LA comunicazione
Negli Insetti
Contenuti
- Insetti generalità
- Principali ordini
- Introduzione alla comunicazione
- Tipi di comunicazione negli insetti
- comunicazione visiva
- comunicazione chimica
- comunicazione tattile
- comunicazione acustica
Introduzione
• La comunicazione è uno scambio di informazioni tra gli
individui
•
Molti linguaggi degli insetti sono innati. E molti di questi
linguaggi sono ereditati, per cui ogni individuo nasce con un
vocabolario distinto che serve per comunicare con i membri della
sua specie.
Gli insetti possono inviare segnali di comunicazione:
1- Facendo qualcosa (ad es. Emettendo suoni, rilasciando sostanze
chimiche o lampi diluce).
2- Con un makeup fisico (ad es. Con disegni sulle ali, colori sul
corpo ecc.)
Perchè gli insetti
comunicano?
1- Per trovare simili o il nido.
2- Per localizzare o identificare i membri del sesso opposto.
3- Per facilitare il corteggiamento o l’accoppiamento.
4- Per trovare la direzione di approvvigionamento del cibo.
5- Per regolare la distribuzione spaziale degli individui,
aggregare o disperdere; stabilire e mantenere un territorio.
6- Per segnalare un pericolo; emettere un allarme.
7- Per esprimere paura o sottomissione.
8- Per mimetizzarsi.
- Come altri animali gli insetti usano i loro cinque sensi per
acquisire informazioni riuardo all’ambiente che li circonda
(gusto, tatto, vista, udito, olfatto). Perciò gli insetti comunicano
con:
Tipi di
comunicazione
negli insetti
Comunicazione
visiva
Comunicazione
chimica
Comunicazione
tattile
Comunicazione
acustica
Il colore e i disegni sulle ali delle farfalle facilitano
l’identificazione tra le specie (come tra giocatori di
calcio).
Alcuni insetti usano colori
forti, macchie ad occhio o altri
patterns distintivi per allontanare
i predatori.
Alcuni
insetti fanno movimenti o danze
per attrarre il partner o per comunicare con
il nido.
Molte comunicazioni visive sono
effettuate di giorno ma alcuni insetti
possono generare impulsi luminosi e usarli
per comunicare di notte.
Le lucciole usano pulse di luce nel
corteggiamento tra un maschio (solitamente in
volo) e una femmina (solitamente nascosta tra la
vegetazione). Ogni specie ha un unico pattern di
flash ed un tempo di risposta.
Il maschio di Photinus
pyralis emette un lampo a
forma di J durante un volo intenso e la femmina risponde
con un singolo flash dopo un intervallo di alcuni secondi.
Il maschio di Photinus consumilis emette invece una series
di 3.5 corti flash e la femmina risponde dopoun doppio
flash.
Alcuni insetti possono
comunicare usando lunghezze
d’onda nell’ultravioletto.
La femmina della cavolaia ha
delle squame alari che
riflettono nell’ultravioletto
sulla superficie dorsale delle
ali e mentre vola le ali
formano un breve flash U.V.
che il maschio riconosce per
l’accoppiamento.
Nella farfalla dell’erba medica il maschio ha
delle squame U.V. riflettenti e la mancanza di
squame è un indice di un maschio anziano.
E’ il più comune tipo di comunicazione negli insetti
Queste sostanze chimiche si dividono in due gruppi.
1- Fermoni: Segnali chimici che giocano un ruolo di
informazione tra un individuo ed un altro della stessa
specie. Questi includono attrattanti sessuali, sostanze
di allarme e molti altri messaggi intraspecisici.
2- Allelochimici: segnali chimici che vengono scambiati
tra individui di specie diverse. Questi includono
segnali di difesa come repellenti, composti usati per
localizzare le piante ospiti e altri segnali che regolonoil
comportamento interspecifico.
- Fermoni di comunicazione sono stati
individuati in 1600 specie di insetti.
Funzione dei feromoni
1- la regina delle api emette feromoni che aiutano
lo sviluppo delle api operaie
2- Le formiche usano i feromoni per trovare una
fonte di cibo fuori dal nido.
3- Quando depongono le uova alcune mosche e
coleotteri usano feromoni che tengono lontani
individui della stessa o da diverse specie di
competitori: in questo modo proteggono la
progenie.
