy (původně 6) • Pohlavní s. - párové testes/ovaria, tvorba vesiculae seminales/spermathecae, nepárový vývod Obecné schéma anatomie hmyzu haemocoel Proventriculus inSluvies alaalterior coeca ocellus antenna torta (vena dorsális) ila posterior / ovarium Cerebrum (proto-, deutoA tritoA =ga/iglion supraoesophagale cor (vena dorsalis) vasa Malpighii oculus glandulaesalivaria< pharynx medulla centralis pedes tlioracales MESENTERDN ganglion thoracale STOMODEUM ganglion abdominale ganglion suboesophagale (=pylorus, illeum, colon, rectum, anus) PRDCTOpEUI salivary reservoir a caeca Malpighian tubules 5 5mm caecum Malpighian tubules Fig. 3.1 Dissections of: (a) a female American cockroach, Periplaneta americana (Blallodea: Blattidae): and (b) a male black field cricket. Teleogryllus comnwdus (Orthoptera: (iryllidael. The fat body and most of the tracheae have been removed; most details of the nervous system arc not shown. The Insects: An Outline of Entomokxni, Fifth Edition. P.J. Gullan and I'.S. Cranston. ©2014 John Wiley & Sons, Ltd. Published 2014 by John Wiley & Sons. Ltd. Companion Website: www.wiley.com/go/gullaii/insects Wl LEY Blackwell