Neuromechanik und Muskelphysiologie der Insektenmandibeln: Untersuchung von Muskelfaserzusammensetzung, Kontraktionscharakteristika und Innervation der Mandibelmuskulatur in Schaben und verwandten räuberischen und holzfressenden Arten.

• Antragsteller: Dr. Tom Weihmann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317341888

Insekten sind das artenreichste Taxon, machen einen großen Teil der tierischen Biomasse aus und spielen in allen terrestrischen Ökosystemen eine dominante Rolle. Viele Arten, einschließlich vieler ökonomisch relevanter Schädlinge, besitzen beißend-kauende Mundwerkzeuge. Bei all diesen Arten sind die paarigen Mandibeln die stärksten Mundgliedmaßen, sie werden zum Beißen genutzt und sind zum Zerkauen größerer Nahrungspartikel unverzichtbar. Ihre Eigenschaften sind daher entscheidend für die Fähigkeiten der Tiere bezüglich ihrer Nahrungsaufnahme sowie die sich daraus ergebenden Verhaltensweisen und ökologischen Charakteristika. Dennoch sind Beißkräfte und Beißphysiologie gerade bei Insekten bisher kaum erforscht. In einem interdisziplinären Projekt habe ich bereits den Beißapparat der Amerikanischen Küchenschabe untersucht. Diese Studie war die erste, die erfolgreich Beißkräfte bei einem unspezialisierten Insekt mit normalen Mandibeln über deren gesamten Öffnungsbereich messen konnte. Um die Beißphysiologie eines Tieres als Ganzes verstehen zu können, ist es jedoch notwendig, die Funktionen aller Untereinheiten zu analysieren. Neben Form und Hebelverhältnis der Mandibeln bestimmen vor allem die Kontraktionseigenschaften und die neuronale Kontrolle der Mandibelmuskeln die Beißfähigkeiten eines Insekts. Die Muskeln wiederum bestehen meist aus verschiedenen Muskelfaserbündeln und Muskelfasern mit unterschiedlichen Kontraktionseigenschaften. Die Verteilung dieser Fasern im Muskel und die Aktivierungsmuster der verschiedenen Fasern und Faserbündel beeinflussen die Stärke und den Verlauf der Kraftentfaltung eines Muskels. Der vorliegende Antrag zielt deshalb darauf ab, Faserverteilung, Kontraktionsdynamik sowie Aktivierungs- und Innervierungsmuster der Mandibelmuskulatur der Amerikanischen Schabe aufzudecken. Um diese Aspekte vergleichend untersuchen zu können, sollen ähnliche Untersuchungen auch bei verwandten, aber unterschiedlich angepassten Arten der Überordnung Dictyoptera, wie lignivoren Schaben und karnivoren Gottesanbeterinnen, durchgeführt werden.Das Vorhaben bietet somit die Gelegenheit, ein relativ einfaches, aber bisher kaum erforschtes motorisches System mit einer begrenzten Zahl antreibender Muskeln und Skelettelemente unter kontrollierten Bedingungen untersuchen zu können. Sowohl der physiologische als auch der vergleichende Ansatz haben das Potential, wichtige Einblicke in grundlegende Mechanismen für Design und Struktur des Insektenkopfes sowie das Zusammenwirken verschiedener Untereinheiten der Mandibelmuskulatur zu liefern. Der Vergleich omnivorer, lignivorer und karnivorer Arten wird außerdem funktionelle Anpassungen an die verschiedenen Ernährungsweisen aufzeigen und damit einem funktionellen Verständnis der Evolution des Kauapparates von Insekten den Weg ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen