Ökologie: Insekten

Name: Christin Erb, 2021-05

Merkmale von Insekten

Äußerere Anatomie/Körperbau

Exoskelett, das durch das Strukturprotein Sklerotin und den dem Polysaccharid Chitin aufgebaut ist.

lat.: insektus- eingeschnitten

Dreigliederung in Kopf/Brust(Thorax)/Hinterleib (Abdomen):

• Kopf: Facettenaugen, Mundwerkzeuge, Fühlerpaar
• Bruststück: mit sechs Beinen und Flügel falls vorhanden
• Hinterleib: mit Stoffwechsel- und Fortpflanzungsorganen
  
  

Größe der Insekten:

• Kleinsten lebenden Arten sind unter anderem die Männchen der Erzwespe mit 39 Mikrometer;dabei ist zu beachten, dass diese Parasiten alleine  zum Überleben nicht fähig sind, da sämtliche Organe nicht ausgeprägt sind als frei lebendes Insekt könnte man den Zwergkäfer(Scydosella musawasensis)
   mit 300 Mikrometer nennen. Diese Art war bisher nur von mehreren Exemplaren der von B. Malkin in Nicaragua gesammelten Typenserie bekannt. Die Länge des Scydosella musawasensis wurde als Präparat eingebettet durch mikroskopische Untersuchen gemessen worden ist.
  
  
• Nanosellini, die sich vorläufig aus 15 Gattungen und 27 Arten zusammensetzt, ist in der ganzen Welt weit verbreitet. Die meisten Arten kommen auf oder innerhalb von Pilzen vor, in der Regel von Polyporaceae, die sich von Pilzsporen ernähren. Selten kommen mehr als eine Art in einem einzelnen Wirt vor. Nanosellinien sind die kleinsten bekannten Käfer mit einer Gesamtlänge von 0,30 bis 0,80 mm.
  
  

Wie wichtig sind Insekten (Relevanz?)

• Der volkswirtschaftliche Nutzen durch Insektenbestäubung liegt bei ca. 500 Mio. Euro pro Jahr.
• Krefelder Studie 2017:Von 1989 bis 2016 wurde die Fluginsektenbiomasse erhoben.
  Wenn man zum Beispiel 26,1g gewogen hat, sind das 75% weniger als noch vor 25 Jahren.
  Fazit: 40% der Fluginsekten sind vom Aussterben bedroht, oder schon ausgestorben.Eine internationale Studie des Weltrats für Biodiversität bestätigt diese Ergebnis für den gesamten Globus
• 90% aller Pflanzen und 75% der Nutzpflanzen sind aber auf Insekten angewiesen; Beseitigung von Aas Totholz

Gründe für das Aussterben der Insekten

Gründe für das Aussterben
• laut dem Bundesamt für Kraftfahrt waren im Januar 2019 64,8 mio Fahrzeuge in Deutschland zugelassen; Die Zulassung bei den SUV zeigte eine Steigerungsrate von +20%; Benzin und Diesel
• Lichtverschmutzung
• Pestizide und Herbizide(Mittel, das gezielt gegen bestimmte Pflanzen wirkt, meist Wildpflanzen, die den Insekten eigentlich als Nahrung dienen)>Insekten werden vergiftet, um die landwirtschaftlichen Erträge zu steigern.
• Verlust des Lebensraums und der Biodiversität(Flächenverbrauch etc. durch Bau zusätzlicher Infrastruktur)
• Monokulturen
• wildlebende Bienen durch Massenzuchten verdrängt
• Treibhausgase

Besonderheiten und Fun-Facts:

Fliegen-Zweiflügler
Das Gehirn der Fliege wiegt ein halbes Milligramm. Erstaunlich dabei ist, dass die Fliege schneller reagiert als der Mensch und somit schwer zu fangen ist.
Welche Grunde hat dies? Zum einen hat die Fliege durch ihre Komplexaugen einen Rundumblick. Dabei reagieren ihre Lichtsinneszellen schneller.
Als weiteren Punkt ist zu nennen, dass ihr Gehirn einfach aufgebaut ist. Dementsprechend liegen zwischen Augen und Muskeln nur fünf Synapsen.
Während der Mensch 20 Bilder pro Sekunde unterscheidet, sieh die Fliege 10 mal mehr, also 200 pro Sekunde. Man kann sich die Welt der Fliege sozusagen als "Zeitlupe" vorstellen.

