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Diversität der Organismen: InsektenDiversität der Organismen: Insekten
Prof. Dr. Bernd Grünewald, Institut für Bienenkunde, FB Biowissenschaftenwww.institut-fuer-bienenkunde.de
b.gruenewald@bio.uni-frankfurt.de
Collembola, Diplura und Zygentoma: Die Ursprüngeder Insekten
• Charakteristik der Insekten• Stellung der Insekten
Ü• Überblick über die Insektenordnungen I• Die Ursprünge der Insekten – „Urinsekten“
Die Bedeutung der Insekten
• Artenreichste Tiergruppe• Ca. 1 Mio belegte Arten• Geschätzt: 10 Mio Arten• Geschätzt: 10 Mio Arten• Wirbeltiere: rezent ca. 50.000 Arten• Individuenreichste Tiergruppe• Nahezu alle Lebensräume
(Ausnahmen: Meer, Polargebiete)• Seit etwa 380 Mio JahrenSeit etwa 380 Mio Jahren
Insekten sind wichtige Modellorganismen der biologischen Forschungbiologischen Forschung
Sinnesphysiologie• Genetik• Molekularbiologie
• Sinnesphysiologie• Neuroanatomie
• Duftverarbeitung• Entwicklungsbiologie
• Sozialverhalten• Lernen
• Lokomotion• Kommunikation
• Visuelles System• Flug
Ökonomische Bedeutung von Insekten
• Bestäubung• Honigg• Seide• Farbstoffe (z. B. Campari:
Schildlaus)Schildlaus)• Krankheiten (z. B. Malaria,
Schlafkrankheit)Apis mellifera Bombyx mori
• Schädlinge• Parasiten (z. B. Flöhe, Läuse)
Anopheles spec. Leptinotarsa decemlineata
Charakteristik der Insekten
• Dreiteilung des Körpers in die TagmataCaput (6 Segmente)Th (3 S t )Thorax (3 Segmente)Abdomen (11 Segmente)
Charakteristik der Insekten
Ocelli KomplexaugeAntenne
Maxillle Labrum
MandibelMandibel
Labium LabiumMaxillle
Labrum
Kopf: Segmente verschmolzenNahrungsaufnahme Sinnesorgane Gehirn
Labium Labium
Nahrungsaufnahme, Sinnesorgane, Gehirn• Mundwerkzeuge (Mandibeln, 1. Maxille, 2. Maxille = Labium)• 1 Paar Antennen• 2 Komplexaugen• 3 Ocellen
Charakteristik der Insekten
Coxa
Femur
TrochanterTibia
Thorax: LokomotionTarsus
Praetarsus• 3 Segmente: Pro-, Meso-, Metathorax• 2 Paar Flügel (Meso-, Metathorax)• 3 Paar Laufbeine
Praetarsus
• 3 Paar Laufbeine• 3 Thorakalganglien
Charakteristik der Insekten
TergumCercus
StigmaSternumPleurum
Abdomen: Verdauung, Reproduktion, Verteidigung• Ursprünglich 11 Abdominalsegmente• Keine Laufbeine (Extremitätenknospen nur als Embryo)• Cerci = Extremitäten des 11. AS (Sinnesorgane, Tracheenkiemen)• Geschlechtsorgane meist hinter 8 AS (selten hinter 7 AS)Geschlechtsorgane meist hinter 8. AS (selten hinter 7. AS)• Ovipositor: bei Hymenopteren sekundär zum Stachelapparat
Verwandtschaftshypothesen der Euarthropoda
Chelicerata Crustacea
Myriapoda Insecta
Verwandtschaftshypothesen der Euarthropoda
Antennata-Konzept
Verlust 2. Antenne
Tetraconata-Konzept
Ommatidien, Nervensystem,
Myriochelata-Konzept
Westheide, Rieger 2007
Nervensystem, Molekulare Marker
Das System der Insekten
Westheide, Rieger 2007
Das System der Insekten I
„Ordnung“ Beispiel1 Collembola Springschwänze Orchesella
2 Protura Beintaster Acerontomon
3 Diplura Doppelschwänze Compodea
4 Archaeognatha Felsenspringer Machilis
5 Zygentoma Fischchen Lepisma saccharina5 Zygentoma Fischchen Lepisma saccharina
6 Ephemeroptera Eintagsfliegen Cloeon
7 Odonata Libellen Anax imperator
8 Plecoptera Steinfliegen Isoperla
9 Notoptera Grillenschaben Grylloblatta campodeiformis
10 Mantophasmotodea Gladiatoren Mantophasma zephyra
Kästner I 5: Insecta, 2003
Das System der Insekten
Fischchen Steinfliegen
Libellen Eintagsfliegen GladiatorenLibellen Eintagsfliegen Gladiatoren
Das System der Insekten I
„Ordnung“ Beispiel11 Embioptera Tarsenspinner Embia sabulosa
12 Dermaptera Ohrwürmer Forficula auricularia
13 Mantodea Fangschrecken Mantis
14 Blattoptera Schaben Blattella germanica
15 Isoptera Termiten Macrotermes15 Isoptera Termiten Macrotermes
16 Phasmatodea Gespenstschrecken Phyllium giganteum
17 Saltatoria Heuschrecken Locusta migratoria
Kästner I 5: Insecta, 2003
Das System der Insekten
Schaben Ohrwürmer Gespenstschrecken
TarsenspinnerGottesanbeterinTermiten
Collembola, Diplura und Zygentoma: Die Ursprüngeder Insekten
• Collembola (ca. 7300 Arten)• Protura (ca. 700 Arten)• Diplura (ca. 850 Arten)
• Archaeognatha (ca. 450 Arten)Z t ( 425 A t )• Zygentoma (ca. 425 Arten)
Collembola, Diplura und Zygentoma: Die Ursprünge der Insekten
Insecta
Entognatha Ectognatha•Collembola•Protura
•Archaeognatha•Zygentoma
•Diplura
• Entognathie möglicherweise zweimal entstanden: Ellipura(Collembola, Protura) und als Schwestergruppe: Diplura.
• Stellung umstritten: einige Autoren sehen Entognatha und Insecta als Schwestergruppen innerhalb HexapodaInsecta als Schwestergruppen innerhalb Hexapoda.
Collembola, Protura und Diplura:Entognathe Hexapoda
Labrum
Mandibel
Maxille
• Labium verwächst mit Kopfkapsel: ventrale Tasche (Synapomorphie)
• Mundwerkzeuge (Mandibel 1 Maxille)• Mundwerkzeuge (Mandibel, 1. Maxille) wandern in eine ventrale Kopftasche
• Saugen, Anstechen und Zerkleinern von Nahrung
Collembola - Springschwänze
• Bodenbewohner (bis 10 cm Tiefe)
• Hohe Individuenzahl (1m2: < 200.000 Individuen)
• Körperlänge 0,25 – 9 mm, meist 1-2 mmp g
• Detritusfresser (Humusbildung)
• weiche, wenig sklerotisierte Kutikula
• 6 Abdominalsegmente
• Reduzierte Komplexaugen (max. 8 Ommatidien)Ommatidien)
• Bis zu 6 Ocellen!
• Gliederantennen (4 Glieder) mit eigener Muskulatur
Collembola - Springschwänze
Darm HerzZNS
Furca
Manubrium Dens Mucro
RetinaculumGonade
V t lt b (C ll h ) H ft P t At
Ventraltubus
• Ventraltubus (Collophor): Haft-, Putz-, Atemorgan, Wasseraufnahme, Osmoregulation; 1. AS; ausstülpbar; Leimsekret
• Furca und Retinaculum: Springschwanz!
Collembola - Springschwänze
ald
Gar
y M
cDon
a
Kugelspringer, Ptenothrix maculosa©
200
8
• saprophag (totes pflanzliches Material),
• mikrophytophag (Algen, Bakterien, Pilzhyphen)
• Allesfresser, sehr selten Räuber
Der Sprung des Collembolen
• Furca: Sprunggabel• Extremitäten des 4. AS gebildet• Kann unter den Rumpf gebogen und• Kann unter den Rumpf gebogen und
zurückgeschnellt werden.• 2 gezähnte Fortsätze• In Ruhe durch Retinaculum festgehalten (3 AS)• In Ruhe durch Retinaculum festgehalten (3. AS)• Fluchtreaktion: 35 mm, 5 ms!
Collembola - Springschwänze
Collembola
Poduromorpha Entomobryomorpha Symphypleona
Kalaphorura burmeisteri Orchesella cincta Dicyrtomina ornataKalaphorura burmeisteri Orchesella cincta Dicyrtomina ornata
langgestreckter Körper –Arthropleona
kugeliger Körper -Symphypleonay y
Protura - Beintaster
• Sehr klein (0.8 – 2.6 mm)
Acerentomon spec.
