Institut für Bienenkunde Oberursel Polytechnische Gesellschaft

FB Biowissenschaften, Goethe-Universität b.gruenewald@bio.uni-frankfurt.de

www.institut-fuer-bienenkunde.de

Struktur und Funktion der Insekten

Prof. Dr. Bernd Grünewald

Lokomotion

• Laufen

• Kriechen

• Krabbeln

• Springen

• Schwimmen

• Fliegen

Laufen

Koordination der Schreitbewegungen

• Drei Beine gleichzeitig angehoben:

Vorderbein, Hinterbein rechts

Mittelbein links

• Drei Beine bleiben auf dem Boden

Mittelbein rechts

Vorderbein, Hinterbein links

• Koordination durch Thorakalganglien

• Zentraler Mustergenerator

Krabbeln

Abdominalextremitäten

Larvale abdominale Beine

Lepidopterenraupen

Peristaltik

Wurmartiges Kriechen, Hautmuskelschlauch

Beinlose Maden (Diptera, Hymenoptera)

Schwimmbeine: Gleichsinnige Ruderbewegungen

Schwimmen

Ruderschlag

Vorzug

• Dytiscus (Gelbrandkäfer)

• Gyrinus (Taumelkäfer)

NICHT KLAUSURRELEVANT: ZUR INFO!

Schnitt durch ein Flügelgelenk

• Pterale 2 bildet Pfanne und passt in das

• Fulcrum der Pleuralleiste

• primäres Flügelgelenk

Fliegen

Flügel

Thorax

Tergit

Aufsicht auf das Flügelgelenk

• Pterale 2 bildet Pfanne und passt in das

• Fulcrum der Pleuralleiste

• primäres Flügelgelenk

Fliegen

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Fliegen

Flügelschlagfrequenz? 20 Hz 50 – 60 Hz (Schnaken)

180 - 300 Hz (Fliegen)

Indirekte Flugmuskulatur Direkte….

Fliegen

Bewegung beim Aufschlag und Abschlag – Vortrieb und Auftrieb

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Wie pflanzen sich Insekten fort?

Kopulae

• Getrenntgeschlechtlich, selten Parthenogenese

• Innere Besamung

• Kopulationspfropf (Honigbienen)

• Anlocken

• Balz

• „Hochzeitsgeschenke“

Wie pflanzen sich Insekten fort?

Kopulae

• im Flug

Paarungsrad der Odonata

Paarungsflug der Bienenkönigin

• auf festem Substrat (meisten Insekten)

• im Wasser (Wasserwanzen, Wasserkäfer)

Die inneren weiblichen Geschlechtsorgane

Ovarien

• Abdominalsegmente VI und VII

• Paarig

• bestehen aus:

• Eiröhren = Ovariolen (üblich 4-8,

bei Honigbienen 160, Termiten

2000): Bildung, Reifung Eier

• Eileiter = Ovidukte: Transport Eier

Geschlechtswege (Gonodukte)

• Unpaare Geschlechtsöffnung

• Ductus receptaculi (meist unpaar) und

Receptaculi seminis

• Ovipositor (Legeapparat)

• Drüsen, Sekrete

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Die inneren weiblichen Geschlechtsorgane

Ovarien

• Abdominalsegmente VI und VII

• Paarig

• Eiröhren = Ovariolen (üblich 4-8, bei

Honigbienen 160, Termiten 2000)

• Eileiter = Ovidukte

Geschlechtswege (Gonodukte)

• Unpaare Geschlechtsöffnung

• Ductus receptaculi (meist unpaar)

und Receptaculi seminis

• Ovipositor (Legeapparat)

• Drüsen, Sekrete A Wanderheuschrecke B Homopteren

C Steinfliege D Lepidoptere

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NICHT KLAUSURRELEVANT: ZUR INFO!

Die männlichen Geschlechtsorgane

Hoden

• paarig

• Hodenfollikel: Spermatogenese

meist multifollikulär: >100 Follikel

• Samenleiter (Vasa deferentia)

• Samenblase (Vesicula seminalis)

• Ductus ejaculatorius (unpaar)

• Komplexer Kopulationsapparat

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Entwicklung

• Hemimetabole Entwicklung

Entwicklung

• Holometabole Entwicklung

• Metamorphose

• Wie werden die

verschiedenen

Häutungen induziert

und gesteuert?

