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IGNOU MZOE-004 Solved Question Paper PDF
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IGNOU MZOE-004 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (a) एक कीट के सिर की सामान्य आकारिकी लिखिए। (b) कीटों में मादा प्रजनन में किशोर हार्मोन (जेएच) और एकडिस्टेरॉइड्स की भूमिका पर चर्चा कीजिए।
Ans.
(a) कीट के सिर की सामान्य आकारिकी:
कीट का सिर शरीर का अग्र भाग होता है, जो एक कठोर, स्क्लेरोटाइज्ड कैप्सूल होता है जिसे हेड कैप्सूल कहा जाता है। यह मुख्य रूप से संवेदी कार्यों और भोजन ग्रहण के लिए जिम्मेदार होता है। सिर की संरचना में निम्नलिखित भाग शामिल हैं:
- स्क्लेराइट्स (Sclerites): हेड कैप्सूल कई स्क्लेराइट्स के संलयन से बनता है जो टांके (sutures) द्वारा अलग होते हैं। मुख्य स्क्लेराइट्स में शामिल हैं: वर्टेक्स (शीर्ष), फ्रॉन्स (ललाट), क्लायपियस (मुखीय पट्टिका), और गेना (गाल)। पश्च भाग को ओसिपुट कहा जाता है।
- संवेदी अंग:
- संयुक्त आँखें (Compound Eyes): ये मुख्य दृश्य अंग हैं, जो ओम्मैटिडिया नामक कई व्यक्तिगत इकाइयों से बने होते हैं।
- ओसेली (Ocelli): ये सरल आँखें होती हैं जो आमतौर पर सिर के पृष्ठीय या अग्र भाग पर स्थित होती हैं और प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन का पता लगाती हैं।
- एंटेना (Antennae): ये खंडित उपांग हैं जो मुख्य रूप से स्पर्श, गंध, आर्द्रता और तापमान के लिए संवेदी अंगों के रूप में कार्य करते हैं।
- मुख-अंग (Mouthparts): ये भोजन ग्रहण के लिए अनुकूलित होते हैं। एक सामान्य चबाने वाले प्रकार के मुख-अंग में एक लेब्रम (ऊपरी होंठ), एक जोड़ी मैंडिबल (जबड़े), एक जोड़ी मैक्सिला , और एक लेबियम (निचला होंठ) होता है।
सिर एक पतली, झिल्लीदार गर्दन, जिसे सर्विक्स कहते हैं, के माध्यम से वक्ष से जुड़ा होता है, जो सिर को गतिशीलता प्रदान करता है।
(b) मादा प्रजनन में किशोर हार्मोन (जेएच) और एकडिस्टेरॉइड्स की भूमिका:
किशोर हार्मोन (जेएच) और एकडिस्टेरॉइड्स मादा कीटों में प्रजनन प्रक्रियाओं के नियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
किशोर हार्मोन (JH):
- विटेलोजेनेसिस (Vitellogenesis): जेएच की प्राथमिक भूमिका विटेलोजेनेसिस , यानी पीतक प्रोटीन (yolk proteins) के संश्लेषण और ग्रहण को प्रोत्साहित करना है। यह फैट बॉडी (वसा काय) को विटेलोजेनिन (yolk protein precursor) का उत्पादन करने के लिए उत्तेजित करता है, जो बाद में हीमोलिम्फ के माध्यम से बढ़ते हुए अंडाणुओं (oocytes) तक पहुँचाया जाता है।
- सहायक ग्रंथियों का कार्य: जेएच मादा सहायक ग्रंथियों के विकास और स्रावी गतिविधि को भी नियंत्रित करता है, जो अंडे के खोल (एग शेल) बनाने या अंडे के समूहों को एक साथ चिपकाने के लिए पदार्थ उत्पन्न करती हैं।
एकडिस्टेरॉइड्स (Ecdysteroids):
- अंडाणु परिपक्वता (Oocyte Maturation): जबकि जेएच पीतक जमाव शुरू करता है, अंडाशय द्वारा उत्पादित एकडिस्टेरॉइड्स अंडाणु परिपक्वता के बाद के चरणों को नियंत्रित करते हैं।
- कोरियोन संश्लेषण (Chorion Synthesis): एकडिस्टेरॉइड्स कोरियोन (अंडे का बाहरी खोल) के संश्लेषण को प्रेरित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह विटेलोजेनेसिस के अंत और ओव्यूलेशन (अंडोत्सर्ग) की शुरुआत का संकेत देता है।
- हार्मोनल इंटरप्ले: कई प्रजातियों में, इन दोनों हार्मोनों के बीच एक जटिल परस्पर क्रिया होती है। जेएच की उपस्थिति एकडिस्टेरॉइड्स के उत्पादन को उत्तेजित कर सकती है, और दोनों मिलकर प्रजनन चक्र के सटीक समय को सुनिश्चित करते हैं। इस प्रकार, जेएच और एकडिस्टेरॉइड्स का समन्वित स्राव और क्रिया मादा कीट में सफल प्रजनन के लिए आवश्यक है।
Q2. (a) एपटेरीगोटा के महत्वपूर्ण लक्षण लिखिए। (b) निम्नलिखित प्रत्येक कीट गण का एक उदाहरण लिखिए: (i) डिप्टेरा (ii) कोलोप्टेरा (iii) हेमिप्टेरा (iv) लेपिडोप्टेरा (v) हाइमेनोप्टेरा
Ans.
(a) एपटेरीगोटा के महत्वपूर्ण लक्षण:
एपटेरीगोटा एक उपवर्ग है जिसमें वे कीट शामिल हैं जो आदिम रूप से पंखहीन होते हैं, अर्थात उनके विकासवादी इतिहास में कभी पंख नहीं थे। उनके मुख्य लक्षण निम्नलिखित हैं:
- पंखहीन अवस्था: ये कीट जन्म से ही पंखहीन (wingless) होते हैं। यह एक आदिम विशेषता है, जो उन्हें टेरीगोटा (पंख वाले कीट) से अलग करती है, जिनके कुछ सदस्य द्वितीयक रूप से पंखहीन हो सकते हैं।
- अमेटाबोलस विकास (Ametabolous Development): इनमें कोई कायांतरण नहीं होता है। युवा (nymphs) वयस्कों के लघु रूप होते हैं, जो आकार में बढ़ते हैं और निर्मोचन के माध्यम से यौन परिपक्वता प्राप्त करते हैं, लेकिन उनके रूप में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं होता है।
- प्री-जेनिटल उपांग: पेट के खंडों पर छोटे, पैर जैसे उपांग होते हैं जिन्हें स्टाइली (styli) कहा जाता है, जो गति में सहायता करते हैं।
- मुख-अंग: इनमें चबाने वाले प्रकार के मुख-अंग होते हैं। कुछ समूहों में, मुख-अंग सिर के कैप्सूल के अंदर वापस ले लिए जाते हैं, एक स्थिति जिसे एंटोग्नैथस (entognathous) कहा जाता है (जैसे, कोलम्बोला, डिप्लूरा)। अन्य में, वे बाहर की ओर होते हैं, जिसे एक्टोग्नैथस (ectognathous) कहा जाता है (जैसे, थाइसान्यूरा)।
- वयस्क अवस्था में निर्मोचन: पंख वाले कीटों के विपरीत, एपटेरीगोट्स यौन रूप से परिपक्व होने के बाद भी निर्मोचन (moulting) करना जारी रखते हैं।
- सरल आँखें: इनमें संयुक्त आँखों के अलावा, सरल आँखें (ओसेली) भी हो सकती हैं या आँखें पूरी तरह से अनुपस्थित हो सकती हैं।
उदाहरणों में सिल्वरफिश (थाइसान्यूरा) और स्प्रिंगटेल्स (कोलम्बोला) शामिल हैं।
(b) कीट गणों के उदाहरण:
निम्नलिखित प्रत्येक कीट गण का एक उदाहरण नीचे दिया गया है:
- (i) डिप्टेरा (Diptera): इस गण के कीटों में केवल एक जोड़ी कार्यात्मक पंख होते हैं, जबकि पश्च पंख हॉल्टेरेस नामक संतुलन अंगों में संशोधित हो जाते हैं। उदाहरण: घरेलू मक्खी (Musca domestica)
- (ii) कोलोप्टेरा (Coleoptera): यह कीटों का सबसे बड़ा गण है, जिसकी विशेषता अग्र पंखों का एलीट्रा (elytra) नामक कठोर आवरण में रूपांतरण है, जो पश्च झिल्लीदार पंखों की रक्षा करते हैं। उदाहरण: लेडीबग बीटल (Coccinella septempunctata)
- (iii) हेमिप्टेरा (Hemiptera): इन कीटों को “सच्चे खटमल” (true bugs) के रूप में जाना जाता है और इनमें चुभने और चूसने वाले मुख-अंग होते हैं। कई प्रजातियों में, अग्र पंख आधे कठोर और आधे झिल्लीदार होते हैं, जिन्हें हेमीलीट्रा (hemelytra) कहा जाता है। उदाहरण: बेड बग या खटमल (Cimex lectularius)
- (iv) लेपिडोप्टेरा (Lepidoptera): इस गण में तितलियाँ और पतंगे शामिल हैं, जिनके पंख छोटे-छोटे शल्कों (scales) से ढके होते हैं। उनके मुख-अंग आमतौर पर तरल भोजन चूसने के लिए एक प्रोबोसिस (proboscis) में संशोधित होते हैं। उदाहरण: मोनार्क तितली (Danaus plexippus)
- (v) हाइमेनोप्टेरा (Hymenoptera): इस गण में चींटियाँ, मधुमक्खियाँ और ततैया शामिल हैं। इनकी विशेषता दो जोड़ी झिल्लीदार पंख होते हैं जो उड़ान के दौरान छोटे हुक (हैमुली) द्वारा एक साथ जुड़े रहते हैं, और कई मादाओं में एक अंड निक्षेपक (ovipositor) डंक में संशोधित हो जाता है। उदाहरण: शहद की मक्खी (Apis mellifera)
Q3. (a) एक विशिष्ट कीट पैर की संरचना का उपयुक्त चित्र के साथ वर्णन कीजिए। (b) कीटों में उपचर्म के महत्व पर चर्चा कीजिए।
Ans.
