Wykłady: Entomologia ogólna – podstawa

Prof. dr hab. Ignacy Korczyński

Entomologia – nauka o owadach

• Na świecie opisano ok. 1 mln gatunków owadów

• Stanowi to 65-70% wszystkich gatunków zwierząt

• Podobno wszystkich gatunków owadów jest 10-20 mln

Liczba gatunków w Polsce – szacuje się na 28-34 tys. gatunków

• Ta liczba zmienia się z 3 powodów:

- postępy badań (wykazywanie nowych gatunków)

- wymieranie gatunków – na skutek antropogenicznego przekształcania środowiska, niektóre gatunki w Polsce wymierają (mogą w przyszłości być reintrodukowane)

- pojawianie się nowych gatunków

Duże znaczenie owadów dla człowieka

1. Owady szkodliwe dla produkcji roślinnej

2. Owady szkodliwe dla zwierząt użytkowych

3. Owady entomofagiczne – pożyteczne gospodarczo

4. Owady zapylające rośliny użytkowe

5. Owady dostarczające miodu, wosku, jedwabiu

6. Owady szkodliwe bezpośrednio dla ludzi

Znaczenie owadów dla zdrowia człowieka (entomologia sanitarna)

1. Owady przenoszące choroby – hemofagi (malaria, febra, dżuma, dur plamisty, śpiączka afrykańska)

2. Owady powodujące uczulenia (włoski gąsienic, owady hemofagiczne, owady żądlące)

3. Próba wykorzystania owadów w medycynie

Znaczenie szkodliwych owadów w gospodarce leśnej

1. W niektórych regionach Polski owady okresowo zagrażają istnieniu drzewostanów sosnowych i świerkowych (zabiegi ratownicze co kilkanaście lat w tych samych drzewostanach)

2. W celu uniknięcia zwalczania owadów w uprawach nie odnawia się drzewostanów sosnowych na zrębach zupełnych w pierwszym roku

3. Owady warunkują powstawanie kompleksowych chorób drzew liściastych i ich zamieranie

4. Koszty ochrony bezpośredniej przed owadami w skali kraju są przeciętnie podobne do kosztów ochrony przed zwierzyną (w okresach międzygradacyjnych są mniejsze, a w okresach gradacji są większe).

SYSTEMATYKA

Typ: Arthropoda – stawonogi

Podtyp: sześcionogi

Gromada: Insecta – owady

Rola ekologiczna owadów

1. Konsumenci materii organicznej

2. Pokarm innych owadów

3. Wektory mikroorganizmów (w tym chorobotwórczych)

4. Jeden z czynników regulujących skład gatunkowy fitocenoz i sukcesję biocenoz

5. Zapewniają istnienie wielu gatunkom organizmów (np. zapylanie roślin)

Wykorzystanie pokarmu przez niektóre zwierzęta leśne

- charakterystyczna jest wielka biomasa gąsienic w okresach gradacji

- liściożerne owady w odróżnieniu od innych zwierząt przetwarzają zjedzony pokarm głównie na odchody, a więc na materię organiczną łatwą do rozłożenia przez bakterie i grzyby

- wykorzystują pokarm mało ekonomicznie dużo odchodów, małe wykorzystanie pokarmu

- zachowują w ekosystemie dużo materii i przyspieszają jej obieg.

Wykonanie kolekcji entomologicznych

Odłów owadów

1. Na upatrzonego

- siatka entomologiczna (do owadów lądowych lub wodnych)

- zbiór ręczny (np. pod korą)

1. Otrząsanie

- na płachtę

- czerpakiem entomologicznym

- na parasol entomologiczny

Owady należy otrząsać wcześnie rano, gdy jest chłodno (owady są ospałe).

