@phdthesis{Groh2005,
  author    = {Groh, Claudia},
  title     = {Environmental influences on the development of the female honeybee brain Apis mellifera},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17388},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {F{\"u}r die Honigbiene spielt der Geruchssinn eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation innerhalb des Sozialstaates. Kastenspezifische, auf uweltbedingten Einfl{\"u}ssen basierende sowie altersbedingte Unterschiede im olfaktorisch gesteuerten Verhalten liefern ein hervorragendes Modellsystem f{\"u}r diese Studie, um die Entwicklung und Funktion neuronaler Plastizit{\"a}t im olfaktorischen System zu untersuchen. Diese Studie konzentriert sich auf Unterschiede zwischen K{\"o}niginnen und Arbeiterinnen, den beiden weiblichen Kasten innerhalb des Bienestaates, sowie auf umweltbedingte Plastizit{\"a}t. Diploide Eier, aus denen sich K{\"o}niginnen und Arbeiterinnen entwickeln, sind genetisch identisch. Dennoch entwickeln sich K{\"o}niginnen wesentlich schneller zum Adulttier als Arbeiterinnen, sind als Imago gr{\"o}ßer, leben wesentlich l{\"a}nger und zeigen andere Verhaltensweisen. Diese Unterschiede werden durch eine differentielle larvale F{\"u}tterung initiiert. Im Anschluss an das Larvenstadium und somit nach erfolgter Kastendetermination, entwickeln sich die Bienen {\"u}ber eine Puppenphase (verdeckelte Phase) zum Imago. Adulte Bienen klimatisieren das zentrale Brutareal auf einer mittleren Temperatur von 35°C konstant. Bienen, die bei niedrigeren Temperaturen innerhalb des physiologisch relevanten Bereichs aufwachsen, weisen Defizite im olfaktorischen Lernverhalten und in der Tanzkommunikation auf. M{\"o}gliche neuronale Korrelate f{\"u}r altersbedingte, temperatur- und kastenspezifische Unterschiede im olfaktorisch gesteuerten Verhalten sollten in dieser Arbeit betrachtet werden. Die strukturellen Analysen konzentrierten sich dabei auf prim{\"a}re (Antennalloben) und sekund{\"a}re (Pilzk{\"o}rper-Calyces)olfaktorische Verarbeitungszentren im Gehirn von sich entwickelnden und adulten Tieren beider Kasten. Synchron verdeckelte Brutzellen beider Kasten wurden unter kontrollierten Bedingungen im Inkubator herangezogen. Neuroanatomische Untersuchungen wurden an fixierten Gewebeschnitten mittels einer Doppelfluoreszenzf{\"a}rbung mit Fluor-Phalloidin und anti-Synapsin Immuncytochemie durchgef{\"u}hrt. Diese Doppelmarkierung erm{\"o}glichte die Visualisierung und Quantifizierung individueller Synapsenkomplexe (Microglomeruli) im Pilzk{\"o}rper-Calyx. Phalloidin bindet an verschiedene F-Aktin Isoformen und kann zum Nachweis von F-Aktin im Insektennervensystem verwendet werden. F-Aktin wird w{\"a}hrend der Entwicklung in Wachstumskegeln und in adulten Gehirnen in pr{\"a}synaptischen Endigungen und dendritischen Dornen exprimiert. Pr{\"a}synaptische Elemente wurden durch den Einsatz eines spezifischen Antik{\"o}rpers gegen das Drosophila-Vesikeltransportprotein Synapsin I charakterisiert. Mit Hilfe der konfokalen Laser-Scanning Mikroskopie wurde die exakte r{\"a}umliche Zuordnung der Fluoreszenzsignale anhand optischer Schnitte durch die Pr{\"a}parate realisiert. Anhand dieser Methodik konnten erstmals {\"u}ber reine Volumenanalysen hinausgehende Messungen zur synaptischen Strukturplastizit{\"a}t im Pilzk{\"o}rper-Calyx durchgef{\"u}hrt werden. Die Untersuchungen an Gehirnen in den verschiedenen Puppenstadien zeigten Unterschiede im Entwicklungsverlauf der Gehirne mit dem Fokus auf die Bildung antennaler Glomeruli und calycaler Microglomeruli. Unterschiede in der Gehirnentwicklung verdeutlichten die ontogenetische Plastizit{\"a}t des Gehirns der Honigbiene. Entsprechend der k{\"u}rzeren Puppenphase der K{\"o}niginnen bildeten sich sowohl antennale Glomeruli als auch alle Untereinheiten (Lippe, Collar, Basalring) des Calyx etwa drei Tage fr{\"u}her aus. Direkt nach dem Schlupf zeigten quantitative Analysen innerhalb der Pilzk{\"o}rper-Calyces eine signifikant geringere Anzahl an Microglomeruli bei K{\"o}niginnen. Diese neuronale Strukturplastizit{\"a}t auf verschiedenen Ebenen der olfaktorischen Informationsverarbeitung korreliert mit der kastenspezifischen Arbeitsteilung. Die Arbeit liefert Erkenntnisse {\"u}ber den Einfluss eines wichtigen kontrollierten Umweltparameters, der Bruttemperatur, w{\"a}hrend der Puppenphase auf die synaptische Organisation der adulten Pilzk{\"o}rper-Calyces. Bereits geringe Unterschiede in der Aufzuchtstemperatur (1°C) beeinflussten signifikant die Anzahl von Microglomeruli in der Lippenregion des Calyx beider weiblicher Kasten. Die maximale Anzahl an MG entwickelte sich bei Arbeiterinnen bei 34.5°C, bei K{\"o}niginnen aber bei 33.5°C. Neben dieser entwicklungsbedingten neuronalen Plastizit{\"a}t zeigt diese Studie eine starke altersbedingte Strukturplastizit{\"a}t der MG w{\"a}hrend der relativ langen Lebensdauer von Bienenk{\"o}niginnen. Hervorzuheben ist, dass die Anzahl an MG in der olfaktorischen Lippenregion mit dem Alter anstieg (~55\%), in der angrenzenden visuellen Collarregion jedoch abnahm (~33\%). Die in der vorliegenden Arbeite erstmals gezeigte umweltbedingte Entwicklungsplastizit{\"a}t sowie altersbedingte synaptische Strukturplastizit{\"a}t in den sensorischen Eingangsregionen der Pilzk{\"o}rper-Calyces k{\"o}nnte kasten- und altersspezifischen Anpassungen im Verhalten zugrunde liegen.},
  subject      = {Biene},
  language  = {en}
}