Mikä on hyönteisten ulkoluuranko?
Hyönteisten ulkoluuranko on ulkoinen luuranko, joka tukee ja suojaa kaikkien niveljalkaisten kehoa. Sitä pidetään niveljalkaisten (Arthropoda) heimoa määrittävänä ominaisuutena. Joidenkin äyriäisten kohdalla ulkoluurankoa kutsutaan ”kuoreksi”, tämä on vain toinen termi ulkoluurangolle.
Exoskeleton eri osat, lähikuva
Hyönteinen molttaa ulkoluurankoaan
Hyönteisten ulkoluurangon tehtävät
Hyönteisten ulkoluurankoa on helpointa miettiä selkärankaisten luiden ja ihon kannalta. Exoskeleton toimii yhdistelmänä kaikista niistä asioista, joita luut ja iho tekevät selkärankaisille. Joitakin perustoimintoja ovat siis:
- On fyysinen rakenne
- Suojaa fyysisiltä vaurioilta
- Kiinnityspaikka lihaksille
- Toimii rajapintana hyönteisen ja ympäristön välillä
- Toimii aistitiedon vastaanottopaikkana
- Helpottaa ylläpitämään vesitasapainoa (vahakerros)
- Helpottaa estämään haitallisten mikrobien ja kemikaalien pääsyn sisään
- Helpottaa ylläpitämään ionitasapainoa
Huom: Joskus saatat kuulla jonkun puhuvan ulkoluurangosta integumenttina, ja nämä kaksi termiä tarkoittavat enemmän tai vähemmän samaa asiaa. Teknisesti ottaen termi ”integumentti” viittaa ulkoluurangon epidermikseen eli elävään kerrokseen, ja termi ”kynsinauha” viittaa ulkoluurangon elottomaan kerrokseen. Joskus vähemmän akateemisissa tai teknisissä kirjoituksissa integumenttia ja eksoskelettiä käytetään kuitenkin vaihdellen.
Exoskeletin osat
Exoskeletin muodostavat eri osat, kuten yllä olevasta Insect Integument -kuvasta voi nähdä. Periaatteessa ulkoluuranko koostuu elävästä kerroksesta, jota kutsutaan epidermikseksi, ja elottomasta kerroksesta, jota kutsutaan kynsinauhaksi, ja näillä osilla on myös aivan omat rakenteensa.
Ensiksi on epikutikula, joka on aivan ulomman luurangon päällimmäinen osa (näkyy paksuna mustana viivana kuvan yläosassa). Epicuticle on uloin kerros eksoskeleton, se on hyvin ohut, mutta koostuu monista eri kerroksista. Epikutikkelissa on yleensä neljä kerrosta, mutta kerrosten yksityiskohdat vaihtelevat eri hyönteisryhmien välillä, eikä näin ole aina. Sitten on kitiinipitoinen kynsinauha, joka koostuu eksokutikulaarista ja endokutikulaarista. Nämä osat ovat hyvin paksuja ja kitiinisiä (eli sitkeitä, suojaavia ja puoliksi läpinäkyviä). Näillä luurangon osilla on rakenteellinen tehtävä, ne auttavat luurankoa säilyttämään muotonsa. Näitä kahta osaa yhdessä kutsutaan yleensä kynsinauhaksi. Kynsinauha koostuu sekä kitiinistä että proteiinista, josta 20-50 prosenttia on kitiiniä ja loput proteiinia. Lopuksi on ulkoisen luurangon elävä osa, joka on epidermis ja tyvikalvo (basaalilamina). Tämä ulkoisen luurangon osa erittää kynsinauhaa, joka ikääntyy ja nousee yhä lähemmäs ja lähemmäs yläosaa (endokutikula ja eksokutikula läpi), kunnes se on osa epikutikula eli hyönteisen uloin, kovettunut ”kuori”. Kuoren molting tapahtuu, kun uusi kotelo työntää vanhan kotelon pois tieltä. Epidermiksessä on yksi solukerros, ja se sisältää erikoistuneita soluja, kuten rauhassoluja ja aistinsoluja. Epidermiksen alla oleva tyvikalvo (basaalilamina) (tästä nimi) toimii molekyyliseulana, mikä tarkoittaa, että tyvikalvo kontrolloi sitä, mitä aineita epidermis imee itseensä, ja näin ollen sitä, mitkä aineet kulkeutuvat kynsinauhan muodostamiseen.
