Struktur und Funktion der Insekten I - Institut für Bienenkunde
Struktur und Funktion der Insekten I - Institut für Bienenkunde
Struktur und Funktion der Insekten I - Institut für Bienenkunde
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<strong>Struktur</strong> <strong>und</strong> <strong>Funktion</strong> <strong>der</strong> <strong>Insekten</strong><br />
Prof. Dr. Bernd Grünewald<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Bienenk<strong>und</strong>e Oberursel<br />
Polytechnische Gesellschaft<br />
FB Biowissenschaften, Goethe-Universität<br />
b.gruenewald@bio.uni-frankfurt.de<br />
www.institut-fuer-bienenk<strong>und</strong>e.de
Was will ich über <strong>Insekten</strong> wissen?<br />
14.12.2012: Was sind <strong>Insekten</strong>?<br />
• Merkmale<br />
• Bauplan, äußere Anatomie<br />
• Tagmata <strong>der</strong> <strong>Insekten</strong><br />
18.12.2012:<br />
• Anpassungen an das Landleben<br />
• Integument, Atmung<br />
• Hämolymphsystem<br />
• Ernährung <strong>und</strong> Verdauung<br />
• Osmoregulation <strong>und</strong> Exkretion<br />
19.12.2012:<br />
• Lokomotion<br />
• Fortpflanzung <strong>und</strong> Entwicklung<br />
• Sinnesorgane <strong>und</strong> Nervensystem
Die allermeisten Tiere sind <strong>Insekten</strong><br />
• Artenreichste Tiergruppe<br />
• Ca. 1 Mio belegte Arten<br />
• Geschätzt: 10 Mio Arten<br />
• Wirbeltiere: rezent ca. 50.000 Arten<br />
• Individuenreichste Tiergruppe<br />
• Nahezu alle Lebensräume<br />
(Ausnahmen: Meer, Polargebiete)<br />
• Seit etwa 380 Mio Jahren
<strong>Insekten</strong> sind terrestrische Euarthropoden<br />
Onychophora Tardigrada<br />
Euarthropoda:<br />
Trilobita Myriapoda<br />
Chelicerata Crustacea Insecta<br />
Westheide, Rieger 2007
Bauplan eines Dekapoden (Crustacea)<br />
1. Kopf-Thorax-Abdomen: relativ homogene Segmente<br />
2. Spaltbeine (Thorax <strong>und</strong> Abdomen)<br />
(basaler Protopodit gabelt sich in medianen Endopodit <strong>und</strong> Exopodit)<br />
3. Zwei Komplexaugen, ein Naupliusauge<br />
4. Zwei Antennenpaare<br />
5. Kiemenatmung<br />
6. Marine Lebewesen<br />
Westheide, Rieger 2007
Was kennzeichnet <strong>Insekten</strong>?<br />
• Geglie<strong>der</strong>ter Körper<br />
• Arthropodien<br />
• Cuticula aus Chitin<br />
• Komplexaugen<br />
• Tracheen (auch<br />
Chilopoden)<br />
• Ventrales Nervensystem<br />
• Hexapoden<br />
• 3-Teilung des Körpers<br />
• Malpighische Gefäße<br />
• 1 Paar Glie<strong>der</strong>antennen<br />
• 3 Paar M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
• Ocellen<br />
• Terrestrische Lebensweise
Äußere Anatomie eines Insekts<br />
Körperglie<strong>der</strong>ung<br />
• Dreiteilung des Körpers in die Tagmata:<br />
