Entomologia agraria

Entomologia agraria

Siamo in fase di crescita, poiché si prevede che la popolazione mondiale umana raddoppierà nei prossimi anni. Quindi gli agricoltori dovranno incrementare la produzione di cibo ogni anno. Un aumento di derrate alimentari può essere ottenuto in due vie: una aumentando la superficie agraria utilizzata, o aumentando la produttività di un terreno, quindi aumentando gli input. Ma la disponibilità di terre arabili per un’agricoltura intensiva è limitata se non al limite massimo, e quindi sarà necessario aumentare le rese produttive aumentando l’efficienza delle piante. Aumentare l’efficienza delle piante vuol dire aumentare l’efficienza del sistema fotosintetico, quindi utilizzando piante OGM.

Il problema è che se arriva un fungo o un insetto che mi distrugge tutto ho perso la produzione. Dalla seconda guerra mondiale i governi hanno compiuto sforzi per trovare efficaci metodi di controllo degli insetti. Senza le tecniche disponibili oggi le perdite causate da insetti alle principali colture potrebbero variare tra il 25 e il 100%. Nonostante le strategie di controllo oggi siano molto efficaci, le perdite a livello mondiale sono tuttavia stimate al 15% per le principali colture, quindi il 15% del potenzialmente producibile è perso. Ci sono inoltre insetti dannosi di importanza sanitaria e veterinaria, dannosi per uomo e animali poiché vettori di malattie.

Importanza degli insetti

Gli insetti utilizzati come le api, sono importanti pronubi nei territori agricoli, urbani e naturali. Le api impollinano negli USA circa 130 colture frutticole, orticole, ornamentali e da fibra, contribuendo per circa 15 miliardi di dollari.

Caratteristiche generali degli artropodi

• Simmetria bilaterale, quindi il corpo può essere diviso in due parti uguali da un piano longitudinale.
• Riproduzione sessuale.
• Metameria ovvero il corpo è composto da molti segmenti (somiti o metameri).
• Il corpo è diviso in regioni distinte (capo, torace, addome).
• Esoscheletro, il corpo è ricoperto da una struttura chitinosa che costituisce uno scheletro esterno.
• Appendici articolate, ogni metamero possiede un paio di appendici articolate.
• Doppia corda nervosa ventrale, il sistema nervoso è formato da una coppia di gangli nella parte ventrale del corpo.
• Sistema circolatorio aperto, è solo in parte costituito da vasi che permeano i tessuti con un fluido detto emolinfa, costituito sia da sangue che da linfa.

Gli artropodi si distinguono in crostacei, aracnidi, chilopodi, diplopodi e insetti. Gli insetti hanno un paio di antenne e hanno il corpo diviso in tre sezioni: capo, torace e addome; hanno tre appendici boccali: mandibole, mascelle e labbro inferiore. Gli insetti hanno 3 paia di zampe, più due paia di ali che solo negli insetti non sono delle zampe modificate. Il sistema respiratorio degli insetti è di tipo tracheale, hanno un'apertura genitale alla fine dell’addome.

Lo sviluppo degli insetti

Si sviluppano attraverso stadi giovanili, lo sviluppo comporta un aumento di massa e di volume attraverso la muta, inoltre si sviluppano i caratteri dell’adulto (riproduzione). Lo sviluppo degli insetti va da una forma primitiva simile al lombrico fino alle forme attuali.

Struttura del tegumento

Il rivestimento esterno che circonda gli artropodi è detto tegumento, li protegge avvolgendoli in una sorta di capsula rigida articolata (che fornisce una resistenza meccanica), inoltre permette l’isolamento idrico ed è una barriera contro gli agenti esterni. Il tegumento è anche il punto d’inserzione dei muscoli e dà sostegno agli organi interni, viene definito anche esoscheletro.

Nella parte più bassa del tegumento troviamo la membrana basale, poi troviamo un tessuto monostratificato di cellule che costituiscono l’epidermide, poi troviamo la cuticola, che può essere più o meno spessa, nella parte interna e intermedia è principalmente costituita da chitina, che diventa poi sclerotina nell’esocuticola (parte esterna) molto robusta, oppure ci possono essere altri sviluppi come la resilina (molto elastica, accumula energia potenziale, cavallette). Gli strati di cuticola sono attraversati da dotti ghiandolari che portano secreti all’esterno, e da pori canali che espellono cere nell’epicuticola. L’epicuticola è lo strato più esterno, oltre ad essere sottile ha sullo strato esterno cemento per protezione e uno strato ceroso, idrorepellente ed impermeabile. Dalla cuticola emergono peli, spine, setole e sensilli, hanno ruoli sensitivi principalmente, le setole sono peli con base articolata mentre i sensilli sono setole associate a cellule nervose.

