VS-StruFu-Insekten III - Institut für Bienenkunde
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Struktur und Funktion der <strong>Insekten</strong><br />
Prof. Dr. Bernd Grünewald<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Bienenkunde</strong> Oberursel<br />
Polytechnische Gesellschaft<br />
FB Biowissenschaften, Goethe‐Universität<br />
b.gruenewald@bio.uni-frankfurt.de<br />
www.institut-fuer-bienenkunde.de
Was will ich über <strong>Insekten</strong> wissen?<br />
17.12.2010: Was sind <strong>Insekten</strong>?<br />
• Merkmale<br />
• Bauplan, äußere Anatomie<br />
• Anpassungen an das Landleben<br />
21.12.2010:<br />
• Integument, Atmung<br />
• Hämolymphsystem<br />
• Ernährung und Verdauung<br />
• Osmoregulation und Exkretion<br />
22.12.2010:<br />
• Lokomotion<br />
• Fortpflanzung und Entwicklung<br />
• Sinnesorgane und Nervensystem
• Laufen<br />
• Kriechen<br />
• Krabbeln<br />
• Springen<br />
• Schwimmen<br />
• Fliegen<br />
Lokomotion
Laufen<br />
Koordination der Schreitbewegungen<br />
• Drei Beine gleichzeitig angehoben:<br />
Vorderbein, Hinterbein rechts<br />
Mittelbein links<br />
• Drei Beine bleiben auf dem Boden<br />
Mittelbein rechts<br />
Vorderbein, Hinterbein links<br />
• Koordination durch Thorakalganglien<br />
• Zentraler Mustergenerator
Abdominalextremitäten<br />
� Larvale abdominale Beine<br />
� Lepidopterenraupen<br />
Krabbeln<br />
Peristaltik<br />
� Wurmartiges Kriechen, Hautmuskelschlauch<br />
� Beinlose Maden (Diptera, Hymenoptera)
•Dytiscus (Gelbrandkäfer)<br />
• Gyrinus (Taumelkäfer)<br />
Schwimmen<br />
Ruderschlag<br />
Vorzug<br />
Schwimmbeine: Gleichsinnige Ruderbewegungen
Flügel<br />
Fliegen<br />
Tergit<br />
Thorax<br />
Schnitt durch ein Flügelgelenk<br />
• Pterale 2 bildet Pfanne und passt in das<br />
• Fulcrum der Pleuralleiste<br />
• primäres Flügelgelenk
www.sciencedocu.de<br />
Fliegen<br />
Aufsicht auf das Flügelgelenk<br />
• Pterale 2 bildet Pfanne und passt in das<br />
• Fulcrum der Pleuralleiste<br />
• primäres Flügelgelenk
Direkte….<br />
Fliegen<br />
Indirekte Flugmuskulatur<br />
Flügelschlagfrequenz? 20 Hz 50 –60 Hz (Schnaken)<br />
180 ‐ 300 Hz (Fliegen)
www.sciencedocu.de<br />
Fliegen<br />
Bewegung beim Aufschlag und Abschlag – Vortrieb und Auftrieb
Fliegen<br />
Libellenflug: Simulation
Wie pflanzen sich <strong>Insekten</strong> fort?<br />
Kopulae<br />
• Getrenntgeschlechtlich, selten Parthenogenese<br />
• Innere Besamung<br />
• Kopulationspfropf (Honigbienen)<br />
• Anlocken<br />
• Balz<br />
• „Hochzeitsgeschenke“
Wie pflanzen sich <strong>Insekten</strong> fort?<br />
Kopulae<br />
• im Flug<br />
Paarungsrad der Odonata<br />
Paarungsflug der Bienenkönigin<br />
• auf festem Substrat (meisten <strong>Insekten</strong>)<br />
• im Wasser (Wasserwanzen, Wasserkäfer)
Dettner & Peters 2003<br />
Die weiblichen Geschlechtsorgane<br />
A Wanderheuschrecke B Homopteren<br />
C Steinfliege D Lepidoptere<br />
