Mechanosensorische Analyse des skolopidialen Distalorgans von Stabschrecken

• Antragsteller: Dr. Johannes Strauß
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414216545

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt analysiert den Subgenualorgan-Komplex der Stabschrecken (Phasmatodea), welcher in der proximalen Tibia in allen Beinen vorliegt und aus zwei mechanosensorischen Chordotonalorganen besteht, dem Subgenualorgan und dem Distalorgan. Das Distalorgan ist ein komplex organisiertes Sinnesorgan mit sensorischen Neuronen in linearer Ausrichtung in der proximo-distalen Achse der Tibia. Die Morphologie des Distalorgans wurde für ein Verständnis der sensorischen Spezialisierung von zwei benachbart auftretenden mechanosensorischen Organen analysiert. Verschiedene Positionen oder Anheftungen der beiden Sinnesorgane in der Tibia wurden als verschiedene mechanische Transferwege von mechanischen Stimuli angenommen. Das Subgenualorgan und Distalorgan konnten in allen untersuchten Gruppen der Stabschrecken belegt werden. Beide Organe liegen im Hämolymphkanal der Tibia, und die Dendriten der sensorischen Neurone waren in distaler Richtung der Tibia orientiert. Das Distalorgan war in den meisten Fällen mit 20 – 50 Sensillen ausgebildet. Es war mit der Cuticula im proximalen Abschnitt durch einen Bindegewebestrang und im zentralen und distalen Abschnitt durch feine Gewebefäden verbunden. Auffällig war die fehlende Nähe oder Verbindung zur Cuticula über den Großteil des Organs. Die Position der Chordotonalorgane im Bein belegt die Aufnahme von Substratvibrationen welche in der Hämolymphe weitergetragen werden. Die Funktionsmorphologie zeigt zudem, dass die zwei Chordotonalorgane durch eine zentrale dünne Membran und einen dorsalen Bindegewebestrang verbunden waren. Die Membrane scheint das Subgenualorgan in distaler Richtung zum Distalorgan hin zu dehnen, was eine mechanisch relevante Verbindung der Organe belegt. Diese Membran wurde in Arten aus verschiedenen Gruppen gefunden und gehört damit zum generellen Aufbau des Subgenualorgan-Komplexes der Stabschrecken. Die Neuroanatomie des Subgenualorgan-Komplexes ist sehr homogen in verschiedenen Taxa der Stabschrecken. Eine auffällige Besonderheit stellt die Struktur der des Distalorgans in Timematodea dar, der basalen Gruppe der Phasmatodea. In Timema-Arten besteht das Distalorgan aus sehr wenigen Sensillen, die zwar linear angelegt sind aber deutliche Abstände aufweisen. Dieser Aufbau stellt eine evolutive Zwischenform zwischen einer dichten Gruppe von Sensillen im Distalorgan von Schaben und dem linearen Satz von zahlreichen, eng strukturierten Sensillen bei den höheren Stabschrecken. Diese Zwischenform weisen erstmalig in einem phylogenetischen Rahmen die anatomischen Veränderungen zu einem linearen Chordotonalorgan auf. Die Funktionsmorphologie des Distalorgans belegt eine vibrosensorische Funktion, während die weite taxonomische Verbreitung des Distalorgans die physiologische Bedeutung für die Phasmatodea hervorhebt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Early postembryogenic development of the subgenual organ complex in the stick insect Sipyloidea sipylus. Arthropod Structure & Development, 56, 100933.
  Strauß, Johannes
  
• Neuronal Innervation of the Subgenual Organ Complex and the Tibial Campaniform Sensilla in the Stick Insect Midleg. Insects, 11(1), 40.
  Strauß, Johannes
  
• Communication by substrate-borne mechanical waves in insects: From basic to applied biotremology. Advances in Insect Physiology, 189-307. Elsevier.
  Strauß J., Stritih-Peljhan N., Nieri R., Virant-Doberlet M. & Mazzoni V.
  
• The Subgenual Organ Complex in Stick Insects: Functional Morphology and Mechanical Coupling of a Complex Mechanosensory Organ. Frontiers in Ecology and Evolution, 9.
  Strauß, Johannes; Moritz, Leif & Rühr, Peter T.
  
• The tracheal system in the stick insect prothorax and prothoracic legs: Homologies to Orthoptera and relations to mechanosensory functions. Arthropod Structure & Development, 63, 101074.
  Strauß, Johannes
  
• “Neuroanatomy and postembryonic development of the subgenual organ complex in stick insects.” Poster T20-4, 14th NWG Meeting 2021, Göttingen, Germany
  Strauß J., Moritz L. & Rühr P.T.
  
• Comparative Neuroanatomy of the Mechanosensory Subgenual Organ Complex in the Peruvian Stick Insect, Oreophoetes peruana. Brain, Behavior and Evolution, 98(1), 22-31.
  Strauß, Johannes
  
• Morphological coupling of the distal organ in the Peruvian walking stick (Oreophoetes peruana): Structural and functional aspects. Invertebrate Biology, 141(4).
  Strauß, Johannes
  
• Vibration detection in arthropods: Signal transfer, biomechanics and sensory adaptations. Arthropod Structure & Development, 68, 101167.
  Strauß, Johannes & Stritih-Peljhan, Nataša
  
• The neuronal innervation pattern of the subgenual organ complex in Peruphasma schultei (Insecta: Phasmatodea). Arthropod Structure & Development, 74, 101277.
  Strauß, Johannes
  
• “Functional morphology of a leg mechanoreceptor complex in stick insects.“ CMBB Center for Mind, Brain and Behavior, Justus-Liebig-Universität Gießen, 10/ 2023.
  Strauß J., Moritz L. & Rühr P.T.
  
• Vibration receptor organs in the insect leg: neuroanatomical diversity and functional principles. Current Opinion in Insect Science, 61, 101153.
  Strauß, Johannes; Stritih-Peljhan, Nataša & Nishino, Hiroshi