( )
• Kopf fast vollständig mit Mundwerkzeugen ausgefüllt
• 12 Abdominalsegmente (11 AS + Telson)
• Farbloser Körper
• Antennen fehlen (Autapomorphie)
• Keine Augen
• Pseudooculi = Chemorezeptoren
Protura - Beintaster
• Lebensraum:Lebensraum:humusreiche BödenMoospolsterStreu
• bis 10 cm tief
• saugen Pilzhyphen aus
• stechend-saugende Mundwerkzeuge
• etwa 1000 Individuen pro m2
Acerentomon giganteum.
Protura - Beintaster
Acerentomon specEosentomon spec Acerentomon spec.Eosentomon spec.
Acerentulus spec. Sinentomon spec.
Diplura - Doppelschwänze
• Körperlänge 4-12 mm, 11 ASKörperlänge 4 12 mm, 11 AS
• Farbloser Körper, fast homonom segmentiert
• Blind: Augen fehlen vollständig• Blind: Augen fehlen vollständig
• meist mit Cerci:fühlerartigbei Japygidae zangenartigpyg g g
• Teilweise räuberisch: Japygidaeernähren sich hauptsächlich von Collembolen
Campodea spec.
• Campodeidae sind omnivorJapyx spec.
Diplura - Doppelschwänze
Japyx solifugans Campodea spec.Heterojapyx spec.
Japygidae sind räuberische Dipluren
Japyx ergreift eine Campodea
Töten der Beute mit Zangen Mit Zange zum Mund, Verzehr!
Archaeognatha - Felsenspringer
U ü li h t V t t d E t th
Machilis germanica
• Ursprünglichste Vertreter der Ectognatha
• weiden Moose, Algen, Flechten, Pilze ab, Detritusfresser
• Steinige Lebensräume:Spritzwasserzonen der Meeresküstenfeuchtes Gesteinunter BaumrindenMoospolsternp
• Schuppen auf Körperoberfläche
http://www.delattinia.de/
Archaeognatha - Felsenspringer
• Bauplan eines Archaeognatha
• Große Komplexaugen, 3 Ocellen
• Vielgliedrige GeißelantenneVielgliedrige Geißelantenne
• Coxalbläschen
• Coxa der 2. und 3. Beinpaare mit Stylus (unvollständige Beinreste)Beinreste)
• Styli am 2. – 9. AS
http://www.delattinia.de/
Das System der Insekten
2. Gelenkhöcker an Mandibeln: Umkonstruktionder Mundwerkzeuge!
Westheide, Rieger 2007
Zygentoma - Fischchen
Lepisma saccherina
Zygentoma - Fischchen
• 425 Arten
• Lichtscheu, thermophil
• benötigen hohe Luftfeuchtigkeit (Badezimmer)(Badezimmer)
• lange, vielgliedrige Antennen
• indirekte Spermaübertragung
Lepisma saccherina
• Cuticula-Schuppen
Zygentoma - Fischchen
C i l S h• Cuticula-Schuppen
Lepisma saccherina
Zygentoma - Fischchen
S th A t (Silb fi h h )
Zuckerfischchen: Lepisma saccharina Ofenfischchen: Thermobia domestica
• Synanthrope Arten (Silberfischchen):
• Fressen Papier, Baumwolle (Lepisma)
• Wärmeliebend, fressen Brot, Mehl (Thermobia)
• Haushalt, Bäckereien
• können Cellulose verdauen (eigene Cellulase, Cellobiase, keine Symbionten)y )
Zygentoma - Fischchen
Thermobia domestica Atelura formicaria
F ht li b d• Feuchteliebend
• Abgeplatteter Körper
• Haushaltsschädlinge
• Atelura formicaria lebt in Ameisennestern
• Schwestergruppe der pterygoten Insekten
Hä fi ilb i lä d S h• Häufig silbrig glänzende Schuppen
Literatur
Tobi
as P
fau
K D tt & W P t L h b h d E t l i• K. Dettner & W. Peters: Lehrbuch der Entomologie. Spektrum 2. Auflage 2003
• A. Kaestner: Lehrbuch der speziellen Zoologie. Band I – 5 Teil: Insecta (Hrsg: H H DatheBand I – 5. Teil: Insecta (Hrsg: H.H. Dathe
• W. Westheide & R. Rieger: Spezielle Zoologie. Elsevier 2. Auflage 2007
• W Jacobs & M Renner: Biologie und Ökologie der• W. Jacobs & M. Renner: Biologie und Ökologie der Insekten. Spektrum, 4. Auflage 2007
Fragen
D h l h M k l t h id i h di I kt• Durch welche Merkmale unterscheiden sich die Insekten von allen anderen Arthropoden?
• Was bedeutet entognath? Welche Insektengruppen sind entognath?entognath?
• Welches sind die ursprünglichen Merkmale der entognathen Insekten?
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