Epikutikula
Puhutaanpa hieman lisää kerroksista, joista epikutikula koostuu
Kuten sanoin aiemmin, epikutikula koostuu neljästä pääkerroksesta.
- Sementtikerros – toimii vahakerroksen suojana
- Vahakerros – toimii hyönteisen vedenpitävänä kerroksena
- Ulkopuolinen epikutikula – toimii lihaksen kiinnittymispaikkana,ja nee-kutikula suojaa entsyymejä vastaan, ja se voi myös osaltaan vaikuttaa pintakuvioon.
- Sisempi epikutikula-mahdollisesti toimii entsyymivarastona
Sementtikerros voi puuttua monilta hyönteisiltä, mutta yleensä se on olemassa suojaamassa epikutiklan vahakerrosta. Epikutikkelin vahakerros auttaa hyönteistä välttämään kaiken veden haihtumista. Pienen kokonsa vuoksi hyönteiset ovat hyvin alttiita kuivumiselle.
Yhteydessä siihen, että ulompi epikutikula on paikka lihasten kiinnittymiselle ja ehkä osaltaan vaikuttaa pintakuviointiin, se voi myös tarjota venymisrajan moltingin aikana eli sen, kuinka suureksi hyönteinen voi tulla moltingin jälkeen.
Entomologit eivät todellakaan ole varmoja siitä, mitä sisäisestä epikutikkelikerroksesta pitäisi tehdä, ja jotkut uskovat, että sitä ei edes ole, vaan se on pikemminkin ulomman epikutikkelin jatke. Jos se on olemassa ja erillinen kerros ulommasta epikutikkelista, sen tehtävä on luultavasti entsyymivarasto. Sisemmän ja ulomman kerroksen epikutikkelien sekoittumisen vuoksi niihin viitataan joskus vain yhteisesti nimellä ”cutikuliini”.
Kitiinipitoinen kynsinauha
Kitiinipitoisen kynsinauhan kerrokset ovat peräisin prokutikkelista. Hyönteisten kutikula kerrostuu aluksi yhdeksi materiaaliksi, jota kutsutaan prokutiikiksi, ja myöhemmin se eriytyy eksokutiikiksi ja endokutiikiksi, ja eriytyminen johtuu siitä, ovatko kerrokset parkittuja ja vakiintuneita vai eivät, ja miten ne ovat. Kaikki nämä kerrokset koostuvat kitiinistä ja proteiinista.
Eksokutikula
Eksokutikula on parkittu (sklerotisoitunut, tummunut), ja se toimii kaikkien fysikaalisten, kovien ominaisuuksien puolesta. Se vastaa:
- Kovuudesta ja väristä
- Lihaksen kiinnittymisestä
- Jäykkyydestä
- Fyysisestä suojasta
Endokutikula
Endokutikula ei ole tavallisesti parkittunut (sklerotisoitunut, tummunut), ja sen päätehtävä on toimia joustavuutena eksokutikulaarisen jäykkyyden vastapainona. Muuten hyönteinen olisi täysin kovettunut eikä pystyisi liikkumaan. Endokutikula on yleensä kirkas tai väritön ja kalvomainen.
Mesokutikula
Eksokutiklan ja endokutiklan välissä on kerros, jota kutsutaan mesokutiklaksi. Tästä kerroksesta ja sen merkityksestä ei tiedetä paljoa.