BAU UND FUNKTION DES PERIPHEREN NERVENSYSTEMS
AN DEN FORTPFLANZUNGSORGANEN DER DROHNEN (*)
F.RUTTNER
Bundesanstalt für Bienenkunde, Wien, Aussenstelle Lunz am See,
und
1.
Zoologisches
Institut der Universität WienEINLEITUNG
Die
morphologische Untersuchung
des Sensoriums derArthropoden
hatinfolge
der
bedeutungsvollen Ergebnisse
auf dem Gebiete derSinnesphysiologie
und Etho-logie
eine besondere Aktualitäterlangt,
wobei dem bisher am besten untersuchtenObjekt,
derHonigbiene,
einehervorragende
Rolle zukommt. Es sei hier nur an dieFeststellung
derPerzeption
despolarisierten Lichtes erinnert,
die durch den Bau der Ommatidien verständlich wird(v.
FRISCH 1949, AUTRUM und STUMPF1950), von Hygro- rezeptoren
in den Antennen(KuwasnRA
und TUKEDA195 6)
und von Schweresin- nesorganen an Thorax und Abdomen(L INDAU E R
und NEDELIg59)!
Die
vorliegende Untersuchung
wurde durch Studien über denPaarungsvorgang
bei derHonigbiene veranlasst,
diegezeigt hatten,
dass diebeobachteten,
in ganz be- stimmter Weise miteinander koordiniertenVorgänge
einen differenzierten nervösenApparat
zurVoraussetzung
haben müssen(RuTTrr!R 1957 ).
DasSchwergewicht
wurde auf die
Untersuchung
derhistologischen
Feinstruktur der nervösenEndappa-
rate
gelegt;
diesegmentale Zuordnung
der einzelnen Nerven sowie dieEndigungen
an den weiblichen
F’ortpflanzungsorganen
werden an anderer Stelle behandelt(RUTTNF;R 1961).
I. - MATERIAL UND METHODIK
Der
Fragestellung entsprechend,
wurden vor allem die Geschlechtstiere,Königinnen (99)
undDrohnen
(!!),
untersucht, die in dem Zuchtbetrieb der Bundesanstalt für Bienenkunde(Wien)
in Lunz am See den ganzen Sommer über in
genügender
Anzahl zurVerfügung
standen. Die sehrumfangreichen
Vorversuche wurden an Arbeitsbienendurchgeführt.
Von vorneherein schien klar, dass eine
befriedigende Behandlung
des Themas nur dann zu errei- chen war, wenn esgelang,
eine selektiveFärbung
der nervösen Gewebselerrzente zu erzielen. Um alle demperipheren
Nervensystemangehörigen
Strukturen aufzufinden, musste dasPräparat
in totogefärbt
werden ; es kam also nur eine vitale odersupravitale
Färbemethode inFrage.
(’) Herrn Prof. Karl v. FRISCH in dankbarer Verehrung zu seinem 7§. Geburtstag gewidmet.
A. VERSUCHE MIT SUPRA VITALER JYIETHYLENBLAUFÄRBUKG
An
Bienenorganen,
inphysiologischer Kochsalzlösung präpariert,
sind etwa noch eine halbe Stundelang Lebensäusserungen
wahrzunehmen(Kontraktionen
der Muskulatur von Darm,Malpi- ghischen
Gefässen, Ovarien undStachelapparat,
Pulsation desHerzschlauches).
Alle Versuche, einsolches
supravitales
Präparat mit einerMethylenblaulösung
nach Ehrlich (o,5 - 0,05 p. 100Methy-lenblau in einer
physiologischen
NaCl -Lösung)
oder nach Schabadasch(Zusätze
von Glukose, brenz-traubensaurem Natrium,
Magnesiumchlorid
oder Resorcin undEinstellung
despH
auf einen bestimm-ten
Wert)
zu färben, führten zuunbefriedigenden
Resultaten. Da sich immer auch andere Gewebe diffus mitfärbten, liess sich keine wirklich selektive Nervenfärbung erzielen. Wahrscheinlich sind mancheFehlinterpretierungen
früherer Autoren - auf die noch zurückzukommen sein wird -- eineFolge
derAnwendung
dieser Methode.B. VERSUCHE MIT VITAI,ER METHYLEXBLAUFÄRBUKG
Schliesslich führte eine sehr einfache
Überlegung
zum Erfolg : Der Ausbau derMethylenblau-
Methode erfolgte
ursprünglich
an Wirbeltieren. Mangeht
dort so vor, dass man das zu untersuchendeOrgan
am lebenden, narkotisierten Tier mit derFarblösung
durchströmt, indem man sie in die zufüh- rendeArterieinjiziert
undgleichzeitig
durch Oeffnen der abführenden Vene für Abfluss sorgt. Die benö-tigte Farbstoffmenge
ist relativ gross ; so sind zurDarstellung der
Nerven inder Magenwand
derKatze 2,g 1
Methylenblaulösung
erforderlich. Da offenbar dasNervengewebe
wirbelloser Tiere dieselbe Affinität zuMethylenblau
besitzt, stand zu erwarten, dass auch bei ihnen mit einer imPrinzip gleichartigen
Methode ähnlicheErgebnisse
zu erzielen sind ; es musste also einWeg gefunden
werden, eineFarblösung
im lebenden,möglichst wenig
verletzten Tier kreisen zu lassen.1
.
Injektion
einerMethylenblaulösung
Eine der oben genannten oder eine stärker konzentrierte
Methylenblaulösung
wurde mit Hilfe einer feinenInjektionskanüle
in die Leibeshöhleinjiziert.
Eszeigte
sichjedoch,
dass esangesichts
der
geringen Flüssigkeitsmenge,
die derInsektenkörper
zusätzlich aufnehmen kann, nichtmöglich
ist,die erforderliche Farbstoffkonzentration in der
Hämolymphe
zu erzielen. Versuche, durchSchaffung
eines Abflusses eine Durchströmung zu erreichen,
misslangen.
2
.
