I N S E T T I Sistemi anatomici

I N S E T T I Sistemi anatomici S. muscolare S. secretore S. circolatorio S. escretore S. digerente S. nervoso S. riproduttore

Sistema muscolare I muscoli degli insetti sono quasi tutti del tipo striato. Gli elementi strutturali sono le miofibrille longitudinali. La grande superficie interna dell esoscheletro consente l attacco di muscoli scheletrici in numero decisamente superiore di quelli che possono inserirsi sull impalcatura scheletrica dei Vertebrati. Detti muscoli sono collegati a molti apodemi, fragmi e furche, al tentorio o direttamente sulle superfici interne del tegumento. Gli organi interni sono rivestiti da muscolatura viscerale.

Muscolatura scheletrica

I muscoli scheletrici si possono classificare sia rispetto ai movimenti che consentono di fare che rispetto alle varie parti del corpo che mettono in connessione. Esempi di muscoli scheletrici Abduttori e adduttori Elevatori e depressori Rotatori e retrattori Pterali (m. alari) Tergo-sternali Tergo-pleurali Pleuro-sternali

condilo

Negli arti delle specie saltatrici è presente la resilina, una proteina molto elastica

I N S E T T I Sistemi anatomici S. muscolare S. secretore S. circolatorio S. escretore S. nervoso S. digerente S. riproduttore

Sistema nervoso degli insetti La cellula nervosa o neurone e la sua struttura. Negli insetti si riconoscono 3 tipi principali di neuroni: Sensoriali (bipolari o centripeti) Associativi (multipolari o interneuroni) Motori (unipolari o centrifughi)

La trasmissione nervosa (agli altri gangli) muscoli Stimolo esterno cuticola ghiandole Stato di allarme Reazione (agli altri gangli)

La trasmissione nervosa Trasmissione elettrica (differenza di potenziale) Trasmissione chimica (mediatori chimici) Acetilcolina (ACh) sinapsi Adrenalina Acido γ-amino-butirrico

Trasmissione chimica (mediatori chimici) Disturbo o blocco dell azione del mediatore chimico: azione insetticida & avvelenamento neurotossico sinapsi esterasi esterasi + ac. acetico + colina

Sistema nervoso centrale La catena gangliare Forme primitive Evoluzione Forme evolute Nel corso della evoluzione il SNC ha subito fusioni progressive con la creazione di pochi ammassi gangliari dotati anche di cellule specializzate Cellule neurosecernenti

Sistema nervoso centrale

Sistema nervoso centrale protocerebro deutocerebro tritocerebro cingolo periesofageo ganglio sottoesofageo alla catena gangliare ventrale Versione semplificata

Sistema neuro-endocrino GP cerebro Ghiandole protoraciche ganglio sottoesofageo ghiandole endocrine retrocerebrali

Sistema nervoso centrale protocerebro deutocerebro tritocerebro cingolo periesofageo ganglio sottoesofageo cerebro Riassunto ganglio sottoesofageo ghiandole endocrine retrocerebrali

Gli organi di senso Sensilli meccanorecettori Tattili s. chetico s. tricoideo Uditivi o fonorecettori setole uditive cordotonali timpani 4 = cellula a cappuccio 5 = cellula tricogena o avvolgente 6 = cellule sensoriali organizzazione Sensilli termorecettori e igrorecettori

cellula a cappuccio Fonorecettori complessi Timpano scleriti uditivi cellula avvolgente cellula sensoriale Scolopidio di un organo cordotonale Timpano su tibia di grilli Nervo uditivo Nelle cavallette si trovano lateralmente sul primo urite addominale; in alcune falene ai lati del metatorace.

Gli organi di senso Sensilli chemiorecettori s. basiconici s. placoidei s. celoconici Sensilli a funzione gustativa e olfattiva Sensillo multiporoso olfattivo

Gli organi di senso Sensilli fotorecettori L occhio composto Gli stemmata & gli ocelli

Capo di libellula L occhio composto ommatidio rabdoma (= c. nervose)

Formazione dell immagine apposizione sovraposizione Visione diurna Visione notturna

Gli stemmata: sulle larve degli insetti, ai lati del capo. Funzione e struttura degli ommatidi. stemmata Gli ocelli: disposti a triangolo sul vertice del capo; struttura semplificata (senza cristallino e solo 2-4 cellule retiniche), sensibili alla luce polarizzata e variazioni di luminosità giornaliere. triangolo ocellare

Sistema digerente Aspetto tubulare, suddiviso in 3 sezioni anteriore (stomodeo), medio (mesentere) e posteriore (proctodeo) Valvole separatrici tra le sezioni V. cardiaca tra intestino anteriore e medio V. pilorica tra intestino medio e posteriore Il cibo procede in genere in linea retta Numerose eccezioni, con rigurgiti da ciechi gastrici

Sistema digerente ghiandole salivari Morfologia Stomodeo ghiandole salivari Mesentere Proctodeo

Sistema digerente Lume intestinale rivestito dall intima Strato epiteliale monocellulare + Strato muscolare (muscoli longitudinali e circolari) + Lamina basale che racchiude il tutto Origine embrionale differente ectodermica: anteriore e posteriore endodermica: mesentere N.B.: i tratti anteriore e posteriore rivestiti da intima impermeabile che preclude qualsiasi assorbimento o digestione. Importante funzione di protezione.