4- Gli afidi emettono un fermone di allarme quando ci
sono predatori e si lasciano cadere a terra.
5- Molte femmine usano feromoni per attrarre il
maschio e accoppiarsi.
6- Alcune farfalle maschio usano fermoni per sedurre
la femmina e convincerla ad accoppiarsi.
Moscascorpione
maschio sparge il
feromone di
accoppiamento
• Nelle formiche ci sono ghiandole esocrine
• Circa 70 distinte ghiandole esocrine sono presenti
negli insetti sociali (circa 45 nelle formiche, 21
nell’ape, 14 nelle vespe e 11 nelle termiti).
Gli insetti sono dotati di recettori chimici
(tattili o odoriferi). Questa è la struttura di un
recettore chimico.
I recettori olfattivi solitamente sono dei
bottoncini spessi o conici, oppure sono piatti
con numerosi pori attraverso i quali
diffondono le molecole odorose. C’è anche
collegata una struttura nervosa (dendrite) che
risponde anche a bassissime concentrazioni di
composti (es. Feromoni sessuali).
Alcuni recettori rispondono ad un vasto range di sostanze
mentra altri sono altamente specifici. Recettori olfattivi sono
più abbondanti nelle antenne, ma anche bocca o genitali
esterni.
* Recettori di senso sono spesso fatti così:
sottili peli che escono da aperture (Pori).
Posti sulla cuticola
*ogni sensillo sembra rispondere a
differenti range di composti (es.
zucchero, sale, acqua, proteine, acidi,
etc.).
Si possono progettare
nasi artificiali simili????
•per molti insetti l’amore è veramente cieco!!!
Usando un feromeone sessuale in un tubo si
ottiene l’accoppiamento COL TUBO.
Per altri no….
Molti insetti dipendono dal contatto fisico perchè molti hanno
scarsi recettori visivi o sonori.
Un coleottero Meloidae effettua il corteggiamento con una
serie di tocchi a antennali con cui il maschio accarezza entrambi I
lati del corpo della femmina, se lei è recettiva lo segnala grazie ad
una pulizia delle ali e poi si allontanano per accoppiarsi.
Gli insetti sociali, come le formiche si toccano e strofinano le
une con le altre con antenne e parti boccali (grooming). In questo
comportamento sono coinvolti sia segnali chimici che tattili.
Comportamento sociale
Una società è formata da un
gruppo di individui
appartenenti alla stessa
specie che vivono insieme in
modo organizzato, che si
dividono compiti e risorse
alimentari e mantengono
unita la struttura sociale.
Domande imbarazzanti
• Come si può spiegare in termini di fitness per gli insetti
sociali l’esistenza di caste sterili (termiti e api operaie,
soldati)?
• Perché tra i vertebrati spesso un solo maschio si
riproduce?
• Perché alcuni componenti del gruppo avvertono dell’arrivo
di un predatore esponendosi?
Comportamenti:
Egoistico
Cooperativo
Altruistico
Vendicativo. Osservato solo nella specie Homo sapiens…
Le società degli insetti
Gli insetti costituiscono delle società complesse, uniche
dopo le società umane.
• Solitarie: le femmine costruiscono un nido, depongono un
uovo, lasciano cibo sufficiente per la larva, poi lo
abbandonano e poco dopo muoiono (vespe)
• Subsociali: formazione di una colonia con la madre e i
nuovi nati. Non è permanente e dura di solito una stagione
(Embiotteri, alcune specie di vespe)
• Eusociali: cooperazione nella cura delle larve e divisione
dei compiti . Individui sterili “lavorano” a vantaggio di
individui riproduttivi.
Vespa vasaia
Calabrone
Bombo
Polistes
Termiti e termitaio
Xilocopa violacea
VESPE
Formiche soldato e operaie con le larve
Formicaio
Formiche da miele
Le formiche e gli afidi
La società delle api
L'ape domestica è una
società matriarcale,
monoginica e pluriannuale,
formata da individui
appartenenti a tre caste
alate: una regina, unica
femmina fertile, 40 000 –
100 000 operaie, femmine
sterili destinate al
mantenimento ed alla difesa
della colonia e, per un breve
periodo, da 500 a 2000
maschi (fuchi o pecchioni),
destinati esclusivamente
alla riproduzione.