L’endoscheletro è necessario per il sostegno di organi e l’attacco di muscoli, è un punto di ancoraggio robusto e potente, ma non è sufficiente nel capo e nel torace, quindi la cuticola porge anche all’interno del corpo permettendo l’ancoraggio (entroflessioni).

Il capo degli insetti

Il capo è una capsula rigida con apertura anteriore con parti boccali, e apertura posteriore detta foro occipitale, collegata al protorace. Il capo presenta organi sensoriali, quali antenne, occhi composti, e appendici che formano l’apparato boccale, mandibole, mascelle e labbro inferiore. La forma del capo e la sua posizione ci dà informazioni sul tipo di insetto, la forma infatti corrisponde alla funzione: se il capo e le appendici sono verso davanti allora si tratta di un predatore (apparato boccale masticatore come lupo bocca in fuori), se invece la bocca è prona verso il basso in posizione ventrale, come un bruco allora si tratta di un fitofago ectofita (erbivoro), se la posizione dell’apertura boccale e delle appendici sono inclinate verso il basso quasi parallele al ventre, allora si tratta di un fitofago ectofita con apparato boccale pungente succhiante. Esistono anche insetti che hanno l’apertura boccale e le appendici verso l’alto, si tratta di un predatore vivente in cunicoli.

Le antenne sono la sede principale del senso dell’olfatto e sono costituite non da metameri ma da antennomeri in sequenza, detti scalpo, pedicello, flagello, funicolo e clava. In base alle antenne riesco a capire anche il sesso dell’insetto, i quali comunicano attraverso sostanze chimiche che le femmine rilasciano e il maschio percepisce.

Le appendici boccali

Le appendici boccali sono costituite da labbro superiore, che non è una vera appendice ma è parte del capo che copre le appendici boccali, due mandibole, due mascelle, il labbro inferiore. Le mandibole sono due pezzi semplici con movimento a forbice apri-chiudi. Le mascelle sono più complesse, sono divise in più zone: il cardine è la zona basale dove si articolano, poi stipite che porta tre ulteriori parti: lobo interno, lobo esterno e palpo mascellare. L’ultima appendice è il labbro inferiore che è una struttura unica costituita da una parte basale (postmento) e da una parte mediana con palpi detta premento. In origine queste appendici erano zampe ancestrali, poi si sono evolute e il capo non ha perso le appendici, trasformate nella presa del cibo, poi si sono evolute in base all’alimentazione.

Le mandibole hanno base allargata, struttura subtriangolare e sono articolate in due punti, si muovono su un piano con movimento a forbice. Servono per staccare pezzi grossolani di substrato (nostri incisivi). Hanno struttura sclerotizzata e grossa, con forma a cuneo perché deve contenere i muscoli. Le mascelle si muovono in tutte le direzioni dello spazio, il cardine le unisce in un punto. Poi dallo stipite si dividono altre tre componenti: lacinia che assomiglia alle mandibole e sminuzza i pezzi grossi, la galea e il palpo mascellare, il quale è multiarticolato e serve per palpare, cioè esplorare sensorialmente il substrato per sentirne il gusto (lingua) prima di alimentarsi, sono parti mobili tra di loro che permettono di rimescolare il cibo con la saliva.

Il labbro inferiore è un pezzo unico ed è uguale a un secondo paio di mascelle che si è unito tra loro, essendosi fuso ha perso la mobilità, è legato in due punti al capo. Ha delle appendici sensoriali e serve per il deglutimento e per chiudere la cavità orale.

Questo è l’apparato per l’alimentazione solida, cambia se l’alimento è liquido o solubile. Da questo tipo si sono evolute molte varianti: le falene e le farfalle o non si nutrono oppure di nettare (liquido), le mosche mangiano alimenti liquidi o solubili (sciolgono zuccheri iniettando saliva), la zanzara si nutre di sangue (femmina vuole proteine per fare uova, maschio zuccheri), quindi perfora il derma fino al capillare, le api invece sono in grado di lambire (leccare), succhiare e rilasciare saliva per rendere liquidi i solidi solubili.