Im!lantation
vonMethylenblau-Substanz a) Methylenblau
alleinMit einer
geschliffenen
Nadel wird in daspropodeale Tergum
der narkotisierten 9 eine kleineÖffnung geschnitten (Abb. i).
In diese wird eine kleine Menge(etwa
eineLanzettenspitze)
vonMethy-
lenblau-Kristallen eingeführt, die sich in der
Hämolymphe
rasch lösen. Derausgeschnittene
Chitin-lappen
wird in dieOeffnung
wiedereingefügt
und die Wundstelle mit einemTropfen
Gummilackverschlossen
(Methode
nach FYG1943 ).
DieVerteilung
des Farbstoffes kann auch bei dunkelgefärb-
ten Tieren an der
Färbung
derIntersegmentalmembranen
gutverfolgt
werden. So behandelte Tiere leben ohne erkennbareBeeinträchtigung
mehrere Tagelang (Bienen-
yy und dd lassen sich unterLaborbedingungen
auch sonst nicht wesentlich länger halten). DiePräparation erfolgt
r /z-24h nach der
Färbung (später
blasst sie wieder ab).Wichtig
ist, dass der Farbstoff nicht in denselbenKörperabschnitt eingebracht
wird, in dem dieNervendarstellung erfolgen
soll, da sonst keinegleich- mässige
Färbung eintritt.Ergebnis : Bei gelungener Färbung überaus selektive Darstellung der
peripheren
Nerven bisin ihre feinsten
Verzweigungen.
Aber diese Methode ist ebenso launenhaft, wie die
Methylenblaufärbung
anArthropoden allgemein geschildert
wird ; von 10Präparatengelingen
höchstens 2oder 3. Das NS konnte eben- sogut selektiv gefärbt wie selektiv nichtgefärbt
sein - offenbar ganzabhängig
vomjeweiligen
Stoffwechselzustand. Für ein nur in
begrenzter
Zahlverfügbares Objekt
wie eine Bienen war dasVerfahren in dieser Form also nicht brauchbar.
b) Methylenblau-Substanz mit Zusatz von Puffer - und Gluhaselösungen
Das
Einbringen
derMethylenblaukristalle erfolgt
wie bei a. Nur wird vorher so viel alsmöglich
von der aus der Wunde austretenden
Hämolymphe
abgesaugt. Nach mindestens teilweiserAuflösung
des Farbstoffes werden in die
Skelettöffnung
2 -g Tropfen
einer der Lösungen nach Schabadascheingetropft
(Puffer, bzw. reduzierende Substanzen ; Ro!tEIS 1948, § I944)· Art und Konzentration dieser Zusätze muss man für jedesObjekt empirisch
feststellen. Inumfangreichen
Testserien(da
nicht einmaly und j
dasselbeOptimum zeigen)
brachte der Zusatzfolgender
Lösungen bei der Biene diebesten und verlässlichsten Resultate :
!
Phosphatpuffer
n. Sörensen, pTl - 6,0,j
(und
auch Arbeitsbienen)Honiglösung
20p. 100mit einem(natürlichen) pH
von 4,5(an
Stelleder von Schabadasch
angegebenen,
hier aberweniger günstigen
Glukose).Im
allgemeinen
kann gesagt werden, dass im sauren Bereich dieEndverzweigungen,
im neutra-len oder leicht alkalischen die
Ganglien
und grossen Nervenstämme besser Farbe annehmen.Im
Gegensatz
zu reinemMethylenblau
wird der Zusatz dieser Lösungen von den Tieren schlecht vertragen. Es genügt aber eine Färbedauer von lo - 20Min., einelängere
Uberlebenszeit ist also nicht erforderlich. Aus diesem Grunde kann auch auf einen Wundverschluss verzichtet werden. Die rascheVerteilung
des Farbstoffes muss meist durchgeeignete
Massnahmen(passive
Pumpbewegungen mitdem Abdomen) gefördert werden.
Diese Färbemethode
gelingt
bei noch voll vitalen Tieren so gut wie immer. Tiere, die durchlängere Gefangenschaft
o.dgl. gelitten
haben, sind wenigergeeignet.
Modifikationen durchÄnderung
der
eingebrachten Farbstoffmenge
sindmöglich,
sie werden vor allem durch Lage und Art des darzu- stellenden Gewebes bestimmt. Zur Darstellung vonNervenendigungen
am Darm oder an den Ovarien z.B. darf man nur schwach färben, währendEndigungen
weit in derPeripherie
mehr Farbstoff und eine längere Färbedauer verlangen. Andererseits sind ganzallgemein
dieseperipheren
subdermalen oder epithelialen Nervenelemente am leichtesten darstellbar.Eine distinkte Färbung der Nervenendigungen in einer
ungefärbten
Skelettmuskulatur oder imDrüsengewebe
ist ein Zeichen von grössererSpezifität.
