A Formica és a Brachyponera hangyák két fajának fejének anatómiai összehasonlítása
Írta: Adrian Richter
A morfológia, a biológia egyik legrégebbi ága, amely J. W. Goethe-re (Richter et al. 2014) nyúlik vissza, az organizmusok alakjának és szerkezetének tanulmányozásából áll. A morfológiai kutatás a szervek leírásával és az elvégzett megfigyelések magyarázatával kezdődött. A biológusok arra törekednek, hogy megértsék, hogyan és miért épülnek fel így az élő szervezetek. Morfológia.
A szervezetek a testük különböző részein, például a szájrészeken (link) és a mozgásszerveken keresztül lépnek kapcsolatba a környezetükkel. Ennek eredményeként a kihalt vagy aktuális fajok testrészeinek szerkezete és működése közötti összefüggések vizsgálata lehetővé teszi viselkedésük, ökológiájuk és evolúciójuk megértését fenotípusos szempontból (egy szervezetben megfigyelhető összes tulajdonság). Emiatt ez a fegyelem továbbra is releváns a molekuláris eszközök korában.
A hangyák a legkülönfélébb társadalmi rovarcsoportot képviselik, közel 14 000 leírt fajjal (Bolton 2020).
Társadalmi viselkedésük és ökológiai dominanciájuk miatt ezek a rovarok vonzó vizsgálati modellt jelentenek sok tudományágban, beleértve a morfológiát is. Azonban a tudás ezen a területen továbbra is nagyon széttagolt, a taxonómiai szakirodalomban, valamint az ökológiával és a viselkedéssel összefüggő kérdésekben sok szürke terület található meg. Valójában a legtöbb tanulmány főleg a külső morfológiára összpontosított (lásd pl. Keller 2011).
A belső szervek tekintetében a legújabb tanulmányok nagy figyelmet fordítottak a mirigy rendszerére az izomzat kárára (Billen, 1993). A hangyák fejének izomzatával kapcsolatos legszélesebb körű kutatás a mai napig száz évre nyúlik vissza, és John Lubbock (Lubbock, 1877), valamint Charles Janet francia entomológus és anatómus (Janet, 1905) végezte el, aki számos publikációt publikált. tanulmányok a hangyafajok különféle testrészeinek anatómiájáról (1. ábra).
Szakdolgozatom célja, hogy új és részletes információkat nyújtsak több hangyafaj fejének morfológiai fejlődéséről. A közelmúltban, egy hangyákkal és evolúciós biológusokkal foglalkozó morfológusok csapatával együttműködve publikáltam ennek a projektnek az első cikkét (Richter et al., 2020). Két generáció (nem speciális étrend) fejét elemeztük két kládból (különálló evolúciós vonalak): a Formica rufa (a Formicidae családba tartozó fajok) a Formicoidok kládjához és a Brachyponera luteipes (a Formicidae család) a Poneroidok kládjához.
Anyagok és technika
Kombináltuk az ilyen típusú tanulmányokban ritkán alkalmazott modern módszereket és több évtizedig vagy akár egy évszázadig alkalmazott technikákat.
A leghagyományosabb technika a szövettani metszetek mikrotóm segítségével történő elkészítésére támaszkodik. A rovart folyékony gyantába (aralditba) merítik, amely minden szervbe és szövetbe beszivárog. Megkeményedve a gyantát 1 µm vastag csíkokra vágjuk. A metszeteket ezután metilénkékkel festjük, hogy a különböző szövetek láthatóak legyenek. A megfigyeléseket mikroszkóppal végezték, feltárva a szövettani részleteket, például a belső mirigyszövetet (2a. Ábra).
2. ábra: Példa a vizsgálat során alkalmazott különféle technológiákra (itt alkalmazva a Formica rufa): A) pásztázó elektronmikroszkóppal kapott fej - B) szövettani metszet - C) a CT-Scan szkennerrel kapott szakasz - D) A fej anatómiájának 3D rekonstrukciója (Forrás: Richter et al., 2020)
A test felületének megfigyeléséhez a legmegfelelőbb egy pásztázó elektronmikroszkóp használata, az első kereskedelmi modell 1965-ből származik. Az elv az, hogy a rovar testét permetezéssel aranyrészecskékkel borítják be, majd rájuk vetítik. . A visszavert elektronok elemzése nagy felbontású képet eredményez (2b. Ábra).
Vizsgálatunk innovatív aspektusa a számítógépes tomográfia. Ez magában foglalja az állat 3D-s átvizsgálását röntgensugarakkal a morfológiai struktúrák háromdimenziós képének kialakításához (2D ábra és videók a cikk alján).
Nehézségekbe ütközött
Az összehasonlító anatómia egyik fő kihívása a terminológia. A több fajnál megfigyelt eredmények értelmezéséhez fontos, hogy ugyanazokat a kifejezéseket ugyanazon szerkezetekre használják. Ehhez azonosítani kell a homológ struktúrákat, különösen a közös ősökét (például az emberi karok és madárszárnyak egy közös ős elülső végtagjából származnak).
A myrmecologiai irodalomban, mivel sok kifejezés nem homológián alapul, nehéz összehasonlítani más rovarokkal. Például a fej emésztőrendszerét a garat alkotja, amely szívószivattyút képez a fej elülső részén, és egy vékony nyelőcsövet a hátsó részén. A rovaroknál azonban a garat disztális részét mindig két izom (az elülső fronto-buccalis izom és a fonto-orális izom) behelyezésének helye és a frontális helyzetben lévő ganglion (központi rész) jelöli. idegrendszer). Ez az "anatómiai szájnyílásnak" nevezett szerkezet jó homológ markerekkel szolgál, mivel a rovarcsoportoktól függetlenül hasonló, akár filogenetikailag is távoli.