1. Odłów w pułapki

- pułapki naturalne z części drzew

- pułapki sztuczne

> glebowe (dołki, pułapki Barbera, pułapki kombinowane)

> wiszące

- pułapki wabiące zapachowo

• mieszanina dżemu i piwa – motyle nocne (smaruje się pnie drzew, lub sznurek i sprawdza latarką),

• mięso – muchówki,

• padlina drobnych ssaków – chrząszcze omarlicowate,

• nawóz koński lub krowi – koprofagi

- pułapki świetlne – pułapka samo łowna (klosz lub inna konstrukcja ze źródłem światła, nie pozwalająca na wydostanie się zwabionym owadom), albo oświetlony ekran z białego płótna lub biała ściana (bardzo dobre jest światło lampy kwarcowej lub rtęciowej)

1. Ekstrakcja owadów z gleby i ze ściółki

- termiczna – wypłaszanie wysoką temperaturą i światłem

- mechaniczna – przesiewanie przez sita

1. Hodowla owadów

Zatruwanie owadów

Używa się tzw. zatruwaczki. Może to być szczelny słoik. Na dnie znajduje się gąbka, papier lub wylewka gipsowa nasączona octanem etylu.

Nie należy stosować eteru i chloroformu, bo powoduje tężenie mięśni owada (trudno go potem rozpiąć). Amoniak również nie jest zalecany, gdyż odbarwia skrzydła. Ostatecznie można stosować aceton lub rozpuszczalnik nitro.

Przechowywanie owadów nierozłożonych

• na sucho: w pudełkach przepuszczalnych dla pary wodnej (dla bezskrzydłych) lub w kopertach papierowych (np. dla motyli)

• na mokro: w alkoholu etylowym 70% (ale po długim przechowywaniu odbarwiają się) lub w innych płynach konserwujących (wieloskładnikowych)

Płyny do konserwacji delikatnych larw i poczwarek

• gliceryna bezwodna, alkohol etylowy 70%, formalina, octan etylu

• kwas octowy lodowy, formalina, alkohol etylowy 96%

• kwas octowy lodowy, alkohol etylowy 96%, gliceryna bezwodna, tymol

Zmiękczanie ciał owadów wstępnie zasuszonych

- umieszczenie na kilka dni w szczelnie zamkniętym pojemniku na warstwie nawilżonego wodą papieru (na papierze można położyć nieprzepuszczalną dla wody podkładkę pod owady, aby owady za bardzo nie namokły)

Szpilki entomologiczne: grubości od 0,25 mm (nr 000) do 0,7 mm (7).

Przygotowanie owadów do kolekcjonowania

Owady powinny znajdować się na szpilkach entomologicznych lub być naklejone na kartoniki (np. korników się nie nabija).

Miejsce wbicia szpilki

- chrząszcze – prawa pokrywa 1/3 – 1/4 od góry i tyle samo od złączenia pokryw

- pluskwiaki różnoskrzydłe – prawa strona tarczki

- inne owady – środek tułowia

Etykieta z informacją

- miejsce zebrania (nazwa najbliższej miejscowości)

- data zbioru

- nazwa owada

- kto zebrał

Rozpinadło do motyli

Jaja owadów – wysoka temperatura (żeby owady się nie wylęgły)

Preparowanie i przechowywanie larw motyli

Zrobić otwór wydusić środek włożyć do środka słomkę odwłok związać nitką i wydmuchać, żeby się wyprostował wysuszyć nad żarówką słomkę uciąć nabić larwę na szpilkę

Owady należy odpowiednio przechowywać, żeby nie zaczęły być zjadane – można np. umieścić środek odstraszający mole.

Środki zapobiegające niszczeniu zbiorów

- szczelność gablot

- repelenty (molina, paradwuchlorobenzen – naftalina)

- wysoka temperatura (ok. 70°C przez 1 godz.)

- gazowanie

- płynne insektycydy kontaktowe

Owady uszkadzające zbiory entomologiczne:

- Psocoptera - gryzki

- Mrzyk muzealny

MORFOLOGIA OWADÓW

Morfologia owadów dorosłych

Cechy charakterystyczne dla owadów:

1. Liczba nóg (3 pary)

2. Głównie 3 części ciała

3. Z reguły obecność skrzydeł

Kształt ciała

- ciało spłaszczone grzbietobrzusznie (np. karaczany)

- spłaszczone bocznie (np. pchły)

- wydłużony (np. patyczaki)

- owalny (np. chrząszcze)

Głowa owadów

• Części głowy:

- potylica

- ciemię

- czoło

- nadustek

- policzek

- oko

- przyoczka

- czułki

• Budowa czułka:

- biczyk

- nóżka

- trzonek

Kształty czułków

- buławkowate (maczugowate)

- kolankowate (złamane)

- szczecionośne

- szczeciniaste (np. ważki – b. krótkie)

- nitkowate (np. szarańczaki)

- pierzaste (np. motyle)

- grzebykowate

Oczy złożone owadów

- oczy stykają się (np. ważki, muchówki)

- oczy rozdzielone (najczęściej)

- oczu złożonych brak (są tylko przyoczka – np. termity)

Narządy gębowe owadów

• Budowa narządu gębowego

Elementy nieczłonowane:

- warga górna

- żuwaczka

Elementy członowane:

- żuchwa

- warga dolna

• Typy narządów gębowych

1. Chwytny

2. Kłująco-ssący

3. Ssący

4. Gryzący

5. Liżąco-ssący

Tułów owadów:

• Segmenty tułowia

  • przedtułów (prothorax) - przednia para nóg

  • śródtułów (mesothorax) - druga para nóg, pierwsza para skrzydeł

  • zatułów (metathorax) - druga para skrzydeł

• Płytki segmentu tułowia:

  • tergit

  • sternit

  • preuryt

• Skrzydła owadów

  • 2 pary skrzydeł (niekiedy pierwsza para przekształcona w pokrywy – np. chrząszcze)

    • Wyrastają z śródtułowia lub zatułowia

    • Pokrywy skrócone

    • Warianty poruszania skrzydłami: mogą się przemieszczać w tą samą stronę jednocześnie lub w odwrotne strony (np. ważki)

  • 1 para skrzydeł – skrzydła drugiej pary są zredukowane i przekształcone w przezmianki- narząd zmysłu równowagi

  • Brak skrzydeł np., robotnice mrówek lub okresowo pchły, wszy

• Nogi owadów:

• Biodro

• Udo

• Stopa

• Goleń

• Krętarz

• Liczba członów stopy od 1 do 5, larwy biedronek- 1

Typy nóg:

• Chwytne (np. modliszka)

• Pływne

• Bieżne

• Grzebne

• Skoczne

Rozwój osobniczy owadów:

1. Rozmnażanie owadów

• bezpłciowe

• Płciowe

  • Rozdzielnopłciowe- najczęstsze

  • Obojniactwo- (hermafrodytyczne)- bardzo rzadko

  • bezpłciowe (partenogenetyczne)- dość często

Typy partenogenezy (dzieworództwo - rozwój organizmu z niezapłodnionego jaja)

• Okolicznościowa

• Cykliczna

• Geograficzna

Jaja składane pojedynczo

Jaja składane grupowo- złoża jajaowe

• Jajorodność

• Jajożyworodność- w jaju kłębek larwy

• Żyworodność- u muchówek

Rozwój osobniczy owadów:

• Zarodkowy (embrionalny- od powstania zygoty wyklucia się larw z jaja)

• Pozazarodkowy (postembrionalny)

1. Przeobrażenie niezupełne

• Stadia rozwojowe- jaja, larwa, owad dorosły

• Różnice między stadium larwy a stadium owada dorosłego

  • Brak skrzydeł

  • Niepełny rozwój narządów zmysłów

Przykłady owadów: pluskwiaki, ważki, szarańczaki, skorki

1. Przeobrażenie zupełne

• Stadia rozwojowe- jajo, larwa, poczwarka, owad dorosły

• Różnice między stadium larwy o stadium owada dorosłego:

  • Morfologiczne, fizjologiczne, często inny rodzaj pokarmu

Przykładowe owady:

• Sieciarki- nenroptera

• Chrząszcze- coleoptera

• Motyle- lepidoptera

• Błonkoskrzydłe- hymenoptera

• Muchówki- piptera

Typy larw owadów:

• Na podstawie liczby par nóg, stóp i ich rozwoju

  • Apodialne- bez nóg np. hymenoptera, diptera

  • Protopodialne- nogi szczątkowe, niektóre hymenoptera

  • Oligopodialne- 3 pary nóg, np. coleoptera, odonata

  • Poligodialne- 5 par nóg 3+2, niektóre lepidoptera

  • ?- 8 par nóg 3+5, pospolicie u lepidoptera

  • ?- 10-11 par nóg 3+7-8, niektóre fitofagiczne hymenoptera

Włoski aerostatyczne - u larw niektórych motyli, umożliwiają przemieszczanie się z wiatrem.

