Křídlo nejmenšího brouka • Petr Petrov, Irina Panina • Vědecký snímek dne na „Prvky“ • Entomologie

Nejcharakterističtějším znakem hmyzu jako velké systematické skupiny je jeho schopnost létat. Let se provádí pomocí křídel; ve většině případů jsou jich dva páry a nacházejí se na II (mezothorax) a III (methothorax) segmentech hrudníku.

Křídla jsou v podstatě mocné záhyby stěny těla. Plně tvarované křídlo má sice vzhled tenké plné desky, přesto je dvouvrstvé; horní a spodní vrstva jsou odděleny tenkou mezerou, která je pokračováním tělní dutiny (obr. 317).

Křídlo, stejně jako všechny části těla, obsahuje tracheální kmeny a nervy. V místech jejich výskytu na křídlech se tvoří charakteristická trubicová ztluštění – žilnatina, uspořádaná pro každý druh přesně definovaným způsobem, výsledkem je určitý vzor – žilnatost. V současné době je vyvinut jednotný systém názvů žil a výchozí typ venace je prezentován následovně (obr. 318). Po křídle probíhají tzv. podélné žíly: žeberní, subkostální, radiální, mediální, kubitální, anální a jugální. Všechny, kromě prvního, mohou tvořit další větve. Spolu s podélnými žilami existují i ​​příčné žíly.

Strukturální rysy křídel dobře pochopíme, když se seznámíme s procesem jejich vývoje v ontogenezi hmyzu (obr. 317).

Křídla jsou vytvořena ve formě vačkovitých výběžků kůže, do kterých pokračuje tělní dutina a průdušnice. Výběžky jsou dorzoventrálně zploštělé; hemolymfa z nich proudí do těla, horní a dolní listy desky se přibližují k sobě, měkké tkáně částečně degenerují a křídlo získává vzhled tenké blány.

Pohyb křídel u hmyzu je výsledkem složitého mechanismu a je určen na jedné straně zvláštností skloubení křídla s tělem a na druhé straně působením speciálních křídelních svalů. Obecně je hlavní mechanismus pohybu křídla prezentován následovně (obr. 319). Samotné křídlo je dvouramenná páka s rameny nestejné délky. Křídlo je spojeno s tergitem a boční deskou tenkými a pružnými membránami. Křídlo se mírně vzdaluje od místa tohoto spojení a spočívá na malém sloupovitém výběžku bočnice, která je osou páky křídla.

Výkonné podélné a dorzoventrální svaly umístěné v hrudních segmentech mohou tergit snížit nebo zvýšit. Při spouštění vyvíjí tlak na krátké rameno křídla a táhne ho s sebou dolů. Tím se dlouhé rameno, tedy celá nosná rovina křídla, posune nahoru. Vzestup tergitu vede ke snížení křídlového plechu (obr. 319). Malé svaly připevněné přímo ke křídlu jej dokážou otáčet podél podélné osy a tím měnit úhel náběhu. Během letu se volný konec křídla pohybuje po poměrně složité dráze (obr. 320). Při spuštění je křídlová deska vodorovná a pohybuje se dolů a dopředu: vzniká zvedací síla, která drží hmyz ve vzduchu. Při pohybu nahoru a dozadu je křídlo umístěno svisle, což vytváří hnací efekt.

Počet úderů křídly za 1 s se u různých druhů hmyzu velmi liší: od 5 – 10 (pro velké denní motýly) do 500 – 600 (mnoho komárů pro velmi malé komáry, toto číslo dosahuje 1000 vibrací za 1 s). U různých zástupců hmyzu mohou být přední a zadní křídla vyvinuta v různé míře. Pouze u primitivnějšího hmyzu (vážky) jsou oba páry křídel vyvinuty víceméně stejně, i když se liší tvarem. U brouků (řád Coleoptera – Coleoptera) se přední křídla mění v tlusté a tvrdé elytra – elytra, které se téměř neúčastní letu a slouží především k ochraně hřbetní strany těla. Skutečná křídla jsou pouze zadní křídla, která jsou v klidovém stavu skryta pod elytrou. U zástupců řádu štěnic ztvrdne pouze hlavní polovina předního páru křídel, v důsledku čehož se tato skupina hmyzu často nazývá řád Hemiptera. U některého hmyzu, jmenovitě u celého řádu dvoukřídlých, je vyvinut pouze přední pár křídel, zatímco zadních zůstávají pouze rudimenty v podobě tzv. halter.