Caput (6 Segmente)<br />
Thorax (3 Segmente)<br />
Abdomen (11 Segmente)
Äußere Anatomie eines Insekts<br />
1. Kopf-Thorax-Abdomen: spezialisierte Tagmata<br />
2. Heteronome Segmentierung<br />
3. Drei Beinpaare am Thorax, Abdominalbeine nur larval<br />
4. Zwei Komplexaugen, 3 Ocellen<br />
5. Ein Antennenpaar<br />
6. Landlebewesen (Tracheen)<br />
7. Primär flügellos, viele rezente Pterygoten
www.earthlife.net<br />
=Scheitel<br />
Körperglie<strong>der</strong>ung - Kopf<br />
=Stirn<br />
=Wange<br />
Caput: Nahrungsaufnahme,<br />
Sinnesorgane, Gehirn<br />
• M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
(Mandibeln, 1. Maxille,<br />
2. Maxille = Labium)<br />
• Antennen<br />
• Komplexaugen<br />
• Ocellen (Gr<strong>und</strong>typus: 3,<br />
können fehlen)
www.earthlife.net<br />
Körperglie<strong>der</strong>ung - Kopf<br />
=Hinterhaupt<br />
Caput:<br />
• Segmentierung nur an<br />
M<strong>und</strong>werkzeugen<br />
erkennbar<br />
• Lagesinnesorgane am<br />
Hinterhaupt
Ein Blick in‘s Kopfinnere<br />
starre Kopfkapsel außen:<br />
• mechanischer Schutz<br />
• Ansatz <strong>für</strong> Muskeln<br />
Endoskelett im Kopf: Tentorium<br />
• Versteifung, Verstrebung, Festigkeit<br />
• Muskelansätze <strong>für</strong> M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
• Muskelansätze <strong>für</strong> Vor<strong>der</strong>darm<br />
Dettner & Peters 2003
Ein Blick in‘s Kopfinnere<br />
starre Kopfkapsel außen:<br />
• mechanischer Schutz<br />
• Ansatz <strong>für</strong> Muskeln<br />
Endoskelett im Kopf: Tentorium<br />
• Versteifung, Verstrebung, Festigkeit<br />
• Muskelansätze <strong>für</strong> M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
• Muskelansätze <strong>für</strong> Vor<strong>der</strong>darm<br />
Dettner & Peters 2003
Körperglie<strong>der</strong>ung - Segmentierung<br />
Wieviele Segmente bilden den Kopf?<br />
• Procephalon (2-3 Segmente):<br />
Präantennensegment (?) mit Protocerebrum<br />
Antennensegment mit Deutocerebrum<br />
Prämandibelsegment (=Interkalarsegment) mit<br />
Tritocerebrum<br />
• Gnatocephalon (3 Segmente):<br />
3 Segmente mit M<strong>und</strong>werkzeugen<br />
fusioniertes Unterschl<strong>und</strong>ganglion (3 Neuromere)
Collembola Locusta<br />
Kopfanhänge - Antennen<br />
• Chemorezeption<br />
• Mechanorezeption<br />
• Glie<strong>der</strong>antenne<br />
ursprünglich (Diplura, Collembola),<br />
jedes Glied beweglich (Muskeln),<br />
kürzer.<br />
• Geißelantenne (Synapomorphie, alle an<strong>der</strong>en<br />
<strong>Insekten</strong>)<br />
dreiteilig: Scapus, Pedicellus, Flagellum (Geißel),<br />
Johnstonsches Organ zwischen Ped. <strong>und</strong> Scapus,<br />
Muskelansatz an Scapus .