• Juvenilhormon: Corpora allata

• Ecdyson: Prothorakaldrüse

Holometabole Entwicklung: hormonelle Steuerung

• Balance zwischen Ecdyson und JH: normale Häutung oder Verpuppung

• Larvale Häutung: hoher JH-Titer, geringer Ecdysontiter

• Verpuppung: hoher Ecdysontiter geringer JH-Titer

• Präpupaler Peak: Einsetzen der Puppenhäutung

Holometabole Entwicklung: hormonelle Steuerung

Ecdyson

JH

Manduca sexta - Tabakschwärmer

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NICHT KLAUSURRELEVANT: FOLIE NICHT IN VS GEZEIGT!

Gehirn und zentrales

Nervensystem

Grundbauplan des Zentralnervensystem

Prof. Kössl: Anneliden

Strickleiter-Nervensysteme von Annelida und Insekten

ursprünglich fortgeschritten

Grundbauplan des Zentralnervensystem

Zentralnervensystem:

• Gehirn (dorsal) und Bauchmark (ventral)

• Ganglienkette (was ist ein Ganglion?)

• Segmentaler Aufbau

• Vom Strickleiternervensystem abgeleitet:

Konnektiv: Verbindung zwischen Ganglien

Kommissur: Verbindung zwischen Hemisphären

Historische Wandtafel der Humboldt

Universität Berlin

Grundbauplan des Zentralnervensystem

Gehirn:

• Oberschlundganglion:

Protocerebrum (1. Segment)

Deutocerebrum (Antennallobus)

Tritocerebrum (Übergang zum USG)

• Unterschlundganglion (Mundwerkzeuge):

Mandibulares, maxillares, labiales Segment

Bauchmark

• Halskonnektiv

• Thorakalganglien (Beine, Flügel: Sensorik & Muskeln):

Proto-, Meso-, Metathorakalganglion

• Abdominalganglien (8-11 Ganglien):

Rumpfmuskulatur, Cerci

Das Zentralnervensystem der Insekten

ZNS der Heuschrecke

Das Gehirn der Biene

viele Einzelaugen („Sehen mit vielen Augen“)

sehr viele Linsen („Facetten“)

sehr große Sehfelder („Rundumsicht“)

regionale Spezialisierungen (Polarisationsmuster)

ultraviolettes Licht, Polarisationsmuster

Sehen: Insekten haben Komplexaugen

Warum haben wir kein Komplexauge und Fliegen kein Linsenauge?

Kuno Kirschfeld

Aufbau von Komplexaugen

Das Einzelauge: ein Ommatidium

Strahlengang im Appositions- und Superpositionsauge

Historische Wandtafel, HU-Berlin

NICHT KLAUSURRELEVANT: FOLIE NICHT IN VS GEZEIGT!

Komplexaugen: ein gerastetes Bild mit geringerer Auflösung.

Mensch

Fliege

Kirschfeld 1983

Wie sehen Fliegen die Welt?

NICHT KLAUSURRELEVANT: FOLIE NICHT IN VS GEZEIGT!

Komplexaugen, deren räumliche Auflösung und absolute Empfindlichkeit der in der menschlichen Retina entspricht.

Komplexauge, dessen räumliche Auflösung der mittleren Auflösung des menschlichen Auges entspricht.

(Facettenlinsen stark

vergrößert: insgesamt

ca. 1 Million Facetten)

Zum Glück haben wir keine Komplexaugen!

Kirschfeld 1976

tatsächliche Verteilung

homogene Verteilung

NICHT KLAUSURRELEVANT: NUR ZUR ILLUSTRATION!

Riechen: Sensillen

Bombyx mori

Fragen

• Erläutern Sie die Unterschiede von Appositionsauge und Superpositionsaugen. Bei welchen Insektengruppen kommen die Augentypen vor?

• Aus welchen Bestandteilen ist das zentrale Nervensystem der Insekten aufgebaut? Was ist ein Ganglion?

• Was versteht man unter holometaboler Entwicklung?

• Wie ist ein chemorezeptives Sensillum aufgebaut?

• Welche speziellen Anpassungen ermöglichen den Insekten das Landleben?

• Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede weisen Crustaceen und Insekten auf? To

bia

s P

fau

Fachbegriffe zum Nachschlagen

• Zentraler Mustergenerator

• Direkte, indirekte Flugsteuerung

• Kopulation

• Ovariolen

• Ovidukt

• Ovipositor

• Receptaculum seminis

• Vasa deferntia, Vesicula seminalis

• Ductus ejaculatoris

• Hemimetabolie, Holometabolie

• Ecdyson, Juvenilhormon

• Proto-, Deuto-, Tritocerebrum

• Unterschlundganglion

• Konnektiv

• Kommissur

• Thorakal-, Abdominalganglion

• Ommatidium, Rhabdom, Cornea

• Appositions-, Superpositionsauge

• Retina

• Tympanalorgan

• Sensillum