S t o m o d e o M e s e n t e r e faringe ingluvie

Il passaggio attraverso lo stomodeo condisce il materiale vegetale di enzimi e quello solido viene ulteriormente triturato. L assorbimento del cibo ha luogo nel mesentere. Il lume intestinale è rivestito dalla matrice peritrofica, prodotta da cellule epiteliali specializzate e destinata ad avvolgere e filtrare il bolo alimentare, sottoposto all azione degli enzimi digestivi. Sezione della parte anteriore del mesentere microvilli MP fase secernente cellule epiteliali cripta Strati muscolari

Caratteristiche del mesentere Notare la presenza di uno strato acellulare simil membranaceo a funzione digestiva e protettiva. Esso è indicato come matrice peritrofica (MP) e serve a circondare il bolo alimentare dal ventricolo fino all intestino posteriore. Intima e MP costituite da una matrice di proteine di vario tipo + mucopolisaccaridi acidi in cui è immersa una rete di chitina, spesso organizzata in una griglia ordinata di microfibrille. Il risultato è una struttura reticolare, spessa almeno 10 volte le membrane cellulari epiteliali sottostanti, con la chitina che funge da setaccio (porosità 4-10 nm) che fa passare sostanze selezionate per dimensione.

Cellula epiteliale del mesentere Caratteristiche: Presenza di microvilli sulla superficie esposta nel lume intestinale Ampia superficie per la secrezione e successivo assorbimento Polimeri di chitina sintetizzati nell epitelio mesointestinale

Il cibo nel mesentere Il cibo che entra nel mesentere viene racchiuso dalla matrice peritrofica Il lume del mesentere viene suddiviso dalla MP in uno spazio ectoperitrofico (tra MP ed epitelio) ed uno spazio endoperitrofico Valvola cardiaca Cieco gastrico Cibo & suo movimento Mesentere Valvola pilorica Matrice peritrofica Matrice peritrofica TM Enzimi digestivi secreti dall epitelio entrano nello spazio endoperitrofico Idrolisi dei polimeri in monomeri Monomeri attraversano la MP e vengono assorbite dall epitelio Si creano correnti dovuti a flussi acquosi, ph, concentrazioni ioniche Il movimento riporta gli enzimi verso la pt anteriore, distribuisce nutrienti e impedisce il ristagno delle sostanze

Compartimentalizzazione della digestione Spazio endoperitrofico Enzimi di piccole dimensioni Spazio ectoperitrofico Amilasi, cellulasi, tripsina Risultato: riduzione del peso molecolare dei polimeri alimentari Enzimi di grandi dimensioni Digestione degli intermedi ottenuti Superficie microvillare dell epitelio Parte finale della digestione con assorbimento da parte delle cellule colonnari dell epitelio mesenteriale

Ruolo come barriera protettiva della MP La MP impedisce la penetrazione di patogeni (virus, batteri) Tuttavia: Non ferma i baculovirus perché questi hanno una proteina virale (VEF) che idrolizza alcune glicoproteine della MP, rendendola permeabile ai virioni che possono raggiungere l epitelio dove si replicano. Non ferma alcune tossine batteriche (il caso del Bacillus thuringiensis) che, digerite dalle proteasi dello spazio endoperitrofico, vengono così attivate, passano attraverso la MP e raggiungono i recettori situati sui microvilli intestinali. Qui provocano la lisi dell epitelio intestinale, il versamento del contenuto intestinale nell emocele e la morte per setticemia dell insetto.

Variazioni Nelle Termiti La digestione della cellulosa Avviene nel proctodeo in apposite ampolle rettali Mediante l aiuto di protozoi simbionti infarciti di batteri In molti Omotteri La linfa vegetale ha un basso contenuto aminoacidico, ioni Questi insetti hanno bisogno di concentrare i nutrienti senza affaticare l intestino Soluzione? Le camere filtranti!! -- I fluidi in eccesso (contenenti sali minerali e zuccheri semplici) sono smistati attraverso delle superfici di scambio nel proctodeo L assorbimento dei nutrienti essenziali si ha nel tratto posteriore del mesentere

Camere filtranti esofago L eccesso di linfa ingerita dai fitomizi e le utili camere filtranti Sovrapposizione di più pareti molto assottigliate. Si ha filtrazione o dialisi delle molecole più piccole dall esofago direttamente nell intestino posteriore, mentre lipidi e proteine passano nel mesentere.

