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Die Interaktion der paarigen antennalen Sinnesorgane bei der Windorientierung laufender Mist- und Schwarzkäfer (Insecta, Coleoptera)

The interaction of the paired antennal sense organs in the wind orientation of walking dung beetles and tenebrionid beetles (Insecta, Coleoptera)

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-44507
  • 1. Bei der Anemomenotaxis arbeiten die Windrichtungen perzipierenden, paarigen Sinnesorgane der Antennen - vermutlich die Johnstonschen Organe - als Synergisten zusammen. Der Ausfall der für die Windrichtung spezifischen afferenten Meldungen eines Fühlers führt zu einer Halbierung der Drehtendenzstärke (Abb.I-ll). Es konnten keine Anhaltspunkte gefunden werden, die auf eine direkte zentrale Kompensation dieses Effektes hinweisen. Verschiedene Arten der Ausschaltung, totalc (Abb.2) oder teilweise (Abb. 4) Amputation (bei der der Pedicellus1. Bei der Anemomenotaxis arbeiten die Windrichtungen perzipierenden, paarigen Sinnesorgane der Antennen - vermutlich die Johnstonschen Organe - als Synergisten zusammen. Der Ausfall der für die Windrichtung spezifischen afferenten Meldungen eines Fühlers führt zu einer Halbierung der Drehtendenzstärke (Abb.I-ll). Es konnten keine Anhaltspunkte gefunden werden, die auf eine direkte zentrale Kompensation dieses Effektes hinweisen. Verschiedene Arten der Ausschaltung, totalc (Abb.2) oder teilweise (Abb. 4) Amputation (bei der der Pedicellus unverletzt bleibt) oder Blockierung des Pedicellus-Flagellumgelenks durch Lackierung (Abb.3), bewirken dieselben Änderungen im Orientierungsverhalten. 2. Der einzelne Fühler fungiert bei der Anemomenotaxis als "zweisinniger Lenker". Ein Käfer mit nur einem Fühler ist - nach einer genügend langen Erholungszeit - noch fähig, die Windrichtung festzustellen und zu ihr eindeutige menotaktische Kurse zu steuern (vgl. z. B. Abb. 1, 9). Außerdem kann er sich wie ein intakter Käfer (Abb. 14) bei plötzlicher Anderung der Reizrichtung um den kleineren Winkelbetrag zu seiner Sollrichtung zurückdrehen (Abb. 15). 3. Zwischen Drehtendenzstärke und Reizrichtung besteht nach den Ergebnissen der Ausschaltversuche eine Sinusfunktion. Gleichgroße Rechts- oder Linksabweichungen des Käfers von der positiven oder negativen Grundrichtung werden von rechtem und linkem Fühler mit der gleichen Drehtendenzstärke bewertet (Abb. 13). Es ist deshalb naheliegend, anzunehmen, daß jeder Fühler bei der Reizrichtungsbewertung seinen Abweichungsbetrag von der nächsten der beiden Grundstellungen mißt. In einer Grundstellung befindet sich der Fühler jeweils dann, wenn sich der Käfer genau gegen oder mit dem Wind eingestellt hat. 4. Afferente Drehtendenz und efferentes Drehkommando sind Dreherregungsgrößen, die sich bei Einstellung des Sollwinkels durch ihre antagonistische Wirkung aufheben. Halbierung der Drehtendenzstärke durch Ausschaltung eines Fühlers führt demnach erwartungsgemäß zu einer Verdopplung der Drehkommandowirkung. Daraus und aus der Sinusförmigkeit der Drehtendenzstärkenkurve ergibt sich, daß Drehkommandogrößen, die beim intakten Käfer die Einhaltung von Menotaxiswinkeln von > 30° zur Folge haben, von der halbierten Drehtendenz nicht mehr kompensiert werden können. Die Käfer können dann Dauerrotationen vermeiden, indem sie das Drehkommando soweit abschwächen, daß es von der halbierten Drehtendenz wieder kompensiert wird (Abb. 8). 5. Standardabweichung und mittlere Laufwinkelgröße sind miteinander korreliert. Die Korrelation gilt in gleicher Weise für das intakte und das einseitig antennenamputierte Versuchstier. 6. Nach einer einseitigen Fühlerausschaltung bevorzugen Tenebrio molitor und Scaurus dubius anfänglich Laufrichtungen zur Seite der intakten Antenne hin. Bei allen VT-Arten nimmt die Neigung zum intramodalen Winkeltransponieren nach Fühlerausschaltung sehr stark zu (Abb. 12). 7. Den Grundorientierungen - positive und negative Anemotaxis - liegt, wie auch der Menotaxis, kein tropotaktischer Mechanismus der Fühlerverschaltung zugrunde. Anemotaxis und Anemomenotaxis unterscheiden sich lediglich dadurch, daß bei letzterer ein efferentes Drehkommando die Sollrichtung verstellt. 8. Die experimentellen Befunde werden im Hinblick auf den, der Anemomenotaxis zugrunde liegenden, physiologischen Mechanismus diskutiert: Sie lassen sich alle widerspruchslos mit einem Kompensationsmechanismus vereinen.show moreshow less