Ovarien<br />
• AbdominalsegmenteVI und VII<br />
• Paarig<br />
• Eiröhren= Ovariolen (üblich 4‐8, bei<br />
Honigbienen 160, Termiten 2000)<br />
• Eileiter = Ovidukte<br />
Geschlechtswege (Gonodukte)<br />
• Unpaare Geschlechtsöffnung<br />
• Ductus receptaculi (meist unpaar) und<br />
Receptaculi seminis<br />
• Ovipositor (Legeapparat)<br />
• Drüsen, Sekrete
Dettner & Peters 2003<br />
Die männlichen Geschlechtsorgane<br />
Hoden<br />
• paarig<br />
• Hodenfollikel: Spermatogenese<br />
meist multifollikulär: >100 Follikel<br />
• Samenleiter (Vasa deferentia)<br />
• Samenblase (Vesicula seminalis)<br />
• Ductus ejaculatorius (unpaar)<br />
• Komplexer Kopulationsapparat
• Hemimetabole Entwicklung<br />
Entwicklung
• Holometabole Entwicklung<br />
• Metamorphose<br />
• Wie werden die<br />
verschiedenen<br />
Häutungen induziert<br />
und gesteuert?<br />
Entwicklung
Holometabole Entwicklung: hormonelle Steuerung<br />
• Juvenilhormon: Corpora allata<br />
• Ecdyson: Prothorakaldrüse
Holometabole Entwicklung: hormonelle Steuerung<br />
JH<br />
Ecdyson<br />
Manduca sexta - Tabakschwärmer<br />
• Balance zwischen Ecdyson und JH: normale Häutung oder Verpuppung<br />
• Larvale Häutung: hoher JH-Titer, geringer Ecdysontiter<br />
• Verpuppung: hoher Ecdysontiter geringer JH-Titer<br />
• Präpupaler Peak: Einsetzen der Puppenhäutung<br />
Dettner & Peters 2003
Gehirn und zentrales<br />
Nervensystem
Grundbauplan des Zentralnervensystem<br />
Historische Wandtafel der Humboldt<br />
Universität Berlin<br />
Zentralnervensystem:<br />
• Gehirn (dorsal) und Bauchmark (ventral)<br />
• Ganglienkette (was ist ein Ganglion?)<br />
• Segmentaler Aufbau<br />
• Vom Strickleiternervensystem abgeleitet:<br />
Konnektiv: Verbindung zwischen Ganglien<br />
Kommissur: Verbindung zwischen Hemisphären<br />
Gehirn:<br />
• Oberschlundganglion:<br />
Protocerebrum (1. Segment)<br />
Deutocerebrum (Antennallobus)<br />
Tritocerebrum (Übergang zum USG)<br />
• Unterschlundganglion (Mundwerkzeuge):<br />
Mandibulares, maxillares, labiales Segment
Grundbauplan des Zentralnervensystem<br />
Gehirn:<br />
• Oberschlundganglion):<br />
Protocerebrum (1. Segment)<br />
Deutocerebrum (Antennallobus)<br />
Tritocerebrum (Übergang zum USG)<br />
• Unterschlundganglion (Mundwerkzeuge):<br />
Mandibulares, maxillares, labiales Segment<br />
Bauchmark<br />
• Halskonnektiv<br />
• Thorakalganglien (Beine, Flügel: Sensorik & Muskeln):<br />
Proto‐, Meso‐, Metathorakalganglion<br />
• Abdominalganglien (8‐11 Ganglien):<br />
Rumpfmuskulatur, Cerci
Das Zentralnervensystem der <strong>Insekten</strong><br />
ZNS der Heuschrecke
Das Gehirn der Biene
www.neurobiologie.fu-berlin.de/beebrain
Sehen: <strong>Insekten</strong> haben Komplexaugen<br />
� viele Einzelaugen („Sehen mit vielen Augen“)<br />
� sehr viele Linsen („Facetten“)<br />
� sehr große Sehfelder („Rundumsicht“)<br />
� regionale Spezialisierungen (Polarisationsmuster)<br />
