메뚜기 날개의 복잡한 혈림프 순환 패턴

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 313(2023) 이 기사 인용

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곤충의 생활 시스템(순환, 호흡, 분지 신경계)은 몸에서 날개까지 확장됩니다. 날개 혈림프 순환은 조직에 수분을 공급하고 날개 전체의 감각 기관과 같은 생명체에 영양분을 공급하는 데 중요합니다. 건강한 날개 기능을 유지하는 데 있어 혈림프 순환의 중요한 역할에도 불구하고 날개는 종종 "생명이 없는" 표피로 간주되며 흐름은 대체로 정량화되지 않은 상태로 남아 있습니다. 메뚜기 Schistocerca americana의 날개와 몸체에 있는 혈림프의 고속 형광 현미경 및 입자 추적을 통해 앞날개와 뒷날개의 모든 정맥에서 역동적인 흐름이 밝혀졌습니다. 전역 시스템은 회로를 형성하지만 국지적 흐름 거동은 복잡하며 박동성, 비주기적, "누출" 흐름이라는 세 가지 뚜렷한 유형을 나타냅니다. 흉부 날개 심장은 등 혈관보다 느린 주파수로 날개에서 혈림프를 끌어당깁니다. 그러나 뒷날개에서 돌아오는 혈림프의 속도는 등쪽 혈관의 속도보다 빠릅니다. 날개의 내부 흐름 역학을 특성화하기 위해 우리는 날개 전체에 걸쳐 무차원 흐름 매개변수를 매핑하여 점성 흐름 체계를 드러냈습니다. 날개는 수분과 이동과 같은 생태학적으로 중요한 곤충 행동을 유지합니다. 날개 순환 시스템의 분석은 날개 건강과 곤충 비행을 유지하는 데 필요한 중요한 혈역학을 조사하는 향후 연구를 위한 템플릿을 제공합니다.

곤충 날개는 종종 죽어 생명이 없는 표피로 생각되지만, 기능하고 건강한 날개는 내부의 활성 순환 흐름과 불가분의 관계가 있습니다1,2,3. 곤충의 혈액인 혈림프는 조직에 수분을 공급하고, 신경계와 호흡계에 영양분을 공급하며, 면역 기능과 관련된 세포를 순환시켜 모든 곤충에게 중요한 생리적 기능을 제공합니다4,5,6. 이러한 시스템은 날개로도 확장되고 분기되어 신체에서와 마찬가지로 혈림프에 의한 영양분을 필요로 합니다7,8. 혈림프의 흐름은 곤충 발달에도 관여하며 성장, 변태, 우화 및 날개 확장 중에 유압 도구 역할을 합니다9,10. 날개 자체 내에서는 나비목 날개의 냄새 생성 기관8과 잠자리 날개 전체에 분포된 수천 개의 감각 털6,12,13과 같은 살아있는 기관과 감각 구조11에 혈림프 순환이 필요합니다. 레실린과 같이 날개 정맥에 내장된 구조 조직은 혈림프 수화에 의존하여 젖은 살아있는 날개에 건조된 죽은 날개와 다른 기계적 특성을 제공하여 곤충 비행을 위한 순환의 필수적인 역할을 보여줍니다. 실제로 건조 상태에서 곤충 표피의 인성은 극적으로 감소합니다17. 그러나 곤충 날개의 구조적 및 공기 역학적 특성은 상대적으로 잘 연구되었지만 날개 내의 내부 생활 시스템과 이를 공급하는 흐름은 곤충 생태와 진화에 대한 중요한 중요성에도 불구하고 대체로 무시되었습니다.

날개의 순환에 관한 몇 가지 광범위한 추세는 잘 알려져 있습니다. 14개 곤충목 전체에 걸쳐 휴식 중인 곤충에는 두 가지 주요 흐름 패턴이 있습니다. 즉, 순환 흐름(단방향: 순환형)과 조수 흐름(양방향: 모든 정맥에서 동시에 이동한 후 나가기)7,19,20입니다. 예를 들어, 모기 날개는 박동 방식으로 날개에서 혈림프를 끌어당기는 독립적인 흉부 날개 심장에 의해 구동되는 작은 밀리미터 크기의 날개 내에서 순환적인 흐름을 나타냅니다. 이와 대조적으로 나비목(Lepidopterans)은 일부 종에서 조수 흐름을 보여줍니다. 날개 길이가 30cm인 거대한 아틀라스 나방(Attacus atlas)은 여러 개의 흉부 날개 심장, 흉부 기낭 및 정맥으로 뻗어 있는 기관을 사용하여 모든 날개 정맥을 통해 혈림프를 밀고 당깁니다19. 더 작은 나비목에 대한 최근 연구에서는 한 종(Vanessa Cardui)에서는 조수 흐름이 나타났지만 다른 두 종(Satyrium caryaevorus 및 Parrhasius m-album)에서는 날개에 냄새 생성 기관이 있는 우회 흐름이 밝혀졌습니다8. 이는 흐름 패턴이 특정 날개 구조에 서비스를 제공하는 기능을 할 수 있음을 시사합니다. .