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ENTOMOLOGIA AGRÍCOLA Alessandra Tokarski Anatomia interna dos insetos Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Reconhecer a estrutura geral do tegumento. Analisar a estrutura geral do sistema digestório. Explicar a estrutura geral do sistema circulatório. Introdução Os insetos possuem simetria bilateral, o que significa que o lado direito e o lado esquerdo de seu corpo são essencialmente iguais. Ainda, seu corpo é dividido em três regiões distintas: cabeça, tórax e abdome. A cabeça é responsável pela percepção sensorial, integração neural e coleta de alimentos, enquanto o tórax sustenta as pernas e as asas, responsáveis pela locomoção, e o abdome aloja a maioria dos órgãos viscerais, sistema digestivo, excretor e reprodutor. Neste capítulo, você vai descobrir a estrutura geral do tegumento dos insetos. Além disso, serão detalhadas as divisões anatômicas de seu sistema digestório e seu sistema circulatório. 1 Revestimento dos insetos: tegumento Reconhecer a composição do tegumento dos insetos é fundamental para entender o modo de vida desses animais e para que se compreenda o modo de ação de produtos utilizados no controle de pragas, que atuam nessa estrutura. No geral, o tegumento (Figura 1) dos insetos é dividido em três camadas principais (HICKMAN JR. et al., 2019): a membrana basal; a epiderme; a cutícula. Figura 1. Estrutura do tegumento de um inseto. Fonte: Adaptada de Wigglesworth (1972). A cutícula, composta pela epicutícula e pela procutícula, é secretada pela epiderme. A procutícula é dividida em endocutícula e exocutícula. A exocutícula é a cutícula esclerotizada, também chamada de cutícula quiti- nosa, e a endocutícula está logo abaixo da exocutícula e não é esclerotizada; pelo contrário, é maleável, elástica e semitransparente, e é reabsorvida pelo organismo antes da muda. Essa estrutura pode ser chamada de cutícula não quitinosa (TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015). A cutícula é quimicamente composta por cadeias de um polissacarídeo, a quitina, embutida em uma matriz proteica. A quitina é muito resistente, mas, isoladamente, não torna a cutícula dura. A dureza é derivada de modifica- ções da matriz proteica mais a quitina (GILLOT, 2005). As duas camadas da procutícula são quimicamente semelhantes; o que se altera é a quantidade relativa de quitina-proteína (HICKMAN JR. et al., 2019). A epicutícula, que é a camada mais superficial, não contém quitina. Ela é uma camada de cuticulina, secretada pelos enócitos, polifenóis e ceras produzidas pela epiderme. Essa camada é fundamental para limitar a perda de água por evaporação através da parede corporal, principalmente durante a ecdise, que é a fase em que ocorre a troca de tegumento propriamente dita quitinosa (TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015). Anatomia interna dos insetos2 A membrana basal, por sua vez, é uma camada acelular delgada, composta por polissacarídeos, que se localiza logo abaixo da epiderme. Ela é secretada pelos hemócitos, que são células que estão presentes na hemolinfa dos insetos (GULLAN; CRANSTON, 2017). Por fim, a epiderme é composta por uma camada de células epiteliais secretoras responsáveis pela formação da cutícula como um todo (GILLOT, 2005). Na epiderme, existem inclusões epidérmicas como as glândulas dérmi- cas, que são responsáveis pela produção da epicutícula. Os enócitos, que são produtores de lipoproteínas que formam a camada de cuticulina e os tricógenos, também chamados de sensilos tricóideos, são numerosos no corpo do inseto e formados por uma seta e uma célula tricógena, sendo responsáveis pelo senso tátil e pela audição (GULLAN; CRANSTON, 2017). Ecdise O processo de digestão de porções da cutícula antiga e síntese de uma nova cutícula é chamado de muda e resulta na ecdise. A ecdise é o processo em que ocorre a mudança de tegumento dos insetos, ocasionada por modifi cações de níveis hormonais (GULLAN; CRANSTON, 2017). Segundo Gallo et al. (2002), a troca de tegumento dos insetos ocorre conforme as etapas a seguir. 1. Apólise: as células da epiderme aumentam de tamanho e separam-se do tegumento antigo. 