Орган Джонстона - Википедия - Johnstons organ

Орган Джонстона представляет собой набор сенсорных клеток, обнаруженных в цветоножка (второй сегмент) усики в учебный класс Насекомое.[1] Орган Джонстона обнаруживает движение в жгутик (третий и обычно последний членик усиков). Это состоит из сколопидия расположены в форме чаши, каждая из которых содержит механосенсорный хордотональный нейрон.[2][3] Количество сколопидий варьируется между видами. В равнокрылые Джонстон_содержит 25–79 сколопидий.[4] Наличие органа Джонстона - определяющая характеристика, разделяющая класс. Насекомое от другого гексаподы принадлежность к группе Entognatha. Орган Джонстона был назван в честь врача Кристофера Джонстона,[5] отец врача и ассириолога Кристофер Джонстон.

Использование органа Джонстона

У плодовых мушек и мошек

В плодовой мушке Drosophila melanogaster и Chironomus annularius, орган Джонстона содержит почти 480 сенсорных нейронов.[6] Определенные группы нейронов по-разному активируются из-за отклонений антенн, вызванных гравитацией или вибрациями, вызванными звуком или движением воздуха. Этот дифференциальный ответ позволяет мухе различать гравитационные, механические и акустические раздражители.[1][7]

Орган дрозофилы Джонстона можно использовать для обнаружения колебаний воздуха, вызванных частотой взмахов крыльев или песнями ухаживания самца. Одна из функций органа Джонстона - определять частоту ударов крыльев партнера.[2] Производство звука в воздухе приводит к появлению двух энергетических компонентов: компонента давления, который представляет собой изменение давления воздуха, исходящего от источника звука; и компонент смещения частиц, который представляет собой возвратно-поступательное колебание частиц воздуха, колеблющихся в направлении распространения звука.[8] Смещение частиц имеет большие потери энергии, чем составляющая давления, поэтому составляющая смещения, называемая «звуком ближнего поля», обнаруживается только в пределах одной длины волны источника.[8]

Насекомые, такие как плодовые мухи и пчелы, улавливают звуки ближнего поля с помощью свободно прикрепленных волосков или антенн, которые вибрируют при движении частиц воздуха.[8] (Барабанные органы обнаруживают компонент давления звука.) Звук ближнего поля из-за быстрого рассеивания энергии подходит только для очень близкого общения.[8] Два примера звуковой коммуникации ближнего поля - это танец виляния пчелы и Дрозофила песни ухаживания.[8] У плодовых мушек выступ антенн и третий сегмент служат приемником звука.[8] Вибрации приемника вызывают вращение третьего сегмента, который направляет звуковой вход на механорецепторы органа Джонстона.[8]

В ястребиных мотыльках

Орган Джонстона играет роль в контроле устойчивости полета в ястребиная моль. Кинематические данные, измеренные у парящих бабочек во время устойчивого полета, показывают, что антенны вибрируют с частотой, соответствующей взмаху крыльев (27 Гц). Однако при сложном полете угловые изменения летающей бабочки вызывают Силы Кориолиса, которые, по прогнозам, проявятся как вибрация антенны примерно с удвоенной частотой взмахов крыльев (~ 60 Гц). Когда антенны манипулировали так, чтобы они вибрировали в диапазоне частот, и измеряли результирующие сигналы от нейронов, связанных с органами Джонстона, реакция нейронов сколопидий на частоту была тесно связана в диапазоне 50–70 Гц, что является прогнозируемый диапазон колебаний, вызванных Эффекты Кориолиса. Таким образом, орган Джонстона настроен на обнаружение угловых изменений при маневрировании в сложном полете.[9]

