Většina hmyzu prochází během svého životního cyklu určitým procesem přeměny, aby dosáhla dospělosti – známé také jako fáze imaga – (např. motýli). Tento proces se nazývá metamorfóza, i když jeho podstata je na hony vzdálená metamorfóze, kterou provádějí obojživelníci. Ale nepřemýšleli jste někdy o tom, proč tuto proměnu provádějí? Jaký je smysl a původ metamorfózy hmyzu?

Prostřednictvím tohoto článku se dozvíte více o různých typech metamorfózy, původu a smyslu těchto proměn.

Metamorfóza je biologický proces, kterým se živočichové vyvíjejí po narození a který zahrnuje obrovské proměny a/nebo anatomické přestavby (fyziologické i anatomické) až do dosažení dospělosti.

Existují různé skupiny živočichů, které se vyvíjejí tímto procesem, většina z nich však nemá společný původ ani povahu těchto proměn. A tak zatímco metamorfóza obojživelníků probíhá reorganizací již dříve existujících orgánů mláďat, u hmyzu dochází k rozpadu tkání a také ke vzniku zcela nových buněčných shluků.

Ekdýza neboli pelichání

Pro pochopení metamorfózy hmyzu musíme nejprve hovořit o pelichání. Co znamená pelichání? A proč je pro hmyz a členovce jako celek zásadním procesem?

Každý jednotlivý živočich nějakým způsobem regeneruje své vnější tkáně, tj. ty tkáně, které jsou v kontaktu s prostředím a které chrání organismus před vnějšími tlaky. Např. savci pravidelně regenerují své epidermální tkáně, řada plazů často svléká kůži, ale jak je to s členovci?

Členovci, mezi které patří i šestinožci (skupina, ve které najdeme veškerý hmyz), jsou zevně pokryti více či méně tvrdým exoskeletem. Na rozdíl od ostatních vnějších tkání živočichů se exoskelet neodděluje postupně a jeho nedostatečná pružnost omezuje růst organismu. Tento prvek se tak stává bariérou, která omezuje jejich velikost při růstu, a právě proto jej musí porušit a opustit, aby mohli dále růst. Tento druh pelichání se nazývá ekdyze a je typický pro ekdyzozoa (členovce a hlístice).

Podívejte se na toto video pelichání cikády!:

Metamorfují všichni šestinožci?

Odpověď zní NE. Je však třeba jít hlouběji do vysvětlení.

Všichni šestinožci se líhnou, aby vyrostli, ale ne všichni procházejí radikálními změnami, aby dosáhli dospělosti (kdy jsou schopni rozmnožování). Šestinožce tedy můžeme rozdělit do dvou hlavních skupin:

AMETABOLNÍ HEXAPODI (bez metamorfózy)

Tato skupina zahrnuje ty šestinožce, kteří jsou tradičně známí jako Apterygota nebo bezkřídlí šestinožci (Nehmyzí šestinožci -proturani, diplurani a colemboly- a bezkřídlý hmyz jako Zygentoma nebo také známí jako Thysanura -např. stříbřití nebo Lepisma-) a Pterygota neboli okřídlený hmyz, který utrpěl druhotnou ztrátu křídel.

Protože nemají křídla v žádném okamžiku svého životního cyklu, mladé fáze tohoto druhu šestinožců se téměř neliší od dospělých. Jejich vývoj v mládí je tedy jednoduchý a nepodléhají velkým změnám, aby získali tělesnou stavbu dospělého jedince; to znamená, že v žádném okamžiku jejich životního cyklu nedochází k metamorfóze. Tento druh vývoje je také známý jako přímý vývoj.

Metaboloidní šestinožci se mohou během svého vývoje desítkykrát přeměnit (např.Např. u stříbřitých víceméně 50krát), a to i tehdy, když pohlavně dospějí.

HMYZ, KTERÝ METAMORFIZUJE

Do této skupiny patří pterygota neboli okřídlený hmyz (kromě těch, kteří druhotně ztratili křídla).

Na rozdíl od těch, které byly vysvětleny výše, jsou mladé fáze metamorfního hmyzu velmi odlišné od dospělých; po několika po sobě jdoucích pelichání tak prochází poslední proměnou, díky níž vzniká okřídlený dospělý jedinec schopný rozmnožování. Po dosažení této fáze se tento hmyz stává neschopným dalšího pelichání.

Typy metamorfózy u hmyzu

Takže pouze hmyz rodu Pterygota prochází skutečnou metamorfózou, díky níž se stává okřídleným hmyzem a také dosahuje pohlavní dospělosti. Ne všechen tento hmyz však provádí stejný druh proměny.

Existují dva hlavní typy metamorfózy: hemimetabolická (jednoduchá neboli neúplná) a holometabolická (složitá neboli úplná). Jaké jsou jejich rozdíly?

Hemimetabolická metamorfóza

Při jednoduché, neúplné neboli hemimetabolické metamorfóze prochází mladý hmyz několika po sobě jdoucími svlečkami, dokud nedosáhne stádia dospělosti (neboli imaginace), aniž by prošel stádiem nečinnosti (kukly) a/nebo přestal žrát.