Biotechnologie mit Insekten

1. Beispiel
Antennen am Käferkopf
In den Antennen befindet sich ein duftempfindliches Organ, was dazu dient, dass die Männchen von weiblichen Düften angelockt werden
Folgender Versuch wurde durchgeführt. So kann man eine Antenne amputieren und zwishen zwei Elektroden einspannen, so führt ein elektrischer Impuls ins Gehirn
Mithilfen von Insektenantennen als sogenannte Biosensoren können beispielsweise an Flughäfen Drogen und Sprengstoff gesucht werden. Der Spürhund, welcher nur 20min im Einsatz sein kann und nicht auf neuartige Drogen trainiert ist, könnte durch Biosensoren ersetzt werden.
→ aus Insekten Wirkstoffe isolieren
Erstaunlich: Die Biomasse aller Tiere auf dem Festland ist genauso groß,wie das Volumen aller Insekten zusammengenommen.

Die ökologische Bedeutung der Insekten

Primärkonsumenten: Pflanzenfresser, Ernährung Teile lebender Pflanzen,Pflanzensäfte, als „Minierer“ durch Blätter

Sekundärkonsument: Räuber tötet Beute; ektoparasitische Insekten entnehmen von längerer Dauer Nahrung/Säfte von der Oberfläche anderer Organismen; Entoparasiten innerhalb des Wirts; Parasitoide töten den Wirt anschließend

Destruenten / Saprobionten (auch Detritivoren genannt): (Organismen,die sich von abgestorbenen und sich zersetzenden organischem Material ernährt)

»Insekten dienen auch als Beute (vgl. Ameisenbär, fleischfressende Pflanze:Sonnentau)

»Beziehungen wie Symbiosen(z.B.:So geben Ameisen Blattläusen Schutz vor Feinden, als „Gegenleistung“ nehmen die Ameisen den Honigtau, die zuckehaltige Ausscheidung der Blattläuse auf

»Mutialismus (werde ich in Bezug auf die Bienen erläutern)
 

Bedeutung der Insekten für den Menschen

• potentielle Schädlinge(Vorrats- und Materialschädlinge wie z.B.:Kleidermotten, Mehlkäfer)
• Ektoparasit(Flöhe, Läuse, Wanzen)
• indirekt als Überträger von Krankheiten (Tsetsefliege,Malariamücke)
• Erreger oder Überträger als Nutztier- oder Kulturpflanzenkrankheiten
• großer Nutzen: Bestäubung von Nutzpflanzen und auch Produkte wie Bienenwachs; Seidenspinner; wissenschaftliche Forschung Zoo und Heimtiere

Der Biologe Karl von Frisch spricht in seinem 1959 erschienenen Aufsatz, Insekten seien die Herren der Erde. „In demselben Sinne, wie man etwa von einer Epoche der Saurier spricht,(könne man vom Zeitalter der Insekten sprechen).
»sodass im folgenden der „Erfolg“ dieser Tierklasse überprüft wird

Protostomier und Deuterostomier

Die Keimblätter werden in der frühen Embryonalentwicklung, der ersten Phase in der Individualentwicklung eines Lebewesens, gebildet. Dabei bilden Endoderm (das Innere der drei Keimblätter) und Mesoderm (das Mittlere der drei Keimblätter) später die inneren Organe aus. Zuvor müssen Endoderm und Mesoderm in das Innere des Keims wandern. Dies nennt man Gastrulation. So bildet sich durch die Bewegung bzw. Veranlagung der Zelle in der Regel einschichtige Blasenkerne sowie die Gastrula, dies ist ein Becherkeim aus zwei geschlossenen Zellschichten, dem äußeren Ektoderm und dem inneren Entoderm. Dazwischen schieben sich die Anlagen des dritten Keimblattes, des Mesoderms.
Bei bilateralesymmetrischen Tieren entwickelt sich der bei der Gastrulation entstehende Urmund später zum bleibenden Mund
 
Die unterschiedliche Entwicklung und Entstehung von Mund und After hat unterschiedliche Strukturern der Lagenbeziehungen zur Folge.
 
 

Insekten als Indiz/Beweis bei Kriminalfällen

Forensische Entomologie

Durch die systematische Untersuchung von Insekten, Aasfresser/Nekrophagen, die in verwesenden Leichen leben, und den postmortalen Zersetzungsprozess, kann Aufschluss über die Leichenliegezeit, Todesumstände und –zeitpunkt gewonnen werden.
Ein toter Leichnam wird sehr schnell von Insekten besiedelt.
Durch Untersuchung verschiedener Stadien der Entwicklung von Insekteneier und Larven ist sogar eine nahe Präzision möglich. In der Gerichtsbarkeit können durch diese Untersuchungen Beweise gewonnen werden. Der Leichnam wird beispielsweise in Alkohol gelegt oder eingefroren.
Die Besiedelung der Insekten hängt von äußeren Umständen ab. Schmeißfliegen legen relativ schnell ihre Eier ab, von denen zeitnahe schon Maden schlüpfen(manchmal schon eine Viertelstunde). Diese Schmeißfliegen befinden sich aber auch auf älteren Leichen.
Weitere Insekten: Aaskäfer, Kurzflügler