2. Produção de nova epicutícula: os enócitos secretam a nova camada de cuticulina da epicutícula e as células epidérmicas secretam as camadas de polifenóis e de cera. Enquanto isso, enzimas do fluido da ecdise iniciam a degradação da endocutícula, que é reabsorvida para diminuir o gasto de energia. 3. Síntese e deposição da procutícula: inicia a produção da procutícula pelas células da epiderme, a partir de reservas de gordura, glicogênio e proteínas. 4. Ecdise: então, inicia o processo de ecdise, propriamente dito, em que ocorre o rompimento do tegumento antigo ao longo de linhas de fraqueza, geralmente na linha média da superfície dorsal do tórax, a chamada linha da ecdise. A força da ruptura ocorre pela pressão da hemolinfa, forçada para o tórax por meio da contração de músculos abdominais. A divisão do tórax cresce e o inseto se movimenta até sair do tegumento antigo, abandonando a epicutícula antiga e a exocutícula, que formam a exúvia (Figura 2). 3Anatomia interna dos insetos Figura 2. (a) Cigarra (Hemiptera) deixando o tegumento antigo (exúvia) pela linha da ecdise e (b) exúvia de cigarra. Fonte: (a) tienduc1103/Shutterstock.com; (b) Digital Images Studio/Shutterstock.com. 5. Expansão: ocorre a expansão da nova cutícula, que ainda é mole e incolor. 6. Endurecimento e escurecimento: o novo tegumento recebe pigmenta- ção na camada de polifenóis da epicutícula e ocorre a ligação de quitina- -proteínas para a esclerotização na exocutícula do novo tegumento. 7. Deposição da endocutícula: por último, ocorre a deposição da nova endocutícula pelas células da epiderme e, finalmente, o novo tegumento do inseto está formado. Observe, na Figura 3, o processo simplificado de formação de um novo tegumento. Figura 3. Processo simplificado de produção de novo tegumento dos insetos. Fonte: Marques (2018, documento on-line). Anatomia interna dos insetos4 O tegumento dos insetos não possui a capacidade de se distender, por isso o inseto se desenvolve por mudas periódicas. 2 Anatomia do sistema digestório Os insetos possuem uma ampla diversidade de substratos alimentares. O canal alimentar é um tubo (Figura 4) que se estende da boca até o ânus e é diferenciado por três regiões principais (LEITE, 2011; TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015): o intestino anterior, ou estomodeu, com função de estocagem do alimento; o intestino médio, ou mesêntero, que possui enzimas digestivas e ab- sorve nutrientes; o intestino posterior, ou proctodeu, que conduz e elimina as excretas e reabsorve água e sais minerais. Figura 4. Sistema digestório das baratas (Blattodea): (a) vista ventral e (b) lateral. Fonte: sciencepics/Shutterstock.com. 5Anatomia interna dos insetos Segundo Gallo et al. (2002), o espaço que existe entre o tubo digestivo e a parede do corpo é denominada hemocele e ocupada pela hemolinfa; ou seja, o “sangue” dos insetos. A maioria dos insetos possui um par de glândulas situadas logo abaixo da parte anterior do canal alimentar, na cabeça ou no tórax. Essas glândulas são denominadas glândulas labiais e, apesar de não estarem diretamente ligadas ao canal alimentar, participam do processo de digestão ao secretarem saliva, que umedece os alimentos (LEITE, 2011). Em insetos sugadores de sangue, ou hematófagos, como os mosquitos, a saliva não contém enzimas digestivas, mas possui uma substância que evita a coagulação sanguínea, ocasionando um tamponamento mecânico do canal (TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015). Na Figura 5, é possível observar as divisões do aparelho digestório e suas estruturas principais. Figura 5. Sistema digestório dos insetos. Fonte: Gullan e Cranston (1994 apud GALLO et al., 2002, p. 135). O intestino anterior, ou estomodeu, inicia-se na cavidade oral e estende- -se até a válvula cardíaca (GILLOTT, 2005). É dividido em (TRIPLEHORN;JOHNSON, 2015): Anatomia interna dos insetos6 faringe, que está imediatamente após a boca; esôfago, que é um tubo delgado que se estende logo após a faringe; papo, local onde o alimento é armazenado por um tempo e sofre ação de enzimas digestivas; proventrículo, o qual possui dentes quitinosos com função trituradora; válvula cardíaca, a