Mezi hmyzem jsou i bezkřídlí, kteří se dělí do dvou různých skupin. U některých je absence křídel rysem, který je jim vlastní od nepaměti a naznačuje primitivnost jejich organizace. To vše jsou zástupci podtřídy Entognatha a nejprimitivnější z otevřených čelistí – řádu Thysanura (obr. 366). Mezi zbytkem Ectognatha existují i ​​formy, které křídla postrádají – vši, blechy, některé mouchy atd. Bezkřídlost je však v tomto případě druhotnou vlastností: jedná se o formy, které ztratily křídla kvůli parazitickému životnímu stylu nebo některým jiné důvody.

Odkazy:

Tohle pírko vůbec není pírko, ale celé křídlo! I když to není pták, ale chyba a jeho délka je jen asi půl milimetru. Tak vypadají křídla nejmenších brouků – zástupců čeledi pérovitých (Ptiliidae). V této čeledi jsou i poměrně velké druhy, jejichž imago (dospělí jedinci) dosahují délky 4 mm, u většiny druhů však délka těla imaga nepřesahuje 1 mm. A neobvyklé křídlo na mikrofotografii patří nejmenšímu zástupci čeledi známé vědě – středoamerickému a jihoamerickému druhu Scydosella musawasensis, jehož délka těla je jen asi třetina milimetru (u nejmenších měřených jedinců – 0,325 mm), což je srovnatelné s velikostí mnoha jednobuněčných organismů, jako je například améba obecná (Améba proteus).

Scydosella musawasensis – nejen nejmenší brouk, ale i nejmenší volně žijící (neparazitický) hmyz. Ještě méně mezi dospělým hmyzem jsou jen někteří jezdci – parazitoidi blanokřídlých, jejichž larvy se vyvíjejí uvnitř jiného hmyzu (u nejmenších parazitů – uvnitř vajíček jiného drobného hmyzu), přičemž svého hostitele dříve či později zabijí (viz obrázek dne Nejmenší hmyz). Ale mezi hmyzem vyvíjejícím se „ve volné přírodě“ jsme zatím nenašli nic menšího než scidosellu.

Tento rod a druh byly poprvé popsány v roce 1999 ze vzorků ze Střední Ameriky odebraných již v roce 1955. Obecný název Scydosella uvedena pro určitou podobnost s jinými malými brouky – scydmaeninae (podčeleď Scydmaeninae z čeledi krátkokřídlých nebo drabčíků) a specifické epiteton musawasensis odvozeno od názvu vesnice Musawás v Nikaragui. Takže v ruštině lze tento hmyz nazvat „scidosella musawas“.

Nejmenší brouk, který věda zná, je brouk. Scydosella musawasensis, pohled shora (А), boční (B) a níže (C). Snímek pořídil pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu A. A. Polilov, který brouky tohoto druhu sbíral v Kolumbii a jako první je změřil s mikrometrickou přesností. Foto z článku A. A. Polilova, 2015. Jak malý je nejmenší? Nový záznam a přeměření Scydosella musawasensis Hall, 1999 (Coleoptera, Ptiliidae), nejmenší známý volně žijící hmyz

Proč mají nejmenší okřídlená křídla tak zvláštní křídla, podobná ptačím peřím, s křídlovým plátem jako tyč a třásněmi dlouhých štětin podél okraje, podobnými ostny ptačího pírka (viz obrázek dne Hřídel, ostny a háčky)? Taková křídla nezávisle na sobě vznikla v průběhu evoluce při miniaturizaci u mnoha skupin létajícího hmyzu: nejen u brouků, ale také u nejmenších blanokřídlých (ekvivalentní parazité z různých čeledí), třásněnek a některých dalších. Domácí entomolog a paleontolog Boris Borisovič Rodendorff pojmenoval podobnou strukturu křídla ptilopterygie (tj. opeřený, z řeckých slov πτῐ́λον a πτερόν, což znamená „pírko“ a „křídlo“).

Nezávislý výskyt takové struktury u různých skupin mikrohmyzů samozřejmě není náhodný. Faktem je, že v průběhu evoluce, jak se velikost létajícího hmyzu zmenšuje, se zásadně mění poměr sil působících na tělo za letu. Pro drobný hmyz je snazší zůstat ve vzduchu než pro velký, protože poměr sil viskózního tření a gravitace (tělesná hmotnost) se s klesající velikostí posouvá ve prospěch tření, ale zároveň se snižuje počet vírů. (turbulence) se tvoří ve vzduchu kolem křídel, díky nimž létá z velké části obyčejný, větší hmyz. V důsledku toho se let nejmenšího hmyzu nepodobá ani tak letu, jak jej známe, ale plavání.

Křídlo nejmenšího brouka zažívá ve vzduchu stejný dopad aerodynamických sil, jaký by zažilo podobné křídlo mnohem větší velikosti, srovnatelné s křídlem holuba (nebo jednoho z největších motýlů, který je přibližně stejný). ne ve vzduchu, ale ve velmi viskózní kapalině, například v glycerinu. Proto konstrukce křídla pro efektivní let v takových podmínkách vyžaduje jinou konstrukci.

Dlouhé obvodové (po okraji lemované) štětinky na křídlech mikrohmyzů vytvářejí strukturu podobnou vějíři ptačího pírka, skládající se z jednotlivých barbulí, ale zároveň za letu téměř nepropustnou pro vzduch. Křídla připomínající pírko jsou mnohem lehčí, než by mohla být, kdyby plochu, kterou zabírají štětiny, vyplnila souvislá blána křídelního plátu, a díky viskóznímu tření zadržují značnou část vzduchu, kterým se křídlo pohybuje. Navíc, čím menší je brouk, tím delší (v poměru k délce křídla) jsou obvodové štětiny jeho křídla a tím méně a tím užší je deska křídla.

Podobné trendy jsou pozorovány u ostatních mikrohmyzů s křídly podobnými peří, ale křídla nejmenších brouků mají dvě jedinečné vlastnosti. Za prvé, když při velkém zvětšení prozkoumáme periferní výběžky jejich křídel, uvidíme, že i tyto výběžky samy o sobě, stejně jako barbule prvního řádu na ptačím peří, jsou zase pokryty poměrně dlouhými výrůstky, částečně připomínajícími výrůstky druhého řádu. objednat ostny na ptačích peřích, i když nejsou umístěny ve stejné rovině, ale po celém průměru štětin. Tyto výrůstky zřejmě dále snižují propustnost třásně štětin pro vzduch, přičemž hmotnost křídla jen mírně zvyšují.

Část jedné z křídelních seté Scydosella musawasensis při velkém zvětšení. Fotografie z článku AA Polilov et al., 2019. Morfologie křídel u perlooček (Coleoptera: Ptiliidae): Vlastnosti spojené s miniaturizací a analýzou funkčního škálování, s modifikacemi

Za druhé, ze všech mikrohmyzů jsou pouze brouci schopni složit křídla pod elytru (upravená přední křídla, která mají téměř všichni brouci a slouží jako kryty, které chrání složená zadní křídla, když je brouk nepoužívá k letu). Drobná křídla mikrobrouků jsou pod elytrou několikrát složena: ohnutá na čtyřech nebo pěti místech a setae jsou ohnuté u základny. Zatím není zcela jasné, jak se broukům podaří před letem rozvinout křídla připomínající peříčka a po přistání je pečlivě schovat pod elytru, ale je zřejmé, že nerovnoměrně rozmístěné elastické části křídla a speciální výrůstky na elytře a pod elytra a do tohoto procesu břicha se zapojují speciální pohyby

Křídla péřových brouků složená pod elytrou Nossidium pilosellum (А) A Ptenidium pusillum (B, C). Fotografie z článku AA Polilov et al., 2019. Morfologie křídel u perlooček (Coleoptera: Ptiliidae): Vlastnosti spojené s miniaturizací a analýzou funkčního škálování, s modifikacemi

Mezi entomology bylo dlouhou dobu vžité přesvědčení, že nejmenší brouci musí létat mnohem hůř než jejich větší příbuzní (i když žádný z brouků nepatří mezi nejlepší letce mezi hmyzem). Když se ale v laboratorních podmínkách podařilo nafilmovat let některých nejmenších křídel s křídly, ukázalo se, že na svou velikost létají velmi dobře: jak docela rychle, tak velmi obratně.

Zpomalený videozáznam brouka z rodu Nanosella, blízký příbuzný Scidosella (a jen o něco větší). Všimněte si dvou tlesknutí (horní a spodní) a toho, jak létající brouk mává křídly. Ani jedno, ani druhé není charakteristické pro větší brouky, u kterých je-li bavlna, je pouze jedna, horní a elytra v letu se vzhledem k tělu téměř nebo vůbec nepohybuje. Původní videozáznam S. E. Farisenkova a A. A. Polilova

Jejich křídla přitom dělají za letu pohyby, které se velmi liší od pohybů křídel větších brouků. Nejnápadnějším rozdílem je obrovská amplituda vztlakových klapek, z nichž vrcholy každé popisují za letu širokou osmičku, která se hroutí nejen nad hlavou, nad hlavou (kterou najdeme u mnoha létajícího hmyzu), ale také pod, pod břicho, což není případ žádného jiného hmyzu, nebylo pozorováno. Nejmenší wingleti navíc během letu kmitají elytry s poměrně velkou amplitudou, na rozdíl od jiných brouků, jejichž elytra se během letu téměř nepohybují vzhledem k tělu. Zda se pohyby elytry podílejí na vytváření vztlaku, nebo pomáhají snižovat vibrace těla za letu, nebo zda je jejich mávání jen vedlejším efektem širokého mávání křídel podobnými peřím, musíme ještě zjistit.

Petr Petrov, Irina Panina