La specie è polimorfica
perché le tre caste sono
diverse tra loro.
La società delle api
La regina depone le uova e
assicurare
la
coesione
sociale. E’ la prima a
sfarfallare, è più grande
delle operaie e dei fuchi, è
provvista di un aculeo, che
usa quasi esclusivamente
per uccidere le regine rivali
sorelle.
E’
priva
dell'apparato di raccolta
del polline e delle ghiandole
ceripare e può vivere anche
4 o 5 anni. In relazione alla
sua intensissima attività
riproduttiva
ha
un
metabolismo più elevato di
quello delle operaie.
Da 6 a 12 giorni dopo lo sfarfallamento (non oltre 34 settimane), una giovane regina si accoppia con
parecchi fuchi (mediamente 8) nei voli nuziali. Gli
spermi ricevuti nella sua spermateca devono servire
per tutte le uova fecondate che deporrà in seguito.
Gli ovari si ingrossano e, dopo 1-2 giorni, comincia ad
ovideporre.
Le uova non fecondate (o partenogenetiche),
producono fuchi, geneticamente aploidi, mentre le
uova fecondate producono femmine diploidi.
Quando il nettare è abbondante una regina arriva a
deporre fino a 2000-3000 uova al giorno,
attaccando ciascun uovo sul fondo di una cella.
L'uovo dopo circa 3 giorni si schiude e ne emerge
una minuscola larva vermiforme che si accresce
nutrita da operaie e va incontro a 5 mute, all’ultima
delle quali diventa una pupa. Le cellette delle pupe
vengono sigillate con un opercolo di cera. In circa 12
giorni avviene la metamorfosi e la fuoriuscita con
l’apertura della celletta.
Le operaie svolgono compiti diversi in successione
dei ruoli a seconda dell'età.
Il primo compito della giovane operaia che
sfarfalla dalla cella in cui si è sviluppata è quello
di ripulire e levigare le celle di nuova costruzione
o quelle che devono essere riutilizzate, nelle quali
la regina depone incessantemente le uova (da 100
fino a 3000 al giorno).
Poi, diventata capace di produrre la “pappa reale”,
l'ape operaia passa ad alimentare le larve.
Allo scadere della seconda settimana non produce
più alimento ma cera e quindi passa a costruire i
favi.
Successivamente passa all'esterno dell'alveare per
la difesa e poi per bottinare, ossia per raccogliere
nettare, polline, propoli ed acqua.
E’ in grado di trasmettere informazioni alle
compagne sulla esatta ubicazione di una sorgente di
cibo, anche molto distante (fino ad alcuni
chilometri), comunicando dati sui rapporti di
posizione tra campo fiorito, alveare e sole, fino a
che, sentendo vicina la fine, si allontana dalla
comunità e muore lontano da essa per non
contaminare l'alveare col suo cadavere.
Nelle operaie l'ovopositore si trasforma in una
efficientissima arma, dotata di autonomia e di
automatismi tali da assicurare il massimo delle
possibilità offensive. La vita media di un'operaia è
intorno ai 30 – 45 giorni (un po’ di più se l'ape è
nata in autunno e perciò sverna).
La struttura dei favi delle api, una serie di esagoni
regolari, sono la soluzione ottimale in termini di
ricopertura totale dello spazio utilizzando la minima
quantità di materiale.
E’ una capacità matematica insospettata nelle api?
Si è visto che ciascuna ape utilizza la cera per
creare attorno a sé un cilindro. Le pareti di cera del
cilindro, riscaldate dal corpo dell’ape che lo sta
producendo, collassano con i cilindri vicini e per una
semplice proprietà fisica si arriva alla messa in
posto di esagoni regolari, come succede quando
delle bolle di sapone si incontrano.
La sciamatura
In primavera, nel momento di maggior sviluppo, le api allevano nelle celle
reali le nuove regine. Pochi giorni prima che queste sfarfallino la colonia si
divide: la vecchia regina insieme alle api più anziane sciamano lasciando
l'alveare.
Le api dello sciame si fermano su di un grosso ramo attendendo che le
esploratrici trovino un luogo adatto per fondare una nuova colonia.