� ultraviolettes Licht, Polarisationsmuster
Warum haben wir kein Komplexauge und<br />
Fliegen kein Linsenauge?<br />
Kuno Kirschfeld
Aufbau von Komplexaugen<br />
Das Einzelauge: ein<br />
Ommatidium
Strahlengang im Appositions- und<br />
Superpositionsauge<br />
Historische Wandtafel, HU-Berlin
Kirschfeld 1983<br />
Wie sehen Fliegen die Welt?<br />
Komplexaugen: ein gerastetes<br />
Bild mit geringerer Auflösung.<br />
Mensch<br />
Fliege
Zum Glück haben wir keine Komplexaugen!<br />
Komplexaugen, deren räumliche Auflösung<br />
und absolute Empfindlichkeit der in der<br />
menschlichen Retina entspricht.<br />
Kirschfeld 1976<br />
homogene Verteilung<br />
tatsächliche Verteilung<br />
(Facettenlinsen stark<br />
vergrößert: insgesamt<br />
ca. 1 Million Facetten)<br />
Komplexauge, dessen räumliche<br />
Auflösung der mittleren Auflösung<br />
des menschlichen Auges entspricht.
Können Bienen Farben sehen?<br />
von Frisch 1910
Bienenaugen können UV-Licht sehen!<br />
Spectral Sensitivity<br />
1.0<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
S<br />
(UV)<br />
M<br />
(Blue)<br />
L<br />
(Green)<br />
0.0<br />
300 400 500 600 700<br />
Wavelength (nm)<br />
Retina von Apis mellifera: 3 spektrale<br />
Photorezeptortypen in einem Ommatidium
Hören: Tympanalorgane<br />
Heldmaier & Neuweiler 2003<br />
Hörorgane bei Grillen und Laubheuschrecken<br />
� Tibiae der Vorderbeine<br />
� Extrem dünne Cuticulamemembran<br />
� Vergrößerte Tracheen (Resonanzkammern)<br />
� Starrer Tympanumrahmen<br />
(Schwingungsisolation)<br />
� Rechtes und linkes Tympanalorgan<br />
gekoppelt (Richtungshören)
Bombyx mori<br />
Riechen: Sensillen
Fragen<br />
• Erläutern Sie die Unterschiede von Appositionsauge und Superpositionsaugen. Bei<br />
welchen <strong>Insekten</strong>gruppen kommen die Augentypen vor?<br />
• Aus welchen Bestandteilen ist das zentrale Nervensystem der <strong>Insekten</strong> aufgebaut?<br />
Was ist ein Ganglion?<br />
• Was versteht man unter holometaboler Entwicklung?<br />
• Wie ist ein chemorezeptives Sensillum aufgebaut?<br />
• Welche speziellen Anpassungen ermöglichen den <strong>Insekten</strong> das Landleben?<br />
• Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede weisen Crustaceen und <strong>Insekten</strong> auf?<br />
Tobias Pfau
Fachbegriffe zum Nachschlagen<br />
• Zentraler Mustergenerator<br />
• Direkte, indirekte Flugsteuerung<br />
• Kopulation<br />
• Ovariolen<br />
• Ovidukt<br />
• Ovipositor<br />
• Receptaculum seminis<br />
• Vasa deferntia, Vesicula seminalis<br />
• Ductus ejaculatoris<br />
• Hemimetabolie, Holometabolie<br />
• Ecdyson, Juvenilhormon<br />
• Proto‐, Deuto‐, Tritocerebrum<br />
• Unterschlundganglion<br />
• Konnektiv<br />
• Kommissur<br />
• Thorakal‐, Abdoninalganglion<br />
• Ommatidium, Rhabdom, Cornea<br />
• Appositions‐, Superpositionsauge<br />
• Retina<br />
• Tympanalorgan<br />
• Sensillum
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