DasOptimum
anspezifischer
Nervenfär-bung
ist dann erreicht, wenn auch dienetzförmige
viscerale Muskulatur, die eine bemerkenswerte Affinität zuMethylenblau
besitzt,ungefärbt
bleibt(Die eigenartig schraubig gewundenen
Muskel-bänder auf den
Malpighi-Gefässen
aber sind fürgewöhnlich gerade
dann distinktgefärbt,
wenn die Nervenfärbung sehr gut gelungen ist; beiUberfärbung
nimmt die ganze Wandung, einschliesslich desEpithels,
Farbe an). Auch
an den lateralen Ovidukten bleiben die Muskelfasern höchstens stellen- weisegänzlich
ungefärbt. Doch bereitet dieser Umstand kaum ernsthafteSchwierigkeiten,
da dieNervenfasern einen anderen
(mehr violetten)
Farbton annehmen als die blauen Muskelfasern und ge-gebenenfalls
eineUntersuchung
bei stärkerer Vergrösserung sofortjeden
Zweifel behebt.Periphere Nerven - und Sinneszellen mit ihren Fortsätzen nehmen die Farbe sehr stark an. In gut
gelungenen Präparaten
bleiben nicht nurBindegewebe
undEpithel,
sondern auch das Neurilemmungefärbt,
sodass ein sehr klares Bild auch der zartesten Zellfortsätze desNervengewebes
entsteht.Weniger günstig
scheinen die Resultate an denGanglien
des Bauchmarkes zu sein ; der Farbstoffdringt
vielfach schlecht durch dieBindegewebshülle,
einzelneGanglienzellen
der Randzone sindüberfärbt, andere wieder ungefärbt. Allerdings wurde die Methode bisher ausschliesslich auf die
Darstellung des
peripheren
NS abgestimmt.Nur
anhangsweise
sei erwähnt, dass auch Versuche mitVerfütterung
vonMethylenblau gemacht
wurden. Dabei
zeigte
sich wieder, dass die Substanz selbst(Methylenblau
ZnCl-frei, feinst «Bayer »)
keine toxische
Wirkung
ausübt. BeiPräparierung
einen bis mehrere Tage nachBeginn
der Fütte-rung war der Darm und manchmal stellenweise auch die Muskulatur
gefärbt,
eineNervenfärbung jedoch
war in keinem Falle festzustellen.C. - FIXIERUNG DER FÄRBUNG
Nach
gleichmässiger
Verteilung des gelösten Farbstoffes im Abdomen lässt man ihn etwa lo Min.einwirken. Dann wird das Abdomen
geöffnet
und dieFärbung
zunächst durchUbergiessen
mit einer5 p. 100
igen Ammoniummolybdatlösung
fixiert.Dadurch wird aber nur die
Färbung,
nicht aber das Gewebe fixiert und auch ersterebeginnt
nach etwa 24h diffus zu werden. Die zur
Fixierung
gebräuchlicheAmmoniumpikrat-Gelatine,
dievon Schabadasch
angegebenen
Gemische sowie verschiedene anderegeprüfte
Substanzen führten zuFarbumschlag, Zerstörung
feiner Strukturen oder zuungenügender Gewebsfixierung.
Schliesslich haben sichfolgende
Methoden derAufbewahrung
von mitAmmoniummolybdat
fixiertenMethylen- blaupräparaten
bewährti.
Aufbewahrung
derPräparate
in totoRasches Entwässern in der Alkoholreihe, Uebertragen von Alk. absol. in
Terpineol.
InTerpineol
bleibt das Gewebe so weich, dass ein weiteres
Präparieren möglich
ist, soferne im Frischzustandwenigstens
dieOrgane freigelegt
worden waren. Präparate, diejetzt
seit 3Jahren
inTerpineol
lie-gen,
zeigen
nicht dieSpur
einerEntfärbung.
Statt in
Terpineol
kann man dasPräparat
auch inflüssigem
FupaYal aufbewahren. Das hat denVorteil, dass die
Alkoholbehandlung abgekürzt
und aus Alkohol 96 p. 100direkt inEuparal
übertra-gen werden kann.
Manches weist darauf hin, dass
Nachfixierung
mit Goldchiorid,Osmiumtetroxyd
oderChloralhy-
drat auch eine
Aufbewahrung
inwässriger Lösungen,
wie Formol oderFormolgemischen, möglich
ist. Solche
Präparate
lassen sich auch noch nach längerer Zeitausgezeichnet präparieren.
Die bishe-rigen Ergebnisse
sind aber noch nicht ganzeindeutig
und verlä.sslich und müssten nochmalsüberprüft
werden.
2
.
Z?inschluss!rä!arate
Alkoholreihe - Einbetten in
Euparal
oder Caedax (Kanadabalsam ist zu vermeiden, da dieserSäuren enthält und die Färbung angreift). Man kann aber auch in Terpineol einbetten und das Deck-
glas mit Harz oder Lack umranden.
3
.
Anfe y tigung
von SchnittercDas gefärbte, mit
Ammoniummolybdat
fixiertePräparat
wird über Alkohol rasch inMethyl-
benzoat
gebracht. Orientierung
desja
meist sehr kleinenObjekts
auf einem weichen, inTerpineol
aufbewahrten Celloidinblock, Härten mit Chloroform, Benzol, Paraffin
(RoMEIS
§440). Evt.Gegen- färbung
der Schnitte mit Säurefuchsin.Zum Vergleich wurden noch
Silberimprägnationen (nach
Bodian, in der Modifikation von Power)und
Zellfärbungen
anSchnittpräparaten (Haematoxylin
Heidenhain und vanGieson) durchgeführt.
Die
Honigbiene
bietet für dieUntersuchung
nervöserEndapparate
sehrgünstige Bedingungen,
weil die
Körperdecke
- besonders am Abdomen — dünn,wenig
sklerosiert und(z.B.
an den Sterni-ten) wenig pigmentiert
ist und daher’1’otalpräparate,
die nach der beschriebenen Weiseeingebet-
tete wurden, noch bei stärkster
Vergrösserung
klare Bilder ergeben. Verwendet man noch dazu helle Rassen - etwaApis mellifica ligustica
- , deren Pigmentgehalt durchEinkreuzung
der Mutation« cordovan» n noch weiter herabgesetzt ist, so werden die subdermal
gelegenen
Strukturen des Nerven- systems einwandfreiausgeleuchtet
und sogar amunpräparierten
Tier von aussen sichtbar.Sämtliche Mikroaufnahmen wurden — soferne nicht anders angegeben - von
Präparaten herge-
stellt, die nach der obendargelegten Methylenblau
- Methode angefertigt worden sind.II. - DAS HAUTNERVENSYSTEM DES ABDOMENS
A. - DIE S!1!TSII,I,EN
Das Abdomen der
Honigbiene
ist bei beiden Kasten der Weibchen und beimd
von einem dichtenHaarpelz
bedeckt. Die einzelnen Skleritetragen jedoch
nur in ihrem rück-wärtigen Abschnitt Haare,
während ihr vorderer Anteil—im wesentlichen im Bereich des enganliegenden freien
Abschnittes derIntersegmentalmembran
- unbehaartbleibt
(Abb. 2 ).