Nell'alveare, intanto, dalle celle reali sfarfallano le nuove regine, ma sarà
una sola a prendere possesso dell'alveare. Questi due eventi sono
sincronizzati da segnali sonori emessi dalle api stesse e da feromoni….
Feromone
d’allarme
Effetto
sulle
operaie
Effetto
sui fuchi
Attrazione
dello
sciame
Ghiandole
Ghiandole
tarsali
tergali
Feromoni traccia
Operaie
Feromone
impronta
Comportamento
aggressivo
Ghiandole
mandibolari
DENTRO LA COLONIA
Feromone reale
Regina
Ghiandole
tarsali
Ghiandole di
Nosonov
Feromone di
Nosonov
Orientamento al
cibo e dello
sciame
Attrazione
FUORI LA COLONIA
Effetto
sulle
operaie
Ghiandole
mandibolari
Ghiandole
tergali
Feromone tarsale
Feromone tergale
Rilascio di
Soppressione
feromone dalle
sviluppo ovari
Stimolazione
gh. di Nasonov Prevenzione di
tergale
approvvigionamento
allevamento di
nuove regine
Le api comunicano con la danza.
Le api usano la danza come forma di
comunicazione per indicare la distanza e la
direzione delle fonti di cibo dal nido.
1- la danza in cerchio (realizzata girando in
cerchio) indica i siti nascosti
2- La danza ad U viene effettuata per fornire
informazioni su siti a distanza intermedia
dal nido. E’ una danza fatta con
movimenti a semicerchio.
3- La danza ad otto è la più complessa
DanZA AD OTTO
e’ un linguaggio tipico dell’Apis mellifera con la quale le
operaie comunicano la posizione della fonte di cibo.
Consiste di differenti unità o parole:
1- Il pattern della danza indica la distanza.
2- Il numero di interazioni ugualmente
indica la distanza con buona approssimazione
Per esempio 100m = 9-10 interazioni,
500m = 6 interazioni e
1500 m= 4 interazioni.
3. La velocità della danza fornisce informazioni sulla qualità
della sorgente di cibo (maggiore eccitazione = migliore
qualità).
4. L’angolo della danza indica la direzione della fonte
5. L’ape smette la danza per andare verso il cibo quando le
akltre operaie lo chiedono.
6. C’è emissone di suoni per attirare l’attenzione delle
compagne.
7. La distanza è indicata dall’energia profusa nel volo.
Temperature Regulation
Temperature and Life
• Most physiological processes are temperature-
sensitive, going faster at higher temperatures.
• Reaction rates double or triple as temperature
increases by 10 C.
• Temperature change can disrupt physiological
functioning, throwing off the balance and
integration that cell processes require.
• To maintain homeostasis, organisms must either
compensate for or prevent temperature change.
Maintaining Optimal Body
Temperature
• Animals may be classified by how they respond to
environmental temperatures:
– Homeotherms maintain a constant body
temperature.
– In poikilotherms, body temperature changes
when environmental temperature changes.
– A third category, heterotherm, fits animals
that regulate body temperature at a constant
level some of the time, such as hibernating
mammals.
Maintaining Optimal Body
Temperature
• Animals may also be classified according
to the sources of heat that determine their
body temperature:
– Ectotherms (most animals aside from
mammals and birds) depend on external heat
sources to maintain body temperature.
– Endotherms (all mammals and birds)
regulate body temperature by generating
metabolic heat and/or preventing heat loss.
Figure 41.7 Ectotherms nd Endotherms (Part 1)
If a lizard (an
ectotherm) and a
mouse (an
endotherm) are
placed in a closed
chamber in which
the temperature is
gradually raised,
the body
temperature of the
lizard will
equilibriate with
that of the chamber,
whereas the body
temperature of the
mouse will remain
constant.
Figure 41.7 Ectotherms nd Endotherms (Part 2)
The metabolic
rates also
respond
differently.
• Ectotherm =
metabolism
decreases as air
temperature
decreases.
• Endotherm =
metabolic rate
increases as
temperature
decreases, which
increases
production of
body heat.
Maintaining Optimal Body
Temperature
• Ectotherms such as the lizard
•
•
can use behavior to regulate
body temperature in the
natural environment.