Włoski balonowe: „u nielotnych stadiów owadów (na przykład młode gąsienice mniszki) mogą wystąpić specjalne włoski, tzw. włoski balonowe; które powiększając powierzchnię ciała, pozwalają na przenoszenie owada przez wiatr na niewielkie odległości”

Larwy nie posiadają oczu

Typy poczwarek:

• Wolna- wyraźnie oddzielone od ciała odnóża i zawiązki skrzydeł np. u coleoptera (chrząszcze)

• Zamknięta- zakończona jest kremastrem np. u lepidoptera (motyli)

Wybrane elementy fizjologii owadów:

• Zdolność uczenia się

• Uczenie się „utajnione” (modyfikacja percepcji bez wyraźnej nagrody lub pod wpływem ciekawości)

• Uczenie się przez naśladownictwo np. taniec pszczół

Widzenie:

• Obraz przerywany- mozaikowaty

• Owady często widzą nadfiolet i nie widzą czerwieni

Ekdyzon- hormon linienia

• Występuje we wszystkich stadiach rozwojowych owada

• Jego obecność warunkuje występowanie linienia- zmniejszając stężenie tego hormonu (można zakłócić rozwój owada)

• Występuje w tkankach wielu roślin w stężeniu przekraczającym jego stężenie w tkankach owadów

• Może być syntezowany sztucznie

Hormon juwenilny:

• Występuje w stadium larwy- hamuje przepoczwarczenie jednocześnie sprzyjając wylinkom i wzrostowi

• Jego brak powoduje nieodwracalne tworzenie oskórka poczwarkowego

Rodzaje feromonów:

• Płciowe

• Znacznikowe

• Alarmowe

• Agregacyjne

Czynniki wewnątrzpopulacyjne wpływają na zmiany liczebności owadów danego gatunku:

• Gęstość populacji

• Migracje

• Płodność

• Śmiertelność

Mała gęstość populacji, a możliwość rozrodu:

• Odnajdywanie się osobników przeciwnej płci (u owadów nie zawsze nie zbędne)

• Zmniejszona pula genowa

Struktura płciowa populacji:

• Określa proporcję liczbowe między samicami a samcami

• Zmienna

Rozrodczość

• Fizjologiczna- maksymalna liczba osobników w optymalnych warunkach

• Ekologiczna - w określonych warunkach środowiskowych

Śmiertelność

• Wskaźnik śmiertelności- liczba osobników, które zginęły w procesach populacji początkowych

• Przyczyny

• Osobnicza

• Populacyjne

• Biocenotyczne (patogeny)

Zależności międzygatunkowe u osobników

Podział zależności

• Neutralne

• Protokooperacje

• Konkurencja

• Pasożytnictwo

• Drapieżnictwo

• ?

Parazytoid- owad pasożytniczy, który doprowadza do śmierci swojego żywiciela (mogą pasożytować na jajach lub innych stadiach rozwojowych)

Znaczenie dzików:

• Poszukują szkodliwych owadów dopiero przy dość dużym ich zagęszczeniu.

• Dlatego nie zapobiegają gradacjom, ale często:

  • Wskazują miejsca licznego pojawu owadów

  • Pomagają je likwidować

Owady jako pokarm mikroorganizmów:

Patogeny owadów powodujące choroby

- wirusy,

- bakterie,

- riketsje,

- grzyby,

- pierwotniaki

- nicienie (to nie mikroorganizmy)

Wirusy:

• Znanych jest kilkaset gatunków wirusów chorobotwórczych dla owadów

• Najwięcej gatunków wirusów wykryto u motyli

• infekują głównie stadia larwalne

• Gąsienice zmarłe wskutek wirozy maja bardzo kruchy oskórek

U nas:

- badania nad zastosowaniem wirusa jądrowej poliedrozy do zwalczania podstawowych gatunków szkodliwych motyli.