Maxille<br />
Kopfanhänge - M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
Ocelli Antenne<br />
Komplexauge<br />
Labrum<br />
Labium<br />
• Labrum – Oberlippe (keine Extremität)<br />
• Mandibeln – Oberkiefer<br />
• 1. Maxille – Unterkiefer<br />
Mandibel<br />
• 2. Maxille = Labium - Unterlippe<br />
Mandibel<br />
Labrum<br />
Maxille<br />
Labium
• Mandibeln:<br />
stets ungeglie<strong>der</strong>t, hart<br />
sklerotisiert, kräftige<br />
Muskeln distaler Teil (Incisivi)<br />
mit Zähnen, proximal (Mola)<br />
als raspelartige Kaufläche.<br />
Zerkleinerung <strong>der</strong> Nahrung<br />
Kopfanhänge - M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
Gr<strong>und</strong>typus: kauend-beißend (orthopteroid = bei<br />
Orthoptera, z. B. Heuschrecken):<br />
• Maxillen:<br />
geglie<strong>der</strong>t, Bewegung<br />
gegeneinan<strong>der</strong>, geringe Bedeutung<br />
<strong>für</strong> Zerkleinerung<br />
Cardo – „Angelstück“: Artikulation<br />
mit Kopfkapsel<br />
• Labrum: klappenartiger Abschluß des Präoralraums<br />
Stipes – „Stamm“ mit Laden:<br />
Lacinia mit Zähnchen<br />
Galea meist membranös<br />
Sinnesorgane auf Palpus maxillaris<br />
• Labium:<br />
geglie<strong>der</strong>t, plattenförmig,<br />
hinteres Kopfsegment<br />
Abschluß des Präoralraumes.<br />
Coxal verschmolzen<br />
innen: Glossa,<br />
aussen: Paraglossa<br />
seitlich: Labialpalpen
Welche Typen von M<strong>und</strong>werkzeugen haben <strong>Insekten</strong>?<br />
• kauend-beißend<br />
• leckend-saugend<br />
• stechend-saugend
Mand<br />
Galea<br />
Labialpalpus<br />
Glossa<br />
Flabellum<br />
Bienen <strong>und</strong> Hummeln<br />
LP<br />
Galea<br />
• Leckend-saugend (Labialkomplex): Nektar<br />
• Beißend (Mandibeln): Wachskneter
Kopfanhänge - M<strong>und</strong>werkzeuge<br />
Fangmaske einer Libellenlarve<br />
• aquatische Lebensweise, räuberisch<br />
• Labium stark vergrößert, spezialisiert<br />
• Greifhaken = Labialpalpen<br />
• Schnelle, kräftige Muskeln +<br />
Hämolymphdruck: = Reaktionszeit : ~20ms
Gurkenmurkser, Ciller gurkae Fuchs 1960<br />
Barks’ Thierleben - Biodiversität in Entenhausen,<br />
http://www.quakpiep.de/Barks.html
=Nacken<br />
Lokomotion<br />
• Pro-, Meso-, Metathorax<br />
• 2 Paar Flügel (Meso-, Metathorax = Pterothorax)<br />
• 3 Paar Laufbeine<br />
• 3 Thorakalganglien<br />
Thorax Tergum (Tergite)<br />
Sternum (Stergite)<br />
Pleurum (Pleurite)
Arthropodium (Glie<strong>der</strong>fuß)<br />
• Sechs Glie<strong>der</strong><br />
• Embryonal:<br />
Basaler Coxopodit:<br />
Terminaler Telopodit<br />
• Adulte Pterygota:<br />
Coxa, Trochanter I & II,<br />
Thorakalbeine<br />
Femur, Tibia, Tarsus (Praetarsus)<br />
Trochanter<br />
Coxa<br />
Femur<br />
Tibia<br />
Tarsus<br />
Praetarsus
Schwimmbeine<br />
Beine<br />
• Dytiscus (Gelbrandkäfer)<br />
Ru<strong>der</strong>schlag<br />
Vorzug<br />
• Gyrinus (Taumelkäfer)
Fangbeine<br />
• Femur <strong>und</strong> Tibia<br />
Beine<br />
• Tibia häufig mit Dornen<br />
• Coxa stark verlängert
Entwicklung des Flügels<br />
• Laterale Falten des Alinotums (Teil des Tergums)<br />
• keine Extremität!<br />
• Epi<strong>der</strong>mis von Ober- <strong>und</strong> Unterseite<br />
• Einwan<strong>der</strong>n von Tracheen <strong>und</strong> Nerven<br />
• Sklerotisierung<br />
Flügel<br />
• Degeneration <strong>der</strong> Epi<strong>der</strong>mis
Gr<strong>und</strong>schema des Flügels<br />
• A<strong>der</strong>n = Tracheen aus sklerotisierter Cuticula<br />
• Drei Bezirke durch Längsa<strong>der</strong>n unterteilt:<br />
Remigium (lat.: das Ru<strong>der</strong>n)<br />
Vannus (Analfeld)<br />
Flügel<br />
Jugum (lat.: Joch, fehlt häufig)<br />
• jeweils durch biegsame Falte (Plica) begrenzt:<br />
Flügel einklappen!
