Długie czułki i małe oczy owadów

Niedawno przedstawiłam i opisałam oczy ważek, które wśród owadów posiadają najlepszy wzrok (za to mają małe antenki). Dla porównania przedstawiam kilka przykładów (zdjęć) innych gatunków owadów, by pokazać jak małe (słabiej rozwinięte), w porównaniu do ważek, mają oczy. Przy okazji można zobaczyć także ich czułki, a czasem i pseudoźrenicę.

Długoskrzydlak sierposz (Phaneroptera falcata) posiada cieniutkie i bardzo długie czułki, które... nie zmieściły się w kadrze. (więcej zdjęć)

Pseudoźrenica - gdzie patrzy ważka?

Znalazłam pewną informację, która mnie zaintrygowała:
Ważki potrafią rozpoznać inne ważki oraz konkretne obiekty nawet z odległości 40 metrów. 
W ciągu 1 s rozpoznają 175 [?] obrazów (człowiek zaledwie 20. Przypomnę, że 24 obrazy na sekundę odbieramy jako film).
Oczywiście, oczy ważki mają mniejszą rozdzielczość niż oczy kręgowców, ale są bardzo wrażliwe na ruch i zmiany natężenia światła. Obszarem najlepszego widzenia jest tzw. pseudo-źrenica, czyli obszar oka ustawiony prostopadle do obiektu. 

Czym jest pseudoźrenica?

Wg źródła jest to czarny obszar w oku ważki, który powstaje na skutek pochłaniania fotonów związanych z wytwarzaniem w oku obrazu patrzącej na owad osoby. Pseudoźrenica to tysiące aktywnych oczek prostych. Położenie pseudo-źrenicy ma jeszcze jedną szczególną cechę - pozwala rozpoznać na co patrzy ważka (na oku widać odbity obraz).

Bardzo mnie to zaciekawiło. Wyszukiwanie pod hasłem "pseudoźrenica" doprowadziło mnie do forum terrarystów, gdzie opisano ją (mniej więcej) tak:

• tak zwana pseudoźrenica to dno oka. Widzisz ją tylko w tych fasetkach, które są ustawione dokładnie na tej samej linii, na której jest twoja soczewka i plamka żółta w dnie twego oka. 
• to jest ta część oka, na którą patrzysz dokładnie prostopadle. A że w każdym położeniu względem oka [owada] znajdzie się taki obszar fasetek, wygląda to tak jakby owad zawsze patrzył ci w oczy i na każdy ruch wodził za tobą wzrokiem. 

Oczy owadów

Oko złożone współczesnych stawonogów  składa się z szeregu tubkowatych elementów rozmieszczonych najczęściej sferycznie. Pojedynczy element (omatidium) od strony zewnętrznej  zakończony jest soczewką skupiającą światło, które wpada do wypustki nerwowej na końcu omatidium przez lejkowatą tubkę. Omatidia mają kształt sześciokątnych fasetek (stąd oko złożone zwane jest okiem fasetowym) i często przypominają plaster miodu.
Prawdopodobnie największą ilość fasetek zawierają oczy ważki - ok. 30 tysięcy w jednym oku (omówiłam je tutaj).

Omatidia oddzielone są od siebie ściankami i każde rejestruje swój własny obraz. Ponieważ w większości przypadków oczy mozaikowe są sferyczne, dysponują bardzo szerokim polem widzenia (nawet 360°), co powoduje, że obrazy z sąsiednich fasetek mogą być bardzo rozbieżne. Dla drapieżników, takich jak ważki, ważne jest zatem, aby tych soczewek było jak najwięcej.
Obraz z każdej wypustki nerwowej przetwarzany jest przez system nerwowy dając ogólny pogląd na otoczenie. Obraz widziany przez oko fasetkowe nie jest zbyt ostry, ale za to dobrze rejestruje zmiany światła, jego intensywność i polaryzację. Niektóre oczy mozaikowe mają nieco większy zakres rejestracji widma niż oko ludzkie.

Oczy złożone występują u organizmów z różnych środowisk. Wyróżnia się dwa typy tworzenia obrazu: apozycyjny i superpozycyjny.

• typ apozycyjny [owady dzienne]-  omatidium rejestruje tylko obraz, który tworzą promienie padające  prostopadle na fasetki.

• typ superpozycyjny [owady nocne, wiele skorupiaków] -  omatidium rejestruje więcej promieni, a obraz obiektu składany może być nawet z 30 sąsiednich fasetek. Obraz zyskuje na jasności, ale traci na ostrości.