qual se localiza ao final do estomodeu, no início do mesêntero, impedindo o retorno do alimento do mesêntero. Muitos insetos possuem mandíbulas e maxilas mastigadoras que cortam, trituram ou maceram os alimentos e os empurram para a faringe. Em insetos sugadores, a faringe funciona como uma bomba que traz o alimento líquido pelo rostro até o esôfago. A maior parte da digestão química dos alimentos ocorre no intestino médio, ou mesêntero (Figura 6). Essa estrutura é dividida em duas partes principais (GALLO et al., 2002): os cecos gástricos, que se localizam na região anterior do mesêntero e possuem a função de manutenção de bactérias e de outros organismos produtores de enzimas digestivas; o ventrículo, que completa a digestão iniciada no estomodeu. Figura 6. Sistema digestório dos insetos com ênfase no intestino médio, ou mesêntero. Fonte: Terra (1990) e Gullan e Cranston (1994 apud GALLO et al. 2002, p. 137). 7Anatomia interna dos insetos Em muitas espécies, o epitélio do intestino médio e o alimento são separados por uma membrana peritrófica, que é uma rede permeável de quitina e prote- ína. Essa membrana serve para limitar a abrasão do epitélio, principalmente em insetos mastigadores, e diminuir ou evitar o movimento de patógenos do alimento ingerido para outros tecidos do inseto, além de separar os espaços endo e ectoperitróficos (JOLIVET; VERMA, 2005). O mesêntero se estende até a válvula pilórica. Alguns insetos possuem uma modificação no sistema digestivo, com o intestino médio diferenciado em três regiões, ou três ventrículos que formam a câmara filtro, a qual permite que a seiva ingerida passe diretamente da porção anterior do intestino médio para a porção posterior do intestino médio. Esse excesso de seiva passa pelo ânus como honeydew. Essa modificação ocorre, principalmente, em insetos da ordem Hemiptera (TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015). Digite “insetos que se alimentam do líquido açucarado (honeydew)” em seu motor de busca preferido para saber mais sobre os insetos que expelem o honeydew e são pragas de diversas culturas. O intestino posterior, ou proctodeu, estende-se da válvula pilórica até o ânus e é diferenciado em duas estruturas principais: um tubo intestinal anterior dividido em íleo e cólon; o reto posterior, que contém uma abertura terminal, o ânus. Os túbulos de Malpighi pertencem ao sistema excretor e estão localizados na extremidade anterior do proctodeu. O intestino posterior é o ponto final para a absorção de água, sais ou qualquer outro nutriente das fezes e urina (JOLIVET; VERMA, 2005). Anatomia interna dos insetos8 Você sabia que insetos com aparelho bucal sugador, como os percevejos, possuem modificações nessa estrutura de acordo com seu hábito alimentar? Digite “modificações em percevejos (Hemiptera) fitófagos” em seu motor de busca preferido para saber mais sobre o assunto. Como ocorre a excreção? O sistema responsável pela excreção e osmorregulação é chamado de sistema excretor (Figura 7). Esse sistema é composto pelos túbulos de Malpighi e pelo proctodeu, principalmente o reto e íleo. Figura 7. Sistema excretor, mostrando o caminho para a eliminação de resíduos. Fonte: Adaptada de Daly et al. (1978 apud GULLAN; CRANSTON, 2017). 9Anatomia interna dos insetos Os túbulos de Malpighi são protuberâncias do canal alimentar que consistem em túbulos longos e finos, que flutuam na hemolinfa e podem variar de dois até mais de 200, dependendo do inseto (GULLAN; CRANSTON, 2017). Sua função é remover resíduos nitrogenados e regular o equilíbrio da água e de vários sais na hemolinfa. Para isso, produzem um filtrado, considerado a urina primária, que é uma solução isosmótica que contém água, aminoácidos, açúcares e resíduos nitro- genados. Ao chegar no reto, a água e alguns solutos dessa urina são reabsorvidos, enquanto outros são eliminados (TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015). A habilidade de reabsorver a água é muito importante para os insetos, principalmente aqueles que vivem em ambientes secos (HICKMAN JR. et al., 2019). Além dos túbulos de Malpighi, alguns insetos armazenam resíduos e substâncias tóxicas da hemolinfa em