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Diversität der Organismen: InsektenDiversität der Organismen: Insekten

Prof. Dr. Bernd Grünewald, Institut für Bienenkunde, FB Biowissenschaftenwww.institut-fuer-bienenkunde.de

b.gruenewald@bio.uni-frankfurt.de

Collembola, Diplura und Zygentoma: Die Ursprüngeder Insekten

• Charakteristik der Insekten• Stellung der Insekten

Ü• Überblick über die Insektenordnungen I• Die Ursprünge der Insekten – „Urinsekten“

Die Bedeutung der Insekten

• Artenreichste Tiergruppe• Ca. 1 Mio belegte Arten• Geschätzt: 10 Mio Arten• Geschätzt: 10 Mio Arten• Wirbeltiere: rezent ca. 50.000 Arten• Individuenreichste Tiergruppe• Nahezu alle Lebensräume

(Ausnahmen: Meer, Polargebiete)• Seit etwa 380 Mio JahrenSeit etwa 380 Mio Jahren

Insekten sind wichtige Modellorganismen der biologischen Forschungbiologischen Forschung

Sinnesphysiologie• Genetik• Molekularbiologie

• Sinnesphysiologie• Neuroanatomie

• Duftverarbeitung• Entwicklungsbiologie

• Sozialverhalten• Lernen

• Lokomotion• Kommunikation

• Visuelles System• Flug

Ökonomische Bedeutung von Insekten

• Bestäubung• Honigg• Seide• Farbstoffe (z. B. Campari:

Schildlaus)Schildlaus)• Krankheiten (z. B. Malaria,

Schlafkrankheit)Apis mellifera Bombyx mori

• Schädlinge• Parasiten (z. B. Flöhe, Läuse)

Anopheles spec. Leptinotarsa decemlineata

Charakteristik der Insekten

• Dreiteilung des Körpers in die TagmataCaput (6 Segmente)Th (3 S t )Thorax (3 Segmente)Abdomen (11 Segmente)

Charakteristik der Insekten

Ocelli KomplexaugeAntenne

Maxillle Labrum

MandibelMandibel

Labium LabiumMaxillle

Labrum

Kopf: Segmente verschmolzenNahrungsaufnahme Sinnesorgane Gehirn

Labium Labium

Nahrungsaufnahme, Sinnesorgane, Gehirn• Mundwerkzeuge (Mandibeln, 1. Maxille, 2. Maxille = Labium)• 1 Paar Antennen• 2 Komplexaugen• 3 Ocellen

Charakteristik der Insekten

Coxa

Femur

TrochanterTibia

Thorax: LokomotionTarsus

Praetarsus• 3 Segmente: Pro-, Meso-, Metathorax• 2 Paar Flügel (Meso-, Metathorax)• 3 Paar Laufbeine

Praetarsus

• 3 Paar Laufbeine• 3 Thorakalganglien

Charakteristik der Insekten

TergumCercus

StigmaSternumPleurum

Abdomen: Verdauung, Reproduktion, Verteidigung• Ursprünglich 11 Abdominalsegmente• Keine Laufbeine (Extremitätenknospen nur als Embryo)• Cerci = Extremitäten des 11. AS (Sinnesorgane, Tracheenkiemen)• Geschlechtsorgane meist hinter 8 AS (selten hinter 7 AS)Geschlechtsorgane meist hinter 8. AS (selten hinter 7. AS)• Ovipositor: bei Hymenopteren sekundär zum Stachelapparat