Abdomen: Verdauung, Reproduktion, Verteidigung<br />
Tergum<br />
Pleurum<br />
• Ursprünglich 11 Abdominalsegmente<br />
• Terminal: Telson (kein Segment)<br />
Sternum<br />
• Extremitätenknospen während Embryonalentwicklung<br />
• Cerci = Extremitäten des 11. AS (Sinnesorgane, Tracheenkiemen)<br />
• Geschlechtsorgane meist hinter 8. AS (selten hinter 7. AS)<br />
• Prä-, Postgenitalsegmente, Genitalsegmente<br />
Cercus<br />
Stigma<br />
• Ovipositor: bei Hymenopteren sek<strong>und</strong>är zum Stachelapparat
Abdomen<br />
Abdominalextremitäten<br />
Embryo: Anlagen an allen Abdominalsegmenten<br />
Larvale Beine<br />
Ovipositor <strong>der</strong> Weibchen, Penis <strong>der</strong> Männchen<br />
Cerci einzige abdominalen Extremitäten <strong>der</strong> Imago
Literatur<br />
• K. Dettner & W. Peters: Lehrbuch <strong>der</strong> Entomologie. Spektrum 2.<br />
Auflage 2003<br />
• A. Kaestner: Lehrbuch <strong>der</strong> speziellen Zoologie.<br />
Band I – 5. Teil: Insecta (Hrsg: H.H. Dathe)<br />
• G. Heldmaier & G. Neuweiler: Vergleichende Tierphysiologie. 2<br />
Bände, Springer 2003.<br />
• W. Jacobs & M. Renner: Biologie <strong>und</strong> Ökologie <strong>der</strong> <strong>Insekten</strong>.<br />
Spektrum, 4. Auflage 2007<br />
Tobias Pfau
• Tagmata<br />
• Akron<br />
• Tentorium<br />
• Scapus, Pedicellus<br />
• Flagellum<br />
• Labrum<br />
Fachbegriffe zum Nachschlagen<br />
• Mandibel, Maxille, Labium<br />
• orthopteroid<br />
• Stergit, Tergit, Pleurit<br />
• Pro-, Meso-, Metathorax<br />
• Coxa, Trochanter, Femur<br />
• Tibia, Tarsus<br />
• Cercus<br />
• Cuticula<br />
• Mixocoel<br />
• Pterygote<br />
• Malpighische Gefäße<br />
• Stigma<br />
• Frons, Vertex, Gena<br />
• Cervix
Fragen<br />
• Nennen Sie 5 Merkmale <strong>der</strong> <strong>Insekten</strong>!<br />
• Wie wird die Hämolymphe im Körper eines pterygoten Insektes<br />
verteilt?<br />
• Skizzieren Sie den Gr<strong>und</strong>typ <strong>der</strong> M<strong>und</strong>werkzeuge von <strong>Insekten</strong>!<br />
Wo ist <strong>der</strong> Gr<strong>und</strong>typ realisiert? Welche an<strong>der</strong>en Arten von<br />
M<strong>und</strong>werkzeugen kennen Sie (Beispiele)?<br />
• Wie wird <strong>der</strong> Hämolymphdruck im <strong>Insekten</strong>abdomen erzeugt?<br />
• Was ist ein Stigma, wie funktioniert es <strong>und</strong> welche <strong>Funktion</strong> spielt<br />
es?
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