Bakterie:

• Znanych jest o 100% więcej gatunków bakterii chorobotwórczych dla owadów niż wirusów

• Oskórek chorych owadów nie jest osłabiony

• objawem porażenia są przebarwienia skóry, najczęściej ciemne plamy

• Dostaje się do ciała owada biernie, przez otwór gębowy, czasem przez tchawki

• W praktyce ochrony lasu wykorzystuje się różne odmiany Bacillus (najczęściej: Bacillus thuringiensis)

Schemat budowy Bacillus thuringiensis

• nie wykorzystuje się całej bakterii – tylko zarodnik i kryształ

• działa to na owady zjadające tkanki zewnętrze liścia

Riketsje:

• Rozmnażają się podobnie jak bakterie, przez podziała ale podobnie jak wirusy nie mogą się rozmnażać po za żywicielem

• Wywołują u owadów choroby nazywane riketsjozami

• najczęściej występują licznie u pędraków chrabąszczy

Grzyby entomopatogeniczne:

• do 2007r. poznano na świecie około 3000 gatunków owadobójczych grzybów

• dostaje się aktywnie do wnętrza ciała owada, rozpuszczając enzymami jego oskórek

• infekują owady w różnych stadiach rozwojowych i różnych taksonów

• śmierć owada następuje na wskutek zarośnięcia strzępkami jamy ciała i zatrzymaniu obiegu krwi

• niektóre grzyby wydzielają toksyny, które przenikają przez oskórek do ciała owada

• zainfekowane owady zwykle giną pod 2-7 dniach

• większość gatunków grzybów wykazuje małą selektywność

wykorzystanie grzybów w ochronie roślin:

• szczepy 30 gatunków grzybów są czynnikiem aktywnym w około 50 insektycydach

• większość gatunków grzybów preferuje środowiska wilgotne

• w suchych borach sosnowych występują licznie tylko 2 gatunki

• pojawy innych gatunków uwarunkowane są opadami deszczu

• w Polsce dotychczas tego rodzaju insektycydów nie stosuje się komercyjnie

Pierwotniaki:

• dostają się organizmu owada najczęściej wraz z pobranym pokarmem

• mogą być pasożytami: wywołując choroby u młodych larw

• niekiedy są czynnikiem decydującym o zmniejszeniu liczebności motyli występujących na drzewach liściastych

• nie ma specyficznych makroskopowych objawów zainfekowania przez pierwotniaki

Nicienie:

• są pasożytami (tzw. fakultatywnymi lub obligatoryjnymi)

• częste u owadów żyjących w środowisku wilgotnym

• najczęściej nie powodują śmierci gospodarza - uszkadzają mechanicznie jego tkanki i narządy wewnętrzne

• śmierć gospodarza powodują te nicienie w ciele których znajdują się owadobójcze bakterie

Owady jako wektory różnych organizmów:

• Owady jako wektory wirusów szkodliwych dla roślin:

  • rodzaj wirusa Tenuivirus

  • przenoszone są na rośliny przez owady o ssącym aparacie gębowym

• Owady jako wektory wirusów szkodliwych dla ssaków:

  • komary, meszki, pchły przenoszą wirusy z rodzaju Poxviridae – choroba: myksomatoza

  • choroba występuje np. u królików

• Owady jako wektory grzybów szkodliwych dla drzew i drewna

  • Szeliniak sosnowiec jest nosicielem korzeniowca wieloletniego

Symbioza niektórych grzybów i owadów:

• Odżywianie się larw niektórych gatunków owadów tylko grzybnią hodowaną w drewnie (lub drewnem przerośniętym przez grzybnię)

• Specjalne przystosowania do przenoszenia zarodników grzybów

• Korniki przenoszą grzyby

Owady jako wektory niebezpiecznych nicieni:

• Choroba więdnięcia sosny – żerdzianka sosnówka (nicień węgorek sosnowiec)

Pasożyty jako pasożyty i drapieżniki zwierząt z innych taksonów:

• Owady hemofogiczne (żywiące się krwią) - muchówki (np. komary, mustykowate, bąkowate, strzyżak jeleni, pchła, pluskwa domowa)

Gatunki pcheł: ludzka, szczurza, kocia, psia

• Drapieżcy wodni: pływak żółtobrzeżek, larwy ważek

• Owady jako pasożyty pająków – np. swędorz pajęczarz (paraliżuje pająka i składa w nim jaja)

Zależności między owadami a roślinami

• Symbioza owadów i roślin

• owady i kwiaty:

- rośliny owadopylne (symbioza obligatoryjna lub fakultatywna)

- zapylanie kwiatów przez owady nazywa się entomogamią

• stopnie związku owadów z kwiatami

  • owady obojętne wobec kwiatów (np. motyle nie pobierają pokarmu)

  • owady korzystające z kwiatów przygodnie (np. chrząszcze zjadające różne elementy kwiatu, lub polujące na kwiatach na inne owady)

  • owady całkowicie zależne od kwiatów w stadium imago lub larwy (np. pszczoły)

Względne liczebności owadów, z poszczególnych rzędów odwiedzających kwiaty:

- błonkówki – 47%

- muchówki – 26%

- chrząszcze – 15%

- motyle – 10%

Chrząszcze i kwiaty chrząszczowe

• Tylko nieliczne chrząszcze zapylają kwiaty- z rodzaju Stenrrella?

• Większość zjada część kwiatu i pyłek

• niektóre polują na kwiatach na inne owady

• chrząszcze zapylające kwiaty – np. rodzaj kwietniczek

Kwiaty chrząszczowe:

• Zawierają dużo pyłku, zazwyczaj nie posiadają miodników

• Przykłady: magnolia, grzybień biały

Muchówki i kwiaty muchowate:

• Produktami kwiatów odżywiają się tylko owady dorosłe muchówek

• Kwiaty zapylają głównie owady z niektórych rodzin muchówek krótkoczułkich

• Posiadają narządy gębowe typu ssącego

• Całkowicie zależne od kwiatów – np. bzygowate i bujankwate

• W dużym stopniu zależne od kwiatów- rączycowate, ściernicowate

• Kwiaty muchówkowe - otwarte, drobne, dostępne dla much zawisających w powietrzu (bujanek), kwiaty płytkie i o ciemno-żółtym zabarwieniu

Błonkówki i kwiaty błonkówkowe:

• błonkówki budową ciała i biologią są najbardziej dostosowane do korzystania z kwiatów

• z kwiatów korzystają zarówno rośliniarki, owadziarki jak i żądłówki (najliczniejsze i najważniejsze dla kwiatów, np. pszczoły)

Rodzina pszczołowate:

• największe znaczenie mają pszczoła miodowa i trzmiele

• u tych owadów pyłkiem żywią się owady dorosłe i larwy

Z nektaru mogą korzystać również mrówki – ale nie zapylają one kwiatów.

Znaczenie gospodarcze błonkówek:

- pod względem ekonomicznym zapylanie roślin jest wielokrotnie ważniejsze niż produkcja miodu.

Kwiaty błonkówkowe – kwiaty o głęboko ukrytych miodnikach.

Zagrożenie dla owadów korzystających z kwiatów:

• duży obszar monokultury

• zwalczanie chwastów

• introdukcja pszczoły miodnej do ekosystemów leśnych - ???

Motyle i kwiaty motylowe:

• motyle pobierają z kwiatów nektar, nie korzystają z pyłku

• nektarem żywią się tylko owady dorosłe

• dosięgają nektaru ukrytego w wąskich rurkach kwiatowych, niedostępnych dla innych owadów

• szczególną grupą są zawisaki – pobierają nektar zawisając w powietrzu przed kwiatem (do 2000 uderzeń skrzydeł/sekundę) – np. fruczak gołąbek

Kwiaty motylowe

- motyle dzienne – kwiaty barw jaskrawych, ciemnych

- motyle nocne – kwiaty jasne, widoczne w słabym świetle, silny zapach

np. mydlnica lekarska, wiesiołek dwuletni