(a) एक विशिष्ट कीट पैर की संरचना:
एक कीट का पैर वक्ष के तीन खंडों (प्रोथोरैक्स, मेसोथोरैक्स, और मेटाथोरैक्स) में से प्रत्येक पर एक जोड़ी में मौजूद होता है। यह मुख्य रूप से चलने, दौड़ने, कूदने, खोदने और तैरने जैसे विभिन्न कार्यों के लिए अनुकूलित होता है। एक विशिष्ट कीट पैर में निम्नलिखित पाँच मुख्य खंड होते हैं:
(नोट: परीक्षा में, निम्नलिखित वर्णन के साथ एक नामांकित चित्र बनाया जाना चाहिए।)
चित्र का वर्णन: चित्र में एक कीट के पैर को उसके शरीर से जुड़े हुए दिखाया गया है, जिसमें सभी खंडों को स्पष्ट रूप से नामांकित किया गया है।
पैर के खंड:
- कोक्सा (Coxa): यह पैर का आधारीय खंड है जो पैर को वक्ष से जोड़ता है। यह आमतौर पर छोटा और मोटा होता है और गति की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।
- ट्रोकेंटर (Trochanter): यह एक छोटा, आमतौर पर एकल-खंडीय हिस्सा होता है जो कोक्सा और फीमर के बीच एक जोड़ के रूप में कार्य करता है। यह फीमर को ऊपर और नीचे की गति में मदद करता है।
- फीमर (Femur): यह आमतौर पर पैर का सबसे लंबा और सबसे मजबूत खंड होता है। इसमें बड़ी मांसपेशियाँ होती हैं जो चलने और कूदने के लिए शक्ति प्रदान करती हैं।
- टिबिया (Tibia): यह फीमर से जुड़ा एक लंबा और पतला खंड है। इस पर अक्सर रीढ़ (spines) और बाल (setae) होते हैं जो पकड़ बनाने या सफाई में मदद करते हैं।
- टारसस (Tarsus): यह टिबिया के अंत में स्थित होता है और कई छोटे उप-खंडों से बना होता है जिन्हें टार्सोमेयर (tarsomeres) कहा जाता है। टार्सोमेयर की संख्या विभिन्न कीट समूहों में भिन्न होती है (आमतौर पर 1 से 5)।
- प्रीटारसस (Pretarsus): यह टारसस के अंतिम सिरे पर स्थित होता है और इसमें एक जोड़ी पंजे (claws) , और अक्सर एक चिपचिपा पैड जिसे एरोलियम (arolium) या पुल्विलस (pulvillus) कहा जाता है, शामिल होता है। ये संरचनाएं कीट को विभिन्न सतहों पर चलने और चिपकने में मदद करती हैं।
(b) कीटों में उपचर्म का महत्व:
उपचर्म (cuticle) कीट का बाहरी, गैर-कोशिकीय आवरण है, जिसे एपिडर्मल कोशिकाओं द्वारा स्रावित किया जाता है। यह कीटों के अस्तित्व और सफलता के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण है। इसके मुख्य कार्य निम्नलिखित हैं:
- बाह्यकंकाल (Exoskeleton): उपचर्म एक कठोर बाह्यकंकाल के रूप में कार्य करता है। यह शरीर को संरचनात्मक सहारा प्रदान करता है, शरीर के आकार को बनाए रखता है, और कोमल आंतरिक अंगों की रक्षा करता है। यह मांसपेशियों के जुड़ाव के लिए सतह भी प्रदान करता है, जिससे गति संभव होती है।
- सुरक्षा (Protection): यह कीट को भौतिक क्षति, शिकारियों के हमलों और रोगजनकों के प्रवेश से बचाता है। इसकी कठोरता और लचीलापन एक प्रभावी रक्षा कवच बनाते हैं।
- निर्जलीकरण से बचाव (Prevention of Dehydration): उपचर्म की सबसे बाहरी परत, जिसे एपि-क्यूटिकल कहा जाता है, में एक मोमी परत होती है। यह परत जल-रोधी होती है और स्थलीय वातावरण में कीट के शरीर से पानी की हानि को रोकती है, जो उनके अस्तित्व के लिए एक महत्वपूर्ण अनुकूलन है।
- संवेदी इंटरफेस (Sensory Interface): उपचर्म में कई संवेदी संरचनाएं (सेन्सिला) होती हैं, जैसे बाल, गड्ढे और गुंबद, जो यांत्रिक और रासायनिक उत्तेजनाओं का पता लगाते हैं। इस प्रकार, यह पर्यावरण के साथ एक इंटरफेस के रूप में कार्य करता है।
- आंतरिक संरचनाओं का अस्तर (Lining of Internal Structures): उपचर्म श्वसन प्रणाली (श्वासनली), पाचन तंत्र के अग्र और पश्च भाग (अग्रांत्र और पश्चांत्र), और प्रजनन नलिकाओं के कुछ हिस्सों का भी अस्तर बनाता है।
यद्यपि यह वृद्धि को प्रतिबंधित करता है और समय-समय पर निर्मोचन (ecdysis) की आवश्यकता होती है, उपचर्म द्वारा प्रदान किए गए लाभ कीटों को विविध वातावरणों में सफलतापूर्वक पनपने में सक्षम बनाते हैं।
Q4. (a) शुक्राणुधर क्या हैं और वे शुक्राणु हस्तांतरण में कैसे सहायता करते हैं? (b) कीटों में उपरामता (डायपॉज) पर संक्षेप में चर्चा कीजिए।
Ans.