Das Haarfeld bedecktz / 2
-3 / 4
der Breite der Sternite undTergite ;
nur der erste, zur Gänze
freiliegende Abdominalring
ist an seiner ganzen Aussenfläche behaart. Auf dem 2. - 5. Sternit der Arbeiterin beschränkt dieausgedehnte
unbehaar-te Wachsdrüsenfläche
(«Wachsspiegel»)
das Haarfeld auf 1/ 3
der Sternitbreite. Im Bereich des Haarfeldes befinden sich neben einfachen Haaren verschiedener Stärke und Form(siehe
GOETZE1940 )
zahlreicheSinneshaare,
die vontypischen bipolaren
Sinnesnervenzellen
(SNZ)
innerviert werden(Abb. 3 ).
Neben diesen Haaysensillen sind in wechselnder Zahl Sensillen ohneAnhang vorhanden,
bei denen derperiphere
Fortsatz einer SNZ an einer sehr dünnen Membran
endigt,
durch die eine kreisrundeÖffnung
in der Exocuticulaplan
verschlossen wird(Membransensillen).
Im ganzen konnten an der Oberfläche des Abdomens derHonigbiene
drei verschiedeneTypen
von Sensillen
festgestellt
werden :1
. Sensilla trichodea
a)
Mononeuyonale SensillenEs handelt sich um
typische Haarsensillen,
die mit einerspindelförmigen
SNZverbunden sind. Das Sinneshaar ist mit seiner meist
kolbig aufgetriebenen
odergebo-
genen Basis mittels einer Membran im Hohlraum einer chitinös umwulsteten
Öffnung
in der Cuticula
eingelenkt (Abb. 4
und5 ).
DieÖffnung
in der Cuticula wird basal durch eine zweite Membranverschlossen,
durch welche der Fortsatz der SNZ hindurch- tritt. Dieserendigt
mit einerkommaförmigen,
am Ende sehr feinenSpitze
amInnenrand der basalen
Höhlung
des Haares.Die
Länge
desperipheren
Fortsatzes der SNZ kann besonders am freien Hinter- rand der Sklerite sehr beträchtlich sein. Dort wird durchAnlagerung
und Verdik-kung
derIntersegmentalmembran
desvorhergehenden Segmentes
eine Taschegebil- det,
in deren Hohlraum sich derspäter
zubesprechende Nervenplexus, Tracheen, Haemolymphe
undEpithelien
befinden(Abb. 2 ). Gegen
den Rand zu verschmelzen die dorsale und d.ie ventrale Wand der Tasche miteinander und es bleiben nur schmaleKanäle
offen,
durch die die einzelnen Nervenfortsätze zu den terminalen Sensillen ziehen(Abb.
3, 4,6, 8).
Die Struktur desperipheren
Fortsatzes der SNZ bleibt von der Zelle an bis zum Durchtritt durch die Endocuticula unverändert(abgesehen
vongelegentlichen Verdickungen).
Nur der terminaleSinnesköv!ev
nimmt beiMethylen- blaufärbung
imGegensatz
zu denübrigen
Abschnitten einhomogenes, hyalines
Aussehen an
(nach
WEBER 1933 besteht er aus einer]chitinartigen Substanz).
Me-taterminale
Strukturen,
wie sie MEYER 1955 als feine Fibrillen in Netzform beschrie- benhat,
konnten nichtdargestellt
werden. DieSpitze
desrezeptorischen
Fortsatzeserscheint immer
glatt
und deutlichbegrenzt.
b) Polyneuronale
Sensill enDiese Sensillen stehen nicht mit
einer,
sondern mitvier,
eng zu einerGruppe zusammengeschlossenen
SNZ inVerbindung.
Sensillen derselben Art wurden von SCHNEIDER und Kaissr,r!;r( 1957 )
von der Antenne von Bombvx mori beschrieben(Abb.8
der zitiertenArbeit).
Die Sinnesfortsätze der vier SNZziehen,
zu einem ein- heitlichenStrang vereinigt,
zu einemgemeinsamen Sinneskörper
von durchschnitt- lich 12 u.Länge,
der in das Lumen der Borste hineinzuführen(also
nicht an ihrerBasis
anzusetzen)
scheint(Abb. 5 b).
Dieser relativlange Sinneskörper
hebt sich durchseine
düfuse,
helleFärbung
imMethylenblau-Präparat
sehr deutlich von den Fortsät-zen zu den anderen Sensillen ab.
Die Sinneshaare der
polyneuronalen
Sensillen unterscheiden sich in charakteris- tischer Weise von denen der mononeuronalen. Während letzterelang,
dünn undgefiedert sind,
erscheinen die von mehreren Neuronenversorgten
Sinneshaare stachel-artig-kräftig,
stärkerpigmentiert
undungefiedert.
Die schlanke Basis ist in der flacheingesenkten
Pore der Cuticula von einem breiterenMembranring umgeben,
dersich - wieder im
Gegensatz
zum Fiederhaar - mitMethylenblau
etwas anfärbt.Es ist also eine ganze Anzahl sehr deutlicher Interschiede zwischen diesen beiden
Sensillentypen
vorhanden. - GoE’rzE( 103 6)
unterscheidet beimlangen « Uberhaar
nauf der Dorsalseite des Abdomens der Arbeiterin Fiederhaare und Stichelhaare.
Letztere sind aber im
Spitzenabschnitt gezähnt,
während die Stichelhaare der zusam-mengesetzten
Sensillen immervollständig glatt
sind.Es ist
wichtig,
daraufhinzuweisen,
dasspolyneuronale
Sensillen nur auf denSterniten von Arbeiterinnen und in ganz vereinzelten Fällen auf den Sterniten von
c
f
d gefunden wurden,
niemals aber anTergiten,
oder an Sterniten von9!.
Bei derArbeitsbiene
liegen
sieregelmässig
in der 2. oder 3. Sensillen.reihe(vom
kaudalenRand des Haarfeldes
gezählt).
2
..Sensilla J71eJ71öTa7laCea
a)
Ser!siLlabasi!lana.
Diese
Endapparate
werden an der freienKörperoberfläche
des Abdomens stetsnur von einer
einzigen
SNZversorgt.
