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翅はどこから?、昆虫の翅 [昆虫]

空を飛ぶ生物はおそらく4種類だ、だった、ということでしょう。

鳥やコウモリは、手(腕)が進化(変形)してはねができたことを疑う必要はありませんね。
今は絶滅してしまいましたが、翼竜もそうですね。

そして残るは昆虫で、翅はどう進化したのでしょう?

(トビウオなんかも飛ぶってことなのでしょうか?)


昆虫の翅の起源は、「側背板起源説」vs「付属肢器官起源説」とに分かれるそうです。
前者の考えは、背中の甲羅から翅がにょきにょきと生えるというものです。
後者は何らかの器官、たとえば鰓、肢の突起などからにょきにょきです。

六脚亜門昆虫綱で系統樹をさかのぼると、シミさんという方が翅がないものとして境目となります。
対して翅がある方はカゲロウさんですね。

カゲロウさんの幼虫は、こちらで少しふれましたが、
チョロ虫(カゲロウの幼虫)さんは、胴体脇から鰓が生えています。

昆虫の翅も血管が多数存在しますので翅の起源として鰓がまず最初に挙げられるのは当然ですね。

ですが、鰓が進化して翅になったのではないらしいのでした。
(もともと陸上で生活するように素晴らしい気管という器官を発達させた昆虫が、
水の中でもすごせるように進化したということの表れということのようです)


では、どこから???


昆虫の翅の遺伝子を研究した報告によると、肢にある突起と、背脇の甲羅の両方が合体し、
翅を作ったという説があります。


Evolution & Development Volume 12, Issue 2, pages 168–176, March/April 2010.という報告に、

シミさんのお仲間のイシノミさん(ノミ:蚤は昆虫ですので、全く異なる方です)の脚の一番胴体側に、
腹刺(根棒状の突起)があるのですが、
その突起で翅を形成する遺伝子が発現しました。=付属肢器官起源説ですね。

そして、翅を形成する遺伝子の一つが、
カゲロウの甲羅の端でも発現することが明らかになったのです。=側背板起源説ですね。

そんなこんなで、両方の合体が翅ということのようです?

翅6.png
こんな感じですかね。
イシノミさんてケンミジンコによくにているんですよね。よく跳ねるし。


そうそう、カゲロウの鰓の発生でも腹刺を作る遺伝子と同じものが発現しています。
なので、腹刺は気管鰓の起源でもあるようです。


追加)後から気がついたのですが、ケンミジンコさんの脚って2本に分かれてますよね。
ミジンコの脚.png
ひょっとして外側は翅の元なのかもしれませんね○×△?

またまたご本です [微生物一般(+本のご紹介)]

きょうはちょっと離れて、またご本の紹介です。

飛行機のお話をしていたら、実家から持って帰って来た本を思い出しました。
模型飛行機1.jpg
ですね。
ちょっとマニアックでしょうか?

小さな本ですが少々お高くて買うときには勇気がいったのを覚えています。
(高校生だったかな?)
模型飛行機2.jpg
カバーの中はこんな感じで気分を盛り立ててくれますね。

模型飛行機3.jpg
本文には翼形のデーターとか、模型飛行機を作るノウハウのすべてが載っています。

では。

飛びます、飛びまーす [昆虫]

さて昆虫の翅ですが、空を飛ぶためのものというのは自明ですよね。
とんぼ羽ばたき.jpg

飛行機は、前進することよりつばさに風をあて、
翼の断面形状により上下の風の速度差を生じさせ揚力を作り出しています。
ヘリコプターは、翼の回転=つばさの前進ですね。

鳥はというと、つばさの先端の風切り羽によって前進する力を得ています。
風切り羽は翼の先端なので、あまり激しく動かさなくても飛べるのです。
その翼の断面形状は飛行機に似ていますね。(飛行機が真似た?)

対してカブトムシなどは、前の翅は飛行機みたいですが、
トンボは?というと平面の様な???

ですが、
実際には断面形状がジグザグになっていて、平均すると飛行機の様な形になるのだそうです。
下は、Experimental Mechanics November 2010, Volume 50, Issue 9, pp 1323-1334.からの図です。
翅の揚力2.png
右が前側で、少し湾曲してますよね。対して後ろの翅はほぼ直線ですね。

加えて、昆虫みたいな小さな翅では、
飛行機の様な形状より、ジグザグになっていた方が効率もいいのだそうです。


でもバタバタしても進みませんよね、どうなっているのでしょう?