Bestimmung Leichenliegezeit

Bei aasbesiedelnden Fliegen: drei Larven- und ein Puppenstadium, wenn die ausgewachsene Fliege schlüpft, hinterlässt sie leere Puppenhülle
Faktoren: 

- Lichtquellen
- Sonneneinstrahlung
- geschlossener Wohnbereich: vlt. Fenster, Lampe, die brennt

Die Entwicklung der Insekten nutzt der Forensik

Insekten werden in der forensischen Entomologie in vier Gruppen eingeteilt:

• Nekrophagen ab dem Larvenstadium; Ernährung von Leichengewebe
• Räuber dieser nekrophagen Arten
• aasfressende nekrophage Räuber
• Zufallsbesiedler

Polymorphismus

Unter Individuen einer Art können zeitgleich oder versetzt verschiedene Phänotypen auftreten. Mit Wigglesworth sind holometabole Insekten, das heißt diejenigen Insekten mit vollständiger Verwandlung, welche durch das Puppenstadium zwischen dem letzten Larvenstadium und dem Imago, die Adultform, charakterisiert werden. Dies sei eine Form der polymorphen Art.
Man unterscheidet in erster Linie zwischen genetischen und nicht erblichen, also modifikatorisch bedingten, Polymorphismus.
Zum genetischen Polymorphismus ist zu sagen, dass es zum Beispiel den von Umwelteinflüssen nicht beeinflussten Polymorphismus (zum Beispiel Geschlechtsdimorphismus) oder den davon abhängigen gibt. So kann man dazu den balancierten Polymorphismus anbringen.
Die Gesamtheit der Gene eines Organismus können innerhalb Grenzen modifiziert werden. Dies ist durch Faktoren wie Licht, Nahrung, Temperatur oder Pheromone bedingt. Diese sind Botenstoffe zur Übertragung von Informationen innerhalb Individuen derselben Art.
Ursprünglich beschreibt Polymorphismus die Vielgestaltigkeit in Tierstöcken und Tierstaaten.

Geschlechtsdimorphismus

Bei Insekten werden die sekundären Geschlechtsmerkmale unbeeinflusst von den Geschlechtskeimdrüsen entwickelt. Auch im Sexualverhalten haben Experimente gezeigt, dass weder eine Kastration noch Transplantation von Keimdrüsen nichts an dem Sexualverhalten ändern. Die These, welche besagt, dass Hormone bei der Ausbildung sekundärer Geschlechtsmerkmale der Insekten nicht beteiligt sind, wird durch Organismen, wie die Gynander, welche sowohl männliche als auch weibliche Zellen im Körper besitzen, gestützt.  Eine direkte Beziehung zum Fortpflanzungsverhalten lässt sich an Merkmalen wie den Duftorganen oder klangerzeugenden Einrichtungen erkennen. Daneben gibt es zudem auch ornamentale Sexualcharaktere, welche unter anderem die Färbung oder zum Beispiel hornartige Strukturen sein können.
 
Beispiel einer Drohne und einer Bienenkönigin:

Drohnen schlüpfen aus unbefruchteten Eiern. Dies geschieht im Frühsommer nach 24 Tagen nach der Eiablage. Sie  haben nach 10-14 Tagen die Geschlechtsreife erreicht.
Königinnen schlüpfen aus sogenannten Weiselzellen nach einer Entwicklungszeit von circa 16 Tagen. Ein bis zwei Wochen nach dem Schlüpfen beginnt die Königin mit ihren Hochzeitsflügen.
Sie ist für die Eiablage zuständig und kann an einem Tag bis zu 2000 Eier legen. Sie wird häufig von einer neuen, jungen Königin ersetzt, kann aber bis zu 5 Jahre alt werden.
Das „Gelée royale“ hat eine DNA-Methylierung zur Folge und ist wichtig für die Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung bestimmter Gene. Man spricht von einer temporären Modifikation.

Folgende Unterschiede weist eine Drohne gegenüber der Königin auf:
Drohen besitzen eine größere und kräftigere Gestalt und breitere Flügel. Des Weiteren haben ihre großen Augen 2,5 Mal mehr Ommatidien. Der Geruchssinn ist auf den Antennen ausgeprägt sowie ein fehlender Wehrstachel.
 

Balancierter Polymorphismus

Der balancierte Polymorphismus beschreibt da Gleichgewicht in der Häufigkeit der Verteilung eines Allels, damit es nicht zur Selektion kommt, was einen evolutionären Vorteil mit sich bringt.
Als Beispiel kann man den Marienkäfer adalia bipunctata anführen.
Dieser Marienkäfer hat je nach Jahreszeit eine andere Farbe. Rote Morphen entstehen im kühleren Teil des Jahres und an wärmeren Tagen sind die schwarzen Marienkäfer zu finden. So setzt sich je nach Jahreszeit das eine Allel stärker durch, das andere bleibt bestehen.

