Neuroanatomie und Funktionsmorphologie Peripherer Rezeptorneurone mit Direkten Projektionen in das Protocerebrum des Insektengehirns

Abstract

Zur Wahrnehmung unterschiedlicher thermischer Reize hat sich bei Insekten eine Reihe von Thermorezeptoren entwickelt. Der pyrophile („feuerliebend“) „Australische Feuerkäfer“ (<em>Merimna atrata</em>) besitzt paarige Infrarot-(IR)-Organe die sich ventrolateral am zweiten und dritten Abdominalsegment befinden. Auf einer frischen Brandfläche eingetroffen, dienen sie als „Frühwarnsysteme“ zur Vermeidung einer Landung auf unsichtbaren heißen Stellen („Hotspots“). Die IR-Organe bestehen aus einem rundlichen Absorptionsbereich, dessen dünne Kutikula von einem thermosensitiven multipolaren Neuron (MN) und einem kleinen Chordotonalorgan innerviert wird. Charakteristisch für das MN ist die aus zahlreichen, mit Mitochondrien gefüllten Dendriten bestehende terminale Dendriten Masse (TDM). Dieses galt über ein Jahrzehnt bei Insekten als einzigartig. Morphologisch ähnliche MNs wurden jedoch 2013 im Inneren der Beine von Heuschrecken gefunden. Diese MNs weisen zudem außergewöhnliche zentrale Projektionen in das sogenannte „superficial ventral inferior protocerebrum“ (SVIP) auf. Aufgrund vergleichbarer zentraler Projektionen aus den Antennen und Maxillarpalpen von Heuschrecken und einigen anderen Insekten wurden auch in diesen Kopfanhängen solche MNs vermutet; konnten bisher aber nicht nachgewiesen werden. Über die zentralen Projektionen des sensorischen Komplexes der IR-Organe von <em>M. atrata</em> war bisher jedoch nichts bekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit das MN aus dem IR-Organ von <em>M. atrata</em> mit seiner primären Afferenz ebenfalls bis in das Protocerebrum (PC) projiziert. Ein solcher Verlauf eines abdominalen Rezeptors direkt in das PC wurde bisher nicht beschrieben. Bei der Region handelt es sich vermutlich nicht um ein Areal, welches dem SVIP der Heuschrecken direkt entspricht. Zur Darstellung der in den Antennen und Maxillarpalpen von <em>Locusta migratoria</em> gelegenen Somata der Neurone, die direkt in das SVIP projizieren, wurde ein geeignetes Präparationsverfahren entwickelt. Die nun möglichen retrograden Färbungen zeigten in Verbindung mit den morphologischen Befunden, dass es sich bei den angefärbten Neuronen um einzelne Skolopidien handelt, die in den äußerst distalen Bereichen der Antennen und Maxillarpalpen angeordnet sind. Die Somata liegen in den zugehörigen Nerven. Der Dendrit zieht großteils frei durch das Haemocoel und ist distal über die Kappenzelle mit der Hypodermis der Antennenspitze, bzw. dem Sinneszellkomplex der Maxillarpalpusspitze verbunden. Die Antennen von <em>M. atrata</em> und der zu Vergleichszwecken untersuchten Schwarzkäferart <em>Zophobas morio</em> weisen ebenfalls direkte Projektionen in das PC – jedoch vermutlich nicht in eine dem SVIP der Heuschrecken direkt entsprechende Region – auf. In dieser Arbeit wird das gesamte bisherige Wissen über MNs mit TDM und Projektionen primärer Sinneszellen in das PC von Insekten dargestellt und die hier gewonnenen neuen Ergebnisse werden vor diesem Hintergrund diskutiert.