La produzione di melata È diretta conseguenza della presenza delle camere filtranti, deriva dall eccesso di acqua e zuccheri semplici presenti nella linfa. L espulsione di queste sostanze zuccherine provoca l imbrattamento delle superfici vegetali e non solo, attirando nello stesso tempo altri insetti che sfruttano questa fonte di nutrimento. Alcuni diventano allevatori di fitomizi (vedi le formiche). Funghi epifiti col tempo formeranno un feltro nerastro che costituirà la cosiddetta fumaggine.

Intestino posteriore Il cibo viene spinto attraverso il proctodeo Racchiuso nella matrice peritrofica I fluidi si muovono con il cibo Emocele Tubo malpighiano V. pilorica Emocele Retto cibo Colon + ileo Ano Cibo nella MP Emocele

Fisiologia del sistema digerente La fisiologia dipende dal tipo di dieta che determina sia il corredo enzimatico che possibili simbiosi Le specie onnivore dispongono di proteasi, lipasi,maltasi, amilasi. I carnivori soprattutto proteasi e lipasi; i fitofagi di carboidrasi varie. Nel processo di digestione di substrati carenti o difficili da intaccare gli insetti sono coadiuvati da microrganismi

La simbiosi negli insetti In molti gruppi la sopravvivenza dipende da associazioni con microrganismi usati quali integratori di diete carenti o sbilanciate. Casi di ectosimbiosi Casi di endosimbiosi Formiche tagliafoglie Coleotteri scolitidi Lasioptera berlesiana Tèrmiti Fitomizi Ematofagi s. str. Tarlo dei mobili scolitide aleirodi Interessanti sono le modalità di trasferimento dei simbionti: dal semplice imbrattamento alla trasmissione ereditaria.

Ectosimbiosi Il caso degli scolitidi danni da scolitidi Endosimbiosi Il caso dei fitomizi Simbionti alloggiati in micetociti, micetomi o simbiosomi pupario di aleirode Formica tagliafoglia

Insetti fitofagi Rizofagi Xilofagi Fillofagi Antofagi Carpofagi Spermofagi Fitomizi Svolgono la vita nel terreno a carico delle radici Si nutrono di legno; hanno bisogno di simbionti. Attaccano foglie e parti verdi delle piante. Cicli sincronizzati con le fioriture dei vegetali. L attacco sui frutti è il danno meno tollerabile. Specie che si nutrono di semi. Succhiatori di linfa; necessitano di simbiosi.

Rizofagi Xilofagi larva di maggiolino larva di rodilegno giallo termiti

Fillofagi danno da fillominatore Fitomizi colonia di afidi adulti di maggiolino colonia di psille

larva di tignola Antofagi Carpofagi larva di tignola danno di tignola danno di tignola

Gli adattamenti alla fitofagia Interazione pianta - insetto Stimoli fisici (colore) Importanti le lunghezze d onda delle emissioni luminose che hanno differente capacità attrattive Stimoli chimici (odori) A minore distanza giocano un ruolo fondamentale per la localizzazione del vegetale Stimoli chimici (sapori) Il ruolo delle sostanze indicatrici

Interazione pianta - insetto Stimoli visivi Stimoli olfattivi Arrestanti Sostanze di superficie Aggreganti Fagostimolanti PROCESSO DI RICONOSCIMENTO

Sistema escretore Funzione: regolare i processi di eliminazione dei prodotti azotati di scarto, residui della digestione proteica (urati, -NH 4 ). Controllare la composizione ionica dell emolinfa per mantenere costante ph e pressione osmotica (PO) della stessa. Il tessuto adiposo è coinvolto nell escrezione poiché accumula prodotti di scarto fino alla loro successiva eliminazione.

Tubi malpighiani (TM) Strato monocellulare, chiusi all apice Filtrano emolinfa Ioni pompati nel lume dei TM; l acqua segue per osmosi Fluidi entrano nell intestino Emocele Escrezione tubo malpighiano Riassorbimento selettivo verso l emolinfa nel retto Riassorbimento di sali e acqua Processo che richiede energia Feci con tracce di acqua Valvola pilorica cibo Emocele Colon + ileo Retto Ano mesentere Cibo nella MP Emocele

ESCREZIONE Tubo malpighiano valvola pilorica

Sistema escretore Tubi malpighiani Criptonefridismo Adattamento per recuperare tutta l H 2 O negli escreti che sono eliminati come Sali. Xilofagi e spermofagi