Comparație anatomică a capetelor a două specii de furnici Formica și Brachyponera
De Adrian Richter
Morfologia, una dintre cele mai vechi ramuri ale biologiei datând de J. W. Goethe (Richter și colab. 2014), constă în studiul formei și structurii organismelor. Cercetările morfologice au început cu descrierea organelor și explicarea observațiilor făcute. Biologii caută să înțeleagă cum și de ce organismele vii sunt alcătuite în acest fel. Morfologie.
Organismele interacționează cu mediul lor prin diferite părți ale corpului lor, cum ar fi părțile gurii (legătura) și organele locomotorii. Drept urmare, studiul legăturilor dintre structura și funcția părților corpului din speciile dispărute sau actuale face posibilă înțelegerea comportamentului, ecologiei și evoluției lor din punct de vedere fenotipic (toate trăsăturile observabile într-un organism). Din acest motiv, această disciplină rămâne relevantă în epoca instrumentelor moleculare.
Furnicile reprezintă cel mai divers grup de insecte sociale cu aproape 14.000 de specii descrise (Bolton 2020).
Comportamentul lor social și dominația ecologică fac din aceste insecte un model de studiu atractiv în multe discipline, inclusiv morfologie. Cu toate acestea, cunoștințele în acest domeniu rămân foarte fragmentate, multe zone gri persistă în literatura taxonomică și în cele asociate cu ecologia și comportamentul. Într-adevăr, majoritatea studiilor s-au concentrat în principal pe morfologia externă (a se vedea, de exemplu, Keller 2011).
În ceea ce privește organele interne, studii recente au acordat multă atenție sistemului glandular în detrimentul musculaturii (Billen, 1993). Până în prezent, cele mai ample cercetări privind musculatura capului furnicilor datează de peste o sută de ani și au fost efectuate de John Lubbock (Lubbock, 1877) și de entomologul și anatomistul francez Charles Janet (Janet, 1905) care a publicat numeroase studii privind anatomia diferitelor părți ale corpului mai multor specii de furnici (Figura 1).
Proiectul meu de teză își propune să ofere informații noi și detaliate despre evoluția morfologică a capetelor mai multor specii de furnici. Recent, în parteneriat cu o echipă de morfologi specializați în furnici și biologi evoluționisti, am publicat primul articol al acestui proiect (Richter și colab., 2020). Am analizat capetele a două specii generaliste (dietă nespecializată) din două clade (linii evolutive distincte): Formica rufa (specii tip din familia Formicidae) pentru clada Formicoidelor și Brachyponera luteipes (familia Formicidae) pentru clada Poneroidelor.
Materiale și tehnică
Am combinat metode moderne utilizate rar în acest tip de studiu și tehnici utilizate de câteva decenii sau chiar de un secol.
Cea mai tradițională tehnică se bazează pe pregătirea secțiunilor histologice folosind un microtom. Insecta este scufundată într-o rășină lichidă (araldită) care se infiltrează în toate organele și țesuturile. Odată întărită, rășina este tăiată în benzi groase de 1 µm. Secțiunile sunt apoi colorate cu albastru de metilen pentru a face diferitele țesuturi vizibile. Observațiile au fost făcute cu ajutorul unui microscop care dezvăluie detalii histologice, cum ar fi țesutul glandei interne (Figura 2a).
Figura 2: Exemplu al diferitelor tehnologii utilizate în timpul studiului (aplicat aici la Formica rufa): A) cap obținut prin microscopie electronică cu scanare - B) secțiune histologică - C) secțiune obținută cu ajutorul scanerului CT-Scan - D) Reconstrucție 3D a anatomiei capului (Sursă: Richter și colab., 2020)
Pentru a observa suprafața corpului, recurgerea la un microscop electronic de scanare este cel mai potrivit, primul model comercial datând din 1965. Principiul constă în acoperirea corpului insectei cu particule de aur prin pulverizare, apoi proiectarea pe acesta. . Analiza electronilor reflectați oferă o imagine de înaltă rezoluție (Figura 2b).
Aspectul inovator al studiului nostru constă în tomografia computerizată. Acesta implică scanarea 3D a animalului cu raze X pentru a dezvolta o imagine tridimensională a structurilor morfologice (figura 2D și videoclipuri în partea de jos a articolului).
Dificultăți întâmpinate
Una dintre principalele provocări în anatomia comparată este terminologia. Pentru a interpreta rezultatele observate la mai multe specii, este important să folosiți aceiași termeni pentru aceleași structuri. Pentru a face acest lucru, este necesar să se identifice structurile omoloage, în special cele ale unui strămoș comun (de exemplu, brațele umane și aripile de pasăre provin dintr-un membru anterior al unui strămoș comun).
În literatura mirmecologică, deoarece mulți termeni nu se bazează pe omologii, comparația cu alte insecte este dificilă. De exemplu, tractul digestiv al capului este format din faringe, formând o pompă de aspirație pe partea anterioară a capului și un esofag subțire în partea posterioară. Cu toate acestea, la insecte, partea distală a faringelui este întotdeauna marcată de locul de inserție a doi mușchi (mușchiul fronto-bucal anterior și mușchiul fonto-oral) și de prezența unui ganglion în poziția frontală (partea centrală sistem nervos). Această structură, numită „deschiderea anatomică a gurii”, oferă buni markeri de omologie deoarece este similară indiferent de grupurile de insecte, chiar și filogenetic la distanță.