Ihrperipherer
Fortsatz ist von dem der mononeuronalen Sensilla trichodea nicht zu unterscheiden. DieEndigung erfolgt
mit-tels eines schwach
tingierbaren Sinneskörpers
mit oft kaum merklicher terminalerAnschwellung
unmittelbar an der sehr dünnen Verschlussmembran der wulstlosenÖffnung
in der Cuticula(Abb. 5 c).
An bestimmten Stellenjedoch-z.
B. am durchChitinleisten verstärkten Vorderrand des Haarfeldes - ist der in einer oft
gewundenen Höhlung gelegene
Endabschnitt der Sinnesfortsätzeplump
verdickt und sehr chro-mophil (Abb. 7 ).
Ob dieserTyp
auch funktionell eineSonderstellung einnimmt,
ist nicht bekannt.Die Abschlussmembran der hier beschriebenen Sensillen
liegt plan
undvöllig
frei
(also
nichtversenkt)
am Grunde einer flachen Delle der Cuticula als Abschluss einer kreisrunden Pore. Deren Ränder sind wiegestanzt
und mit scharfen Zacken versehen(Abb.
5e,8).
DieserSensillentyp
lässt sich von dem Sevcsillum basiconicumableiten,
wenn man sich den flach aufsitzendenMembrankegel
durch eineplane
Membran ersetzt denkt. In beiden Fällen
endigt
der Sinnesfortsatz im Zentrum der Membran.Dass es sich bei den Sensilla
basiplana
umChemorezeptoren handelt,
wie man nach ihrem Bau vermutenkönnte,
ist nach ihrerVerteilung
an derKörperoberfläche
undihrer grossen Zahl
wenig
wahrscheinlich.Möglicherweise
sind sieOrgane
desTemperatursinnes,
derja
bei derHonigbiene
ganz besonders fein entwickelt ist.b)
Sensillaca!M!Mt/O!Mt!.
Ganz vereinzelt an den Skleriten von Arbeitsbienen.
Über
besondereTypen
vonChemorezeptoren
auf derAnalplatte
wird weiter unten zu berichten sein.3
. Die
Verteilung
der !βMSt/!M am AbdomenEs lässt sich eine deutliche
Häufung
der Sensillen am Hinterrand der Sklerite feststellen.Vergleichszählungen
inje
einem Gesichtsfeld(=
0,2mm 2 )
vom 3. Sterniteiner 9 ergaben
im Durchschnitt :Haare (nicht
Seiis. trichodea Sens. basiplana innerviert)
Hinterrancl ... 35 21 70
Mitte ... 15 5 165
Die
polyneuronalen
Haarsensillen auf den Sterniten der Arbeiterinnen befindensich,
wieerwähnt,
ausschliesslich am Hinterrand. Ihrzahlenmässiges
Verhältnis zuden
übrigen
Sensillen wurde in einembeliebigen
Abschnitt wiefolgt
ermittelt : Sensilla trichodea(mononeuronal),
88Sensilla trichodea
(polyneuronal),
12Sensilla
basiplana, 3 8
Die
Genitalregion
desd
fällt durch ihren Besatz mit Sensillen ganz aus dem Rahmen derübrigen Regionen
heraus und wird weiter untengetrennt besprochen.
B. - FREIE NERi&dquo;ENEXDIGUXGEN
Der unbehaarte vordere Abschnitt der Sklerite ist - wenn auch schütterer - ebenfalls mit
rezeptorischen Endigungen
versehen. Am Rande zum Haarfeld befindensich,
wieerwähnt,
zahlreiche Membransensillen mitplumpen
Endfortsätzen. Ausser- dem sindmultipolare
Nervenzellen vorhanden(Typ
II nach derEinteilung
vonZ AWARZ
iN Ic!rz ; Abb.
9 ),
die ihre freiendigenden
Fortsätze bis gegen die Antecostazu entsenden. Diese Zellen können von grosser
Regelmässigkeit
sein. Die Wachsdrü-senregion
bei der Arbeitsbiene ist nurspärlich
durch freieEndigungen innerviert,
die sich zwischen die I>rüsenzPllen einsenken. Ganz vereinzelt sind solcheMultipo-
lare mit freien
Endigungen
auch im Bereich des Haarfeldes anzutreffen. Freie Endi- gungen, die nicht mit Zellen in derPeripherie
inVerdindung
stehen - von MEYER( I955
)
bei Blatta beschrieben - sind nicht vorhanden.C. - DER SUBDERMALE PI,EXUS
Zu den
rezeptorischen Organen
- Sensillen und freieNervenendigungen
- trittein nervöser
Apparat,
dessen Struktur eineweitgehende Differenzierung gegenüber
dem Zustand bei niederen
Arthropoden
erkennen lässt.Verfolgt
man die Fortsätzeder
bipolaren
SNZ in zentralerRichtung,
sozeigt
sich neben der erwarteten bündel- weisenVereinigung
der Axone zugrösseren Ästen
und Stämmen ein vielfach sehrkompliziertes
Netz vonNervenbahnen,
das dengesamten
Mittelteil des Sklerits subdermal überzieht(Abb.
Io. uI I ). Gespeist
wird dieses Netz durchÄste
der sensi- blenSegmentnerven,
gegen den Rand des Sklerits zu löst es sich in diezentripedalen
Fortsätze der
bipolaren,
bzw.multipolaren
SNZ auf(Abb. II ).
Analysiert
man diesenNervenplexus näher,
so lassen sichfolgende Bestandteile,
die an seinem Aufbau
beteiligt sind,
feststellen :I
. Neuriten der ,SNZ - die oft auf sehr
verschlungenem Wege —
streckenweise auchrückläufig
und sich inmannigfacher
Weise verflechtend - dieSegmentnerven
erreichen. Sie lassen sich besonders in
silberimprägnierten Präparaten oft
über weiteStrecken
verfolgen.
Nervenbahnen in vielfacher
Verbindung
stehen(Abb. 12 ).
DerPrototyp
dieser Mul-tipolaren
sindpyramidenförmige Zellen,
in derGabelung
eines Nervengelegen,
deren Plasma mit den durchziehenden Fasern enge
Verbindung
aufnimmt(Abb.
