Srovnávací fyziologie bezobratlých Proč bezobratlých? Ne úplně vyhraněná skupina z pohledu fyziologie. Spíše ti, co zbydou, když odstraníme obratlovce. Smysl je jiný… Jednoduchý stavební plán, Sekvenovaný genom, Rychlý generační cyklus, Praktičtí: odolnost vůči exp. zásahům i etické aspekty Hospodářský význam Proč bezobratlých? Modelové organismy: Hydra, C. elegans, Daphnia, D. melanogaster, Tribolium Aplysia, Loligo Proč bezobratlých? Drosophila a ukázka výzkumu lidských nemocí Zaměření témat Z čeho studovat Příprava, nároky, ukončení. Závěrečná rozprava - kolokvium (státnicová příprava) 0 – 90 bodů) K organizaci přednášky: Prezentace článku: Max. 10 minut • Jaký problém autoři řeší. • Jakou mají hypotézu. • Jaké použili metody (jen obecně) a k čemu přišli. • Jaký má práce význam • Shrnutí pro media – 2 věty • Proč je zrovna v tomto časopise (IF?) • Co Vás zaujalo jako inspirace (Metodicky, struktura, graficky, atd.) Hodnocení prezentace článku: • Přednes • Srozumitelnost • Pochopení tématu • Reakce na dotazy • Vystižení podstaty článku • Obtížnost článku • Ohodnocení 0 - 10 bodů • Velikost těla, skelet, • Tělní pokryv, růst, metamorfóza • Hormony • Požadavky na potravu, trávení, resorbce • Metabolismus • Dýchání • Oběhový systém • Exkrece • Svalový systém, pohyb • Cirkadiální rytmy • Nervová soustava • Smysly • Chování Zaměření témat (důraz na modelové organismy a hmyz zvláště) Srovnávací fyziologie Materiály: Srovnávací fyziologie bezobratlých Materiály: Srovnávací fyziologie bezobratlých https://projects.ncsu.edu/cals/course/ent425/library/tutorials/index http://nelson.beckman.uiuc.edu/courses/neuroethol/ http://marinebio.org/Oceans/marine-invertebrates.asp Systém bezobratlých, M. Horsák, 30.1. 2009 http://www.sci.muni.cz/botzool/study/systbez.pdf Příklady z mnoha internetových zdrojů: Materiály: přednášky, Kodrík-Fyziologie hmyzu Články Nesmírně početní a heterogenní Mimořádné postavení hmyzu 1M druhů – jen ½! Význam vědecký, praktický, hospodářský (škůdci, potrava) Medicínský (vektory) Chov, genom, jednoduchost, etika, Hmyz vždy fyziology zajímal O mimořádně dobré přizpůsobivosti hmyzu svědčí to, že na Zemi téměř neexistují místa, kam by aspoň někteří zástupci hmyzu nepronikli. Stavba těla spolu s odpovídajícími fyziologickými vlastnostmi se osvědčily jako fylogeneticky velmi úspěšné. Schopnosti hmyzího organismu, včetně jeho různých životních stádií, překonávat obrovské rozdíly v životních podmínkách jsou obdivuhodné. Různé důmyslné fyziologické a etologické adaptace jako jsou smyslové schopnosti nebo vytváření sociálních společenstev stále přitahují pozornost biologů. Taxonomické zařazení nemusí určovat funkce. Např. o způsobu vylučování amonných metabolitů rozhoduje dostupnost vody Pro fyziologickou taxonomii má větší význam, jestli živočich žije na souši anebo ve vodě, jestli voda je sladká nebo slaná nebo jestli je jeho tělo velké nebo malé nebo jestli jde o ektonebo endotermního tvora. Jednotící faktor bezobratlých: Velikost těla Bez obratlů – na souši musí být malí, pokud velcí, tak ve vodě V zásadě jsou malí. To, že jsou malí, má důsledky pro funkce a způsob života Zejména díky vztahu povrch versus objem Velikost limituje: svalový výkon – u menších svaly výkonnější pohyb těla – u větších menší náklady na překonávání odporu vody a vzduchu opora těla – u větších roste potřeba opory udržování homeostázy – u větších klesají náklady na udržování transport difúzí – omezena na malé vzdálenosti – nutnost cirkulace u větších ekologické niky - malí mohou obsadit více prostředí Tělesné proporce a nelineární – allometrické vztahy. Velký živočich nemůže být zvětšeninou malého. izometrické trojúhelníky, Ale fyzikální (a biologické) vztahy jsou allometrické. Energetické náklady na jednotku hmotnosti na lokomoci klesají s hmotností bez ohledu na taxon nebo počet nohou. Na 1 gram metabolismus s velikostí klesá. Podobně i dechová a tepová frekvence, hustota mitochondrií atd. Technické upozornění: Pozor, stejná data vypadají jinak, podle toho, jaké osy použijete – lineární nebo logaritmické Na 1 gram metabolismus s velikostí klesá. Větší jsou úspornější. (graf má lineární osy) Na 1 gram metabolismus s velikostí klesá. Větší jsou úspornější. (graf má log log osy) Proč ale? Rubnerův povrchový zákon: povrch roste jen s 2/3 (0,67) mocninou hmotnosti (objemu). T.j. S/V s velikostí zvířete klesá. Rubner vztáhl i na metabolismus a interpretoval na homeotermech jako důsledek ztrát tepla povrchem. Malí ztrácejí více tepla a musejí více „topit“. Max Rubner 1854-1932 Rubner vztáhl i na metabolismus a interpretoval na homeotermech jako důsledek ztrát tepla povrchem. Malí ztrácejí více tepla a musejí více „topit“. Max Rubner 1854-1932 Proč ale? Rubnerův povrchový zákon: povrch roste jen s 2/3 (0,67) mocninou hmotnosti (objemu). T.j. S/V s velikostí zvířete klesá. Spotřeba kyslíku a tedy i metabolismus (POZOR, ne na 1 g) roste s hmotností těla. Zajímavé ale je, že roste stejně u různých skupin – teplokrevných, ale i studenokrevných. Takže navzdory Rubnerovu předpokladu, regulace ztrát tepla povrchem těla nemůže být jedinou příčinou. Další námitka: Kdyby metabolismus rostl přesně s povrchem těla, byl by sklon 0,67. Data ale Rubnerův zákon nepotvrzují. Regresní přímka má ve skutečnosti směrnici cca 0,75. (Hmyz, plícnatí plži spíše 1.) Rubnerův „zákon“ postavený na povrchu těla má tedy ve skutečnosti omezenou platnost. Stojíme před obecným biologickým pravidlem, které není snadné vysvětlit. Alternativa k Rubnerovi. Je to zřejmě nejen povrch těla, ale tělních transportních rozhraní obecně, co limituje transportní děje. Fraktálová povaha transportních systémů, která je určována geometrií povrchů různých úrovní (tedy i vnitřních). Zvětšíte-li strukturu, uvidíte znovu tu stejnou. Lze vyjádřit matematickou rovnicí dobře popisující reálné struktury. 0,75 vychází jako exponent mezi m a BMR. Zatím je nedostatek empirických dat pro potvrzení této hypotézy. Další alternativa: Teorie více složených příčin (Multiple causes theory) říká, že vztahy vyšších procesů závisí na vztazích mezi procesy nižšími (hierarchické uspořádání). Takže sklon (exponent) může nabývat různých hodnot. Závěr: To, že větší jsou úspornější a menší rychleji metabolizují platí. Nevíme ale přesně proč, protože pro všechny živočichy platí stejný, obecný vztah mezi velikostí a metabolismem. Navíc mírně odlišný od pouhého vztahu k povrchu těla. Bezobratlí mají problém s udržením vnitřních hodnot při kolísajících podmínkách okolí. Konformita (akceptování) versus regulace Základní tělní plány Progresivní znaky: •Mnohobuněčnost •Pravé tkáně •Bilaterální symetrie •Třetí tělní vrstva - mezoderm •Dva tělní otvory •Coelomová (druhotná) dutina •Segmentace •Hydrostatický skelet: tekutina – měkká stěna (ploštěnci, hlístice, kroužkovci, larvy hmyzu) tekutina – tuhá stěna (noha pavouka) Svalový vak – noha, chapadla měkkýšů •Exoskelet – měkkýši, členovci •Endoskelet – ostnokožci, houby Bezobratlí mohou využívat hydrostatické nebo exoskelety. Výhody exoskeletu – 3x pevnější při stejné ploše - šetří hmotnost Analogie trámů a nosníků vs lešení u staveb. Svaly jsou uvnitř – limit omezeného prostoru. Většina bezobratlých využívá exoskelet. U bezobratlých živočichů se setkáváme obvykle s pokožkou (epidermis), která je tvořena jednovrstevným epitelem, chráněným proti vnějšku kutikulou. Ta je často sklerotizovaná a může být inkrustována minerálními látkami (CaCO3 apod.), například u korýšů. U Ostnokožců je pokožka zpevněna vápenitými destičkami nebo jehlicemi a ostny. Pokožka často obsahuje hlenové žlázky (kroužkovci, měkkýši) nebo voskové žlázky (hmyz). Jejich sekrety zvyšují ochranu těla, nebo usnadňují pohyb. Integument hmyz savec Exoskelet nejvíce přispěl k úspěchu členovců. Ačkoliv kompletně pokrývá hmyzí tělo jako pokožka obratlovce, exoskelet hraje mnohem důležitější roli než pokožka. Kromě určení tvaru těla, jeho nejzásadnější funkce je sloužit jako rozhraní mezi hmyzem a jeho prostředím a poskytuje bariéru proti tokům vody, iontů, chemikálií, parazitům z okolí včetně insekticidů. Tato bariéra je zvláště důležitá pro malá zvířata jako je hmyz, kteří mají relativně velký povrch těla, který vystavují svému okolí. Povaha exoskeletu je proto zásadní pro vývoj látek, které mají být použity pro boj s hmyzem – musejí penetrovat kutikulou. Integument Pro hmyz je integument klíčová struktura: •Ochrana těla proti vnějším vlivům (mechanickým, fyzikálním, chemickým, biologickým •Vylučovací funkce a povrchové zbarvení - ukládání odpadních produktů metabolismu, ukládání pigmentů •Dočasné úložiště živin •Nositel drobných orgánů - žlázy jedové, hlenové, zápašné, smyslové orgány, pomocná zařízení pohybu a obrany •Oporná a pohybová funkce - kombinace oporné a pohybové soustavy zajišťuje efektivní pohyb s minimem svaloviny (srv. hydroskelet) •Ochrana těla před nadměrnými ztrátami vody - což hraje roli u suchozemského hmyzu (hlavně u druhů žijících v extrémně suchém prostředí), ale i u vodního hmyzu - sladko- i slanovodního - který bojuje se ztrátami solí (sladkovodní) i se ztrátami vody (slanovodní). Pevná schránka s klouby Pevnost, kterou poskytuje exoskelet, dovoluje upevnění a součinnost se svaly, které mohou mnohem přesněji a jemněji provádět lokomoční pohyby, než které dokáže hydrostatický skelet kroužkovců. Ačkoliv obklopení pevným tvrdým brněním by mohlo limitovat pohyb a kontakt s okolím a podnětů z něj, integument je elastický v některých místech a umožňuje létání i chůzi. Mnoho smyslových receptorů, které jsou shromážděny ve strategických oblastech, poskytují okénka do vnějšího světa, která umožňují zvířeti reagovat na okolí. Měkká kutikula umožňuje svlékání – problém při růstu Ačkoliv exoskelet poskytuje mnoho výhod, představuje velký problém pro růst. Aby hmyz s pevným exoskeletem mohl zvětšit tělo a vyrůst, větší exoskelet musí být syntetizován a ten starý odhozen. Během periody svlékání je hmyz bezmocný proti predátorům, protože únik a obrana jsou obtížné. Svlékání potřebuje čas, energii a metabolické zdroje. Také citlivost na ztráty vody, protože nemůže ani pít ani reagovat. Aby zredukoval toto choulostivé období během svlékacího cyklu, pokročilejší skupiny hmyzu mají redukovaný počet svlékání. Hemimetabolie a holometabolie U hmyzu s hemimetabolním vývojem jak larvy tak dospělci obsazují podobné niky. Nedospělá stádia postrádají křídla a pohlavní orgány –hlavní rozdíl proti dospělcům. Holometabolní proměna znamená radikální změnu nejen tvaru těla ale i ekologické niky. To omezuje kompetici o zdroje. O výhodnosti svědčí to, že je u 88% všech hmyzích druhů. Říká se jim také endopterygota pro skrytý vývoj křídel v rámci přestavby v kuklovém stádiu. apolýza apolýza apolýza ekdyse ekdyse eklose Instar (stadium) imago svlékání (molting) farátní imago Periody vývoje hmyzu terminologie. Pro hmyz, který ve svém vývoji vsadil na malou velikost