A legtöbb rovar életciklusa során valamilyen átalakulási folyamaton megy keresztül, hogy elérje a felnőttkorát (pl. lepkék). Ezt a folyamatot metamorfózisnak nevezik, bár a lényege távol áll a kétéltűek által végzett metamorfózistól. De, nem gondolkodtál még el azon, hogy miért végzik el ezt az átalakulást? Mi az értelme és eredete a rovarok metamorfózisának?
Tudjon meg többet a metamorfózis különböző típusairól, ezen átalakulások eredetéről és értelméről ebből a cikkből.
A metamorfózis olyan biológiai folyamat, amelynek során az állatok születésük után hatalmas átalakulásokkal és/vagy anatómiai (fiziológiai és anatómiai) átépítésekkel járó fejlődésen mennek keresztül a felnőttkor eléréséig.
Az állatoknak különböző csoportjai fejlődnek e folyamat révén, azonban legtöbbjüknek sem az eredete, sem az átalakulások jellege nem közös. Így míg a kétéltűeknél a metamorfózis a fiatalkorban már meglévő szervek átrendeződésével megy végbe, addig a rovaroknál a szövetek felbomlása és teljesen új sejtcsoportok megjelenése is megtörténik.
Ecdysis vagy vedlés
Először is a vedlésről kell beszélnünk ahhoz, hogy megértsük a rovarok metamorfózisát. Mit jelent a vedlés? És miért lényeges folyamat ez a rovarok és az ízeltlábúak egésze számára?
Minden állat regenerálja valamilyen módon a külső szöveteit, vagyis azokat a szöveteket, amelyek érintkeznek a környezettel, és amelyek megvédik a szervezetet a külső nyomástól. Pl. az emlősök időszakosan regenerálják hámszöveteiket; sok hüllő gyakran vedlik le a bőrét; de mi a helyzet az ízeltlábúakkal?
Az ízeltlábúak, amelyekhez a hatlábúak (csoport, amelyben az összes rovart megtaláljuk) tartoznak, külsőleg többé-kevésbé kemény exoskeleton borítja őket. Más külső állati szövetekkel ellentétben az exoskeleton nem válik le fokozatosan, és rugalmasságának hiánya korlátozza a szervezet növekedését. Így ez az elem a növekedésük során a méretüket korlátozó akadállyá válik, és emiatt kell áttörniük és elhagyniuk, hogy tovább növekedhessenek. Ezt a fajta vedlést ecdysisnek nevezik, ami az ecdysozoákra (ízeltlábúakra és fonálférgekre) jellemző.
Nézze meg ezt a videót egy kabóca vedléséről!:
Minden hatlábú metamorfózist végez?
A válasz: NEM. Azonban mélyebbre kell menni a magyarázatban.”
Minden hexapoda vedlik a növekedés érdekében, de nem mindegyikük megy át radikális változásokon, hogy elérje a felnőttkort (amikor szaporodni képes lesz). Így a hexapodákat két fő csoportra oszthatjuk:
AMETABOLÓS HEXAPODÁK (nincs metamorfózis)
Ez a csoport tartalmazza azokat a hexapodákat, amelyeket hagyományosan Apterygota vagy szárnyatlan hexapodáknak neveznek (Nem rovarhexapodák -proturák, diplurák és colembolák- és szárnyatlan rovarok mint Zygentoma vagy más néven Thysanura -pl. silverfishes vagy Lepisma-) és a Pterygota vagy szárnyas rovarok, amelyek másodlagos szárnyvesztést szenvedtek.
Mivel életciklusuk egyetlen pillanatában sincs szárnyuk, az ilyen típusú hexapodák ifjúsági fázisai szinte semmiben sem különböznek a felnőttekétől. Így a fiatalkori fejlődésük egyszerű, és nem mennek át hatalmas változásokon a felnőttkori testalkat megszerzése érdekében, vagyis életciklusuk egyetlen pontján sincs metamorfózis. Ezt a fajta fejlődést direkt fejlődésnek is nevezik.