そこで wake captureとかwing–wake interactionと呼ばれる原理?で力を得ているという報告があります。

図示すると下の様な感じで(参考のまんまですが)、

濃い青が渦で、緑色が生じた風です。水色は推力(揚力)ですね。
翅の揚力.png
要するに、翅をバタバタさせて渦を生じさせ、その渦が巻き起こす風を利用しているとのことです。

大きな翼では渦は揚力を生じさせるほど大きくならないので、
小さな昆虫ならではの飛行方法なのです、素晴らしい。

The Journal of Experimental Biology 206, 4191-4208.からのお話でした。


追加)『平成24年神奈川県ものづくり技術交流会 トンボ翅脈状の微細突起物の空力特性』によると、
昨日お話した、翅の血管部分にとげとげがあると、渦のでき方が大きく長いと解説されていました。

翅脈、wing veins [昆虫]

きょうは、翅の続きです。

翅の血管を、図示しますと、
翅3.png
と、まあこんな感じに名称がついているようです。

報告によっては、名称が違っていたり、くっついていたり(Cu+Pみたいに)様々で、
トンボ以外の昆虫の翅との対比もあるでしょうし、
大体、上みたいな感じでいいと思っていますがどうでしょう?

で、この血管の表面には小さなとげとげがついていて、
空気の抵抗を増やす?減らす?といった作用があることが知られています。
翅5.png
実際は、もうちょっと小さいとげですね。

Journal of the Kansas Entomological Society
Vol. 44, No. 4 (Oct., 1971), pp. 421-433.
Vol. 45, No. 1 (Jan., 1972), pp. 54-58.
Vol. 45, No. 2 (Apr., 1972), pp. 145-162.
Vol. 45, No. 3 (Jul., 1972), pp. 295-308.からのお話でした。

追加)個人でSEMを所有しておられる方のホームページがありました。
こちらにとんぼの翅の走査電子顕微鏡の像があります。
よろしければどうぞ。
(気軽に立ち寄ってください。とございましたのでリンクしておきます)
タグ:翅脈 wing veins

ご本の紹介です [微生物一般(+本のご紹介)]

久しぶりにご本の紹介です。

生物学を再認識したくて購入しました。
というのも生物学をまともに学んだことがないもので・・・
さて、いわずもがなの教科書です。
大学生物教科書.jpg
帯がないのは古本だからです(すみません)。全体像を眺めるには最適ですね。


で、もう少し解りやすいものをと探していたら、
東進ブックス生物.jpg
すっごいのを、見つけました。

最近の入試はいいですよねこんな参考書があるのですから。
細部にわたって作者の意見が反映されていて飽きさせません。(教えてもらいたいくらいです)

どちらも教科書ですので、内容は平均的に認められたものですね(それが知りたくて購入しましたので理にかなったものです)。

私の様な興味本位をあっちこっちと、つっつく、ヒネクレ?タイプではありません。
だからこそ、まじめな態度で読める2冊(種類)ですね。

今から生物学を考えるなら、いい本だと思います。
では、また。
タグ: 参考書

翅ポンプ [昆虫]

昨日の続きで、翅の伸び方を詳しく見てみましょう。
翅.png
翅の部分の血液(体液)の流れです。前の縁から、後ろへと流れるのですね。

付け根にある、翅ポンプ(wing pump)ですね。
翅2.png
いわゆる羽根ポンプとは違って、ダイアフラムポンプとなっています。

弁があって翅からの液体を背部の血管へと送っているのでした。
面白いことに押し出しではなく、吸い出しなのです。
なので、脱皮の時に翅を伸展させる原動力は、胸部の筋肉ということなのでしょうね?
(このポンプは、かけた圧力を逃がさないといった作用があるのでしょう)

zoology 98(1994),7-22.と、
zoology 98(1994/95),146-164.と、
Annu. Rev. Entomol. 2000. 45:495–518.からのお話でした。

トンボの翅は風船? [昆虫]

きょうもお散歩の続きですみません。

赤とんぼ.jpg
ベストショットですかね?。(自画自賛ですみません)