células individuais ou tecidos; esse processo é denominado excreção por armazenamento. Para tanto, existem as células pericárdicas, que se localizam na extremidade anterior do vaso sanguíneo e absorvem e decompõem as partículas coloidais da hemolinfa (HICKMAN JR. et al., 2019; TRIPLEHORN; JOHNSON, 2015). Um exemplo é o que ocorre com borboletas da família Pieridae, em que o pigmento branco das escamas é derivado do ácido úrico armazenado em seu interior. Os três principais produtos que são excretados pelos insetos são o ácido úrico, a ureia e a amônia. A amônia, geralmente tóxica, é excretada como uma solução diluída ou volatilizada por meio da cutícula ou das fezes, enquanto a ureia é menos tóxica, mas requer muita água para ser eliminada. O ácido úrico, por fim, não é tóxico e pode ser excretado essencialmente seco, sem ocasionar problemas osmóticos (GULLAN; CRANSTON, 2017). Peculiaridades do sistema digestório dos insetos A diversidade de aparelhos bucais é intimamente relacionada com o hábito alimentar do inseto; porém, modifi cações no aparelho digestório também são refl exo das propriedades mecânicas e da composição nutricional do alimento ingerido (GULLAN; CRANSTON, 2017). No Quadro 1, é possível observar as principais características do aparelho digestório de insetos fitófagos, ou seja, que se alimentam de plantas, como gafanhotos, lagartas e insetos predadores, que se alimentam de outros animais, como o louva-deus e imaturos de libélulas. Anatomia interna dos insetos10 Fonte: Adaptado de Gullan e Cranston (2017). Hábito alimentar Características do aparelho digestório Insetos fitófagos O aparelho digestório é curto e sem áreas para armazenamento, uma vez que o alimento está disponível de forma contínua. Esses insetos precisam processar grande quantidade de alimento devido aos níveis nutricionais de folhas e caules, que, frequentemente, são baixos. Insetos predadores O aparelho digestório desses insetos apresenta uma grande capacidade de armazenamento, pois o alimento pode estar disponível apenas intermitentemente. A dieta de tecido animal é rica em nutrientes e bastante balanceada. Quadro 1. Características do aparelho digestório de insetos fitófagos e insetos predadores Para completar o ciclo de vida e se reproduzir, os insetos necessitam de uma nutrição adequada, composta basicamente por (HIROSE; PANIZZI, 2009): carboidratos, que fornecem energia; aminoácidos, que formam proteínas e enzimas; lipídeos, que atuam como estoque de energia e colesterol para o desen- volvimento, crescimento e a produção hormonal; vitaminas, que são essenciais e específicas em funções fisiológicas; minerais, que contribuem para o desenvolvimento; água e microrganismos, como leveduras, fungos, bactérias e protozo- ários, que atuam como simbionte. Insetos predadores possuem o estomodeu maior para armazenar alimento devido à dificuldade de localização da presa. Além disso, himenópteros sociais, enquanto larvas, não possuem conexão entre mesêntero e proctodeu, sendo os excrementos eliminados apenas na fase adulta. 11Anatomia interna dos insetos 3 Anatomia do sistema circulatório dos insetos Nos insetos, o sistema circulatório é aberto, ou seja, a hemolinfa circula livremente sobre os órgãos internos, na cavidade corporal do inseto, de- nominada hemocele. A hemolinfa é o “sangue” do inseto, cuja função é transportar materiais como nutrientes, hormônios, resíduos, etc., além de estarenvolvida na osmorregulação, equilibrando sais e água no organismo do inseto. Trata-se de um líquido amarelado ou esverdeado e que constitui cerca de 5 a 40% do peso corporal do inseto, sendo próximo de 25% na maioria das vezes (LEITE, 2011). A hemolinfa possui células denominadas hemócitos, que servem para proteger os insetos de microrganismos invasores, tamponar feridas e isolar corpos estranhos como de endoparasitas (JOLIVET; VERMA, 2005). A parte líquida da hemolinfa é o plasma, e contém muitas substâncias dissolvidas e que variam consideravelmente em diferentes insetos e no mesmo inseto em momentos diferentes. O plasma contém pouco oxigênio, sendo que o transporte de oxigênio é função do aparelho respiratório e este não está vinculado ao