13u.14
). Häufig
entsenden diese Zellen auch Fortsätze zu anderenFaserzügen,
sodass alleÜbergänge
von dertripolaren
zurmultipolaren
Form vorhanden sind. WIGGLESWORTH( 1953
)
hat diesenZelltyp
schon beiArthropoden beschrieben,
aber dieVermutung
geäussert,
es könnte sich um modifizierte Neurilemmzellen handeln.I )emgegenüber
konnte MEYER
( 1955 )
den Nachweiserbringen,
dass solchetrianguläre
Zellen unterder
Epidermis
von Blatta nervöser Art sind und dass sie ihre Fortsätze in benachbarte Nervenbahnen entsenden. Ich kann die Befunde MEYERS fürApis
nachdrücklichbestätigen.
In denvorliegenden Präparaten
bleibt das Neuriletnm - sowohl das derperizellulären Kapseln
wie das um die Nervenbahnen —gänzlich ungefärbt,
währendsich distinkt
gefärbte,
aus demPerikaryon
derMultipolaren
kommende Fasern inNervenstränge
oder Zellen derUmgebung verfolgen
lassen(Abb. z2).
Häufig
stehenTriangel-bzw. multipolare
Zellen nicht durchFasern,
sondern durch breiteprotoplasmatische
Fortsätze miteinander inVerbindung. Liegen
meh-rere solcher Zellen
hintereinander,
so entstehenrosenkranzartige Zellketten,
die auch imNervenplexus
innererOrgane
- z.B. an den Schleimdrüsen desc f - gefunden
werden.
3
.
A!!βM/ase!M
unbekannter77e!A’MM/<
- die auch inbipolare
SNZeintreten,
und diese in manchen Fällen durchziehen(Abb. i 3 ),
aber in anderen Fällen mit demr!europlasmatischen
Reticulum zu verschntelzen scheinen. Es kann deshalb oftmals Zweifel darüberaufkommen,
ob es sich bei den SNZ wirklich immer umstreng hipolare
Zellen handelt. Als solche erscheinen bei der Biene vor allem die SNZ derPeripherie
des Plexus und die SNZ inSilberpräparaten (mit
ihrerweniger spezifischen
und feinen
Strukturdarstellung).
Die itn Bereich des Plexusgelegenen
SNZ sind sehroft eng mit einem Nervenast
verbunden,
dessen Fasern teilweise durch dasZellplasma
hindurch ziehen - oder aber unter
I,ockerung
ihrer Struktur in engeVerbindung
zudiesem treten. Es ist dann oft
unmöglich festzustellen,
ob es sich um Fasern eines fremden Neurons aus dem ZNS oder ausMultipolaren
oder um Fortsätze der SNZ selbsthandelt
(Abb. 22 ).
DieFrage,
ob«bipolare
n SNZ ausser den Neuriten noch weitere Fasern in den Plexus entsendenkönnen,
muss deshalb offengelassen
werden. Sicher erscheint mirlediglich,
dass«bipolare»
SNZ sowohl untereinander wie mit Nerven- bahnen durchneuroplasmatische
Fortsätze inVerbindung
treten können. Abb. 15zeigt
eine mit einem Nervenast eng verbunde «Bipolare
o, die mitknopfförmigen
Plasmafortstzen dem an dieser Stelle verdickten Nerven
anliegt.
Auch einzelne Ner-venfasern können mit ähnlichen
Verdickungen
an stärkerenÄsten
enden(Abb. i6).
lJISKUSSIO:B ZU KAPITEL 11
Es erhebt sich hier liatiirlich die
Frage,
welche Strukturen desNervensystems
mit der vitalen
Methylenblaufärbung eigentlich dargestellt
werden. Die Diskussionum die terminalen bzw. metaterminalen nervösen
Apparate,
um die Struktur undVerbindung
derNeurofibrillen,
das endozelluläre Reticulum usw. lassenerkennen,
wie sehr diejeweiligen Interpretationen
der Befunde von derjeweiligen
Technikabhängen (vergl.
die zusammenfassendenBesprechungen
von SPOTZ( I g5 2 ),
MEYER(
1055
),
KIRSCHI,·( 19 6 0 )).
Insbesondere sollte man sich darüber klarwerden,
wie weit diedargestellten
Strukturenpräexistent
sind und wie weit es sichlediglich
umAquivalentbilder,
bzw.Artefakte,
oder umDarstellung
von Elementen aus anderenGewebssystemen
handelt. Ich muss MEYER darinbeipflichten,
dass auch die vitale(bzw. supravirale) Methylenblaufärbung ungeachtet
ihrer unerreichten Selektivitätzu
Artefaktbildungen neigt.
AlsFolge
derEinwirkung
des Farbstoffes und mehr noch der reduzierenden und osmotisch wirksamen Substanzen und derFixierung
kommt eszu
Entmischungsvorgängen
undSchädigungen
desPlasmakolloids,
die vielfach zurVerklumpung
undVerklebung
der Neurofibrillen führen. Diese erscheinen bei derangewendeten
Methodik beigenügend
starkerVergrösserung
als Reihe von Punkten oder Knoten(
«Varikositäten»),
die im Fibrillenverband zum Zusammenfliessen zugrösseren Klumpen neigen.
EineVerstärkung mögen
dieseArtefaktbildungen
imvorliegenden
Fall noch dadurch erfahrenhaben,
dass aus äusseren Gründen dieObjekte
statt in frischem Zustand erst als fixierte und
eingebettete Präparate
verarbeitet werden konnten.Immerhin lassen
gerade
dieseErscheinungen
viel eher einen Schluss auf diephyäi-
kalische Beschaffenheit der Fibrillen in vivo zu als die «
Telegraphendrähte
» derSilberimprägnationen.
Sind demnach auch die Aufschlüsse über den Fibrillenverlauf und dieVerknüpfung
der Neurone untereinander nurlückenhaft,
so können dochfolgende
für dieZielsetzung
dervorliegenden Untersuchung
wesentlichen Feststel-lungen
über die Struktur des subdermalenNervenplexus getroffen
werden :r. Die Axone der SNZ ziehen nicht isoliert zum
ZNS,
sondern sie stehen unterein- ander inVerbindung.