Anteny ważek

Czułki (anteny) ważki

Ważki posiadają czułki szczecinowate, bardzo krótkie, 3–7 członowe.
Stanowią one organ węchu, receptor bodźców chemicznych oraz dotyku. Organem dotyku są także włoski znajdujące się na części "twarzowej".

"Poza olbrzymimi oczami, nie mniej ważnym czynnikiem w optymalnym locie jest kontrola szybkości. U ważek z przodu głowy, w miejscu bardzo dogodnym dla opływającego je strumienia powietrza, zainstalowane są dwie małe antenki. W czasie lotu strumień powietrza odchyla owe antenki do tyłu. Komórki czuciowe mierzą to wychylenie i przesyłają odpowiednie informacje do mózgu, gdzie z tych danych wyliczona zostaje własna szybkość względem otoczenia. Dla precyzyjnego lotu te antenki są niezbędnym urządzeniem".(źródło)

 

Czułki ważki pełnią także ważną rolę nawigacyjną podczas lotu!

 Co to są czułki (anteny) u owadów i jak są zbudowane?

Złożone oczy ważki

Największą powierzchnię na głowie ważki zajmują oczy złożone, których kąt widzenia sięga 360 stopni. To m.in. dzięki doskonałemu (jak na owady) wzrokowi ważki są wyśmienitymi łowcami. 

Głowa i oczy żagnicy jesiennej

Porównując oczy szablaka i żagnicy (których wielkość ciała wyraźnie się różni) można zauważyć, że żagnica ma lepszy wzrok, gdyż jej oczy są większe i zawierają znacznie więcej gęsto rozmieszczonych maleńkich fasetek.

Głowa i oczy szablaka

Oczy ważek zbudowane są z około 30 tysięcy pojedynczych, sześciokątnych komórek (fasetek). Każda taka komórka jest pojedynczym okiem zaopatrzonym w drobniutką soczewkę. Każde oko posiada swój własny kąt widzenia. Wszystkie razem obejmują zatem bardzo szerokie pole, bez potrzeby poruszania okiem lub głową. Inną zaletą budowy tego typu oka jest to, że potrafi ono rozpoznać w ciągu sekundy około 300 obrazów (dla porównania: oko człowieka tylko 20). Dzięki temu wyrafinowanemu technicznemu rozwiązaniu ważka otrzymuje znacznie więcej informacji optycznych, co jest konieczne do szybkiego i precyzyjnego lotu, w czasie którego relatywnie porusza się otoczenie. W czasie lotu optyczne centrum ważek otrzymuje o wiele więcej informacji aniżeli w czasie spoczynku. Obraz powstający w fasetkowym oku ważki jest więc efektem współdziałania wysoko wyspecjalizowanych systemów szybkiego przebiegu w czasie i małej zdolności rozdzielczej na powierzchni oka.(źródło)

Wyjaśnienia pojęć: fasetka, oczy złożone (fasetowe), przyoczko

Omatidium (łac. ommatidium, lm ommatidia), fasetka – podstawowy element budowy oka złożonego. Ma kształt wydłużonego stożka. Zbudowane jest z przejrzystej rogówki pochodzenia oskórkowego, aparatu dioptrycznego, aparatu receptorycznego i izolacji pigmentowej. Każda fasetka posiada własną rogówkę, aparat dioptryczny, komórki barwnikowe i receptory i odbiera tylko wąski wycinek pola widzenia. Daje to obraz mozaikowy, który zostaje przetworzony w układzie nerwowym.
W oku złożonym pojedyncze omatidia znajdują się blisko siebie, a ich aparaty dioptryczne składają się na główną jego powierzchnię.
Liczba fasetek w oku jest zależna od gatunku – od jednej u mrówki z gatunku Pomera punctatissima do wielu tysięcy u ważek. Obraz odbierany przez poszczególne ommatidia składa się na obraz przypominający ten widziany na ekranie telewizora lub na monitorze komputera, a jego wyrazistość zależy od ilości fasetek ("rozdzielczości").

Skrzydła owadów - teorie pochodzenia

Aves (ptaki), Chiroptera (nietoperze) i Insecta (owady) - co łączy te trzy odmienne grupy zwierząt? Oczywiście zdolność do aktywnego (z pewnymi wyjątkami) lotu, ewentualnie lotu ślizgowego. O ile u nietoperzy i ptaków skrzydła stanowią organy homologiczne, o tyle narządy te są analogiczne względem tych występujących u owadów. Skrzydła ptaków czy nietoperzy są zmodyfikowanymi kończynami przednimi (mięśnie, kości, morfologia, anatomia itd.). 
A czym są skrzydła owadów?  Niestety, ich pochodzenie nie zostało do końca wyjaśnione, choć powstało kilka hipotetycznych teorii ewolucjonizmu w aspekcie uzyskania zdolności lotu przez owady - jedyne latające bezkręgowce.
Po dziś dzień nie sformułowano jednej teorii, która pogodziłaby wszystkich uczonych zajmujących się ewolucją skrzydeł owadów. Stąd też mnogość i liczne odgałęzienia tych teorii, obarczonych mniej lub bardziej słusznymi błędami i niedociągnięciami. 
Natomiast wszyscy teoretycy szukają odpowiedzi na 5 pytań (wg Gillotta), czyli:

1.  Jaki był charakter połączeń prekursorów skrzydeł:- stawowy czy sztywny - zrośnięty?
2.  W którym miejscu ciała po raz pierwszy pojawiły się skrzydła i ile ich było początkowo?
3.  Do czego służyły pierwotnie proskrzydła?
4.  Jakie czynniki środowiska doprowadziły do powstania takiej postaci skrzydeł jako tworów nośnych?
5.  Jakie środowiska zasiedlały owady pierwotnie uskrzydlone, przodkowie dzisiejszych Pterygota?

Owady uskrzydlone (Pterygota) – owady skrzydlate lub wtórnie bezskrzydłe o odwłoku pozbawionym odnóży krocznych (typowych czy zmodyfikowanych). Owady uskrzydlone to najliczniejszy takson zwierzęcy, obejmujący około 1 milion gatunków. Zamieszkują środowiska lądowe wszystkich kontynentów, a także środowisko słodkowodne i (rzadziej) morskie, przy czym przystosowanie do życia w wodzie jest wtórne. (źródło)

Pośród teorii pochodzenia owadzich skrzydeł na szczególną uwagę zasługują dwie, cieszące się największą liczbą zwolenników - teoria paranotalna i skrzelotchawkowa.

Komputerowy model lotu ważki

Gdy ważka zrywa się do lotu jej skrzydła zawirowują powietrze wytwarzając złożone struktury (ciąg powietrza). Niedawno zespół badaczy z Uniwersytetu Stanowego im. Braci Wright w stanie Ohio, w oparciu o dokładną analizę ruchów ważki, stworzył pierwszą symulację 3-D tego zjawiska. Można ją obejrzeć na powyższym filmie. 
Wykreowanie tej komputerowej symulacji stało się możliwe dzięki wykorzystaniu kamer dużych prędkości oraz umocowaniu na skrzydłach ważek (różnoskrzydłych) specjalnych znaczników (markerów) śledzonych przez komputer. Wyniki tego przedsięwzięcia umożliwiły stworzenie matematycznego modelu lotu ważki precyzyjnie symulującego zawirowania powietrza oraz ukazanie sposobu ich powstawania (wytworzenia).
Zespół naukowców zamierza wykorzystać tę symulację przy konstruowaniu mikro pojazdów powietrznych (MAV, czyli  micro-air vehicle), które mogą być użyteczne podczas akcji poszukiwawczych i ratowniczych oraz monitoringu miejsc użyteczności publicznej.

Mity o prędkości lotu ważek. Obalam

Z informacją, że ważka w ciągu 1 sekundy jest w stanie pokonać odległość równą stu długościom jej ciała zetknęłam się już niejednokrotnie. To nasunęło mi pomysł, by zweryfikować tę informację, zwłaszcza, że nie mogę pogodzić się z mnóstwem rozbieżnych danych dotyczących faktycznej prędkości ważek. Pomału ustalenie tego faktu, zupełnie mimo woli, staje się moją małą obsesją :-P.

Aby dokonać obliczeń postanowiłam uwzględnić długość ciała największych i najmniejszych ważek występujących w Polsce. Do największych pod względem długości ciała należą husarz władca (84 mm) oraz dwa gatunki z rodziny szklarnikowatych: szklarnik leśny i szklarnik górski (w zależności od źródła i płci mogą one osiągać długość od 78 do 85 mm). Dla uproszczenia uwzględnię tylko husarza władcę.
Z kolei najmniejszą długość ciała spośród ważek różnoskrzydłych (latających szybciej od równoskrzydłych, dlatego te pominęłam) ma szablak przepasany - zaledwie 32 mm. Dorzucam jeszcze najdłuższą i najkrótszą ważkę świata (źródło), zakładając dla dobra sprawy, że obie są dobrymi lotnikami (na razie nic nie wiem o tych gatunkach. No, może tyle, że bardzo małe ważki wcale nie latają, tylko przesuwają się po roślinach, by coś upolować).

Oto moje pierwsze zestawienie:

100 długości ciała na sekundę - ile to kilometrów na godzinę? Mit o prędkości ważek - tabela nr 1.