(a) शुक्राणुधर और शुक्राणु हस्तांतरण:
शुक्राणुधर (Spermatophore) एक कैप्सूल या थैली जैसी संरचना होती है, जिसे नर कीट द्वारा उत्पन्न किया जाता है, जिसमें शुक्राणु (spermatozoa) होते हैं। यह कीटों में शुक्राणु हस्तांतरण की एक सामान्य विधि है, विशेष रूप से आदिम कीट गणों में और उन प्रजातियों में जहाँ प्रत्यक्ष मैथुन नहीं होता है।
शुक्राणु हस्तांतरण में भूमिका:
शुक्राणुधर शुक्राणु को नर से मादा तक पहुँचाने में कई तरीकों से सहायता करते हैं:
- अप्रत्यक्ष हस्तांतरण (Indirect Transfer): कुछ आदिम कीटों (जैसे, कोलम्बोला, थाइसान्यूरा) में, नर शुक्राणुधर को जमीन पर जमा कर देता है, और मादा बाद में इसे अपने जनन छिद्र से उठा लेती है। इस विधि में नर और मादा के बीच सीधे संपर्क की आवश्यकता नहीं होती है।
- प्रत्यक्ष हस्तांतरण (Direct Transfer): अधिक उन्नत कीटों (जैसे, टिड्डे, तिलचट्टे, कुछ पतंगे) में, मैथुन के दौरान नर शुक्राणुधर को सीधे मादा के जनन पथ में स्थानांतरित कर देता है। शुक्राणु फिर शुक्राणुधर से निकलकर मादा के शुक्राणुधानी (spermatheca) में संग्रहीत हो जाते हैं।
- शुक्राणुओं की सुरक्षा: शुक्राणुधर शुक्राणुओं को सूखने, माइक्रोबियल हमले और मादा के जनन पथ के प्रतिकूल वातावरण से बचाता है जब तक कि वे शुक्राणुधानी में नहीं चले जाते।
- पोषण संबंधी योगदान (Nuptial Gift): कई प्रजातियों में, शुक्राणुधर में शुक्राणु के अलावा पोषक तत्व भी होते हैं। यह ” विवाह उपहार (nuptial gift) ” के रूप में कार्य करता है, जिसे मादा द्वारा पचाया जा सकता है। यह पोषण मादा की प्रजनन क्षमता और उत्तरजीविता को बढ़ाता है, जिससे नर की प्रजनन सफलता में वृद्धि होती है।
इस प्रकार, शुक्राणुधर न केवल शुक्राणु के सुरक्षित हस्तांतरण को सुनिश्चित करता है बल्कि कुछ मामलों में मादा के लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन भी प्रदान करता है।
(b) कीटों में उपरामता (डायपॉज):
उपरामता (Diapause) विकास की एक आनुवंशिक रूप से निर्धारित, हार्मोन-मध्यस्थता वाली अवस्था है जिसमें चयापचय दर बहुत कम हो जाती है। यह कीटों को प्रतिकूल पर्यावरणीय परिस्थितियों, जैसे कि अत्यधिक ठंड, गर्मी, या सूखे से बचने की अनुमति देता है। यह साधारण निष्क्रियता (quiescence) से अलग है, जो प्रतिकूल परिस्थितियों की सीधी प्रतिक्रिया है और स्थिति अनुकूल होते ही समाप्त हो जाती है।
उपरामता की मुख्य विशेषताएं:
- भविष्यवाणी करने वाले संकेत (Predictive Cues): उपरामता प्रतिकूल परिस्थितियों के आने से पहले ही शुरू हो जाती है। इसे आमतौर पर विश्वसनीय पर्यावरणीय संकेतों, जैसे कि फोटोपीरियड (दिन की लंबाई) , तापमान या भोजन की गुणवत्ता में परिवर्तन द्वारा प्रेरित किया जाता है।
- हार्मोनल नियंत्रण (Hormonal Control): यह प्रक्रिया मुख्य रूप से हार्मोन द्वारा नियंत्रित होती है। उदाहरण के लिए, कई कीटों में, उपरामता हार्मोन (diapause hormone) अंडाशय में उपरामता को प्रेरित करता है, जबकि प्रोथोरैसिकोट्रोपिक हार्मोन (PTTH) और एकडाइसोन के स्तर में कमी लार्वा या प्यूपा चरण में उपरामता का कारण बन सकती है। किशोर हार्मोन (JH) भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
- विकास के चरण (Developmental Stage): उपरामता किसी भी जीवन चरण में हो सकती है – अंडा, लार्वा, प्यूपा, या वयस्क – यह प्रजाति पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, बॉम्बिक्स मोरी (रेशमकीट) अंडे की अवस्था में उपरामता में प्रवेश करता है, जबकि मोनार्क तितली वयस्क अवस्था में।
- अवधि और समाप्ति (Duration and Termination): उपरामता की अवधि निश्चित हो सकती है या इसे समाप्त करने के लिए एक विशिष्ट उत्तेजना (जैसे, ठंड की एक निश्चित अवधि) की आवश्यकता हो सकती है। जब स्थितियाँ फिर से अनुकूल हो जाती हैं और आवश्यक संकेत मिल जाता है, तो हार्मोनल संतुलन बदल जाता है, और सामान्य विकास फिर से शुरू हो जाता है।
उपरामता कीटों के जीवन चक्र को मौसमी परिवर्तनों के साथ सिंक्रनाइज़ करने और प्रतिकूल समय के दौरान जीवित रहने के लिए एक महत्वपूर्ण उत्तरजीविता रणनीति है।
Q5. (a) विभिन्न कीट समूहों की उत्पत्ति और विकास का वर्णन कीजिए। (b) कीटों में विभिन्न प्रकार के पंखों का संक्षिप्त वर्णन कीजिए।
Ans.
(a) कीट समूहों की उत्पत्ति और विकास:
कीटों की उत्पत्ति और विकास पृथ्वी पर जीवन के इतिहास में एक महत्वपूर्ण घटना है, जिससे विशाल विविधता और पारिस्थितिक सफलता प्राप्त हुई है।
- उत्पत्ति: माना जाता है कि पहले कीट लगभग 480 मिलियन वर्ष पहले, ऑर्डोविशियन काल में, एक स्थलीय क्रस्टेशियन-जैसे पूर्वज से उत्पन्न हुए थे। हालांकि, सबसे पुराने निश्चित कीट जीवाश्म, राइनिओग्नाथा हर्सटी (Rhyniognatha hirsti) , लगभग 410 मिलियन वर्ष पहले, डेवोनियन काल के हैं। ये प्रारंभिक कीट पंखहीन थे और आज के सिल्वरफिश जैसे दिखते थे।
- पंखों का विकास: पंखों का विकास, लगभग 350 मिलियन वर्ष पहले कार्बोनिफेरस काल में, कीट विकास में एक क्रांतिकारी कदम था। इसने कीटों को शिकारियों से बचने, नए आवासों का पता लगाने और भोजन स्रोतों तक कुशलतापूर्वक पहुंचने में सक्षम बनाया। पंखों की उत्पत्ति के लिए दो मुख्य सिद्धांत हैं: पैरानेटल लोब सिद्धांत (पंख वक्षीय टेरगा के पार्श्व विस्तार से विकसित हुए) और एक्साइट सिद्धांत (पंख पैर के उपांगों, यानी एक्साइट्स, से विकसित हुए)।
- विविधीकरण (Diversification): पंखों के विकास के बाद कीटों का एक बड़ा विकिरण हुआ। पालेओप्टेरा (जैसे ड्रैगनफली) जैसे प्रारंभिक पंख वाले कीट अपने पंखों को अपनी पीठ पर नहीं मोड़ सकते थे। बाद में, नियोप्टेरा का विकास हुआ, जो अपने पंखों को मोड़ सकते थे, जिससे उन्हें संकीर्ण स्थानों में रेंगने की अनुमति मिली।
- पूर्ण कायांतरण का विकास: पर्मियन काल में, होलोमेटाबोली (पूर्ण कायांतरण) का विकास एक और महत्वपूर्ण घटना थी। लार्वा और वयस्क चरणों के बीच जीवन शैली और भोजन की आदतों में अंतर करके, इसने अंतर-प्रजाति प्रतिस्पर्धा को कम किया और कीटों को और अधिक विविधता प्रदान की।
- प्रमुख गणों का उदय: मेसोज़ोइक और सेनोज़ोइक युगों में, आज के प्रमुख गणों— कोलोप्टेरा (बीटल), लेपिडोप्टेरा (तितलियाँ), डिप्टेरा (मक्खियाँ), और हाइमेनोप्टेरा (मधुमक्खियाँ, ततैया) —का फूल वाले पौधों (एंजियोस्पर्म) के साथ सह-विकास हुआ, जिससे उनका भारी विविधीकरण हुआ।
(b) कीटों में विभिन्न प्रकार के पंख:
कीटों के पंख संरचना और कार्य में अत्यधिक विविध होते हैं, जो उनकी जीवन शैली और आवास के अनुकूल होते हैं। मुख्य प्रकार निम्नलिखित हैं:
- झिल्लीदार पंख (Membranous Wings): ये सबसे सामान्य प्रकार के पंख हैं, जो पतले, पारदर्शी और शिराओं (veins) के एक नेटवर्क द्वारा समर्थित होते हैं। ये उड़ान के लिए मुख्य रूप से जिम्मेदार होते हैं। उदाहरण: ड्रैगनफली, मधुमक्खी, ततैया ।
- एलीट्रा (Elytra): ये बीटल (गण कोलोप्टेरा) के संशोधित, कठोर, और स्क्लेरोटाइज्ड अग्रपंख हैं। वे उड़ान के लिए उपयोग नहीं किए जाते हैं, बल्कि आराम की स्थिति में नाजुक पश्च झिल्लीदार पंखों और पेट के लिए एक सुरक्षात्मक आवरण के रूप में कार्य करते हैं। उदाहरण: बीटल ।
- टेगमिना (Tegmina): ये चमड़े जैसे, कुछ हद तक मोटे अग्रपंख होते हैं जो पश्च पंखों की रक्षा करते हैं। एलीट्रा के विपरीत, वे कम कठोर होते हैं और उनमें शिराओं का पैटर्न दिखाई देता है। उदाहरण: तिलचट्टे, टिड्डे, मैंटिड्स ।
- हेमीलीट्रा (Hemelytra): ये सच्चे खटमलों (गण हेमिप्टेरा) के अग्रपंख हैं। पंख का आधारीय भाग मोटा और चमड़े जैसा (कोरियम) होता है, जबकि अग्र भाग झिल्लीदार होता है। उदाहरण: स्टिंक बग्स ।
- शल्कीय पंख (Scaly Wings): ये तितलियों और पतंगों (गण लेपिडोप्टेरा) में पाए जाते हैं। पंख एक झिल्ली से बने होते हैं जो छोटे, चपटे शल्कों की परतों से ढके होते हैं। ये शल्क रंग पैटर्न बनाते हैं जो छलावरण, थर्मोरेग्यूलेशन और संभोग प्रदर्शन में भूमिका निभाते हैं। उदाहरण: तितली, पतंगा ।
- फ्रिंज्ड पंख (Fringed Wings): ये बहुत छोटे कीटों, जैसे थ्रिप्स (गण थाइसानोप्टेरा) में पाए जाते हैं। पंख बहुत संकीर्ण होते हैं और लंबे बालों (सेटे) के फ्रिंज के साथ होते हैं, जो कम रेनॉल्ड्स संख्या वाले वायु में उड़ान के लिए एक प्रभावी वायुगतिकीय सतह बनाते हैं।
Q6. निम्नलिखित शब्दों के जोड़ों के बीच अंतर स्पष्ट कीजिए: (a) कर्सोरियल और फस्सोरियल पैर (b) पृष्ठीय ओसेली और स्टेमेटा (c) हेमिमेटाबोलस और होलोमेटाबोलस कीट (d) स्पंजिंग और साइफनिंग मुख-अंग
Ans.
(a) कर्सोरियल और फस्सोरियल पैर (Cursorial and Fossorial legs):
कर्सोरियल पैर:
- कार्य: ये दौड़ने और चलने के लिए अनुकूलित होते हैं।
- संरचना: पैर के खंड, विशेष रूप से फीमर और टिबिया, लंबे और पतले होते हैं, जो तेज गति के लिए लंबे कदम प्रदान करते हैं।
- उदाहरण: तिलचट्टे (Cockroaches) और कई जमीनी बीटल (Ground beetles) में कर्सोरियल पैर होते हैं।
फस्सोरियल पैर:
- कार्य: ये खोदने और बिल बनाने के लिए अनुकूलित होते हैं।
- संरचना: पैर छोटे, मजबूत और अक्सर चपटे होते हैं। टिबिया आमतौर पर चौड़ा और फावड़े जैसा होता है, जिसमें खुदाई के लिए मजबूत दांत या कांटे (spines) होते हैं।
- उदाहरण: मोल क्रिकेट (Mole crickets) और कुछ स्कारब बीटल (Scarab beetles) में फस्सोरियल पैर होते हैं।
(b) पृष्ठीय ओसेली और स्टेमेटा (Dorsal ocelli and Stemmata):
पृष्ठीय ओसेली:
- स्थान: ये सरल आँखें वयस्क कीटों और हेमिमेटाबोलस निम्फों के सिर के शीर्ष या अग्र भाग पर पाई जाती हैं।
- कार्य: वे छवि नहीं बनाते हैं, लेकिन प्रकाश की तीव्रता और उसके परिवर्तनों के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। वे उड़ान के दौरान क्षितिज को बनाए रखने में मदद करते हैं।
- संरचना: एक एकल लेंस होता है जो कई रेटिन्युलर कोशिकाओं पर प्रकाश केंद्रित करता है।
स्टेमेटा (पार्श्व ओसेली):
- स्थान: ये होलोमेटाबोलस कीटों के लार्वा (जैसे कैटरपिलर) के सिर के किनारों पर पाए जाते हैं।
- कार्य: वे प्रकाश की दिशा का पता लगा सकते हैं और एक अल्पविकसित, मोज़ेक जैसी छवि बना सकते हैं। लार्वा अक्सर अपने सिर को घुमाकर अपने परिवेश का एक समग्र चित्र बनाते हैं।
- संरचना: प्रत्येक स्टेमा एक संयुक्त आँख के एक ओम्मैटिडियम के समान होता है।
(c) हेमिमेटाबोलस और होलोमेटाबोलस कीट (Hemimetabolous and Holometabolous insects):
हेमिमेटाबोलस कीट (अपूर्ण कायांतरण):
- विकास के चरण: जीवन चक्र में तीन चरण होते हैं: अंडा, निम्फ, और वयस्क।
- निम्फ अवस्था: निम्फ आमतौर पर वयस्कों के समान दिखते हैं, समान भोजन करते हैं, और समान आवास में रहते हैं। वे निर्मोचन के माध्यम से धीरे-धीरे आकार में बढ़ते हैं।
- पंख का विकास: पंख बाहरी रूप से पंख पैड (wing pads) के रूप में विकसित होते हैं जो प्रत्येक निर्मोचन के साथ बड़े होते जाते हैं।
- उदाहरण: टिड्डे, ड्रैगनफली, तिलचट्टे।
होलोमेटाबोलस कीट (पूर्ण कायांतरण):
- विकास के चरण: जीवन चक्र में चार अलग-अलग चरण होते हैं: अंडा, लार्वा, प्यूपा, और वयस्क।
- लार्वा अवस्था: लार्वा (जैसे कैटरपिलर, मैगॉट) का रूप, भोजन और आवास वयस्क से बहुत अलग होता है। उनका मुख्य कार्य भोजन करना और बढ़ना है।
- प्यूपा अवस्था: यह एक गैर-भोजन, निष्क्रिय अवस्था है जिसके दौरान लार्वा का शरीर वयस्क रूप में पुनर्गठित होता है।
- पंख का विकास: पंख आंतरिक रूप से इमेजिनल डिस्क के रूप में विकसित होते हैं और केवल वयस्क अवस्था में दिखाई देते हैं।
- उदाहरण: तितलियाँ, बीटल, मक्खियाँ, मधुमक्खियाँ।
(d) स्पंजिंग और साइफनिंग मुख-अंग (Sponging and Siphoning mouthparts):
स्पंजिंग मुख-अंग:
- कार्य: ये तरल या घुले हुए भोजन को सोखने के लिए अनुकूलित होते हैं।
- संरचना: इनमें एक मांसल, स्पंज जैसी संरचना होती है जिसे लेबेलम (labellum) कहा जाता है, जिसमें कई छोटे चैनल (स्यूडोट्रेकिया) होते हैं। कीट पहले ठोस भोजन पर लार या उल्टी डालकर उसे घोलता है और फिर तरल को सोख लेता है।
- उदाहरण: घरेलू मक्खी (House fly) और ब्लो फ्लाई (Blow fly)।
साइफनिंग मुख-अंग:
- कार्य: ये फूलों से nectar जैसे तरल पदार्थों को चूसने के लिए अनुकूलित होते हैं।
- संरचना: मुख-अंग एक लंबी, खोखली, नली जैसी संरचना में संशोधित होते हैं जिसे प्रोबोसिस (proboscis) कहा जाता है। यह मैक्सिला के गेलिया (galeae) के जुड़ने से बनता है। उपयोग में न होने पर यह आमतौर पर सिर के नीचे कुंडलित रहता है।
- उदाहरण: तितलियाँ और पतंगे (Moths and butterflies)।
Q7. (a) उदर उपांगों के बारे में संक्षेप में वर्णन कीजिए। (b) कीटों में यांत्रिकग्राहियों (मेकेनो-रिसेप्टर्स) के कार्यों पर चर्चा कीजिए।
Ans.