sistema circulatório (GULLAN; CRANSTON, 2017). O sistema circulatório é composto de um vaso dorsal, sustentado por músculos alares, e é dividido em duas partes principais, o coração posterior e a aorta, que inicia no tórax e termina na cabeça (Figura 8) (HICKMAN JR. et al., 2019). Figura 8. Sistema circulatório aberto dos insetos. Fonte: Transporte... (2014, documento on-line). Anatomia interna dos insetos12 O coração é segmentado, composto por ostíolos, que são aberturas pareadas, por onde a hemolinfa entra no coração. O número de ostíolos varia bastante a depender do inseto. Também possui músculos alares, que sustentam o coração, e válvulas ostiolares, que evitam que a hemolinfa retorne do vaso dorsal para a cavidade geral do corpo; ou seja, dirigem o fluxo da região posterior para a região anterior (HICKMAN JR. et al., 2019). Já a aorta não possui capacidade de contração e, em geral, abre-se diretamente na cabeça, favorecendo o contato da hemolinfa com o cérebro (LEITE, 2011). Além do coração e da aorta, de acordo com Gallo et al. (2002), estendendo- -se lateralmente da região ventral do coração, encontram-se tecidos conectivos finos e músculos transversais que formam o diafragma dorsal. Também há o diafragma ventral, com estrutura fibromuscular. Esse conjunto de diafragmas divide o corpo em três seios: 1. Seio pericárdico, que contém o vaso dorsal e os músculos alares. Nesse seio, a hemolinfa circula do sentido posterior para o anterior. 2. Seio perivisceral, que encerra o trato digestivo com seus órgãos. Nesse seio, a hemolinfa circula do sentido anterior para o posterior. 3. Seio perineural, que contém a corda nervosa e separa-se do seio pe- rivisceral pelo diafragma ventral. Nesse seio, a hemolinfa circula do sentido anterior para o posterior. Os órgãos pulsáteis antenais favorecem a circulação de hemolinfa nas antenas por meio de vasos antenais, que possuem pequenas perfurações por onde passa a hemolinfa (LEITE, 2011). Além disso, existem outros órgãos pulsáteis na base das asas e septos membranosos nas pernas, que também colaboram para a circulação da hemolinfa nessas regiões. Como ocorre a circulação? Na Figura 9, é possível observar o sistema circulatório dos insetos. O coração, quando dilatado, aspira a hemolinfa por meio dos ostíolos, e com uma contração sistólica, em que os ostíolos se fecham, envia a hemolinfa para frente (aorta e cabeça). No tórax, o vaso dorsal recebe a hemolinfa que circulou pelas asas; o fl uxo, então, é dirigido para as antenas (HICKMAN JR. et al., 2019). 13Anatomia interna dos insetos Figura 9. Sistema circulatório dos insetos. Fonte: Adaptada de Wigglesworth (1972). Depois de passar pela cabeça, a hemolinfa é coletada nos seios perivisceral e perineural, passando, portanto, pelo trato digestivo, órgãos reprodutores, sistema nervoso, traqueias e pernas. A contração dos músculos abdominais favorece o deslocamento da hemolinfa para trás, que, depois disso, move-se para cima, no seio pericárdico, retornando ao coração por diástole (GULLAN; CRANSTON, 2017). Digite “cientistas combinam veneno de aranha e proteína de vírus” em seu motor de busca preferido para ver um exemplo da importância de conhecer o sistema circulatório dos insetos para o controle de pragas em culturas de importância econômica. Conhecer a anatomia interna dos insetos é importante para profissionais do campo tendo em vista a grande diversidade alimentar desses artrópodes e que os mé- todos de controle de pragas que existem no mercado atuam em diferentes estruturas e fases dos insetos. Portanto, para que se recomende um método eficiente de controle de pragas, deve-se, essencialmente, saber qual será a atuação do inseticida no corpo do inseto e como inseto pode anular ou diminuir os efeitos tóxicos desse produto. Anatomia interna dos insetos14 GALLO, D. et al. Entomologia agrícola. Piracicaba: FEALQ, 2002. GILLOTT, C. Entomology. 3. ed. Dordrecht: Springer, 2005. GULLAN, P. J.; CRANSTON, P. S. Insetos: fundamentos da entomologia. 5. ed. Rio de Janeiro: Roca, 2017. 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No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links. Anatomia interna dos insetos16