Struktur und Funktion der Insekten

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1 Struktur und Funktion der Insekten Prof. Dr. Bernd Grünewald Institut für Bienenkunde Oberursel Polytechnische Gesellschaft FB Biowissenschaften, Goethe-Universität

2 Was will ich über Insekten wissen? : Was sind Insekten? Merkmale Bauplan, äußere Anatomie Tagmata der Insekten : Anpassungen an das Landleben Integument, Atmung Hämolymphsystem Ernährung und Verdauung Osmoregulation und Exkretion : Lokomotion Fortpflanzung und Entwicklung Sinnesorgane und Nervensystem

3 Die allermeisten Tiere sind Insekten Artenreichste Tiergruppe Ca. 1 Mio belegte Arten Geschätzt: 10 Mio Arten Wirbeltiere: rezent ca Arten Individuenreichste Tiergruppe Nahezu alle Lebensräume (Ausnahmen: Meer, Polargebiete) Seit etwa 380 Mio Jahren

4 Insekten sind terrestrische Euarthropoden Onychophora Tardigrada Euarthropoda: Trilobita Myriapoda Chelicerata Crustacea Insecta Westheide, Rieger 2007

5 Bauplan eines Dekapoden (Crustacea) 1. Kopf-Thorax-Abdomen: relativ homogene Segmente 2. Spaltbeine (Thorax und Abdomen) (basaler Protopodit gabelt sich in medianen Endopodit und Exopodit) 3. Zwei Komplexaugen, ein Naupliusauge 4. Zwei Antennenpaare 5. Kiemenatmung 6. Marine Lebewesen Westheide, Rieger 2007

6 Was kennzeichnet Insekten? Gegliederter Körper Arthropodien Cuticula aus Chitin Komplexaugen Tracheen (auch Chilopoden) Ventrales Nervensystem Hexapoden 3-Teilung des Körpers Malpighische Gefäße 1 Paar Gliederantennen 3 Paar Mundwerkzeuge Ocellen Terrestrische Lebensweise

7 Äußere Anatomie eines Insekts Körpergliederung Dreiteilung des Körpers in die Tagmata: Caput (6 Segmente) Thorax (3 Segmente) Abdomen (11 Segmente)

8 Äußere Anatomie eines Insekts 1. Kopf-Thorax-Abdomen: spezialisierte Tagmata 2. Heteronome Segmentierung 3. Drei Beinpaare am Thorax, Abdominalbeine nur larval 4. Zwei Komplexaugen, 3 Ocellen 5. Ein Antennenpaar 6. Landlebewesen (Tracheen) 7. Primär flügellos, viele rezente Pterygoten

9 Körpergliederung - Kopf =Scheitel =Stirn =Wange Caput: Nahrungsaufnahme, Sinnesorgane, Gehirn Mundwerkzeuge (Mandibeln, 1. Maxille, 2. Maxille = Labium) Antennen Komplexaugen Ocellen (Grundtypus: 3, können fehlen)

10 Körpergliederung - Kopf =Hinterhaupt Caput: Segmentierung nur an Mundwerkzeugen erkennbar Lagesinnesorgane am Hinterhaupt

11 Ein Blick in s Kopfinnere starre Kopfkapsel außen: mechanischer Schutz Ansatz für Muskeln Endoskelett im Kopf: Tentorium Versteifung, Verstrebung, Festigkeit Muskelansätze für Mundwerkzeuge Muskelansätze für Vorderdarm Dettner & Peters 2003

12 Ein Blick in s Kopfinnere starre Kopfkapsel außen: mechanischer Schutz Ansatz für Muskeln Endoskelett im Kopf: Tentorium Versteifung, Verstrebung, Festigkeit Muskelansätze für Mundwerkzeuge Muskelansätze für Vorderdarm Dettner & Peters 2003

13 Körpergliederung - Segmentierung Wieviele Segmente bilden den Kopf? Procephalon (2-3 Segmente): Präantennensegment (?) mit Protocerebrum Antennensegment mit Deutocerebrum Prämandibelsegment (=Interkalarsegment) mit Tritocerebrum Gnatocephalon (3 Segmente): 3 Segmente mit Mundwerkzeugen fusioniertes Unterschlundganglion (3 Neuromere)

14 Kopfanhänge - Antennen Chemorezeption Mechanorezeption Collembola Locusta Gliederantenne ursprünglich (Diplura, Collembola), jedes Glied beweglich (Muskeln), kürzer. Geißelantenne (Synapomorphie, alle anderen Insekten) dreiteilig: Scapus, Pedicellus, Flagellum (Geißel), Johnstonsches Organ zwischen Ped. und Scapus, Muskelansatz an Scapus.