(a) उदर उपांग (Abdominal Appendages):
कीटों का उदर आमतौर पर उपांगों से रहित होता है, विशेषकर वयस्क पंख वाले कीटों में। हालांकि, कई समूहों में संशोधित उपांग मौजूद होते हैं जो विभिन्न कार्यों को पूरा करते हैं। इन्हें तीन श्रेणियों में बांटा जा सकता है:
1. प्री-जेनिटल उपांग (Pre-genital Appendages):
- ये जननांगों से पहले के उदर खंडों पर पाए जाते हैं।
- स्टाइली (Styli): ये छोटे, पैर जैसे, खंडहीन उपांग होते हैं जो कुछ आदिम, पंखहीन कीटों जैसे सिल्वरफिश (थाइसान्यूरा) में पाए जाते हैं। माना जाता है कि ये गति में सहायता करते हैं और आदिम बहु-खंडीय पैरों के अवशेष हैं।
- कोलम्बोला में: स्प्रिंगटेल्स (कोलम्बोला) के उदर पर तीन विशिष्ट उपांग होते हैं: कोलोफोर (चिपकने वाली नली), रेटिनैकुलम (कैच), और फरकुला (कूदने का अंग)।
2. जेनिटल उपांग (Genital Appendages):
- ये प्रजनन से जुड़े होते हैं और आमतौर पर 8वें और 9वें उदर खंडों पर स्थित होते हैं।
- मादा में: उपांग एक अंड निक्षेपक (Ovipositor) बनाने के लिए संशोधित होते हैं, जिसका उपयोग अंडे देने के लिए किया जाता है। इसे मिट्टी, लकड़ी या अन्य मेजबान ऊतकों में अंडे डालने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। हाइमेनोप्टेरा (मधुमक्खियों, ततैयों) में, यह एक डंक (sting) में संशोधित हो जाता है।
- नर में: उपांग मैथुन अंगों, जिन्हें सामूहिक रूप से एडिगस (aedeagus) या क्लास्पर्स कहा जाता है, का निर्माण करते हैं। इनका उपयोग मैथुन के दौरान मादा को पकड़ने और शुक्राणु स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।
3. पोस्ट-जेनिटल उपांग (Post-genital Appendages):
- ये 11वें उदर खंड पर पाए जाते हैं।
- सेर्सी (Cerci): ये 11वें खंड से उत्पन्न होने वाले उपांगों की एक जोड़ी है। वे आकार और कार्य में बहुत भिन्न होते हैं – लंबे और धागे जैसे (तिलचट्टे में संवेदी) से लेकर छोटे और खंडहीन, या बड़े और पिंसर-जैसे (इयरविग्स में रक्षा के लिए)।
(b) कीटों में यांत्रिकग्राहियों के कार्य:
यांत्रिकग्राही (Mechanoreceptors) संवेदी अंग हैं जो यांत्रिक उत्तेजनाओं, जैसे स्पर्श, दबाव, कंपन और शरीर की स्थिति में परिवर्तन का पता लगाते हैं। ये कीटों के लिए अपने पर्यावरण के साथ बातचीत करने और अपनी गतिविधियों का समन्वय करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। मुख्य कार्य और प्रकार निम्नलिखित हैं:
- स्पर्श और वायु प्रवाह का पता लगाना:
- ट्राइकॉइड सेन्सिला (Trichoid Sensilla): ये बाल जैसे संवेदी अंग हैं जो पूरे शरीर में, विशेष रूप से एंटेना, पैरों और मुंह के भागों पर पाए जाते हैं। जब बाल झुकता है, तो यह एक संबद्ध न्यूरॉन को उत्तेजित करता है। ये स्पर्श, हवा की धाराओं और कम आवृत्ति वाले कंपनों का पता लगाते हैं।
- उपचर्म में तनाव का पता लगाना:
- कैम्पानिफॉर्म सेन्सिला (Campaniform Sensilla): ये गुंबद के आकार के संवेदी अंग हैं जो उपचर्म की सतह पर या उसके नीचे स्थित होते हैं। वे उपचर्म में स्थानीयकृत तनाव और विकृति का पता लगाते हैं, जो जोड़ों की स्थिति और उड़ान के दौरान पंखों पर वायुगतिकीय बलों के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं।
- गुरुत्वाकर्षण, कंपन और ध्वनि का पता लगाना:
- कोर्डोटोनल अंग (Chordotonal Organs): ये आंतरिक यांत्रिकग्राही हैं जो उपचर्म के बिंदुओं के बीच फैले होते हैं। वे शरीर के अंगों की सापेक्ष स्थिति और गति का पता लगाते हैं।
- जॉनस्टन का अंग (Johnston’s Organ): यह एंटेना के दूसरे खंड (पेडिसेल) में स्थित एक विशेष कोर्डोटोनल अंग है। यह एंटेना के सबसे बाहरी भाग (फ्लैगेलम) की गति का पता लगाता है। इसके कार्यों में उड़ान गति का पता लगाना (वायु प्रवाह के माध्यम से), गुरुत्वाकर्षण का पता लगाना और मच्छरों जैसे कीटों में ध्वनि का पता लगाना (ध्वनि तरंगें एंटेना को कंपाती हैं) शामिल है।
- सबजेनुअल अंग (Subgenual Organs): पैरों में स्थित, ये सब्सट्रेट-जनित कंपनों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, जो शिकारियों या साथियों का पता लगाने में मदद करते हैं।
- टिम्पेनल अंग (Tympanal Organs): ये “कान” हैं जो एक पतली उपचर्मीय झिल्ली (टिम्पेनम) से जुड़े कोर्डोटोनल अंगों से बने होते हैं। वे वायु-जनित ध्वनि का पता लगाते हैं और आमतौर पर साथियों का पता लगाने या चमगादड़ जैसे शिकारियों से बचने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
- कोर्डोटोनल अंग (Chordotonal Organs): ये आंतरिक यांत्रिकग्राही हैं जो उपचर्म के बिंदुओं के बीच फैले होते हैं। वे शरीर के अंगों की सापेक्ष स्थिति और गति का पता लगाते हैं।
Q8. (a) उदर खंडों के कंकाल-पेशीय संगठन की आरेखीय चर्चा कीजिए। (b) डेक्टिकस प्यूपा और एडेक्टिकस प्यूपा में इक्लोजन (निस्सरण) पर चर्चा कीजिए।
Ans.
(a) उदर खंडों का कंकाल-पेशीय संगठन:
एक कीट के उदर का प्रत्येक खंड एक लचीली प्रणाली है जो गति और श्वसन जैसे कार्यों के लिए मांसपेशियों के साथ एक कठोर कंकाल को जोड़ती है।
(नोट: परीक्षा में, निम्नलिखित वर्णन के साथ एक आरेख बनाया जाना चाहिए। आरेख में एक उदर खंड का क्रॉस-सेक्शन दिखाया जाना चाहिए, जिसमें टर्गम, स्टर्नम, प्लूरल झिल्ली और प्रमुख मांसपेशी समूह (पृष्ठीय अनुदैर्ध्य, अधर अनुदैर्ध्य, और टर्गोस्टर्नल) नामांकित हों।)
कंकाल संगठन (Skeletal Organization):
- एक विशिष्ट उदर खंड एक पृष्ठीय प्लेट टर्गम (Tergum) , एक अधर प्लेट स्टर्नम (Sternum) , और पार्श्व प्लूरल झिल्लियों (Pleural membranes) से बना होता है जो टर्गम और स्टर्नम को जोड़ती हैं।
- ये झिल्लियाँ लचीली होती हैं, जो खंड को विस्तार और संकुचन करने की अनुमति देती हैं, जो श्वसन, पेट के विस्तार (भोजन या अंडों के साथ) और गति के लिए आवश्यक है।
- अग्र और पश्च खंड अंतर-खंडीय झिल्लियों द्वारा जुड़े होते हैं, जो उदर को झुकने और मुड़ने की अनुमति देते हैं।
पेशीय संगठन (Muscular Organization): उदर की मांसपेशियाँ मुख्य रूप से खंडों के बीच और प्रत्येक खंड के भीतर फैली होती हैं। मुख्य मांसपेशी समूह हैं:
- अनुदैर्ध्य मांसपेशियाँ (Longitudinal Muscles):
- पृष्ठीय अनुदैर्ध्य (Dorsal longitudinals): ये टर्गम के नीचे से गुजरती हैं और जब सिकुड़ती हैं, तो वे उदर को ऊपर की ओर मोड़ती या छोटा करती हैं।
- अधर अनुदैर्ध्य (Ventral longitudinals): ये स्टर्नम के ऊपर से गुजरती हैं और जब सिकुड़ती हैं, तो वे उदर को नीचे की ओर मोड़ती या छोटा करती हैं।
- टर्गोस्टर्नल मांसपेशियाँ (Tergosternal Muscles) (या पृष्ठीय-अधर मांसपेशियाँ): ये प्रत्येक खंड के भीतर टर्गम और स्टर्नम के बीच लंबवत या तिरछे रूप से चलती हैं। जब वे सिकुड़ती हैं, तो वे खंड को चपटा करती हैं, जिससे आंतरिक दबाव बढ़ता है। यह क्रिया श्वसन (हवा को श्वास रंध्रों से बाहर निकालने) में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
- पार्श्व मांसपेशियाँ (Lateral Muscles): ये मांसपेशियाँ खंड के भीतर तिरछे चलती हैं और मुड़ने और झुकने जैसी अधिक जटिल गतियों में योगदान करती हैं।
यह कंकाल-पेशीय प्रणाली उदर को विभिन्न कार्य करने की अनुमति देती है, जिसमें श्वसन के लिए लयबद्ध पंपिंग, मैथुन के दौरान स्थिति निर्धारण, और अंडे देने के लिए दूरबीन जैसी गति शामिल है।
(b) डेक्टिकस और एडेक्टिकस प्यूपा में इक्लोजन (निस्सरण):
इक्लोजन (Eclosion) प्यूपा अवस्था से वयस्क कीट के निकलने की प्रक्रिया है। प्यूपा के प्रकार के आधार पर यह प्रक्रिया भिन्न होती है, विशेष रूप से उनके मैंडिबल (जबड़ों) की उपस्थिति और कार्यक्षमता के आधार पर।
डेक्टिकस प्यूपा में इक्लोजन (Eclosion in Decticous Pupa):
- विशेषता: डेक्टिकस प्यूपा में गतिशील, सुस्पष्ट मैंडिबल (articulated mandibles) होते हैं जो प्यूपल अवस्था के दौरान ही वयस्क मैंडिबल की तरह काम करते हैं।
- प्रक्रिया: इक्लोजन के समय, प्यूपा (जिसे फारेट वयस्क कहा जाता है क्योंकि वयस्क उपचर्म प्यूपल उपचर्म के नीचे होता है) अपने मैंडिबल का उपयोग करके अपने कोकून या प्यूपल सेल से बाहर निकलने का रास्ता चबाता है। एक बार बाहर निकलने के बाद, प्यूपा एक उपयुक्त स्थान पर चढ़ जाता है, और फिर वयस्क कीट प्यूपल क्यूटिकल से बाहर निकलता है। प्यूपल क्यूटिकल का फटना आमतौर पर पृष्ठीय मध्य रेखा के साथ होता है।
- उदाहरण: यह प्रकार के प्यूपा न्यूरोप्टेरा (Lacewings), ट्राइकोप्टेरा (Caddisflies), और कुछ आदिम लेपिडोप्टेरा गणों में पाए जाते हैं।
एडेक्टिकस प्यूपा में इक्लोजन (Eclosion in Adecticous Pupa):
- विशेषता: एडेक्टिकस प्यूपा में गैर-कार्यात्मक, अवशिष्ट मैंडिबल (non-functional, vestigial mandibles) होते हैं जो जुड़े हुए नहीं होते हैं और चबाने के लिए उपयोग नहीं किए जा सकते हैं।
- प्रक्रिया: चूंकि वे अपने रास्ते से बाहर नहीं चबा सकते, इन प्यूपों से निकलने वाले वयस्क अन्य तरीकों का उपयोग करते हैं:
- शारीरिक बल: वयस्क अपने शरीर को फुलाने के लिए हीमोलिम्फ दबाव का उपयोग करता है और प्यूपल क्यूटिकल को एक पूर्वनिर्धारित कमजोरी रेखा के साथ तोड़ता है। फिर यह कोकून या प्यूपल केस से बाहर निकलने के लिए अपने पैरों और शरीर का उपयोग करता है।
- स्पाइन और उभार (Spines and Projections): कुछ प्यूपा (जिन्हें ऑब्क्टेक्ट प्यूपा कहा जाता है, जो एडेक्टिकस का एक प्रकार है) के शरीर पर पीछे की ओर निर्देशित स्पाइन होते हैं। वयस्क प्यूपा के भीतर से अपने शरीर को हिलाता है, और ये स्पाइन कोकून या मिट्टी के सेल से बाहर निकलने में मदद करते हैं।
- रासायनिक स्राव: कुछ पतंगे (जैसे सिल्क मॉथ) एक एंजाइमी तरल स्रावित करते हैं जो कोकून के रेशम को नरम कर देता है, जिससे वयस्क आसानी से बाहर निकल सकता है।
- स्टिलिनम (Ptillinum): कुछ उच्च डिप्टेरा (मक्खियों) में, वयस्क के सिर पर एक अस्थायी, फुलाने योग्य थैली होती है जिसे स्टिलिनम कहा जाता है। वयस्क इसे बार-बार फुलाकर और सिकोड़कर प्यूपेरियम (कठोर प्यूपल केस) के सिरे को तोड़ देता है।
- उदाहरण: यह अधिकांश होलोमेटाबोलस कीटों में पाया जाता है, जिनमें लेपिडोप्टेरा (तितलियाँ), डिप्टेरा (मक्खियाँ), कोलोप्टेरा (बीटल), और हाइमेनोप्टेरा (मधुमक्खियाँ) शामिल हैं।
IGNOU MZOE-004 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) Write the general morphology of an insect head. (b) Discuss the role of Juvenile Hormone (JH) and ecdysteroids in female reproduction in insects.
Ans. (a) General morphology of an insect head: The insect head is the anterior-most region of the body, forming a hard, sclerotized capsule known as the head capsule . It is primarily responsible for sensory functions and food ingestion. The structure of the head includes:
- Sclerites: The head capsule is formed by the fusion of several sclerites separated by sutures. The main sclerites include the vertex (top), frons (forehead), clypeus (face plate), and gena (cheeks). The posterior region is the occiput .
- Sensory Organs:
- Compound Eyes: These are the main visual organs, composed of many individual units called ommatidia.
- Ocelli: These are simple eyes, usually located on the dorsal or frontal surface of the head, that detect changes in light intensity.
- Antennae: These are segmented appendages that primarily function as sensory organs for touch, smell, humidity, and temperature.
- Mouthparts: These are adapted for food intake. A generalized chewing type of mouthpart consists of a labrum (upper lip), a pair of mandibles (jaws), a pair of maxillae , and a labium (lower lip).
The head is connected to the thorax by a flexible, membranous neck, the
cervix
, which provides mobility to the head.
(b) Role of Juvenile Hormone (JH) and ecdysteroids in female reproduction: Juvenile Hormone (JH) and ecdysteroids play critical roles in regulating the reproductive processes in female insects. Juvenile Hormone (JH):
- Vitellogenesis: The primary role of JH is to promote vitellogenesis , the synthesis and uptake of yolk proteins. It stimulates the fat body to produce vitellogenins (yolk protein precursors), which are then transported via the hemolymph to the developing oocytes.
- Accessory Gland Function: JH also controls the development and secretory activity of the female accessory glands, which produce substances for forming the eggshell or gluing egg masses together.
Ecdysteroids:
- Oocyte Maturation: While JH initiates yolk deposition, ecdysteroids, produced by the ovaries, regulate the later stages of oocyte maturation.
- Chorion Synthesis: Ecdysteroids are crucial for inducing the synthesis of the chorion (the outer eggshell). This signals the end of vitellogenesis and the beginning of ovulation.
- Hormonal Interplay: In many species, there is a complex interplay between these two hormones. The presence of JH can stimulate the production of ecdysteroids, and together they ensure the precise timing of the reproductive cycle. Thus, the coordinated secretion and action of JH and ecdysteroids are essential for successful reproduction in the female insect.
Q2. (a) Write the important characteristics of Apterygota. (b) Write one example of each of the following insect orders: (i) Diptera (ii) Coleoptera (iii) Hemiptera (iv) Lepidoptera (v) Hymenoptera
Ans. (a) Important characteristics of Apterygota: Apterygota is a subclass that includes insects that are primitively wingless, meaning they never had wings in their evolutionary history. Their main characteristics are as follows:
- Wingless Condition: These insects are wingless from birth. This is a primitive feature, distinguishing them from the Pterygota (winged insects), some members of which may be secondarily wingless.
- Ametabolous Development: They undergo no metamorphosis. The young (nymphs) are miniature versions of the adults, growing in size and reaching sexual maturity through moulting, but with no significant change in form.
- Pre-genital Appendages: They possess small, leg-like appendages called styli on the abdominal segments, which may assist in locomotion.
- Mouthparts: They have chewing-type mouthparts. In some groups, the mouthparts are withdrawn into the head capsule, a condition called entognathous (e.g., Collembola, Diplura). In others, they are external, called ectognathous (e.g., Thysanura).
- Moulting in Adult Stage: Unlike winged insects, apterygotes continue to moult even after becoming sexually mature.
- Simple Eyes: They may have simple eyes (ocelli) in addition to compound eyes, or eyes may be completely absent.
Examples include
silverfish (Thysanura)
and
springtails (Collembola)
.
(b) Examples of insect orders: One example for each of the following insect orders is given below:
- (i) Diptera: Insects of this order possess only one pair of functional wings, with the hind wings modified into balancing organs called halteres. Example: House fly (Musca domestica)
- (ii) Coleoptera: This is the largest order of insects, characterized by the modification of the forewings into hardened sheaths called elytra , which protect the hind membranous wings. Example: Ladybug beetle (Coccinella septempunctata)
- (iii) Hemiptera: Known as “true bugs,” these insects have piercing-sucking mouthparts. In many species, the forewings are half-hardened and half-membranous, called hemelytra . Example: Bed bug (Cimex lectularius)
- (iv) Lepidoptera: This order includes butterflies and moths, whose wings are covered in tiny scales. Their mouthparts are typically modified into a proboscis for sucking liquid food. Example: Monarch butterfly (Danaus plexippus)
- (v) Hymenoptera: This order includes ants, bees, and wasps. They are characterized by two pairs of membranous wings linked together by small hooks (hamuli) during flight, and in many females, an ovipositor is modified into a stinger. Example: Honey bee (Apis mellifera)
Q3. (a) Describe the structure of a typical insect leg with suitable diagram. (b) Discuss the significance of cuticle in insects.
Ans. (a) Structure of a typical insect leg: An insect’s leg is present in a pair on each of the three thoracic segments (prothorax, mesothorax, and metathorax). It is primarily adapted for various functions like walking, running, jumping, digging, and swimming. A typical insect leg consists of the following five main segments: (Note: In an exam, a labelled diagram should be drawn to accompany the following description.) Description of the Diagram: The diagram would show an insect leg articulated to the body, with all segments clearly labelled. Segments of the Leg:
- Coxa: This is the basal segment that connects the leg to the thorax. It is usually short and stout and allows for a wide range of motion.
- Trochanter: This is a small, usually one-segmented part that acts as a joint between the coxa and the femur. It facilitates the up-and-down movement of the femur.