Behaviors include basking in
the sun, seeking shade,
burrowing, or orienting the
body with respect to the sun.
Endotherms also use
behavioral thermoregulation.
Most animals select the best
thermal environment
whenever possible.
Figure 41.8 An Ectotherm Uses Behavior to Regulate Its Body Temperature
Figure 41.9 Endotherms Use Behavior to Thermoregulate
Maintaining Optimal Body
Temperature
• If the body temperature of an animal is to remain
constant, the heat entering the animal must equal the
heat leaving the animal.
Heatin = Heatout
• Heatin = metabolism + solar radiation (Rabs)
• Heatout = radiation (Rout) + convection + conduction
+ evaporation
Figure 41.10 Animals Exchange Heat with the Environment
Maintaining Optimal Body
Temperature
• Heat exchange between the internal environment
and the skin occurs largely through blood flow.
• When blood is close to the surface of the skin,
heat energy carried by the blood is lost to the
environment.
• When a person is exposed to cold, blood vessels
of the skin constrict, decreasing blood flow and
heat transport to the skin and reducing heat loss.
• Some ectotherms, such as the marine iguana,
control blood flow to the skin as an adaptation for
survival in cold water and hot sun.
Figure 41.11 Some Ectotherms Regulate Blood Flow to the Skin (Part 1)
Figure 41.11 Some Ectotherms Regulate Blood Flow to the Skin (Part 2)
Maintaining Optimal Body
Temperature
• Some ectotherms raise their body
temperature by producing heat.
• The flight muscles of insects must be
warmed before flight can occur. This is
achieved by flight muscle contractions.
• Honeybees regulate temperature in a
hive by group clustering to produce
metabolic heat so the brood
temperature stays at about 34 C even
as temperatures outside of the hive
drop well below freezing.
Thermoregulation in
Endotherms
• Endotherms have many adaptations for
reducing heat loss in cold environments:
– Reduction of surface-to-volume
ratios of the body by short
appendages and round body shapes
– Thermal insulation by thick layers of
fur, feathers, and fat.
– Decreasing blood flow to the skin by
constricting blood vessels, especially
in appendages
Thermoregulation in Endotherms
• In any climate, getting rid of excess
heat may also be a problem,
especially during exercise.
• Reduction or loss of fur or hair allows
for easier loss of heat from the body
to the environment.
• Seeking contact with water cools the
skin because water absorbs heat to a
greater capacity than does air.
• Sweating or panting to increase
evaporation provides cooling.
The Vertebrate Thermostat
• The regulatory system for body
•
•
temperature in vertebrates can be thought
of as a thermostat.
This regulator is at the bottom of the brain
in a structure called the hypothalamus.
The temperature of the hypothalamus
itself is the major source of feedback
information in many species.
The Vertebrate Thermostat
• A fever is a rise in body temperature in
•
•
•
•
response to pyrogens.
Exogenous pyrogens come from foreign
substances such as invading bacteria or viruses.
Endogenous pyrogens are produced by cells of
the immune system when they are challenged.
Pyrogens cause a rise in the hypothalamic set
point, and body temperature rises until it
matches the new set point.
Evidence suggests that moderate fevers help the
body fight infections, but extreme fevers can be
dangerous.
The Vertebrate Thermostat
• Animals can save energy by turning down
•
•
the thermostat to below normal
(hypothermia).
Many animals use regulated hypothermia
as a means of surviving periods of cold
and food scarcity.
Regulated hypothermia lasting days or
weeks with drops to very low
temperatures is called hibernation. The
reduction in metabolic rate results in
enormous energy savings.
Figure 41.19 A Ground Squirrel Enters Repeated Bouts of Hibernation during Winter
La climatizzazione dell’ambiente:
un capolavoro dell’ape
Le api “fochiste” e il loro comportamento nel nido
La termoregolazione del nido fa parte delle stupefacenti
capacità collettive delle api che si cominciano a comprendere.
La temperatura della covata opercolata viene mantenuta tra i
33 e i 36 C dell’ambiente esterno, grazie a differenti azioni da
parte delle api. Se l’ambiente è fresco è necessario riscaldare;
se l’ambiente è troppo caldo, bisogna raffreddare.
