Physiologie und zentrale Projektionen mutmaßlicher thermosensitiver multipolarer Neurone beim "Australischen Feuerkäfer" Merimna atrata: Entschlüsselung der Verarbeitung von peripheren Temperaturinformationen im Insektengehirn
Biologie des Verhaltens und der Sinne
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt behandelte periphere sensorische Neurone bei Insekten, die mit ihren primären Afferenzen direkt in das Protocerebrum (PC) des Gehirns projizieren. Bekannt war, dass in den Beinen der Wanderheuschrecke Locusta migratoria 2 – 3 sog. multipolare Neurone (MN) lokalisiert sind, deren zahlreiche Dendriten eine kompakte, sog. terminale Dendritenmasse (TDM) bilden, die am Soma verbleibt. Diese MN projizieren mit ihren primären Afferenzen in ein spezielles Neuropil im PC, was aufgrund seiner ventralen Lage als superfizielles ventrales inferiores Protocerebrum (SVIP) bezeichnet wurde. Die Funktion dieser MN war jedoch bisher unbekannt. Auch in einigen älteren neuroanatomischen Arbeiten wurden in den Nerven von Antennen und Labialpalpen bei verschiedenen Orthopteren Fasern beschrieben, die ebenfalls im SVIP ramifizieren; die dazugehörigen Neurone waren bisher unbekannt. Bei dem pyrophiler „Australischen Feuerkäfer“ Merimna atrata wurden ebenfalls MN mit einer TDM beschrieben, die in den abdominalen Infrarotorganen als Thermorezeptoren fungieren. Hier war jedoch über die zentralen Projektionen nichts bekannt. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeiten der MN in den Beinen von Locusta mit denen im IR- Organ von Merimna wurde auch für die MN in den Beinen von Locusta eine thermorezeptive Funktion postuliert. Auch wurde angenommen, dass es sich bei den bisher unbekannten Neuronen in Antennen und Palpen ebenfalls um MN mit einer TDM handelt. Im Rahmen des Projektes wurde daher die Hypothese aufgestellt, dass peripher angeordnete MN mit einer TDM in den Körperanhängen wie Beinen, Antennen und Palpen aber auch im IR-Organ von Merimna ein System von peripheren Thermorezeptoren bilden, wobei die Neurone stets in das Protocerebrum projizieren. Die im Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass Fasern, die mit großer Sicherheit von den MNs im IR-Organ von Merimna stammen, ebenfalls in einem ventral gelegenen Neuropil im PC des Käfers ramifizieren. Aufgrund der anatomischen Andersartigkeit der Gehirne von Merimna und Locusta wird postulierte, dass es sich hier um ein Neuropil handeln könnte, welches funktionsanalog zum SVIP ist. Ferner konnte gezeigt werden, dass die im SVIP von Locusta ramifizierenden Fasern aus Antennen und Labialpalpen von distal angeordneten Scolopidien stammen. Auch eine elektronenmikroskopische Untersuchung der antennalen Sensillen von Merimna ergab keine Hinweise auf im distalen Antennenbereich vorhandene MN mit einer TDM. Daher kann die Hypothese von einem peripheren System von thermorezeptiven MNs mit TDM in den Körperanhängen nicht aufrechterhalten werden. Für die interne Scolopidien wurde eine mögliche Funktion zur Messung des Hämolymphdruckes in den Antennen- und Palpenspitzen postuliert. Extrazelluläre elektrophysiologische Ableitungen an den Beinnerven von Locusta zeigten, dass hier relativ empfindliche Kälterezeptoren vorhanden sind. Dass es sich dabei um die MN mit TDM handelt, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit angenommen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Unusual discovery of the ‘Australian Firebeetle’ Merimna atrata on an older postfire area. Records of the Western Australian Museum, 35(1), 50.
Schmitz, Anke & Schmitz, Helmut
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Sensory equipment and adaptations to the fire habitat of the antennae of the Australian ´firebeetle´ Merimna atrata (Coleoptera; Buprestidae). Zoomorphology, 140(4), 487-504.
Schmitz, Anke & Schmitz, Helmut
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Neuroanatomy and functional morphology of peripheral receptor neurones with direct projections into the protocerebrum of the brains of the locust and a jewel beetle. Zoomorphology, 142(3), 341-356.
Hinz, Marcel; Schmitz, Anke & Schmitz, Helmut