2
. Die
Verknüpfung
derzentripetalen
Neuroneerfolgt
durch assoziative multi-polare Ganglienzellen
oder durchplasmatischen
Kontakt der SNZ mitGanglienzel- len,
bzw. mitintraplasmatisch
verlaufenden Fasern.Die SNZ sowie die
Ganglienzelle
besitzt imMethylenblaupräparat
ein intensivgefärbtes Gerüst,
das um den KernVerdichtungen
aufweist und durch radiäre Balken- besonders in runden Zellen - eine
Radspeichenstruktur
annimmt(Abb.
15,25 ).
Die
gleich gefärbten
Zellfortsätze nehmen aus diesem Gerüst ihrenUrsprung.
DasNeuroplasma
wirdhäufig
von aus anderen Zellen stammenden Faserndurchzogen,
die hier in einem Teil der Fälle eine
Auflockerung
ihrer Struktur und eine enge Verbin-dung
mit dem endozellulären Gerüst erkennen lassen(Abb. i 4 ).
Bei aller Vorsicht in derInterpretation,
die bei derRadspeichenstruktur
imNeuroplasma —
zumindestim Sinne einer
Vergröberung
- und bei derenVerschmelzung
mit der durchziehenden Faser die Annahme vonArtefaktbildungen nahelegt,
kann doch dieAuflockerung
der Faser nicht in diesem Sinne
gedeutet
werden. Man muss in ihr ebenso eine Kontakt-herstellung
erblicken wie in derVerbindung
zwischen Fasern oder Zellen mittelsplasmatischer
Fortsätze.Gelegentlich liegen
Nerven- bzw. Sinneszellen inGruppen beisammen,
von einergemeinsamen Kapsel
umschlossen(Abb. 23 ).
Auch zwischendiesen Zellen lassen sich
plasmatische
Brücken nachweisen.Der subdermale
Nervenplexus
steht durchkräftige
Nervenäste mit den zuge-hörigen Abdominalganglien
inVerbindung.
Einzelne seiner Abschnitte aberhängen
trotz ihres beträchtlichen Volumens nur mittels
verhältnismässig
feinerVerbindungen
mit den
Hauptstämmen
zusammen. Wir sehen hier also eine bemerkenswerte Abwei-chung
von dem üblichen Schema der baum- oderstrauchförmigen Verzweigung
des
peripheren Nervensystems
bei denArthropoden.
Auf Grund seiner charakteris- tischen Merkmale — Volumenzunahme in derPeripherie
und Besitzeigener
asso-ziativer Elemente - ist man
berechtigt,
von einemNervensystem
zusprechen,
dasman wegen seiner
Verbindung
mitrezeptorischen Endapparaten
in derKörperdecke
am besten als
.H!M/Mβ!βMsys!w
bezeichnet. Man wird ihm einegewisse Eigenfunktion,
zumindest im Sinne einer
Integration
deraufgenommenen Reize,
kaumabsprechen
können.
Funktionen,
die bei einfachgebauten Arthropoden
im ZNSerfolgen,
sindhier also z.T in die
Peripherie verlegt.
Aus dem
Gesagten ergibt sich,
dassjedes Segment
seineneigenen
subdermalen Plexusbesitzt,
Sternum undTergum getrennt.
Die Geflechte der linken und rechten Seitejedes Segments gehen
ineinander über. DieAusbildung
des Plexus ist nicht in allen Abschnittengleich.
Am stärksten ist er an demSkleritring ausgebildet,
der denkranialen Abschluss des Abdomens bildet
( 2 .
abdomimalesSegment).
Einreiches, girlandenartiges
Geflecht findet sichrings
um dieStigmata. Eigenartig
und ihrer funk- tionellenDeutung harrend,
sind die Kastenunterschiede : DieKönigin
besitzt aufsämtlichen abdominalen
Segmenten
einen wesentlich reicher entwickelten Nerven-plexus
als dieArbeitsbiene,
bei der sich der Grossteil der sensiblen Fasern in einfacher Weiseramifiziert,
beigeringerer Netzbildung
undEinschaltung
von nurwenigen
assoziativen Zellen. Andererseits sind bei der Arbeitsbiene auf der
Bauchseite,
wieoben
erwähnt,
diezusammengesetzten
Stichelhaarsensillenvorhanden,
die der Köni-gin
fehlen.Über
dieBedeutung
dieser Kastenunterschiede sind vorderhand nurVermutungen
auf Grund der funktionellenBeanspruchung
derrezeptorischen Appa-
rate
möglich :
DieWahrnehmung
derZellgrösse
bei derEiablage
durch dieKönigin,
welche der
Ablage
befruchteter oder unbefruchteter Eiervorangehen
muss, und dieWahrnehmung
derBeladung
des Haarkleides der Arbeitsbiene bei derSammeltätig-
keit. Klarer
liegt
dieBedeutung
desspezifisch
modifiziertenrezeptorischeu Systems
in der
Genitalregion des zutage (s.
nächsterAbschnitt).
Zum
Vergleich
wurde die Innervation derKörperdecke
beieinigen
anderen sozialenHytnenopteren
untersucht. BeiBombus-cfc!
sind die Verhältnisse ganz ähnlich wie beiApis,
es ist eingut entwickelter,
zellreicher Plexus unter den abdominalen Skleritenvorhanden,
der mit Haarsensillen inVerbindung
steht. BeiV espa-c f c f hingegen
verei-nigen
sich unter den schwach behaarten Skleriten diezentripetalen
Fortsätze der SNZ ohne wesentlichePlexusbildung
zu den sensiblenSegmentnerven.
Uber die Verhältnisse bei andern
Arthropoden liegen widersprechende Angaben
vor. TONNER
( I g3 3 - I935 )
hat bei zahlreichen Formen(Crustaceen, Hexapoden)
einsubdermal
gelegenes
«Hautnervensystem
»beschrieben,
das aus einer Schicht multi-polarer, netzartig
miteinander verbundener Nervenzellen und einem daruntergele-
genen Ii asernetz bestehen und das mit dem ZNS verbunden sein soll.
