Всередині метелика: Як внутрішні органи та нервова система насправді працюють

Шлункова система: більше ніж просто шлунок

Нектар і вода спочатку потрапляють у медний живіт (збірник), розширюваний резервуар, що відокремлений від справжнього травного живита, дозволяючи бджолиній збиральниці повернути повну навантаження з нектаром до вулика без його перетравлення. Клапан у задній частині збірника, провентрикул, контролює, скільки проходить в середній кишківник, де відбуваються травлення та поглинання, щоб бджола могла поповнювати власні енергетичні потреби від того ж навантаження, яке вона несе додому для колонії.

Середній кишківник захищений напівпрозорою мембраною (перітрофний матрикс), яка оберігає клітини кишківника від абразивних пилкових зерен та патогенів, одночасно дозволяючи поглинання поживних речовин, і в ньому мешкає резидентна кишкова мікробіота, яка допомагає травленню та, здається, відіграє роль у захисті імунітету – тема великого інтересу для сучасних досліджень.

Дихання без легень

Бджіли не мають легень; газообмін відбувається через мережу трахеї — розгалужені трубки, що проходять від зовнішніх отворів, званих спіракулами, безпосередньо до тканин всього тіла, забезпечуючи доставку кисню та видалення вуглекислого газу, не задіюючи кров для транспорту газів. Повітря рухається по цій мережі частково шляхом простого дифузії та частково активними скоротливими рухами живота, що особливо інтенсивні під час польоту або коли бджола регулює температуру в гнізді.

Ця трахеальна система також є ключем до здатності бджіли підтримувати надзвичайно високий метаболізм м’язів крильця, оскільки вона може безпосередньо доставляти кисень до м'язової тканини набагато ефективніше, по масі, ніж будь-яка система дихання на основі крові.

Відкрита циркуляційна система

Замість закритої мережі кровоносних судин, у медоносів розвинута відкрита циркуляційна система: єдина спинна труба, що проходить вздовж тіла, діє як простий серцевий м'яз, перекачуючи гемолімфу («кров комах») вперед у тілову порожнину, де вона безпосередньо насичує тканини, перш ніж відтискатися назад до серця для повторного обертання. Гемолімфа транспортує поживні речовини, гормони та імунні клітини, але не кисень, який повністю забезпечується трахеальним системою.

Оскільки органи знаходяться безпосередньо в цьому циркулюючому рідини, а не окремо підключені, склад гемолімфи відносно швидко змінюється залежно від стану живлення, віку та ролі медоносів, що є однією з причин використання зразків гемолімфи для визначення показників харчового стресу в колонії в деяких дослідницьких лабораторіях.

Мозок та його надзвичайна здатність

Мозок метелика важить приблизно один міліграм і містить менше мільйона нейронів, проте він підтримує навігацію на кілька кілометрів, комунікацію через танець «важкого бджолиного вітру», асоціативне навчання та гнучке перемикання завдань протягом життя робітника — вражаюший рівень поведінкової складності для такої маленької нервової системи. Структура, що називається грибниці (mushroom bodies), які є парами спеціалізованих областей для навчання, пам’яті та сенсорної інтеграції, у метеликів значно розвиненіші, ніж у більшості інших комах і вважаються центральними для цієї здатності.

Крім мозку, ланцюг гангліїв, що простягається вздовж веретеновидної зведеної спинки, обробляє велику кількість місцевого рефлекторного контролю — координуючи рухи ніг і крил, наприклад — без необхідності надсилати кожен сигнал до мозку спочатку, що прискорює час реакції для завдань, таких як стабілізація польоту.

Сенсорні системи живлять нервову систему

Складні очі, що складаються з тисяч окремих одиниць, названих омматидіями, дають бджолам гарне відчуття руху та здатність бачити ультрафіолетові візерунки, які невидимі для людей, і які багато квітів використовують як індикатори місця розташування нектару; три прості очі (оцелли) на вершині голови визначають інтенсивність світла та положення горизонту, допомагаючи підтримувати стабільність польоту. Антенни несуть тисячі сенсорних волосків (сенсилла), які виявляють запах, смак, вологість, вуглекислий газ і дотик, роблячи їх найбагатшою сенсорною органом у тілі бджоли.

Додаткові механорецептори виявляють вібрацію через ноги та тіло, що має значення для інтерпретації танцю «ваггл» та іншої комунікації всередині вулика, яка базується на вібраціях, що передаються по субстрату в темряві гнізда, де зір мало корисний.

Як системи органів підтримують кастові та вікові ролі

Багато внутрішніх органів переупорядковуються з віком і зміною ролі метелика: гіпофарингові залози, які активно виробляли пасінку та розтоване медодіння на ранніх етапах життя, пізніше змінюють свої екзокріні, використовуючи ферменти для обробки нектару, коли бджола переходить до збору нектарів; тканини жирового тіла, аналогічні поєднаному печінці та жировому органу, зберігають запаси поживних речовин, які споживаються по-різному залежно від того, чи є бджола довгожительною зимовою бджолою, чи короткочасною літньою збирачкою.

Ця внутрішня гнучкість, що базується на відносно простому зовнішньому тілесному плані, є однією з причин, чому окремі робочі метелики можуть бути перепрофільовані на так багато різних ролей – доїння, будівництво, охорона, збір нектару – протягом кількох коротких тижнів дорослого життя.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.