15 Kopfanhänge - Mundwerkzeuge Ocelli Antenne Komplexauge Maxille Labrum Mandibel Mandibel Labium Labrum Maxille Labium Labrum Oberlippe (keine Extremität) Mandibeln Oberkiefer 1. Maxille Unterkiefer 2. Maxille = Labium - Unterlippe

16 Kopfanhänge - Mundwerkzeuge Grundtypus: kauend-beißend (orthopteroid = bei Orthoptera, z. B. Heuschrecken): Mandibeln: stets ungegliedert, hart sklerotisiert, kräftige Muskeln distaler Teil (Incisivi) mit Zähnen, proximal (Mola) als raspelartige Kaufläche. Zerkleinerung der Nahrung Maxillen: gegliedert, Bewegung gegeneinander, geringe Bedeutung für Zerkleinerung Cardo Angelstück : Artikulation mit Kopfkapsel Stipes Stamm mit Laden: Lacinia mit Zähnchen Galea meist membranös Sinnesorgane auf Palpus maxillaris Labium: gegliedert, plattenförmig, hinteres Kopfsegment Abschluß des Präoralraumes. Coxal verschmolzen innen: Glossa, aussen: Paraglossa seitlich: Labialpalpen Labrum: klappenartiger Abschluß des Präoralraums

17 Welche Typen von Mundwerkzeugen haben Insekten? kauend-beißend leckend-saugend stechend-saugend

18 Bienen und Hummeln Mand Galea Galea Labialpalpus Glossa Flabellum LP Leckend-saugend (Labialkomplex): Nektar Beißend (Mandibeln): Wachskneter

19 Kopfanhänge - Mundwerkzeuge Fangmaske einer Libellenlarve aquatische Lebensweise, räuberisch Labium stark vergrößert, spezialisiert Greifhaken = Labialpalpen Schnelle, kräftige Muskeln + Hämolymphdruck: = Reaktionszeit : ~20ms

20 Gurkenmurkser, Ciller gurkae Fuchs 1960 Barks Thierleben - Biodiversität in Entenhausen,

21 Thorax Tergum (Tergite) =Nacken Pleurum (Pleurite) Sternum (Stergite) Lokomotion Pro-, Meso-, Metathorax 2 Paar Flügel (Meso-, Metathorax = Pterothorax) 3 Paar Laufbeine 3 Thorakalganglien

22 Thorakalbeine Arthropodium (Gliederfuß) Sechs Glieder Embryonal: Basaler Coxopodit: Terminaler Telopodit Adulte Pterygota: Coxa, Trochanter I & II, Femur, Tibia, Tarsus (Praetarsus) Trochanter Coxa Femur Tibia Tarsus Praetarsus

23 Beine Dytiscus (Gelbrandkäfer) Ruderschlag Vorzug Gyrinus (Taumelkäfer) Schwimmbeine

24 Beine Fangbeine Femur und Tibia Tibia häufig mit Dornen Coxa stark verlängert

25 Flügel Entwicklung des Flügels Laterale Falten des Alinotums (Teil des Tergums) keine Extremität! Epidermis von Ober- und Unterseite Einwandern von Tracheen und Nerven Sklerotisierung Degeneration der Epidermis

26 Flügel Grundschema des Flügels Adern = Tracheen aus sklerotisierter Cuticula Drei Bezirke durch Längsadern unterteilt: Remigium (lat.: das Rudern) Vannus (Analfeld) Jugum (lat.: Joch, fehlt häufig) jeweils durch biegsame Falte (Plica) begrenzt: Flügel einklappen!

27 Abdomen: Verdauung, Reproduktion, Verteidigung Tergum Cercus Pleurum Sternum Stigma Ursprünglich 11 Abdominalsegmente Terminal: Telson (kein Segment) Extremitätenknospen während Embryonalentwicklung Cerci = Extremitäten des 11. AS (Sinnesorgane, Tracheenkiemen) Geschlechtsorgane meist hinter 8. AS (selten hinter 7. AS) Prä-, Postgenitalsegmente, Genitalsegmente Ovipositor: bei Hymenopteren sekundär zum Stachelapparat

28 Abdomen Abdominalextremitäten Embryo: Anlagen an allen Abdominalsegmenten Larvale Beine Ovipositor der Weibchen, Penis der Männchen Cerci einzige abdominalen Extremitäten der Imago

29 Tobias Pfau Literatur 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. Dathe) G. Heldmaier & G. Neuweiler: Vergleichende Tierphysiologie. 2 Bände, Springer W. Jacobs & M. Renner: Biologie und Ökologie der Insekten. Spektrum, 4. Auflage 2007

30 Fachbegriffe zum Nachschlagen Tagmata Akron Tentorium Scapus, Pedicellus Flagellum Labrum Mandibel, Maxille, Labium orthopteroid Stergit, Tergit, Pleurit Pro-, Meso-, Metathorax Coxa, Trochanter, Femur Tibia, Tarsus Cercus Cuticula Mixocoel Pterygote Malpighische Gefäße Stigma Frons, Vertex, Gena Cervix

31 Fragen Nennen Sie 5 Merkmale der Insekten! Wie wird die Hämolymphe im Körper eines pterygoten Insektes verteilt? Skizzieren Sie den Grundtyp der Mundwerkzeuge von Insekten! Wo ist der Grundtyp realisiert? Welche anderen Arten von Mundwerkzeugen kennen Sie (Beispiele)? Wie wird der Hämolymphdruck im Insektenabdomen erzeugt? Was ist ein Stigma, wie funktioniert es und welche Funktion spielt es?