A metabolikus hatlábúak fejlődésük során akár több tízszer is vedlenek (pl.pl. ezüsthalaknál többé-kevésbé 50-szer), még akkor is, amikor ivaréretté válnak.
METAMORFÓZISOK
Ez a csoport tartalmazza a Pterygota rovarokat vagy szárnyas rovarokat (kivéve azokat, amelyek másodlagosan elvesztették a szárnyaikat).
A fentebb ismertetettekkel ellentétben a metamorf rovarok ifjúsági fázisai nagyon különböznek a kifejlett rovarokétól; így több egymást követő vedlés után mennek át az utolsó változáson, amelyen keresztül egy szaporodásra képes szárnyas kifejlett egyed jön létre. E fázis elérése után ezek a rovarok képtelenné válnak az újabb vedlésre.
A metamorfózis típusai a rovaroknál
Egyedül a Pterygota rovarok mennek át valódi metamorfózison, amelynek köszönhetően szárnyas rovarokká válnak, és elérik az ivarérettséget is. De nem minden ilyen rovar hajtja végre ugyanezt az átalakulást.
A metamorfózisnak két fő típusa létezik: a hemimetabolikus (egyszerű vagy hiányos) és a holometabolikus (összetett vagy teljes). Miben különböznek?
Hemimetabolikus metamorfózis
Az egyszerű, hiányos vagy hemimetabolikus metamorfózisban a fiatal rovarok több egymást követő vedlésen mennek keresztül, amíg elérik a felnőttkori (vagy imaginális) stádiumot anélkül, hogy átmennének egy inaktív szakaszon (báb) és/vagy abbahagynák a táplálkozást.
Rögtön a kikelés után nimfának nevezzük az újszülöttet, amely egy kicsit hasonlít a kifejlett egyedekre (de még mindig nincsenek szárnyai és nemi szervei). A nimfafázisok és a kifejlett egyedek általában nem osztoznak sem a táplálékforrásokon, sem az élőhelyen, így különböző ökológiai fülkéket foglalnak el; valójában a legtöbb nimfa vízi életmódot folytat, és az ivarérettség elérése után a szárazföldre költözik (pl. a majmok).
A metamorfózis során a nimfák néhány egymást követő vedlésen mennek keresztül, amelyeknek köszönhetően fokozatosan szárnyakat képeznek, és szervezetük egyre nagyobb lesz. Végül a nimfák végrehajtják az utolsó vedlést, amely után a kifejlett egyed megjelenik: egy szárnyas szervezet, amely képes szaporodni.
Vessünk egy pillantást erre a sémára, amely összefoglalja ezt a folyamatot:
Ezeket a rovarokat Exopterygota-nak (a latin exo- = “külső” + pteron = “szárny” szóból) is nevezik, mert ezeknél az élőlényeknél a szárnyak fokozatosan és láthatóan a testük külső részén alakulnak ki.
Holometabolikus metamorfózis
Általánosságban ez tekinthető a rovarok legradikálisabb metamorfózisának, és valószínűleg a mindannyiunk által legismertebb átalakulásnak is. A leghíresebb példa a lepidopterák (lepkék és lepkék) által végrehajtott átalakulás; de több rovar is holometabolikus, például a coleopterák (bogarak), a hymenopterák (méhek, darazsak és hangyák) és a dipterák (legyek és szúnyogok).
A komplex, teljes vagy holometabolikus metamorfózisban a rovarok lárvaként, vagyis egy olyan korai stádiumban születnek, amely sem anatómiailag, sem fiziológiailag nem hasonlít a kifejlett egyedre. Ráadásul nem osztoznak sem a táplálékforrásokon, sem az élőhelyen, mint a hemimetabolikus szervezetek esetében. A hemimetabolikus rovarokhoz hasonlóan ezek a lárvák is egymást követő vedléseken mennek keresztül, amíg el nem érik a metamorfózishoz szükséges méretet, amikor is végrehajtják utolsó vedlésüket.