Verwandtschaftshypothesen der Euarthropoda

Chelicerata Crustacea

Myriapoda Insecta

Verwandtschaftshypothesen der Euarthropoda

Antennata-Konzept

Verlust 2. Antenne

Tetraconata-Konzept

Ommatidien, Nervensystem,

Myriochelata-Konzept

Westheide, Rieger 2007

Nervensystem, Molekulare Marker

Das System der Insekten

Westheide, Rieger 2007

Das System der Insekten I

„Ordnung“ Beispiel1 Collembola Springschwänze Orchesella

2 Protura Beintaster Acerontomon

3 Diplura Doppelschwänze Compodea

4 Archaeognatha Felsenspringer Machilis

5 Zygentoma Fischchen Lepisma saccharina5 Zygentoma Fischchen Lepisma saccharina

6 Ephemeroptera Eintagsfliegen Cloeon

7 Odonata Libellen Anax imperator

8 Plecoptera Steinfliegen Isoperla

9 Notoptera Grillenschaben Grylloblatta campodeiformis

10 Mantophasmotodea Gladiatoren Mantophasma zephyra

Kästner I 5: Insecta, 2003

Das System der Insekten

Fischchen Steinfliegen

Libellen Eintagsfliegen GladiatorenLibellen Eintagsfliegen Gladiatoren

Das System der Insekten I

„Ordnung“ Beispiel11 Embioptera Tarsenspinner Embia sabulosa

12 Dermaptera Ohrwürmer Forficula auricularia

13 Mantodea Fangschrecken Mantis

14 Blattoptera Schaben Blattella germanica

15 Isoptera Termiten Macrotermes15 Isoptera Termiten Macrotermes

16 Phasmatodea Gespenstschrecken Phyllium giganteum

17 Saltatoria Heuschrecken Locusta migratoria

Kästner I 5: Insecta, 2003

Das System der Insekten

Schaben Ohrwürmer Gespenstschrecken

TarsenspinnerGottesanbeterinTermiten

Collembola, Diplura und Zygentoma: Die Ursprüngeder Insekten

• Collembola (ca. 7300 Arten)• Protura (ca. 700 Arten)• Diplura (ca. 850 Arten)

• Archaeognatha (ca. 450 Arten)Z t ( 425 A t )• Zygentoma (ca. 425 Arten)

Collembola, Diplura und Zygentoma: Die Ursprünge der Insekten

Insecta

Entognatha Ectognatha•Collembola•Protura

•Archaeognatha•Zygentoma

•Diplura

• Entognathie möglicherweise zweimal entstanden: Ellipura(Collembola, Protura) und als Schwestergruppe: Diplura.

• Stellung umstritten: einige Autoren sehen Entognatha und Insecta als Schwestergruppen innerhalb HexapodaInsecta als Schwestergruppen innerhalb Hexapoda.

Collembola, Protura und Diplura:Entognathe Hexapoda

Labrum

Mandibel

Maxille

• Labium verwächst mit Kopfkapsel: ventrale Tasche (Synapomorphie)

• Mundwerkzeuge (Mandibel 1 Maxille)• Mundwerkzeuge (Mandibel, 1. Maxille) wandern in eine ventrale Kopftasche

• Saugen, Anstechen und Zerkleinern von Nahrung

Collembola - Springschwänze

• Bodenbewohner (bis 10 cm Tiefe)

• Hohe Individuenzahl (1m2: < 200.000 Individuen)

• Körperlänge 0,25 – 9 mm, meist 1-2 mmp g

• Detritusfresser (Humusbildung)

• weiche, wenig sklerotisierte Kutikula

• 6 Abdominalsegmente

• Reduzierte Komplexaugen (max. 8 Ommatidien)Ommatidien)

• Bis zu 6 Ocellen!

• Gliederantennen (4 Glieder) mit eigener Muskulatur

Collembola - Springschwänze

Darm HerzZNS

Furca

Manubrium Dens Mucro

RetinaculumGonade

V t lt b (C ll h ) H ft P t At

Ventraltubus

• Ventraltubus (Collophor): Haft-, Putz-, Atemorgan, Wasseraufnahme, Osmoregulation; 1. AS; ausstülpbar; Leimsekret

• Furca und Retinaculum: Springschwanz!

Collembola - Springschwänze

ald

Gar

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cDon

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Kugelspringer, Ptenothrix maculosa©

200

8

• saprophag (totes pflanzliches Material),

• mikrophytophag (Algen, Bakterien, Pilzhyphen)

• Allesfresser, sehr selten Räuber

Der Sprung des Collembolen

• Furca: Sprunggabel• Extremitäten des 4. AS gebildet• Kann unter den Rumpf gebogen und• Kann unter den Rumpf gebogen und

zurückgeschnellt werden.• 2 gezähnte Fortsätze• In Ruhe durch Retinaculum festgehalten (3 AS)• In Ruhe durch Retinaculum festgehalten (3. AS)• Fluchtreaktion: 35 mm, 5 ms!

Collembola - Springschwänze

Collembola

Poduromorpha Entomobryomorpha Symphypleona

Kalaphorura burmeisteri Orchesella cincta Dicyrtomina ornataKalaphorura burmeisteri Orchesella cincta Dicyrtomina ornata

langgestreckter Körper –Arthropleona

kugeliger Körper -Symphypleonay y

Protura - Beintaster

• Sehr klein (0.8 – 2.6 mm)

Acerentomon spec.