У пчел

Танцующие пчелы (Apis mellifera ) описывать расположение ближайших источников пищи с помощью излучаемых звуковых сигналов. Эти сигналы состоят из ритмичного высокоскоростного движения частиц воздуха. Эти звуки ближнего поля принимаются и интерпретируются с помощью органа Джонстона на ножке антенн.[10] Пчелы также воспринимают изменения электрического поля через органы Джонстона в их антеннах и, возможно, другие механорецепторы. Электрические поля, создаваемые движениями крыльев, вызывают смещения антенн на основе Закон Кулона. Нейроны органа Джонстона реагируют на движения в диапазоне смещений, вызванных электрическими полями. Когда антенны не могли двигаться в суставах, содержащих орган Джонстона, пчелы больше не реагировали на биологически значимые электрические поля. Медоносные пчелы по-разному реагируют на разные временные закономерности. Пчелы используют электрическое поле, исходящее от танцующей пчелы, для связи на расстоянии.[11][12]

Рекомендации

  1. ^ а б Камикоути, А; Инагаки, Гонконг; Эфферц, Т; Хендрих, О; Фиала, А; Göpfert, MC; Ито, К. (2009). "Нейронная основа Дрозофила чувствительность к гравитации и слух " (PDF). Природа. 458 (7235): 165–71. Дои:10.1038 / природа07810. PMID  19279630.
  2. ^ а б Göpfert, MC; Роберт, Д. (май 2002 г.). "Механическая основа Дрозофила прослушивание ". Журнал экспериментальной биологии. 205 (Pt 9): 1199–208. PMID  11948197.
  3. ^ Як, Дж. Э. (апрель 2004 г.). «Строение и функции слуховых хордотональных органов у насекомых». Микроскопические исследования и техника. 63 (6): 315–37. Дои:10.1002 / jemt.20051. PMID  15252876.
  4. ^ Росси Стаккони, Марко Валерио; Романи, Роберто (2013). «Орган Джонстона трех видов гомокрылых: сравнительное ультраструктурное исследование». Строение и развитие членистоногих. 42 (3): 219–228. Дои:10.1016 / j.asd.2013.02.001. PMID  23428838.
  5. ^ Джонстон, К. (1855). «Слуховой аппарат Culex Комар » (PDF). Ежеквартальный журнал микроскопической науки. 3: 97–102.
  6. ^ Камикоути, А .; Shimada, T .; Ито, К. (2006). «Комплексная классификация слуховых сенсорных функций в головном мозге плодовой мушки. Drosophila melanogaster". Журнал сравнительной неврологии. 499 (3): 317–356. Дои:10.1002 / cne.21075. PMID  16998934.
  7. ^ Йорозу, С .; Вонг, А .; Fischer, B.J .; Dankert, H .; Kerman, J.J .; Камикоути, А .; Ито, К .; Андерсон, Д.Дж. (2009). "Отчетливое сенсорное представление ветра и звука ближнего поля в Дрозофила мозг". Природа. 428 (7235): 201–5. Дои:10.1038 / природа07843. ЧВК  2755041. PMID  19279637.
  8. ^ а б c d е ж грамм Tauber, E .; Эберл, Д. Ф. (2003). «Акустическая связь в Дрозофила". Поведенческие процессы. 64 (2): 197–210. Дои:10.1016 / s0376-6357 (03) 00135-9.
  9. ^ Sane, Sanjay P .; Дьедон, Александр; Уиллис, Марк А .; Дэниел, Томас Л. (2007). "Антенные механосенсоры обеспечивают управление полетом бабочек". Наука. 315 (5813): 863–866. CiteSeerX  10.1.1.205.7318. Дои:10.1126 / science.1133598. PMID  17290001.
  10. ^ Dreller, C .; Киршнер, В. Х. (1993). «Слух у медоносных пчел: локализация слухового органа чувств». Журнал сравнительной физиологии А. 173 (3): 275–279. Дои:10.1007 / bf00212691.
  11. ^ Греггерс, Уве; Koch G; Шмидт V; Дюрр А; Флориу-Серву А; Piepenbrock D; Göpfert MC; Menzel R (22 мая 2013 г.). «Прием и изучение электрических полей». Труды Королевского общества B. 280 (1759): 20130528. Дои:10.1098 / rspb.2013.0528. ЧВК  3619523. PMID  23536603.
  12. ^ Греггерс, Уве. «ESF в пчелах».