Těsně po vylíhnutí jsme novorozence označili jako nymfu, která se trochu podobá dospělcům (ale ještě nemá křídla ani pohlavní orgány). Obvykle nemají nymfální fáze a dospělci společné zdroje potravy ani stanoviště, takže zaujímají různé ekologické niky; většina nymf má totiž vodní návyky a po dosažení dospělosti přechází k životu na souši (např. majky).

Při tomto druhu metamorfózy prochází nymfy několika po sobě jdoucími svlékáními, díky nimž se postupně vytvářejí křídla a jejich organismus se zvětšuje. Nakonec nymfy provedou svou poslední pěnu, po níž se objeví dospělý jedinec: okřídlený organismus, který je schopen se rozmnožovat.

Podívejte se na toto schéma, které tento proces shrnuje:

Tento hmyz se také nazývá exopterygota (z latinského exo- = „vnější“ + pteron = „křídla“), protože u těchto organismů se křídla postupně a viditelně vytvářejí na vnější části jejich těla.

Holometabolous metamorphosis

Všeobecně je považován za nejradikálnější metamorfózu u hmyzu a také asi za nám všem nejznámější proměnu. Nejznámějším příkladem je ta, kterou provádějí lepidoptera (motýli a můry); existuje však i více druhů hmyzu, které jsou holometabolické, například coleoptera (brouci), hymenoptera (včely, vosy a mravenci) a diptera (mouchy a komáři).

Při komplexní, úplné neboli holometabolní metamorfóze se hmyz rodí jako larva, tedy předčasné stadium, které se anatomicky ani fyziologicky nepodobá dospělci. Kromě toho nesdílejí zdroje potravy ani životní prostředí, jako je tomu u hemimetaboloidních organismů. Stejně jako u hemimetabolního hmyzu procházejí tyto larvy postupnými svleky, dokud nedosáhnou dostatečné velikosti k metamorfóze, kdy provedou poslední svlek.

Po posledním larválním stádiu larvy vstupují do fáze nečinnosti, okamžiku, kdy se přestanou živit a zůstávají nehybné. Toto stádium se označuje jako stádium kukly (kdy se z nich stává kukla nebo u motýlů kukla). Obvykle se larvy na konci tohoto stádia začínají podobat dospělcům díky anatomickým změnám, ke kterým dochází, a také díky vzniku nových orgánů a tkání.

Po ukončení procesu přeměny organismy opouštějí tento nehybný stav a získávají svou dospělou formu, která má křídla a je zcela dospělá.

Souhrnně by schéma tohoto procesu mohlo vypadat takto:

Na rozdíl od hemimetabolického hmyzu se u holometabolických organismů objevují křídla uvnitř jejich těla a stávají se viditelnými až na konci kukelního stadia. Z tohoto důvodu se jim také říká endopterygota (z latinského endo-=“uvnitř“ + pteron=“křídla“).

Původ a funkce metamorfózy hmyzu

Původ: fosilní záznam

Hmyz patří, jak jsme si řekli v předchozích článcích, mezi živočichy s větším evolučním úspěchem. Mezi 40-60 % všech druhů hmyzu je holometabolických (kompletní metamorfóza), z čehož usuzujeme, že holometabolická metamorfóza byla během evoluce této skupiny pozitivně selektována. Fosilní záznamy totiž naznačují, že tento druh metamorfózy se objevil pouze jednou, takže všechen holometaboloidní hmyz pochází od stejného předka.

Podle těchto údajů byl bezkřídlý hmyz neboli starověká Apterygota a raný okřídlený hmyz ametaboloidní. Poté se u veškerého okřídleného hmyzu začala během karbonu a permu (300 mil. let) vyvíjet jakási hemimetaboloidní metamorfóza. Nakonec se první hmyz považovaný za holometabolní objevil v období permu (280 mil. let).

Co mohlo být důvodem této pozitivní selekce?

V posledních odstavcích jsme hovořili o různých zdrojích potravy a stanovištích mláďat i dospělců. Skutečnost, že různá životní stadia téhož živočicha využívají různé zdroje, by mohla zabránit vnitrodruhové konkurenci (tj. konkurenci o zdroje mezi organismy téhož druhu). Tato skutečnost by pro tyto organismy znamenala velkou výhodu, takže holometabolní vývoj, který je charakteristický tím, že se dělí na velmi odlišná stádia, by mohl být úspěšnější než hemimetabolní nebo ametabolní.

Dá se tedy říci, že hlavním funkčním smyslem metamorfózy by mohlo být minimalizování intraespecífické konkurence o zdroje. Ale je tu ještě něco navíc: čím specializovanější jsou jednotlivá stádia hmyzu, tím větší by byla šance více a lépe využívat zdroje. Např. u parazitických forem bývají rozdíly mezi jednotlivými stádii obrovské, protože obtížné situace, kterým musí čelit, vyžadují v každém okamžiku životního cyklu specifickou specializaci.

. …

Takže podobně jako výskyt křídel podpořil rozšíření a diverzifikaci hmyzu po celém světě, mohla metamorfóza působit jako diverzifikační motor tím, že zvýšila schopnost využívat více a lepších zdrojů.

• Poznámky z předmětu „Pokročilá zoologie“ pořízené během mého studia biologie na Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
• 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).

Hlavní obrázek: Steve Greer Photography.

.