Uber
eineVerbindung
mit Sensillen wird nichts berichtet. Aufgrund
vonAusschaltungsver-
suchen bei Astacus wird diesem «
Hautnervensystem
» die Funktion einerTonusregu-
lation der Seklettmuskulatur
zugeschrieben.
DieErregung
der Muskulatur durchzentrifugale
Fasern solle nurmöglich
sein beigleichzeitigem
Einströmen von Erre- gungen atxs derPeripherie,
eben aus dem «Hautnervensystem
».Die Befunde TONNERS wurden seither nicht
bestätigt.
Insbesondere hat Ar.ExaV-1) ROWI
cz
( 1957 )
dessenAngaben
auf Grundeingehender Untersuchung
desperiphe-
ren
Nervensystems
mariner Crustaceen mittels vitalerMethylenblaumethode
einerkritischen
Prüfung unterzogen
und die Existenz einesHautnervensystems
bei diesen Formen verneint. Erschwert wird dieBeurteilung
durch diemangelhafte Qualität
der
Abbildungen
in den ArbeitenT ONNERS ,
aber ineinigen
Fällen erscheint die Inter-pretation ALvx-Axf)Ro!vie7’,
dass es sich bei dendargestellten
Zellelementen nicht umNerven-,
sondern um ein Netz vonBindegewebszellen handelt,
sehr wahrscheinlich.In anderen
Fällen,
so bei denabgebildeten multipolaren
Zellen unter der Gelenkhautvon
Squilla m!ntis,
sind zweifelsohnemultipolare
Nervenzellen desTypus
IIdarge- stellt,
dieja
bei allenArthropoden
in diesenRegionen
vorkommen und sehrhäufig
miteinander in
Verbindung
stehen. Ineigenen Untersuchungen
an marinen Crusta-ceen
(Leander, Callianassa, Squilla)
an derZoologischen
StationNeapel ( 1 )
konntein
Übereinstimmung
mit Al,EXANDR0W1C7im subdermalen Bereich keinerlei Plexus-bildung
beobachtet werden. Die Neuriten der bi-odermultipolaren
SNZvereinigen
sich hier
geradlinig
und ohneZwischenschaltung
assoziativer Zellen in derPeripherie
zu Nervenstämmen.
Hingegen
scheint das von MEYER( 1955 )
kurz erwähnte subdermale Nervennetz bei Lasiusflavus
mit dem hier beiApis
und Bombusgefundenen
identisch zusein,
(i) Für die
Uberlassung
eines Arbeitsplatzes bin ich Herrn Dr. Peter DottxN und für die Ermöglichungdes Aufenthaltes dem Butidesiiiinisteriiim für Unterricht (Wien) zu aufrichtigem Dank verpflichtet.
da er dessen Aufbau aus den
zentripetalen
Fortsätzen derBipolaren
beschreibt. EinHautnervensystem
scheint aberkeineswegs
bei allen Insekten vorhanden zu sein.In allen bischer beobachtetevc Fällen bildet es
1 ’edoch
kei!2 in sichgeschlossenes System
im Sinne
To 7 ziters,
sonderneiraen-intenrierenden
BestU!adteilperiPherer sens i bler Leitungs- bahnen,
die durch eineVermehrung assoziativer
Elemente eine höhereSfufe differm-
zierter Struktur- und
Leistun g sformen
erreichen.III. --- DAS GENITAI,E SINNESFELD DES DROHNEN
Die
Bauchschuppen
der terminalenSegmente des d zeigen weitgehende
Unibil-dungen.
Eshängt
dies mit der derHonigbiene eigentümlichen, weitgehenden
Reduk-tion des äusseren
Kopulationsapparates
zusammen, dessen Funktion von einem kom-pliziert gebauten,
membranösenEndophallus
übernommen wird. Zweiovale,
mit zahlreichenkräftigen
Borsten verseheneChitinplatten (DeckPlatten
nach ZANI>EB194
8)
zu beiden Seiten der äusserenGeschlechtsöffnung,
also derEinstülpungs-
stelle des
Endophallus (Phccllotrema),
sind nach SNODGRASS( 1941 )
aus den latera-len Skleriten des -
rückgebildeten
-Aedea k us hervorgegangen (a penis
valves » ; ;Abb. 17,
i8).
Das kranial anschliessende 8. Sternit ist stark reduziert und sowohl mitden
1)eckplatten,
wie mit dem 7. Sternit festverwachsen,
so dass der ventrale Ab- schluss des Abdomens des!3’
durch einezusammenhängende
grosse Plattegebildet
wird(Abb. i8).
Die der
Deckplatte
lateralaufliegende,
sehrkräftige Chitinschuppe (Deckschup!e
nach
Z ANDER ,
Abb.1 8, DS) entspricht
der Lamiua!arameyalis
und ihre dunkelpig- mentierte,
ein Borstenbüscheltragende
mediale Ecke der Paramere. Einkräftiger
Chitinfortsatz der
Deckplatte (Aedeagal-Apodem,
Abb.1 8, APA)
reicht unter dieDeckschuppe
hinein und ist mit dieser durch zweifächerförmige
Muskeln verbunden(Musc. paramerales, MP) .
Eindrittes,
sehr schlankes Muskelbündel zieht von demApo-
dem zum kaudalen Pol der Schleimdrüse
(Musc.
tensorglandulae mucosae, Abb. 5 z).
Durch einen weiteren Muskel ist die
Parameralplatte
mit dem 8. Sternit verbunden(MIL).
G
OETZE und ScxMiD2
( 1942 )
haben in demröhrenförmigen Aedeagal-Apodem
eine Drüse
beschrieben,
deren als Duftstoff wirksames Sekret durch das Borstenbü- schel an der Paramere verteilt würde(« Duftpinsel »).
DieAbgabe
desSekrets,
das in einerbläschenförmigen Auftreibung
an derSpitze
desApodems gespeichert werde,
könne durch die aussen ansetzende Parameral-Muskulatur