( )

• Kopf fast vollständig mit Mundwerkzeugen ausgefüllt

• 12 Abdominalsegmente (11 AS + Telson)

• Farbloser Körper

• Antennen fehlen (Autapomorphie)

• Keine Augen

• Pseudooculi = Chemorezeptoren

Protura - Beintaster

• Lebensraum:Lebensraum:humusreiche BödenMoospolsterStreu

• bis 10 cm tief

• saugen Pilzhyphen aus

• stechend-saugende Mundwerkzeuge

• etwa 1000 Individuen pro m2

Acerentomon giganteum.

Protura - Beintaster

Acerentomon specEosentomon spec Acerentomon spec.Eosentomon spec.

Acerentulus spec. Sinentomon spec.

Diplura - Doppelschwänze

• Körperlänge 4-12 mm, 11 ASKörperlänge 4 12 mm, 11 AS

• Farbloser Körper, fast homonom segmentiert

• Blind: Augen fehlen vollständig• Blind: Augen fehlen vollständig

• meist mit Cerci:fühlerartigbei Japygidae zangenartigpyg g g

• Teilweise räuberisch: Japygidaeernähren sich hauptsächlich von Collembolen

Campodea spec.

• Campodeidae sind omnivorJapyx spec.

Diplura - Doppelschwänze

Japyx solifugans Campodea spec.Heterojapyx spec.

Japygidae sind räuberische Dipluren

Japyx ergreift eine Campodea

Töten der Beute mit Zangen Mit Zange zum Mund, Verzehr!

Archaeognatha - Felsenspringer

U ü li h t V t t d E t th

Machilis germanica

• Ursprünglichste Vertreter der Ectognatha

• weiden Moose, Algen, Flechten, Pilze ab, Detritusfresser

• Steinige Lebensräume:Spritzwasserzonen der Meeresküstenfeuchtes Gesteinunter BaumrindenMoospolsternp

• Schuppen auf Körperoberfläche

http://www.delattinia.de/

Archaeognatha - Felsenspringer

• Bauplan eines Archaeognatha

• Große Komplexaugen, 3 Ocellen

• Vielgliedrige GeißelantenneVielgliedrige Geißelantenne

• Coxalbläschen

• Coxa der 2. und 3. Beinpaare mit Stylus (unvollständige Beinreste)Beinreste)

• Styli am 2. – 9. AS

http://www.delattinia.de/

Das System der Insekten

2. Gelenkhöcker an Mandibeln: Umkonstruktionder Mundwerkzeuge!

Westheide, Rieger 2007

Zygentoma - Fischchen

Lepisma saccherina

Zygentoma - Fischchen

• 425 Arten

• Lichtscheu, thermophil

• benötigen hohe Luftfeuchtigkeit (Badezimmer)(Badezimmer)

• lange, vielgliedrige Antennen

• indirekte Spermaübertragung

Lepisma saccherina

• Cuticula-Schuppen

Zygentoma - Fischchen

C i l S h• Cuticula-Schuppen

Lepisma saccherina

Zygentoma - Fischchen

S th A t (Silb fi h h )

Zuckerfischchen: Lepisma saccharina Ofenfischchen: Thermobia domestica

• Synanthrope Arten (Silberfischchen):

• Fressen Papier, Baumwolle (Lepisma)

• Wärmeliebend, fressen Brot, Mehl (Thermobia)

• Haushalt, Bäckereien

• können Cellulose verdauen (eigene Cellulase, Cellobiase, keine Symbionten)y )

Zygentoma - Fischchen

Thermobia domestica Atelura formicaria

F ht li b d• Feuchteliebend

• Abgeplatteter Körper

• Haushaltsschädlinge

• Atelura formicaria lebt in Ameisennestern

• Schwestergruppe der pterygoten Insekten

Hä fi ilb i lä d S h• Häufig silbrig glänzende Schuppen

Literatur

Tobi

as P

fau

K D tt & W P t L h b h d E t l i• 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 DatheBand I – 5. Teil: Insecta (Hrsg: H.H. Dathe

• W. Westheide & R. Rieger: Spezielle Zoologie. Elsevier 2. Auflage 2007

• W Jacobs & M Renner: Biologie und Ökologie der• W. Jacobs & M. Renner: Biologie und Ökologie der Insekten. Spektrum, 4. Auflage 2007

Fragen

D h l h M k l t h id i h di I kt• Durch welche Merkmale unterscheiden sich die Insekten von allen anderen Arthropoden?

• Was bedeutet entognath? Welche Insektengruppen sind entognath?entognath?

• Welches sind die ursprünglichen Merkmale der entognathen Insekten?