- Femur: This is typically the longest and strongest segment of the leg. It contains large muscles that provide power for walking and jumping.
- Tibia: This is a long and slender segment attached to the femur. It often bears spines and setae that help in gripping or cleaning.
- Tarsus: Located at the end of the tibia, the tarsus is composed of several small sub-segments called tarsomeres . The number of tarsomeres varies in different insect groups (usually 1 to 5).
- Pretarsus: This is the terminal part of the tarsus and includes a pair of claws , and often a sticky pad called an arolium or pulvillus . These structures help the insect to walk and cling to various surfaces.
(b) Significance of cuticle in insects: The cuticle is the outer, non-cellular covering of the insect, secreted by the epidermal cells. It is of immense significance for the survival and success of insects. Its main functions are:
- Exoskeleton: The cuticle acts as a rigid exoskeleton. It provides structural support to the body, maintains the body shape, and protects the soft internal organs. It also provides a surface for muscle attachment, enabling movement.
- Protection: It protects the insect from physical injury, attacks from predators, and entry of pathogens. Its hardness and flexibility create an effective defensive armor.
- Prevention of Dehydration: The outermost layer of the cuticle, the epicuticle , contains a waxy layer. This layer is waterproof and prevents water loss from the insect’s body in terrestrial environments, a crucial adaptation for their survival.
- Sensory Interface: The cuticle is embedded with numerous sensory structures (sensilla), such as hairs, pits, and domes, that detect mechanical and chemical stimuli. It thus acts as an interface with the environment.
- Lining of Internal Structures: The cuticle also forms the lining of the respiratory system (tracheae), the foregut and hindgut of the digestive system, and parts of the reproductive ducts.
Although it restricts growth and necessitates periodic moulting (ecdysis), the benefits provided by the cuticle have enabled insects to successfully thrive in diverse environments.
Q4. (a) What are spermatophores and how do they aid in sperm transfer? (b) Briefly discuss diapause in insects.
Ans. (a) Spermatophores and sperm transfer: A spermatophore is a capsule or mass-like structure produced by the male insect, containing spermatozoa. It is a common method of sperm transfer in insects, especially in primitive insect orders and in species where direct copulation does not occur. Role in Sperm Transfer: Spermatophores aid in transferring sperm from the male to the female in several ways:
- Indirect Transfer: In some primitive insects (e.g., Collembola, Thysanura), the male deposits the spermatophore on the ground, and the female later picks it up with her genital opening. This method does not require direct contact between the male and female.
- Direct Transfer: In more advanced insects (e.g., grasshoppers, cockroaches, some moths), the male transfers the spermatophore directly into the female’s reproductive tract during copulation. The sperm then exit the spermatophore and are stored in the female’s spermatheca.
- Protection of Sperm: The spermatophore protects the spermatozoa from desiccation, microbial attack, and the hostile environment of the female’s reproductive tract until they can move into the spermatheca.
- Nuptial Gift: In many species, the spermatophore contains nutrients in addition to sperm. It acts as a ” nuptial gift ” that can be digested by the female. This nutrition enhances the female’s fecundity and survival, thereby increasing the male’s reproductive success.
Thus, the spermatophore not only ensures the safe transfer of sperm but also provides a vital resource for the female in some cases.
(b) Diapause in insects: Diapause is a genetically determined, hormone-mediated state of arrested development with a greatly reduced metabolic rate. It allows insects to survive predictable periods of adverse environmental conditions, such as extreme cold, heat, or drought. It is distinct from simple quiescence, which is a direct response to an adverse condition and ends as soon as the condition becomes favourable. Key Features of Diapause:
- Predictive Cues: Diapause is initiated well before the onset of adverse conditions. It is typically induced by reliable environmental cues, such as photoperiod (day length) , temperature, or changes in food quality.
- Hormonal Control: The process is mainly controlled by hormones. For example, in many insects, a diapause hormone induces diapause in eggs, while a drop in the levels of prothoracicotropic hormone (PTTH) and ecdysone can cause diapause in larval or pupal stages. Juvenile Hormone (JH) also plays a key role.
- Developmental Stage: Diapause can occur at any life stage—egg, larva, pupa, or adult—depending on the species. For example, Bombyx mori (silkworm) enters diapause at the egg stage, while the Monarch butterfly does so as an adult.
- Duration and Termination: The duration of diapause can be fixed or may require a specific stimulus (e.g., a period of chilling) for termination. When conditions become favourable again and the necessary cue is received, the hormonal balance shifts, and normal development resumes.
Diapause is a crucial survival strategy for synchronizing insect life cycles with seasonal changes and surviving through unfavourable times.
Q5. (a) Describe the origin and evolution of various insect groups. (b) Briefly explain different types of wings in insects.
Ans. (a) Origin and evolution of various insect groups: The origin and evolution of insects is a major event in the history of life on Earth, leading to immense diversity and ecological success.
- Origin: The first insects are thought to have arisen from a terrestrial crustacean-like ancestor around 480 million years ago, in the Ordovician period. However, the oldest definitive insect fossil, Rhyniognatha hirsti , dates to the Devonian period, about 410 million years ago. These early insects were wingless and resembled modern-day silverfish.
- Evolution of Wings: The evolution of wings, around 350 million years ago in the Carboniferous period, was a revolutionary step in insect evolution. It enabled insects to escape predators, colonize new habitats, and access food sources efficiently. There are two main theories for the origin of wings: the paranotal lobe theory (wings evolved from lateral extensions of the thoracic terga) and the exite theory (wings evolved from limb appendages, i.e., exites).
- Diversification: A major radiation of insects followed the evolution of wings. Early winged insects, the Paleoptera (e.g., dragonflies), could not fold their wings over their backs. Later, the Neoptera evolved, which could fold their wings, allowing them to crawl into narrow spaces.
- Evolution of Complete Metamorphosis: In the Permian period, the evolution of holometaboly (complete metamorphosis) was another key event. By partitioning lifestyles and food habits between the larval and adult stages, it reduced intraspecific competition and allowed insects to diversify further.
- Rise of Major Orders: In the Mesozoic and Cenozoic eras, the major modern orders— Coleoptera (beetles), Lepidoptera (butterflies), Diptera (flies), and Hymenoptera (bees, wasps) —underwent massive diversification, often co-evolving with flowering plants (angiosperms).
(b) Different types of wings in insects: Insect wings are highly diverse in structure and function, adapted to their lifestyle and habitat. The main types are:
- Membranous Wings: These are the most common type of wings, being thin, transparent, and supported by a network of veins. They are primarily responsible for flight. Examples: Dragonflies, bees, wasps .
- Elytra (singular: Elytron): These are the modified, hardened, and sclerotized forewings of beetles (Order Coleoptera). They are not used for flight but serve as a protective cover for the delicate hind membranous wings and the abdomen when at rest. Example: Beetles .
- Tegmina (singular: Tegmen): These are leathery, somewhat thickened forewings that protect the hind wings. Unlike elytra, they are less rigid and retain a visible venation pattern. Examples: Cockroaches, grasshoppers, mantids .
- Hemelytra (singular: Hemelytron): These are the forewings of true bugs (Order Hemiptera). The basal part of the wing is thickened and leathery (the corium), while the apical part is membranous. Example: Stink bugs .
- Scaly Wings: Found in butterflies and moths (Order Lepidoptera). The wing consists of a membrane covered with layers of tiny, flattened scales. These scales create the colour patterns that play roles in camouflage, thermoregulation, and mating displays. Example: Butterflies, moths .
- Fringed Wings: Found in very small insects, such as thrips (Order Thysanoptera). The wings are very narrow and are bordered with a fringe of long hairs (setae), which creates an effective aerodynamic surface for flight in low Reynolds number air.
Q6. Differentiate between the following pairs of terms: (a) Cursorial and Fossorial legs (b) Dorsal ocelli and Stemmata (c) Hemimetabolous and Holometabolous insects (d) Sponging and Siphoning mouthparts
Ans. (a) Cursorial and Fossorial legs: Cursorial legs:
- Function: Adapted for running and walking.
- Structure: The leg segments, particularly the femur and tibia, are long and slender, providing a long stride for rapid movement.
- Example: Cockroaches and many ground beetles have cursorial legs.
Fossorial legs:
- Function: Adapted for digging and burrowing.
- Structure: The legs are short, stout, and often flattened. The tibia is typically broad and spade-like, with strong teeth or spines for excavation.
- Example: Mole crickets and some scarab beetles have fossorial legs.
(b) Dorsal ocelli and Stemmata: Dorsal ocelli:
- Location: These simple eyes are found on the top or front of the head in adult insects and hemimetabolous nymphs.
- Function: They do not form images but are very sensitive to light intensity and its changes. They help in maintaining flight horizon.
- Structure: A single lens focuses light onto a group of many rhabdomeric cells.
Stemmata (Lateral ocelli):
- Location: These are found on the sides of the head of holometabolous larvae (e.g., caterpillars).