těla, je zásadním problémem udržení vody v těle. Malá velikost je z mnoha důvodů výhodná - přináší relativně větší výkon svalů, schopnost pronikat do nejrůznějších prostředí (vodní hladina, prostor mezi stěnami listu atd.). Protože ovšem tentýž vztah mezi povrchem a objemem platí i pro odpařování vody, tentokrát ovšem nevýhodně pro malé živočichy, musel hmyz najít způsoby pro maximální šetření vodou. HC EPK EX ED EP BM TBOE DŽ Vrstvy kutikuly Epikutikula Exokutikula Endokutikula Epidermis Bazální membrána Oenocyty Trichogenní buňky Dermální žlázky Hoemocyty http://www.cals.ncsu.edu/course/ent425/library/tutorials/external_anatomy/exoskeleton.html Dermální žlázky často sestávají ze sekretorické buňky, b. tvořící kanálek, podpůrných bb. Sekretují cement, který pokrývá epikutikulu na povrchu integumentu. Také mohou produkovat těkavé obranné sekrety a feromony uvolňované do prostředí. Oenocyty jsou hmyzí buňky odpovědné za zpracování a detoxifikaci lipidických látek. Jsou ektodermálního původu a jsou tedy v těsném kontaktu s epidermis, bazální membránou a tukovým tělesem – podle druhu a stádia vývoje. Jsou to velké, polyploidní buňky, zvětšují velikost zejména při svlékání, což ukazuje na jejich úlohu při syntéze lipidů epikutikuly. Jiné sekretují ekdysteroidní hormony. Soudě podle profilu genové exprese a funkcí, jsou považovány za analogické lidským hepatocytům. Trichogenní bb – tvoří chlupy, často ve funkci receptorů – řekneme si později Hemocyty – fce zejména imunitní – řekneme si později Podle: SJ 9: 139-152, 2012 cement vosk Vnitřní epikutikula exokutikula endokutikula preekdys Bazální membrána epidermis ekdysiální membrána Vnější epikutikula - kutikulin Vrstvy kutikuly Sacharidová a bílkovinná složka endokutikula postekdys První bezobratlí živočichové, kteří se dostali z vodního prostředí na souš, se před vyschnutím bránili trvale vlhkou vrstvou slizu. Chemicky je sliz glykoprotein, sloučenina bílkoviny a cukru. Jedním z prvních vynálezů pozemských prahmyzů byla přeměna cukerné složky slizu na tuhý vláknitý polymer chitin. Podobně jako se rostlinná celulóza skládá z dlouhých řetězců jednoduchého cukru glukózy, hmyzí chitin je řetězcem jiného jednoduchého cukru - acetylglukosaminu. Chitin se svými vlastnosti podobá celulóze - je to tuhý, vláknitý a ohebný materiál. Takový by však sotva vykonal hmyzu platné služby jako materiál vhodný na povrch těla. Jeho vlastnosti by se totiž podobaly savému papíru. Bylo třeba jej něčím ztužit. A k tomu posloužila druhá složka slizu - bílkovina. Onu zázračnou látku, která kryje veškerý povrch těla hmyzu tvoří chitin teprve v kombinaci s ní. Jde tedy o jakýsi druh zpevněného slizu. Bílkovinná složka má název sklerotin. Cement – tvrdost, odolnost, sklerotizovaná směs bílkovin a lipidů Vosk – nepropustný pro vodu Kutikulin – sklerotizované lipoproteiny a mastné kk Exo (tvrdá) a endokultikula (měkká) – narůstající obsah chitinu Tvorba a odvrhování kutikuly Při odlučování staré kutikuly od epidermálních buněk, při apolýze, na počátku vytváření nové kutikuly, se vyplňuje prostor mezi novou a starou kutikulou řídkou vrstvou plasmy, později pak tzv. svlékací nebo ekdysiální tekutinou. Tato tekutina, která se nachází též v tracheálním systému, je produktem epidermálních buněk. Hlavním úkolem této tekutiny je odbourání a rozpuštění vnitřních vrstev staré kutikuly. Obsahuje rozpuštěné bílkoviny, proteázy a chitinázu. Působením této tekutiny se rozpouští pouze endokutikula (chitinové a bílkovinné vrstvičky). Lipoproteiny epikutikuly a sklerotin nejsou dotčeny Enzymy svlékací tekutiny jsou vylučovány pravděpodobně celým povrchem