バッタの羽の複雑な血リンパ循環パターン

Communications Biology volume 6、記事番号: 313 (2023) この記事を引用

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昆虫の生命システム (循環、呼吸、分岐神経系) は、体から羽まで伸びています。 翼の血リンパ循環は、組織に水分を与え、翼全体の感覚器官などの生体システムに栄養を供給するために重要です。 健康な羽の機能を維持する上での血リンパ循環の重要な役割にもかかわらず、羽はしばしば「生命のない」表皮と考えられており、血流はほとんど定量化されていないままです。 バッタSchistocerca americanaの羽と体の血リンパを高速蛍光顕微鏡で観察し粒子追跡したところ、前翅と後翅のすべての静脈にダイナミックな流れがあることが明らかになった。 全体的なシステムは回路を形成しますが、局所的な流れの挙動は複雑で、脈動流、非周期流、「漏れやすい」流れという 3 つの異なるタイプを示します。 胸部翼心臓は、背側血管よりも遅い周波数で翼から血リンパを引き出します。 ただし、（後翅の）血リンパの戻りの速度は背側血管の速度よりも速いです。 翼の内部流れ機構を特徴付けるために、翼全体にわたる無次元の流れパラメータをマッピングし、粘性流れの状況を明らかにしました。 羽は受粉や移動など、生態学的に重要な昆虫の行動を維持します。 翅の循環系の分析は、翅の健康と昆虫の飛行を維持するために必要な重要な血行動態を調査する将来の研究のテンプレートを提供します。

昆虫の羽は死んだ、生命力のない表皮であるとよく考えられていますが、機能的で健康な羽は内部の活発な循環と密接に関係しています1、2、3。 昆虫の血液である血リンパは、組織に水分を与え、神経系や呼吸器系に栄養素を供給し、免疫機能に関与する細胞を循環させる役割を果たし、すべての昆虫に重要な生理学的機能を提供します4、5、6。 これらのシステムは翼にも伸びて分岐しており、体内と同様に血リンパによる栄養補給が必要です7,8。 血リンパの流れは昆虫の発育にも関与しており、成長、変態、羽化、翅の拡大の際の水圧ツールとして機能します9,10。 翼自体の内部では、血リンパの循環は、鱗翅目の翼にある匂いを生成する器官 8 やトンボの翼に分布する何千もの感覚毛 6、12、13 など、生きている器官や感覚構造 11 に必要です。 レシリン 14,15 のような翅の静脈に埋め込まれた構造組織は血リンパの水和に依存しており、湿った生きた翅に乾燥した死んだ翅とは異なる機械的特性を与え、昆虫の飛行に循環が不可欠な役割を果たしていることが実証されています 16。 実際、乾燥下では、昆虫のクチクラの靭性は劇的に低下します17。 しかし、昆虫の羽の構造的および空気力学的特性は比較的よく研究されている18が、羽内の内部の生きたシステムとそれに供給される流れは、昆虫の生態と進化にとって極めて重要であるにもかかわらず、ほとんど無視されてきました。

翼内の循環に関するいくつかの広範な傾向はよく理解されています。 14 の昆虫の目全体で、休息中の昆虫には 2 つの主な流れパターンがあります。それは、旋回流 (一方向: 回路状) と潮流 (双方向: すべての静脈に一度に流れ、その後外へ出る) です 7、19、20。 たとえば、蚊の羽は、その小さなミリメートルスケールの羽内で遠回りな流れを示し、これは脈動的に羽から血リンパを引き出す独立した胸部の羽の心臓によって駆動されます21。 対照的に、鱗翅目は、いくつかの種では潮の流れを示します。 翼を広げると 30 cm の巨大なアトラス蛾 (Attacus atlas) は、複数の胸部の翼の心臓、胸部の気嚢、静脈内に伸びる気管を使用して、すべての翼の静脈を通して血リンパを押したり引いたりします 19。 小型鱗翅目を対象とした最近の研究では、ある種（ヴァネッサ・カルドゥイ）では潮流があるが、羽に香りを生み出す器官を持つ他の二種（サティリウム・カリヤエヴォルスとパラシウス・アルバム）では回り道の流れが見られることが明らかになり、流れのパターンが特定の羽の構造に機能するように機能している可能性があることが示唆されている。 。