 
Kastenpolymorphismus

In der stammesgeschichtlichen Entwicklung der Lebewesen kam der Kastenpolymorphismus mindestens dreimal vor. So wurde er von Bienen, Termiten und Ameisen entwickelt. Gewisse Etappen zum sozialen Leben bei gegenwärtig lebenden solitären Bienen und Faltwespen zeigen zeigen folgendes Phänomen: Die Mutter kümmert sich um ihre Brut. Durch diesen Akt der Pflege kommt es zu einer engen Bindung zwischen den Töchtern und der Mutter. Das geht darin über, dass diese nun auch bei der Aufzucht der Larven mitagieren und zu fortpflanzungsunfähigen Arbeiterinnen werden. Das ist eine durch die Entwicklung von Kasten ermöglichte Art der Arbeitsteilung. Das Vorhandensein von einem sterilen Kasten innerhalb einer Art lässt eine Fruchtbarkeitsregulierung zu, was zum Beispiel in Zeiten von Nahrungsmangel, ein erheblicher Vorteil ist.
Bei Honigbienen sind die beiden Geschlechtstierkasten und die Kaste der Arbeiterinnen zu differenzieren. Diese Arbeiterinnen können als geschlechtsgebundene Veränderung des Phänotyps der weiblichen Geschlechtstierklasse angesehen werden. Wie oben schon beschrieben entwickeln sich Arbeiterinnen beziehungsweise Königinnen aufgrund des unterschiedlichen Nahrungsangebots.
So wird durch das Pheromon der Mandibeldrüse der Königin die Ausdifferenzierung der Genitalorgane der Arbeiterinnen gehemmt. Bei Verlust der Königin legen Arbeiterinnen unbefruchtete Eier, aus denen nur Drohnen entwickelt werden.
Wissenschaftlich gesehen weiß man nicht viel über die phylogenetische Entwicklung des genetischen Sozialverhaltens innerhalb der Arbeiterinnen.
Ameisen: Auch Ameisen besitzen ähnlich wie beiden Honigbienen ein Kastensystem. Nur haben die Arbeiterinnen der Ameisen keine Flügel.. Anders als bei den Bienen, die einen Vorrat in den Wachswaben ansammeln oder bei den Wespen, die Kartonnester bauen, haben die Ameisen einen Weg gefunden um keine großen Vorräte für den Winter sammeln zu müssen, die Winterstarre. Die Tätigkeiten, die eine Arbeiterin ausübt ist abhängig von ihrem Alter. Da differenziert man noch verschiedene Unterkasten.
Als Beispiel sind hier Ameisenarbeiterinnen mit größeren Köpfen zu nennen. Sie dienen als Soldaten. Dies ist aufgrund einer unterschiedlichen Wachstumsgeschwindigkeit im Verhältnis zu anderen Organen bedingt und wird von der sämtlicher Nahrung beeinflusst.

Kastenpolymorphismus bei Termiten

Termiten besitzen auch männliche Arbeiter. Es gibt weibliche und männliche Arbeiter und Soldaten.  
Bei niederen Termiten ist das so, dass jede weibliche oder männliche Larve die Möglichkeit hat, zu einem nebensächlichen Geschlechtstier, zu einem Ersatzgeschlechtstier, zu einem Soldat oder zu einem Scheinarbeiter zu entwickeln.
Diese Scheinarbeiter, Pseudergaten genannt, können sich häuten und umwandeln. Echte Arbeiter können dies nicht.

Die Bedeutung der Hormone

Sie steuern die Entwicklung der Larven und sorgen dafür, dass die Pseudergaten anschließend zu einer bestimmten Kaste hineinsortiert werden können. Durch das Juvenilhormon corpora allata werden aus diesen Soldaten.
Das Klima sowie Pheromone beeinflussen das Hormonsystem.
Geschlechtstiere haben eine hemmende Wirkung auf neue Larven und Pseudergaten.  Fällt ein Inhibitionspheromon weg, folgt nach er primären Häutung schon die Entstehung von Ersatzgeschlechtstieren. Dabei ist auffällig, dass jene Insekten nicht die gesamte Anzahl an Häutungen durchmachen und schon als Larve die Geschlechtsreife erlangen. Der verbreitete Kannibalismus entfernt überzählige Ersatzgeschlechtstiere.
Das zeigt, dass weibliche Bienen- und Ameiseneier  sowie Termiteneier die Informationen für verschiedene Sequenzen haben können. Dies steht im Kontrast zum Schetterling, welcher eine feste Reihenfolge befolgt.