nové kutikuly. Produkty štěpení jsou pak obvykle resorbovány tělem ještě před odvržením staré kutikuly. Kutikula byla už k svlékání připravena. Apolýzou byl vytvořen štěrbinovitý prostor, který se zvětšuje působením štěpících enzymů. K prasknutí kutikuly dochází ve švech zhruba v období vytváření voskové vrstvičky. V těchto švech chybí exokutikula a následkem toho nasedá epikutikula přímo na endokutikulu. Prasknutí je umožněno polykáním vzduchu (příp. vody a vodních druhů a stlačováním tělní tekutiny do hlavy a hrudi. Švy na hlavě a hrudi mají obvykle tvar T. Prekdysiální chování – kontrakce svalů tělní stěny od hřbetu na ventrální stranu. Ekdysiální ch. peristaltické vlny od zadečku k hlavě. Jakmile se hmyz vysvleče ze staré kutikuly, polyká znovu vzduch resp. vodu, dokud je kutikula ještě měkká a ohebná. Svalovina tělní stěny se trvale kontrahuje, čímž se udržuje zvýšený tlak hemolymfy po několik hodin, dokud kutikula dostatečně neztvrdne. Nová kutikula ještě nemá ani lipidovou ani cementovou ochranu, takže transpirace vody je značná. Pórovitými kanálky se vyloučí na povrchu kutikulinové vrstvičky viskózní sekret bohatý na fenolické látky, které se využijí k „vytvrzení“. Na povrch se díky pórovitým kanálkům (1um, obdoba Haversových kanálků v kostech) vyloučí vrstvička vosku, která zajišťuje nepropustnost epikutikuly pro vodu. Nakonec – již při svlékání - zahájí sekreci dermální žlázy, které vyloučí tzv. cementovou vrstvičku, která pokryje povrch voskové vrstvy. Cement je sklerotizovanou směsí bílkovin a lipidů (lipoprotein). Hlavním úkolem cementu je pravděpodobně ochrana voskové vrstvičky jejíž tloušťka je u různých druhů značně odlišná. Pórové kanálky probíhají z epidermis k povrchu skrze kutikulu. Jsou to výběžky cytoplasmy epidermálních buněk, často spirálovitého tvaru - jak pronikají kutikulou. Ačkoliv nejsou pokryty buněčnou membránou epidermálních buněk, obsahují buněčná filamenta. U švába asi 200 pórových kanálků vychází z každé epidermální buňky (1,2 mil / mm2). Transportují lipidy produkované epidermálními buňkami na povrch nově vznikající kutikuly. Chybí tam, kde kutikula průhledná, jako na povrchu složených očí. Chitinové vrstvy kutikuly Kompozit, struktura – třetinová tloušťka při mnohosměrné orientaci vláken umožňuje stejnou pevnost proti jednosměrné orientaci, uložení energie, . Kombinace tahu nahoře a tlaku dole. Chitinové vrstvy kutikuly Připomíná překližku. Vytváření sklerotinu pokožkovými buňkami má mnoho společného s výrobou plastických hmot (kompozitní materiál). Při tvarování kutikuly se smíchá chitin s bílkovinou za vzniku kovaletních vazeb Dlouhá bílkovinná vlákna potom vzájemně polymerují (benzenovými můstky působením chinonů) a vzniká lehká a pevná hmota. Různý podíl chitinu a sklerotinu určuje míru tvrdosti nebo pružnosti kutikuly v té její vrstvě, kde je to nejúčelnější. Stupeň zesíťování proteinů, orientace vrstev chitinu, obsah vody, lipidů, inkrustace solemi, přítomnost kovů – to vše určuje vlastnosti kutikuly. Musí být někde extrémně tvrdá, někde poddajná a elastická, Inspirace pro technické aplikace, Různý design pro různé aplikace Vlastnosti podobné uhlíkovým nanovláknům – lehké a pevné (letadla) po lidskou kůži. Sensory – musí existovat otvory (problematické místo) Klouby – velké deformace Povrch - Odolnost proti opotřebení Šlachy a úpony - elasticita a uložení energie Vlastnosti podobné uhlíkovým nanovláknům – lehké a pevné (letadla) po lidskou kůži. Sensory – musí existovat otvory (problematické místo) Klouby – velké deformace Povrch - Odolnost proti opotřebení Šlachy a úpony - elasticita a uložení energie Záleží na obsahu vody SklerotizaceZesíťování pomocí proteinů Chitin je nerozpustný, elastický, ale savý, Podobný celulóze Jednotkou je N-acetyl-D-glukosamin Monosacharidové jednotky jsou propojeny spoji (1. a 4. uhlík) a tvoří řetězec. Řetězce jsou antiparalelní a vytváří krystalickou strukturu uvnitř které jsou cukerné zbytky provázány H můstky, což poskytuje tuhost a chemickou stabilitu. Nanofibrily jsou 3nm v průměru a 0,3um dlouhé, každá obsahuje 19 řetězců. Směs chitinu a bílkoviny – zatím měkká a nevytvrzená Krystalinní struktura chitinu je důležitá pro kovalentní interakce s proteinovou matrix. Vzdálenosti zbytků se musí shodovat. 2x1.032=3x0.69 Sklerotizace – vytvrzení bílkoviny Fenoloxidázová kaskáda Hormonálně řízená enzymatická reakce. Sklerotizace – vytvrzení bílkoviny Fenoloxidázová kaskáda Hormonálně řízená enzymatická reakce. Sklerotin se považuje za tvrzenou bílkovinu (tanned protein). Vzniká působením chinonů, které se v kutikule vytvořily oxidací různých difenolů (ty vznikly z tyrozinu – musí být v potravě) za účasti fenoloxidáz v buňkách epidermis a i v kanálcích nad nimi. Chinony reagují s volnými aminoskupinami řetězců a pevně je váží, přičemž dochází k tvrdnutí a barva kutikuly se mění z bílé na jantarovou až tmavě hnědou - sklerotizace. Dvě cesty sklerotizace: Beta sklerotizace a Chinonové vytvrzování. Vytvoření tvrdé, nerozpustné, inertní, hydrofobní hmoty. Tvrdost může být např. v kusadlech ještě zvýšena inkrustacemi minerálních látek. Kyselina mravenčí může ale obnovit elasticitu – trhá H vazby. Podobně Rhodnius (zákeřnice - krev sající ploštice) dokáže elastifikovat. Takže možná spíše obsah vody určuje tvrdost než fenoly. Anebo jsou to provázané jevy ? SklerotizaceZesíťování proteinů Melanizace- ztmavení K tmavnutí (melanizaci) dochází tak, že tyrosin (fenylalanin) přechází působením tyrozinázy (fenoloxidázy) na dihydroxyfenylalanin (DOPA) a dále pak na Dopamin. Řadou následných reakcí, které probíhají zčásti spontánně bez enzymatické katalýzy, vzniká jako konečný produkt tmavohnědý až černý melanin. Příbuzné děje při vytváření zátky při poranění nebo při likvidaci patogenů (enkapsulace). Smíchání komponent při tvorbě ootéky v genitální komoře. Vytváření sklerotinu pokožkovými buňkami má mnoho společného s výrobou plastických hmot. Při tvarování kutikuly se smíchá chitin s bílkovinou za vzniku kovaletních vazeb a dlouhá bílkovinná vlákna pak vzájemně polymerují (benzenovými můstky působením chinonů) a vzniká lehká a pevná hmota. Různý podíl chitinu a sklerotinu určuje míru tvrdosti nebo pružnosti kutikuly v té její vrstvě, kde je to nejúčelnější. Resilin – obdoba obratlovčího elastinu ve šlachách. „Resilience“– pružnost, odolnost, houževnatost Inspirace pro materiálové inženýry (podobně pavučina, hedvábí). Materiál pro výrobu umělých cév? Blecha vyskočí z místa kolmo do výšky dvaceti centimetrů. Délka těla 150krát. Nevyužívá ke skoku svaly, ale zvláštní katapult z bílkoviny zvané resilin. Blecha má resilinovou "pružinu" umístěnou ve spodní části zadní končetiny. Pomocí svalů ji stlačí a drží ve stavu pohotovosti. Katapult je "natažený" podobně jako kuše připravená k výstřelu šípu. Když blecha "stiskne spoušť", energie nastřádaná v resilinové pružině se v mžiku uvolní a katapultuje hmyzí tělíčko do výše. Vedle blech jej využívá i létající hmyz k ukotvení křídel k tělu (let, cvrkání). Snaha připravit resilin uměle v laboratoři už čtyřicet let. Zvládl to teprve nedávno tým australských genetiků vedených Christopherem Elvinem z vládní výzkumné a vývojové společnosti CSIRO Livestock Industries. Gen pro resilin si vypůjčili od mušky octomilky a