  • 1. The interaction of the paired antennal sense organs perceiving wind directions-probably the Johnston organs-is a synergistic one. The loss of the specific afferent information concerning wind direction of one antenna is followed by a reduction of 50% of the strength of the "turning tendency" (Figs. I-lI). There is no evidence indicating a central compensation of this effect. Three different ways for eliminating one antenna all resulted in the same effect on orientation behaviour. The three ways were total (Fig. 2) or partial (Fig.4)1. The interaction of the paired antennal sense organs perceiving wind directions-probably the Johnston organs-is a synergistic one. The loss of the specific afferent information concerning wind direction of one antenna is followed by a reduction of 50% of the strength of the "turning tendency" (Figs. I-lI). There is no evidence indicating a central compensation of this effect. Three different ways for eliminating one antenna all resulted in the same effect on orientation behaviour. The three ways were total (Fig. 2) or partial (Fig.4) amputation (in which the pedicellus is not injured) or blocking up the pedicellus-flagellum joint by lacquer (Fig. 3). 2. After an adequate recovery period the beetle with only one antenna is able: a) to determine the wind direction, b) to orientate itself unambiguously anemomenotactically (Fig. 1,9) and c) to turn back to its preferred direction over the smaller angle (Fig. 15). 3. The experimental data suggest a sinoidal function between the strength of the turning tendency and the stimulus direction. In evaluating the stimulus direction each antenna most probably measures its deviation from the nearest of the two basic positions, i. e. exactly with or against the wind: The right or left antenna evaluates equal deviations to the right or the left from the negative or positive basic direction with the same strength of the turning tendency (Fig. 13). 4. The afferent turning tendency and the efferent "course order" are turning excitations, which neutralize each other by their antagonistic action, if the set angle is reached. Halving the strength of the turning tendency by elimination of one antenna therefore leads to a doubling of the course order efficiency. The consequence of this and the sinoidal turning tendency pattern is that course orders, which in the intact beetle lead to angles of 30°, can not be compensated by a halved turning tendency. The beetles then can avoid continuous rotations by diminishing the course order to such an extent that it can be compensated by the halved turning tendency (Fig. 8). 5. The standard deviation and the mean running-angles show a correlation. This correlation is the same for the intact beetle and for the beetle with one antenna amputated. 6. After amputation of one antenna in the beginning Tenebrio molitor and Scaurus dubius at first prefer running towards the side of the intact antenna. After amputation of one antenna all tested species showed an increasing tendency to transpose angles intramodally (Fig. 12). 7. In positive and negative anemotaxis as weil as in anemomenotaxis the cooperation of the two antennae is not based on a tropotactic mechanism. Anemomenotaxis and anemotaxis differ only in the lack of an efferent course order in the latter. 8. The experimental findings with respect to the physiological mechanism concerning anemomenotaxis are discussed: They all are consistent with a compensation mechanism.show moreshow less

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Metadaten
Author: Karl Eduard Linsenmair
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-44507
Document Type:Journal article
Faculties:Medizinische Fakultät / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Language:German
Year of Completion:1970
Source:In: Zeitschrift für vergleichende Physiologie (1970) 70, S. 247 - 277
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 59 Tiere (Zoologie) / 590 Tiere (Zoologie)
Release Date:2010/02/22