Le api ottengono questo effetto agitando velocemente le ali e
creando correnti d’aria rinfrescanti. Possono inoltre portare
nel nido acqua, che è distribuita in piccole gocce, per sfruttare
il calore latente di evaporazione. In altri casi le api impiegano
una combinazione di queste due attività.
Vedi PDF api fuochiste
ALTRI IMENOTTERI SOCIALI: VESPE
Vespa crabro o calabrone e Polistes gallicus possono fare
grossi nidi nelle abitazioni (camini o sottottetti). Sono società
annuali!!
Nella stagione sfavorevole la società si scioglie e le regine
possono svernare nelle abitazioni o nei giardini
Solar energy harvesting in the epicuticle of the oriental
hornet (Vespa orientalis)
Wijnen B, Leertouwer HL, Stavenga DG (2007) Colors and
pterin pigmentation of pierid butterfly wings. J Insect Physiol
53:1206-1217
Volynchik S, Plotkin M, Bergman DJ, Ishay JS (2008) Hornet
flight activity and its correlation with UVB radiation,
temperature and relative humidity. Photochem Photobiol
84:81-85.
Galland P, Senger H (1988) The role of pterins in the
photoreception and metabolism of plants. Photochem
Photobiol 48:811-820
Gaul AT (1952) The awakening and diurnal flight activities of
vespine wasps. Proc R Entomol Soc Lond A 27:33-38
SFECIDI: SCELIPHRON SPIRIFEX
Adattato ad ambienti artificiali è la cosiddetta “vespa
muraria”, capace di attaccare il proprio nido, sui supporti
più svariati. Il nido è costituito da poche cellette ed in
ognuna viene inserito, prima dell’uovo, un ragno paralizzato
che servirà da alimento per la larva.
Tra le specie in grado di arrecare danni Camponotus
ligniperda, specie europea di grosse dimensioni, le regine
misurano infatti fino a 20 mm e le operaie 7-14 mm.
I nidi vengono solitamente costruiti in tronchi deperiti o
abbattuti, ma talvolta possono essere fatti all’interno di
abitazioni non troppo frequentate (ad esempio le case delle
vacanze) e si installano nel legno in opera
•I
suoni sono causati da vibrazioni che
viaggiano in aria, acqua e strutture solide
• Poichè l’onda sonora si propaga
rapidamente in aria, segnali acustici
debbono essere rapidamente inviati,
fermati o modificati per dare un senso ai
messsaggi
Anche se noi sentiamo cavallette,
cicale o grilli molti insetti emettono
supersuoni, oltre il range di udito
umano. Si tratta di emissioni sonore
oltre le 20.000 vibrazioni al secondo.
Alcune cavallette e farfalle
producono ultrasuoni a 80.000 hertz.
Molti insetti percepiscono suoni con membrane
timpaniche nell’addome (es. Cavallette o cicale) o
nella tibia della zampa posteriore (es. Cavalletta)
Le cavallette sfregano le zampe sulle ali per farsi
sentire. Altri insetti sfregano parti diverse del
corpo per emettere suoni
• La comunicazione per vibrazione è
•
•
molto presente negli insetti sociali
come interazione ecologica.
Gli insetti usano la supericie dell’acqua
o le piante per produrre vibrazioni
(suoni).
Le piante vengono molto utilizzate per
la produzione di suoni e vibrazioni. La
specie di pianta varia nella trasmissione
del segnale.
• L’accoppiamento dell’orologio della
morte è un esempio di produzione di
vibrazioni.
Xestobium rufovillosum De Geer
Orologio della morte, per il caratteristico
rumore causato dagli adulti all'interno del
legno infestato, facilmente udibile nel
silenzio, come richiamo per l'accoppiamento,
prodotto sbattendo, ad intervalli regolari, il
capo contro le gallerie
Areale di diffusione più ampio di quello degli anobidi: Europa, Africa del
Nord e America Settentrionale
L’adulto misura da 5 a 7 mm è rossastro, con ciuffi di peli corti ed
irregolari, giallo oro. Il primo segmento toracico è più largo della base
delle elitre con un solco mediano. Alle nostre latitudini lo farfallamento
degli adulti si ha in primavera, seguito dall’accoppiamento