A lárvák utolsó lárvastádiumuk után az inaktivitás szakaszába lépnek, amikor abbahagyják a táplálkozást és mozdulatlanok maradnak. Ezt a szakaszt bábállapotnak nevezzük (amikor bábbá vagy pillangóknál bábká, illetve krizmává alakulnak). Általában a lárvák e szakasz végén kezdenek hasonlítani a kifejlett egyedekre a végbemenő anatómiai változások, valamint az új szervek és szövetek megjelenése miatt.
Amint az átalakulási folyamat véget ér, az élőlények elhagyják ezt a mozdulatlan állapotot, és felveszik kifejlett, szárnyas és teljesen kifejlett formájukat.
A folyamat sémája összefoglalva a következő lehetne:
A hemimetabolikus rovarokkal ellentétben a holometabolikus szervezeteknél a szárnyak megjelenése a test belsejében történik, és csak a bábállapot végén válik láthatóvá. Emiatt Endopterygota néven is ismertek (a latin endo-=”belül” + pteron=”szárny” szóból).
A rovarok metamorfózisának eredete és funkciója
Eredete: a fosszilis feljegyzések
A rovarok, mint korábbi cikkeinkben tárgyaltuk, a nagyobb evolúciós sikerrel rendelkező állatok közé tartoznak. A rovarfajok 40-60%-a holometabolikus (teljes metamorfózisú), amiből arra következtetünk, hogy a holometabolikus metamorfózis pozitívan szelektálódott e csoport evolúciója során. Valójában a fosszilis feljegyzések arra utalnak, hogy ez a fajta metamorfózis csak egyszer jelent meg, tehát minden holometabolikus rovar ugyanattól az őstől származik.
Az adatok szerint a szárnyatlan rovarok vagy az ősi Apterygota és a korai szárnyas rovarok ametabolikusok voltak. Ezután az összes szárnyas rovar valamilyen hemimetabolikus metamorfózist kezdett kifejleszteni a karbon és a perm során (300 Ma). Végül az első holometabolikusnak tekintett rovarok a perm időszakban jelentek meg (280 Ma).
Mi lehetett ennek a pozitív szelekciónak az oka?
A legutóbbi bekezdésekben beszéltünk a fiatal és a felnőtt rovarok különböző táplálékforrásairól és élőhelyeiről. Az a tény, hogy ugyanazon állat különböző életszakaszai különböző erőforrásokat hasznosítanak, megakadályozhatja az intraespecifikus versenyt (azaz az azonos fajhoz tartozó szervezetek közötti versenyt az erőforrásokért). Ez a tény nagy előnyt jelentene ezeknek az élőlényeknek, így a holometabolikus fejlődés, amelyre jellemző, hogy nagyon különböző szakaszokra oszlik, sikeresebb lehetett, mint a hemimetabolikus vagy az ametabolikus.
Így azt mondhatjuk, hogy a metamorfózis fő funkcionális értelme az lehet, hogy minimalizálja az erőforrásokért folytatott intraespecífic versenyt. De van még más is: minél specializáltabbak egy rovar különböző stádiumai, annál nagyobb lenne az esélye arra, hogy több és jobb erőforrást aknázzon ki. Pl. az élősködő formáknál a különböző stádiumok közötti különbségek általában óriásiak, mert a nehéz helyzetek, amelyekkel szembe kell nézniük, az életciklus minden egyes pillanatában különleges specializálódást igényelnek.
. . .
Így, ahogy a szárnyak megjelenése is elősegítette a rovarok terjeszkedését és diverzifikációját világszerte, a metamorfózis diverzifikációs motorként működhetett azáltal, hogy növelte a több és jobb erőforrás kiaknázásának képességét.
- Jegyzetek az Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) biológia tanulmányaim során felvett “Haladó zoológia” tárgyból.
- Bellés X. (2009). “Origen y Evolución de la Metamorfosis de los Insectos”. Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), Barcelona.
- Jordán Montés F. (2013). “El universo de los insectos”. Mundi-Prensa Libros, Madrid.
- Los Insectos. Reproducción y Metamorfosis (asturnatura.com).
Fő kép: Steve Greer Photography.
