Propiedades Materiales y Mecánicas Comparativas entre las Partes Bucales de las Cícaras: La Cutícula Mejorada con Elementos Inorgánicos Facilita la Perforación a Través de Tallos Leñosos para la Alimentación
Autores: Reiter, Kristen E.; Perkovich, Cynthia; Smith, Katelynne N.; Feng, Jiansheng; Kritsky, Gene; Lehnert, Matthew S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Propiedades Materiales y Mecánicas Comparativas entre las Partes Bucales de las Cícaras: La Cutícula Mejorada con Elementos Inorgánicos Facilita la Perforación a Través de Tallos Leñosos para la Alimentación
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Biología
Palabras clave
Cigarras
Partes bucales
Elementos inorgánicos
Nanoindentación
Dureza
Módulo elástico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Las cigarras adultas perforan tallos leñosos con sus partes bucales para alimentarse de xilema, lo que sugiere la presencia de adaptaciones cuticulares que podrían aumentar la dureza y el módulo elástico. Probamos las siguientes hipótesis: (a) la cutícula de las partes bucales incluye elementos inorgánicos, que aumentan las propiedades mecánicas; (b) estos elementos son abundantes en estructuras y regiones específicas de las partes bucales responsables de perforar la madera; (c) hay correlaciones entre elementos, que podrían proporcionar información sobre patrones de colocalización de elementos. Utilizamos microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDS) para investigar la morfología de las partes bucales y cuantificar la composición elemental de la cutícula entre cuatro especies de cigarras, incluidas las cigarras periódicas (sp.). Se utilizó nanoindentación para cuantificar la dureza y el módulo elástico de las mandíbulas. Encontramos 12 elementos inorgánicos, incluyendo manganeso y zinc colocalizados en las regiones distales de la mandíbula, la estructura más responsable de perforar la madera; la nanoindentación determinó que estas regiones también eran significativamente más duras y tenían un módulo elástico más alto que otras regiones. La abundancia de manganeso y zinc se relaciona con un aumento de la dureza y rigidez, como en la cutícula de otros invertebrados; sin embargo, este es uno de los primeros informes de metales cuticulares entre insectos con partes bucales perforadoras-suctoras (>100,000 especies descritas). La presente investigación proporciona información sobre el mecanismo de alimentación de las cigarras, un componente importante pero poco estudiado de sus rasgos vitales.
Descripción
Las cigarras adultas perforan tallos leñosos con sus partes bucales para alimentarse de xilema, lo que sugiere la presencia de adaptaciones cuticulares que podrían aumentar la dureza y el módulo elástico. Probamos las siguientes hipótesis: (a) la cutícula de las partes bucales incluye elementos inorgánicos, que aumentan las propiedades mecánicas; (b) estos elementos son abundantes en estructuras y regiones específicas de las partes bucales responsables de perforar la madera; (c) hay correlaciones entre elementos, que podrían proporcionar información sobre patrones de colocalización de elementos. Utilizamos microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDS) para investigar la morfología de las partes bucales y cuantificar la composición elemental de la cutícula entre cuatro especies de cigarras, incluidas las cigarras periódicas (sp.). Se utilizó nanoindentación para cuantificar la dureza y el módulo elástico de las mandíbulas. Encontramos 12 elementos inorgánicos, incluyendo manganeso y zinc colocalizados en las regiones distales de la mandíbula, la estructura más responsable de perforar la madera; la nanoindentación determinó que estas regiones también eran significativamente más duras y tenían un módulo elástico más alto que otras regiones. La abundancia de manganeso y zinc se relaciona con un aumento de la dureza y rigidez, como en la cutícula de otros invertebrados; sin embargo, este es uno de los primeros informes de metales cuticulares entre insectos con partes bucales perforadoras-suctoras (>100,000 especies descritas). La presente investigación proporciona información sobre el mecanismo de alimentación de las cigarras, un componente importante pero poco estudiado de sus rasgos vitales.