El órgano de Johnston es una colección de células sensoriales que se encuentran en el pedicelo (el segundo segmento) de las antenas en la clase Insecta . [2] El órgano de Johnston detecta el movimiento en el flagelo (tercer y típicamente último segmento de la antena). Consiste en escolopidios dispuestos en forma de cuenco, cada uno de los cuales contiene una neurona cordotonal mecanosensorial . [3] [4] El número de escolopidios varía entre especies. En los homópteros , los órganos de Johnston contienen entre 25 y 79 escolopidios. [5] La presencia del órgano de Johnston es una característica definitoria que separa a la clase Insecta de los otros hexápodos pertenecientes al grupo Entognatha . El órgano de Johnston recibió su nombre en honor al médico Christopher Johnston (1822-1891) [6] padre del médico y asiriólogo Christopher Johnston .
En la mosca de la fruta Drosophila melanogaster y Chironomus annularius , el órgano de Johnston contiene casi 480 neuronas sensoriales. [7] En el mosquito, el órgano de Johnston alberga ~15 000 células sensoriales en los machos, [8] comparables a las de la cóclea humana, [9] y aproximadamente la mitad en las hembras. [10] Distintas poblaciones de neuronas se activan de forma diferente por las desviaciones de las antenas causadas por la gravedad o por las vibraciones causadas por el sonido o el movimiento del aire. [2] [11] Esta respuesta diferencial permite a la mosca distinguir entre estímulos gravitacionales, mecánicos y acústicos. [2] [11]
El órgano de Johnston de las moscas de la fruta, los quironómidos o los mosquitos se puede utilizar para detectar las vibraciones del aire causadas por la frecuencia del aleteo o el canto de cortejo de una pareja. Una de las funciones del órgano de Johnston es detectar la frecuencia del aleteo de una pareja. [3] La producción de sonido en el aire da lugar a dos componentes de energía: el componente de presión, que son los cambios en la presión del aire; y el componente de desplazamiento de partículas, que es la vibración de ida y vuelta de las partículas del aire que oscilan en la dirección de propagación del sonido. [12] El desplazamiento de partículas tiene una mayor pérdida de energía que el componente de presión cuando uno se aleja de la fuente de sonido, por lo que, en el caso de sonidos silenciosos, como las moscas pequeñas, solo es detectable a unas pocas longitudes de onda de la fuente. [12]
Otra función del órgano de Johnston en las moscas de la fruta es detectar cambios en el flujo de aire inducido por el ala durante los giros inducidos visualmente y controlar la magnitud de las respuestas de dirección. [13] [14] Durante los giros inducidos visualmente, la antena ubicada opuesta a la dirección del giro se acerca al ala. [13] Esto aumenta el flujo de aire inducido por el ala y aumenta la activación de las neuronas en el órgano de Johnston. [13] [14] El aumento de la activación de las neuronas del órgano de Johnston funciona para reducir la amplitud del movimiento del ala contralateral, lo que proporciona un ciclo de retroalimentación positiva para mejorar las etapas iniciales de los giros inducidos visualmente. [13] [14]
Los insectos, como las moscas de la fruta y las abejas, detectan los sonidos mediante pelos o antenas que vibran con el movimiento de las partículas del aire. [12] (Los órganos timpánicos detectan el componente de presión del sonido). El sonido de campo cercano, debido a la rápida disipación de energía, es adecuado solo para una comunicación muy cercana. [12] Dos ejemplos de comunicación sonora de campo cercano son la danza de meneo de las abejas y los cantos de cortejo de la Drosophila . [12] En las moscas de la fruta, la arista de las antenas y el tercer segmento actúan como receptor de sonido. [12] Las vibraciones del receptor provocan la rotación del tercer segmento, que canaliza la entrada de sonido a los mecanorreceptores del órgano de Johnston. [12]
El órgano de Johnston desempeña un papel en el control de la estabilidad del vuelo en las polillas halcón . Los datos cinemáticos medidos de polillas en vuelo constante indican que las antenas vibran con una frecuencia que coincide con el batido de alas (27 Hz). Sin embargo, durante el vuelo complejo, los cambios angulares de la polilla voladora causan fuerzas de Coriolis , que se prevé que se manifiesten como una vibración de la antena de aproximadamente el doble de la frecuencia del batido de alas (~60 Hz). Cuando se manipularon las antenas para vibrar en un rango de frecuencias y se midieron las señales resultantes de las neuronas asociadas con los órganos de Johnston, la respuesta de las neuronas de los escolopidios a la frecuencia se acopló estrechamente en el rango de 50-70 Hz, que es el rango previsto de vibraciones causadas por los efectos de Coriolis . Por lo tanto, el órgano de Johnston está ajustado para detectar cambios angulares durante las maniobras en vuelos complejos. [15]
Las abejas danzantes ( Apis mellifera ) describen la ubicación de fuentes de alimento cercanas mediante señales sonoras emitidas en el aire. Estas señales consisten en el movimiento rítmico de alta velocidad de partículas de aire. Estos sonidos de campo cercano se reciben e interpretan utilizando el órgano de Johnston en el pedúnculo de las antenas. [16] Las abejas también perciben cambios en el campo eléctrico a través de los órganos de Johnston en sus antenas y posiblemente otros mecanorreceptores. Los campos eléctricos generados por los movimientos de las alas causan desplazamientos de las antenas según la ley de Coulomb . Las neuronas del órgano de Johnston responden a movimientos dentro del rango de desplazamientos causados por los campos eléctricos. Cuando se impidió que las antenas se movieran en las articulaciones que contienen el órgano de Johnston, las abejas ya no respondieron a los campos eléctricos biológicamente relevantes. Las abejas responden de manera diferente a diferentes patrones temporales. Las abejas parecen utilizar el campo eléctrico que emana de la abeja danzante para la comunicación a distancia. [17] "Greggers_2018" Greggers U (12 de septiembre de 2018). "FSE en las abejas". Freien Universität Berlín . Archivado desde el original el 21 de noviembre de 2018 . Consultado el 11 de junio de 2013 .</ref>