vnesli jej do běžné střevní bakterie Escherichia coli. Bakterie vyráběly bílkovinný řetězec tvořený sedmnáctkrát opakovaným motivem patnácti aminokyselin. Tyto řetězce mají do parametrů resilinu daleko. Jedinečnou pevnost a pružnost získaly, až když je vědci propletli zvláštní chemickou reakcí do složité trojrozměrné sítě. Nepřítomnost kanálků v kutikule, kde je resilin, brání jeho vytvrzení a ztrátě pružnosti. Zrychlení 4,000 m/s2 pěnodějkovití Elasticita a uložení energie. Resilin jinde než chitin. Kutikula pevná i pružná. Ochrana kutikulou proti vyschnutí je omezena teplotou Kritická teplota – neznámá příčina, nejde o obyčejné tání vosků. Pochopení vlastností kutikuly – inspirace pro techniku, boj se škůdci. Hmyzí kutikula je druhý nejrozšířenější materiál po materiálu buněčných stěn rostlin – dřevu – a nejjednodušší, vysoce odolný kompozit. Přesto jsou mnohé její vlastnosti stále neodhaleny . Při metamorfóze Dipter zůstává mnoho orgánů bez vnitřních změn (malpigické trubice, skupiny svalů), aby mohly sloužit dospělým. Buňky tracheálního systému dediferencují a znovu vstupují do proliferačního cyklu. Jiné orgány jsou podrobeny histolýze a nové orgány se vytvářejí z imaginálních terčků (histogeneze). Při začátku metamorfózy jisté larvální buňky odumírají a rozpadají se (autolýza). Hemocyty se někdy aktivně podílí fagocytózou při odstraňování rozpadlé tkáně a připravují ji k dalšímu použití. Ontogenetický a embryonální vývoj Bezkřídlé druhy hemimetabolního hmyzu pokračují ve svlékání i v dospěleckém stádiu, ale pterigota jsou neschopna svlékání, když jsou dospělci. Neschopnost dospělých pterygot je možná důsledkem degenerace epidermálních buněk. Po svlékání do dospělce, epidermální buňky, které vytvořily křídla, degenerují a ztráta vody z nich umožňuje membránám křídel rychle kmitat za letu. Jak jednou degenerují, buňky nemohou vytvořit novou kutikulu křídel, i kdyby se hmyz svlékal. Smrt buněk, která činí možným let, zároveň znemožňuje svlékání u dospělců. Pouze jepičí subimágo je schopné svlékání do jiné křídlaté formy, ale je to špatný letec, protože žijící epidermální buňky zůstávají částí křídla. Dva děje v metamorfóze z larvy do dospělce – nutnost vytvořit nové tělní výběžky. A) Změna v sekreci epidermis B) Imaginální disky WIKI: The experiment that demonstrates this developmental commitment is to take an imaginal disc from a third instar larva, about to undergo pupation, and subdivide it and culture it in the body of a younger larva. Discs can be continuously cultured this way for many larval generations. When such a cultured disc is eventually implanted in the body of a larva that is allowed to pupate, the disc will develop into the structure it was originally determined to become. That is, an antenna disc can be cultured this way and will, almost always, become an antenna (out of place, of course) when final development is triggered by pupation. The study of imaginal discs in the fruit fly Drosophila melanogaster led to the discovery of homeotic mutations such as antennapedia, where the developmental fate of a disc could sometimes change. It is of great interest that the kinds of developmental switches that occur are very specific, leg to antenna for instance. Study of this phenomenon led to the discovery of the homeobox genes, and started a revolution in the understanding of development in multi-celled animals. Mechanisms and genes responsible for leg and wing development are very similar to that of the vertebrate limb. Everze – vyklenutí, vychlípení epidermálních útvarů tvořících tykadla, nohy křídla atd. Následuje tvorba nového typu kutikuly.