赤とんぼ2.jpg
綺麗な翅ですね。

どうしてこんな模様になるのかはさておいて、
翅が伸展するのには、血管?wing vein(翅脈:しみゃく)がかかわっているようです。

要するにストローよろしく筒の中に体液を入れて伸ばすとのことです。
出来上がった血管は筒として残るため、強度と軽さを維持するのに最適なのですね。

透明の膜は抜け殻と同じくクチクラ(Cuticula:キチン(chitin))ですね。

この辺はいろいろなところで解説されているので、いまさらって感じですみません。
では、また。

ポーチュラカ? [顕微鏡・機材など]

久しぶりに散歩の話題でも。

でも、やっぱりマクロ?、ミクロ?で・・・

フィールドで4倍の対物レンズが使えるかテストしてみました。
(4倍ですから、接眼をつけると×10で、都合40倍ですね)

で、
ポーチュラカ?1.jpg
おしべと、


ポーチュラカ?2.jpg
めしべですね。



普通の写真を撮り忘れてしまって、名前は?です。

風が吹くと全然ピントが合いませんでした。
外では無理ですね。

皆さんの写真を見て、花を撮りたくなったというお話でした。
では、また。

心臓、血管、血液???再び [ミジンコ]

こちらでミジンコさんの膜(隔膜:縦隔膜?)をお話いたしましたが、
どこなのか?(どんなものか?)が気になってしまって探していました。

色素などを注射すればいいのでしょうが、そこまでは・・・

で、じっと見ていると、
P1800130_big.jpg
心臓の後ろから蛇行した膜に気づきました。

ミジンコの膜1.gif
こんな感じに血球が移動しています。

ミジンコの膜2.gif
膜を色付けするとこんな感じです。

一か所見つかると、

あそこにも、ここにも・・・
流れる方向が交互になっているのですね。

ではまた。

昆虫の呼吸、気管、気門 [昆虫]

昆虫の心臓を見てきましたが、昆虫では直接空気を体の隅々まで運んでいることはご存じだと思います。

きょうは気管と呼ばれる構造を見てみましょう。

黒っぽいく見えるギザギザの線?管?が背部気管(Dorsal trachea)と呼ばれる器官です。(シャレ?○×△)
ヤゴ気管.jpg

普通、昆虫では、
昆虫の気管1.png
気門輪(peritreme) →気門(spiracle) →気管(trachea) →気管主幹(tracheal trunk)へと空気が進みます。
(主幹は1本かな?)
そのあとは、また細い気管へと進みさまざまな組織へと運ばれます。

水中にいるヤゴさんは気門から空気を吸い込めませんので、気管えら:鰓があります。
昆虫の鰓弁.png
酸素を交換する部位を気管鰓(tracheal gill)と呼び、
ヤゴでは腸の膨大部(branchial chamber)に分布しています。
こちらに素晴らしい写真がありました。リンクはなくなるかもしれませんのでお早めにどうぞ。)
ちなみに、イトトンボさんのヤゴでは3本の尾にも分布しています。

なので、肺ではなく腸で呼吸をしているのですね。
水を肛門から取り入れ、肛門弁(anal valve)を閉じ腸を膨らませるそうです。
これはジェット推進よろしく、移動にも使用されるので有名ですね。(弁を開いて水を出します)
(『ソロモンの指環』という本で少しだけ触れられています。ご存知?)

J Exp Biol. 1966 Apr;44(2):317-33. と、
J Exp Biol. 1972 Apr;56(2):537-43.と、
J. Agric. Sci. Technol. (2007) Vol. 9: 119-127 .からのお話でした。


追加)気管の末端部分のお話です。ショウジョウバエについてですが。

気管の末端のパイプは気管細胞内を通り目的の組織に届くそうです。
太さはなんと、0.1μmかそれ以下とのことです。
昆虫の気管.png
こんな感じで、管の長さは、0.1mmかそれ以上らしいです。

空気ってどうやって通って行くのでしょうかね???

Development. 1996 May;122(5):1395-407.からでした。

追加の追加)気管の中が水で満たされていてどうやって空気と入れ替えるかですが、
Biol Rev Camb Philos Soc. 2013 Feb;88(1):1-14.によると、
気管腔内を酸性化し、CO2を気化させて、気体と入れ替えるのでは?と言及されています。

うーんやっぱり、不思議でいっぱいですね。