Apparato boccale pungente succhiante - rincoti

I rincoti hanno apparato specializzato per perforare il substrato e succhiare l’alimento, apparato pungente succhiante. Le tre appendici hanno cambiato conformazione e sono modificate per la dieta, le mandibole e le mascelle sono diventati degli stiletti con due canali (salivare e alimentare), mentre il labbro inferiore ha compito di protezione ed è voluminoso e avvolto su se stesso ma non chiuso.

Le mandibole e le mascelle sono diventati degli stiletti, le mandibole avvolgono le mascelle che hanno due canali, uno per la suzione e l’altro salivare. Questi insetti colpiscono le piante, perforandole con strutture lunghe e sottili, facili danneggiamenti devono essere protette dal labbro inferiore. Per nutrirsi l’insetto appoggia l’apice al substrato, poi con la mandibola spinge, poi entra con l’altra mandibola, così si forma uno spazio libero in cui spinge le mascelle che contengono i due canali. Le mascelle unite entrano nello spazio creato dalle mandibole, ed essendo flessibili esplorano il substrato, mentre penetrano l’insetto rilascia saliva che protegge gli stiletti da reazioni chimiche di difesa.

Apparato boccale succhiante - lepidotteri

I lepidotteri, quindi falene e farfalle si nutrono di nettare, che è già in forma liquida, basta raggiungerlo e succhiarlo. Hanno un apparato semplice, il labbro superiore è una scaglietta, le mandibole sono due scagliette atrofizzate, le mascelle invece sono molto sviluppate, le galea hanno forma di C, che unendosi formano un canale, l’insetto srotola la spirotromba e quando è distesa succhia. La contrazione dei muscoli nel capo, ne riduce il volume e causa un aumento di pressione dell’emolinfa che provoca la distensione della spirotromba.

Apparato boccale lambente succhiante - imenotteri

Gli imenotteri sono le api, hanno un apparato boccale particolare, a loro le mandibole servono per modellare la cera, mentre le mascelle e il labbro inferiore formano un complesso unico. Le galea formano canali al cui interno è presente una porzione del labbro inferiore simile alla lingua, che può succhiare liquidi o rilasciare saliva solubilizzante. La ligula che passa all’interno della galea, contiene due canali, uno per l’emissione di saliva e l’altro per il cibo.

Apparato boccale lambente succhiante - ditteri

I ditteri sono le mosche e hanno un apparato boccale lambente succhiante particolare, notiamo la totale assenza delle mandibole e il labbro inferiore che va a formare una proboscide con dei canali aperti sulla superficie, questi possono succhiare o emettere saliva. Il labbro superiore forma un condotto, detto doccia, che passa all’interno del labbro inferiore. Alla base della proboscide sono presenti sei canali di suzione, detti pseudotrachee, in cui entra e scorre l’alimento liquido.

Il torace degli insetti

Il torace è la porzione del corpo che serve principalmente per il movimento, si compone di 3 somiti: protorace, mesotorace e metatorace. Ogni somite si compone di sterno sulla faccia inferiore, noto sulla faccia superiore, e pleure sui lati. Il torace porta le appendici, zampe e ali, è un tegumento robusto e pieno di muscoli, necessario per la funzione locomotoria. I somiti hanno una struttura robusta e ispessita, in cui le zampe sono inserite tra le pleure e il corrispondente sternite, le ali sono presenti sul 2 e 3 somite, si inseriscono tra pleura e parte dorsale. Le ali sono estroflessioni del tegumento mentre le zampe sono articolate e divise in 6 parti: anca, trocantere, femore, tibia, tarso costituito da tarsomeri, e pretarso, che porta le unghie e strutture per adesione.

In ogni segmento ci sono muscoli, i quali col movimento scaricano l’energia a terra. Gli insetti utilizzano strumenti diversi a seconda della superficie su cui si trovano, se la superficie è scabra utilizzano le unghie, ma se è liscia ritraggono le unghie e usano strutture intermedie prima dell’ultimo tarsomero, detto arolio, che permette la presa e il movimento.

Gli insetti possono camminare, correre e saltare, in base alle necessità gli insetti hanno sviluppato articolazioni diverse; per camminare le zampe sono corte e spesse, per correre femore e tibia sono allungati a più voluminosi (anche sottili), per saltare sono ancora più sviluppati femore e tibia, questo perché sono necessari molti muscoli per scaricare l’energia. Gli insetti possono anche nuotare, in questo caso hanno zampe corte e piatte simili a pagaie, oppure le zampe sono necessarie per cacciare, come per la mantide religiosa, e sono spesse e molto forti, possono anche servire per scavare negli insetti terricoli, sono corte e molto robuste.