- Function: They can detect the direction of light and form a rudimentary, mosaic-like image. Larvae often scan their heads to build a composite picture of their surroundings.
- Structure: Each stemma is similar in structure to a single ommatidium of a compound eye.
(c) Hemimetabolous and Holometabolous insects: Hemimetabolous insects (Incomplete metamorphosis):
- Life Stages: The life cycle has three stages: egg, nymph, and adult.
- Nymphal Stage: Nymphs generally resemble the adults, eat the same food, and live in the same habitat. They grow gradually in size through moulting.
- Wing Development: Wings develop externally as wing pads that grow larger with each moult.
- Examples: Grasshoppers, dragonflies, cockroaches.
Holometabolous insects (Complete metamorphosis):
- Life Stages: The life cycle has four distinct stages: egg, larva, pupa, and adult.
- Larval Stage: The larva (e.g., caterpillar, maggot) is very different from the adult in form, diet, and habitat. Its main function is to eat and grow.
- Pupal Stage: This is a non-feeding, inactive stage during which the larval body is reorganized into the adult form.
- Wing Development: Wings develop internally as imaginal discs and only become visible in the adult stage.
- Examples: Butterflies, beetles, flies, bees.
(d) Sponging and Siphoning mouthparts: Sponging mouthparts:
- Function: Adapted for sopping up liquid or dissolved food.
- Structure: They feature a fleshy, sponge-like structure called the labellum , which has many tiny channels (pseudotracheae). The insect first liquefies solid food by regurgitating saliva onto it and then sponges up the liquid.
- Example: House fly and blow fly.
Siphoning mouthparts:
- Function: Adapted for sucking up liquids like nectar from flowers.
- Structure: The mouthparts are modified into a long, hollow, tube-like structure called the proboscis . It is formed by the interlocking galeae of the maxillae. It is typically coiled up beneath the head when not in use.
- Example: Butterflies and moths.
Q7. (a) Describe briefly about abdominal appendages. (b) Discuss the functions of mechanoreceptors in insects.
Ans. (a) Abdominal Appendages: The abdomen of insects is typically devoid of appendages, especially in adult winged insects. However, modified appendages exist in many groups, serving various functions. They can be classified into three categories: 1. Pre-genital Appendages:
- These are found on the abdominal segments preceding the genitalia.
- Styli: These are small, leg-like, unsegmented appendages found in some primitive, wingless insects like silverfish (Thysanura). They are thought to aid in locomotion and are considered remnants of primitive mult-segmented legs.
- In Collembola: Springtails (Collembola) have three distinctive appendages on their abdomen: the collophore (adhesive tube), retinaculum (catch), and furcula (springing organ).
2. Genital Appendages (Genitalia):
- These are associated with reproduction and are typically located on the 8th and 9th abdominal segments.
- In Females: The appendages are modified to form an ovipositor , used for laying eggs. It can be adapted for inserting eggs into soil, wood, or other host tissues. In Hymenoptera (bees, wasps), it is often modified into a sting .
- In Males: The appendages form the copulatory organs, collectively known as the aedeagus or claspers. These are used to hold the female and transfer sperm during mating.
3. Post-genital Appendages:
- These are found on the 11th abdominal segment.
- Cerci: These are a pair of appendages arising from the 11th segment. They vary greatly in size and function—from long and filamentous (sensory in cockroaches) to short and unsegmented, or large and pincer-like (for defense in earwigs).
(b) Functions of mechanoreceptors in insects: Mechanoreceptors are sensory organs that detect mechanical stimuli, such as touch, pressure, vibration, and changes in body position. They are crucial for insects to interact with their environment and coordinate their movements. The main functions and types are:
- Detecting Touch and Airflow:
- Trichoid Sensilla: These are hair-like sensory organs found all over the body, especially on the antennae, legs, and mouthparts. When the hair is bent, it stimulates an associated neuron. They detect touch, air currents, and low-frequency vibrations.
- Detecting Stress in the Cuticle:
- Campaniform Sensilla: These are dome-shaped sensory organs located on or just below the surface of the cuticle. They detect localized stress and strain in the cuticle, providing information about joint position and aerodynamic forces on the wings during flight.
- Detecting Gravity, Vibration, and Sound:
- Chordotonal Organs: These are internal mechanoreceptors that are stretched between points of the cuticle. They monitor the relative position and movement of body parts.
- Johnston’s Organ: This is a specialized chordotonal organ located in the second antennal segment (the pedicel). It detects movement of the outermost part of the antenna (the flagellum). Its functions include detecting flight speed (via airflow), gravity, and in insects like mosquitoes, sound (sound waves vibrate the antenna).
- Subgenual Organs: Located in the legs, these are highly sensitive to substrate-borne vibrations, helping to detect predators or mates.
- Tympanal Organs: These are “ears” made of chordotonal organs attached to a thin cuticular membrane (the tympanum). They detect airborne sound and are commonly used for locating mates or avoiding predators like bats.
- Chordotonal Organs: These are internal mechanoreceptors that are stretched between points of the cuticle. They monitor the relative position and movement of body parts.
Q8. (a) Diagrammatically discuss the skeleto-muscular organization of abdominal segments. (b) Discuss the eclosion in decticous pupa and adecticous pupa.
Ans. (a) Skeleto-muscular organization of abdominal segments: Each segment of an insect’s abdomen is a flexible system that combines a rigid skeleton with musculature for functions like movement and respiration. (Note: In an exam, a diagram should be drawn to accompany the following description. The diagram should show a cross-section of an abdominal segment, with the tergum, sternum, pleural membranes, and major muscle groups (dorsal longitudinal, ventral longitudinal, and tergosternal) labelled.) Skeletal Organization:
- A typical abdominal segment is composed of a dorsal plate, the tergum , a ventral plate, the sternum , and lateral pleural membranes that connect the tergum and sternum.
- These membranes are flexible, allowing the segment to expand and contract, which is essential for respiration, abdominal distension (with food or eggs), and movement.
- Successive segments are joined by intersegmental membranes, which allow the abdomen to bend and telescope.
Muscular Organization:
The muscles of the abdomen primarily run between segments and within each segment. The main muscle groups are:
- Longitudinal Muscles:
- Dorsal longitudinals: These run beneath the tergum and, upon contraction, telescope or arch the abdomen upwards.
- Ventral longitudinals: These run above the sternum and, upon contraction, telescope or curl the abdomen downwards.
- Tergosternal Muscles (or Dorso-ventral muscles): These run vertically or obliquely between the tergum and sternum within each segment. When they contract, they flatten the segment, increasing the internal pressure. This action plays a key role in respiration (forcing air out of the spiracles).
- Lateral Muscles: These muscles run obliquely within the segment and contribute to more complex movements like twisting and bending.
This skeleto-muscular system allows the abdomen to perform diverse functions, including rhythmic pumping for respiration, posturing during mating, and telescoping movements for oviposition.
(b) Eclosion in decticous and adecticous pupa: Eclosion is the process of emergence of the adult insect from the pupal stage. This process differs based on the type of pupa, specifically the presence and functionality of their mandibles. Eclosion in Decticous Pupa:
- Characteristic: Decticous pupae possess movable, articulated mandibles that function like adult mandibles even during the pupal stage.
- Process: At the time of eclosion, the pupa (which is a pharate adult, as the adult cuticle is beneath the pupal cuticle) uses its mandibles to chew its way out of its cocoon or pupal cell. Once free, the pupa crawls to a suitable location, and then the adult insect emerges from the pupal cuticle. The splitting of the pupal cuticle usually occurs along a dorsal midline.
- Examples: This type of pupa is found in the orders Neuroptera (Lacewings), Trichoptera (Caddisflies), and some primitive Lepidoptera.
Eclosion in Adecticous Pupa:
- Characteristic: Adecticous pupae have non-functional, vestigial mandibles that are not articulated and cannot be used for chewing.
- Process: Since they cannot chew their way out, the emerging adults use other methods:
- Physical Force: The adult uses hemolymph pressure to inflate its body and split the pupal cuticle along a pre-determined line of weakness. It then uses its legs and body to wriggle out of the cocoon or pupal case.
- Spines and Projections: Some pupae (obtect pupae, a type of adecticous) have backward-pointing spines on their body. The adult moves its body from within the pupa, and these spines help it to wriggle its way out of the cocoon or earthen cell.
- Chemical Secretions: Some moths (like the silk moth) secrete an enzymatic fluid that softens the silk of the cocoon, allowing the adult to push its way out easily.
- Ptillinum: In some higher Diptera (flies), the adult has a temporary, inflatable sac on its head called the ptilinum. The adult breaks open the end of the puparium (the hardened pupal case) by repeatedly inflating and deflating this sac.
- Examples: This is found in the majority of holometabolous insects, including Lepidoptera (butterflies), Diptera (flies), Coleoptera (beetles), and Hymenoptera (bees).
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