Le ali sono espansioni tegumentali, e sono attraversate da nervature o venature, le quali delimitano le celle. Sono necessarie per il volo ma possono assumere diverse funzioni, sono troppo piccole per planare, quindi per la funzione locomotoria gli insetti o sono trascinati dalle correnti d’aria o devono volare con volo battente continuo. Le ali sono grandi e sottili, ma devono essere resistenti quindi sono membranose, con nervature che attuano un rinforzo meccanico. Nelle libellule che sono insetti primitivi le nervature sono molto accentuate, mentre le ali di farfalla sono molto meno membranose ma ricoperte si squame colorate. Ci sono insetti in cui un paio di ali non cresce più per volare, come per coccinelle e coleotteri, ma servono per proteggere il corpo e il secondo paia di ali. I ditteri hanno solo due paia di ali, infatti le mosche hanno il secondo paia di ali atrofizzate che si sono trasformate in bilancieri, che stabilizzano la mosca durante il volo.

L'addome degli insetti

L’addome è formato da metameri, simili tra loro, sono 10 somiti più un ultimo segmento che presenta l’apertura anale. In molte specie i metameri si sono fusi quindi se ne contano 6-7. Questa parte non necessità particolare robustezza, quindi sono poco sclerotizzati se non membranosi. Spesso i segmenti sono sclerotizzati sopra e sotto, mentre membranosi sui lati. Nelle femmine gli apparati genitali sono esterni e presenti sull’8 e 9 urite, mentre nei maschi l’apparato genitale è presente sul 9 urite. In alcune specie le femmine presentano un apparato ovopositore per rilasciare le uova, in altri insetti si è evoluto o si è modificato (pungiglione), o è scomparso. Sull’addome possono essere presenti delle appendici (nei bruchi), non sono delle vere zampe ma estroflessioni del corpo, che la larva utilizza per camminare. Nelle larve di coleottero invece è presente una singola estroflessione che serve per l’ancoraggio. Negli insetti ogni somite nella parte laterale presenta uno stigma.

Il sistema digerente degli insetti

Il sistema digerente degrada il cibo a sostanze semplici che vengono assimilate all’interno dell’organismo. Possiamo dividere il sistema digerente in 3 blocchi:

• L’intestino anteriore detto Stomodeo (faringe, esofago, ingluvie, ventriglio)
• Cardias
• Il sistema medio detto Mesentero (ciechi gastrici)
• Piloro
• L’intestino posteriore Proctodeo (ileo, colo, retto con ampolla e papille rettali)

Sono 3 tratti separati da 2 sfinteri che regolano il flusso, due valvole, cardias e piloro. Ingluvie e ventriglio non sono sempre presenti.

Il primo e l’ultimo tratto sono delle invaginazioni del tegumento, quindi troviamo gli strati ribaltati all’interno: Quindi dall’interno troviamo prima la cuticola detta intima, poi l’epidermide, poi la membrana basale detta tunica propria, poi sono presenti dei muscoli circolari nel proctodeo per muovere il cibo, muscoli longitudinali, e infine tunica peritoneale che isola dalla cavità corporea. Il mesentero invece si sviluppa dal foglietto embrionale interno, infatti viene a mancare l’intima, mentre il resto è identico. L’intima è sostituita da una struttura diversa detta membrana peritrofica. Nell’epidermide sono presenti cellule preposte all’assorbimento.

Intestino anteriore

È un’invaginazione tegumentale, infatti ha la stessa struttura del tegumento, svolge diversi ruoli: trasporto degli alimenti, accumulo nelle ingluvie, e triturazione nel ventriglio. In alcuni casi in cui l’alimentazione è liquida la faringe lavora come una pompa per aspirazione, e in alcuni casi l’inizio della digestione avviene nelle ingluvie, ma non si ha mai l’assorbimento. Nelle ingluvie il cibo sosta quindi gli enzimi salivari iniziano la digestione, non può avvenire l’assorbimento perché è presente la cuticola. Il ventriglio è fatto di introflessioni sclerotizzate che si muovono con funzione di triturare il cibo, la struttura che tritura è l’intima, cuticola spessa e dura. L’intestino anteriore termina con il Cardias, valvola unidirezionale.