Beispiele für homomone bzw. heteronome Metamerie und Tagmabildung bei Arthropoda

Metamerie = Aufbau des Körpers aus hintereinander liegenden Segmenten
  • Metamerie bei den Arthropoda im Vergleich zu den Annelieden innerlich stark verwischt, da auftretende Coelomräume frühzeitig unter sich und mit den Resten der primären Leibeshöhle zum Mixocoel verschmelzen äußere Segmentierung ist dagegen fast immer deutlich
  • ist heteronom: Segmente (=Metameren) sind gruppenweise voneinander verschieden, innerhalb der Gruppe jedoch gleichartig Die Segmente der auf diese Weise entstehenden Körperabschnitte (Tagmata) können miteinander verschmolzen sein.
  • Block von Segmenten wird zu einer höheren Einheit zusammengefasst:
    1. Kopf: Cephalothorax, Prosoma
    2. Rumpf: kann einheitlich sein, meist aber: Thorax und Abdomen
    3. Thorax: Insekten 3 Segmente, Decapoden (Zehnfußkrebse, Crustacea) 8 Segmente
    4. Abdomen: besteht aus 6 Segmenten

homomone Metamerie

Ursprünglich sind alle Segmente gleichartig gestaltet (homonome Metamerie oder homonome Segmentierung)
  • urtümliche Gliederfüßler (Bsp. Tausendfüßler): Gliederung zum großen Teil noch aus nahezu identischen Segmenten
  • durch Verschmelzung einiger der vorderen Segmente zum Kopf, mit mehreren Ganglien verwachsenes Gehirn und zu Mundwerkzeugen geformte einästige Gliedmaßen
  • Die Trilobiten hatten einen ähnlich repetitiven Körperbau, verfügten aber noch über zweiästige Gliedmaßen
  • Bei den Doppelfüßern (Diplopoda) sind jeweils zwei aufeinander folgende Segmente miteinander zu einem Doppelsegment verschmolzen, so dass jedes Rumpfsegment zwei Beine hat.
Chilopoda (Hundertfacher) Diplopoda (Doppelfüßer) „Myriapoda“ (Tausendfüßler)

besitzen eine eher homologe Metamerie, da der Rumpf aus einer oft recht großen Anzahl gleichartiger, meist beintragender Segmente besteht.

haben einen lang gestreckten, aus vielen gleichartigen Segmenten bestehenden Rumpf. Die Segmente tragen, bis auf die letzten beiden je ein gut entwickeltes Beinpaar. Das erste Bein ist ist zu zangenartigen Kieferfüßen, in denen eine Giftdrüse mündet, umgebildet.

haben sehr zahlreiche Doppelsegmente (besitzen 2 Beinpaar und 2 Ganglien) Nur die ersten vier Ringe tragen keine Beine bzw. Ganglien.

heteronome Metamerie und Tagmabildung:

heteronome Metamerie = unterschiedliche Segmentierung

Hexapoda/Insecta:

  • Körper in Kopf, Brust und Hinterleib gegliedert
  • Brust (Thorax) besteht aus drei Segmenten mit je einem Beinpaar (deswegen Hexapoda), Hinterleib (Abdomen) aus ursprünglich 11 Segmenten
  • Tagmatisierung weiter fortgeschritten: Jeweils mehrere Glieder sind zu Kopf, Mittel­ und Hinterleib verschmolzen ­> Segmente mit unterschiedlicher Funktion
  • Kopf: Verschmelzung (Tagma) mehrerer Segmente, Gliedmaßen der ursprünglichen Segmente sind zu Antennen und Mundwerkzeugen umgebildet
  • Mittelleib (Thorax): 3 Segmente oft zu einem Tagma verwachsen, dessen drei Paar Gliedmaßen den Außenast verloren haben und als Schreitbeine dienen
  • Hinterleib: Gliedmaßen können vollständig zurück gebildet sein oder nur aus den Kiemenästen bestehen
  • die Insektenflügel sind keine Gliedmaßen, sondern umgebildete Seitenplatten der Brustsegmente. Der grundlegende Körperbau der Insekten ist exemplarisch bei Ameisen und Wespen zu erkennen. Eintagsfliegen sind sehr urtümliche Insekten
  • Spinnen bestehen aus zwei Abschnitten: Vorderleib (Prosoma) aus mindestens sechs Segmenten
  • einige der Beinpaare wurden zu Mundwerkzeugen, den Cheliceren umgebildet, eines zu Tastern und vier zu Beinen
  • Gliedmaßen des Hinterleibs (Opisthosoma) haben den Beinast verloren, der Kiemenast liegt als Fächerlunge in Einstülpungen des Hinterleibs, bei manchen Arten wurden diese Fächerlungen in Tracheen umgewandelt
  • aus den letzten Beinpaaren sind die Spinnwarzen entstanden. Bei den altertümlichen Gliederspinnen (Liphistiidae) ist der Hinterkörper noch deutlich in Segmente gegliedert, während Vorder­ und Hinterleib bei den Weberknechten und Scheinskorpionen zu einem kompakten Körper verschmolzen sind

Anpassungen an das Landleben der Arthropoda

  • Arthropoda ursprünglich im Wasser ­> mehrfach unabhängig das Land erobert
  • ­
  • konvergente Entstehung von Strukturen, die Anpassungen an das Landleben darstellen und das anatomische Bild des Taxon mitbestimmen

Malpighische Gefäße bei Arachnida und Antennata

  • Antennata: Ausstülpungen des ektodermalen Enddarms
  • Arachnida: Ausstülpungen vom entodermalen Mitteldarm
  • Bei terrestrischen Arthropoden (manche Arachnida und Antennata) als Anpassung zum Wasser sparen
  • bei beiden Gruppen sind sie konvergent entstanden
  • Teile des Darms übernehmen die Bildung von Exkretionskristallen, meist Guanin u.ä. . Diese werden über den After abgegeben

Luftatmungsorgane

  • Fächerlungen bei Chelicerata
  • entstanden aus nach innen verlagerten Kiemenanhängen mariner Vorfahren
  • bei einigen Decapoden ist die Carapaxhöhle zu einer Art Lunge geworden
  • Pseudotracheen, Pleopodenlungen oder Tracheenlungen bei vielen Landasseln (Crustacea) durch Einstülpungen der Pleopoden (= Extremität des Pleon bei „höheren Krebsen“ ) in den Exopoditen.
  • Tracheen: sind mehrfach unabhängig entstanden
    • Onychophora haben unregelmäßige, über den Körper verteilte Einzel – und Büscheltracheen ohne Verschlusseinrichtungen
    • Arachnida: Tracheen entstehen aus Fächerlungen oder Entapophysen (cuticuläre Muskeln) und können segmental oder nichtsegmental angeordnet sein

Wie atmen im Wasser lebende Insekten?

Überblick Tracheen:

  • Insekten besitzen System aus Röhrentracheen, aus segmentalen Einstülpungen der Epidermis
  • ­
  • von dünner Cuticula ausgekleidet ­> wird auch mitgehäutet
  • Öffnung nach außen durch Stigmen, versehen mit Verschlußapparaten und häufig mit Reusen
  • Ins Körperinnere verzweigen sich Tracheen in immer feinere Röhrchen und enden in Tracheolen, dringen in Organe und Zellen zum Gasaustausch ein

Wasserinsekten sind in der Evolution merhfach unabhängig entstanden ­> unterschiedliche respiratorische Anpassungen

Physikalische Kieme:

  • Manche Taxa mit offenem Tracheensystem führen Gasaustausch an der Wasseroberfläche durch
  • verschieden Strukturen für das Halten eines Sauerstoffvorrates:
  • e
  • ine dünne Luftschicht ( = physikalische Kieme = volumenvariable Kieme) auf der Körperoberfläche ­> Sauerstoffentnahme über Stigmen
  • Rückenschwimmer Notonecta (Hydrocorisae, Heteroptera) lagern sich Luftblasen an die hydrofugen Härchen in der Umgebung der Stigmen
  • der Raum unter den Flügeldecken als Atemhöhle
  • Hydrophiliden (Coleoptera) werden Luftblasen durch eine feine, dichte Behaarung auf der Vetralseite von Thorax und Abdomen festgehalten
  • Gase diffundieren auch zwischen der Blase und dem umgebenden Wasser ­> Nachdiffusion von O2 aus dem Wasser in die Blase abhängig vom Partialdruckunterschied
  • in der Blase verbleibende Stickstoff hindert die Blase am Kollabieren
  • bis zum Verschwinden der Blase werden dem Insekt das bis zu 13fache des ursprünglichen Sauerstoffgehalts der Blase zugänglich

Plastronatmung:

(Plastron= volumenkonstante Gaskieme)
  • andere Taxa halten Luftfilm mit Haaren oder Feinststrukturen der Cuticula der das Aufsuchen der Wasseroberfläche überflüssig macht, da der Stickstoff nicht in das Wasser diffundieren kann
  • Viele aquatisch lebende Larven weisen Hautatmung (semipermeable Körperoberfläche) auf, die auf Tracheenkiemen konzentriert sein kann
  • Einige Käfer ( Haemonia, Elmis, Phytobius, Coxelmis) und Wasserwanzen ( Aphelocheirusarten) haben sich völlig unabhängig von der Wasseroberfläche gemacht
  • großer Teil der Körperoberfläche mit feinsten, schief gestellten bzw. am Rande gebogenen, hydrofugen Härchen besetzt
  • Sauerstoff diffudiert aus dem Wasser nach

Beispiele für hemi- und holometabole Insekten; nach welchem Kriterium unterscheidet man diese Gruppen?

Hemimetabolie (allmähliche Verwandlung):

  • wahrscheinlich ursprünglicher Metamorphosetyp
  • die Ordnungen, die sich nach diesem Modusentwickeln gehören im wesentlichen zu den niederen Insekten
  • Puppenstadium fehlt
  • Larvenstadium nähert sich allmählich dem Imago. Die Größenzunahme geht einher mit in Erscheinung treten der imaginalen Merkmale, insbesondere der äußeren Geschlechtsorgane und der Flügelanlage (Pterygota = Fluginsekten)
    • Fischchen (Zygentoma)
    • Eintagsfliegen (Ephimenoptera)
    • Libellen (Odonata)
    • Steinfliegen (Plecoptera)
    • Tarsenspinner (Embioptera)
    • Fangschrecken (Mantodea)
    • Schaben (Blattodea)
    • Langfühlerschrecken (Ensifera)
    • Kurzfühlerschrecken (Caelifera)
    • Gladiatoren (Mantophasmatodea)
    • Staubläuse (Psocoptera)
    • Tierläuse (Phthiraptera)
    • Fransenflügler (Thysanoptera) oder Thripse
    • Schnabelkerfe (Hemiptera)

Holometabolie (vollkommene Verwandlung)

  • meist gleich gestaltete Larvenstadien
  • dann Puppenstadium mit tiefgreifenden Umbauvorgängen
  • dann völlig Umgestaltete Imago
  • phylogenetisch abgeleitet
  • vermutlich mehrfach unabhängig entstanden
  • höher evoluierte Insekten
  • Holometabola
    • Ordnung Großflügler (Megaloptera)
    • Ordnung Kamelhalsfliegen (Raphidioptera)
    • Ordnung Netzflügler oder Hafte (Neuroptera)
    • Ordnung Käfer (Coleoptera)
    • Ordnung Fächerflügler (Strepsiptera)
    • Ordnung Hautflügler (Hymenoptera)
    • Ordnung Köcherfliegen (Trichoptera)
    • Ordnung Schmetterlinge (Lepidoptera)
    • Ordnung Schnabelfliegen (Mecoptera)
    • Ordnung Flöhe (Siphonaptera)
    • Ordnung Zweiflügler (Diptera)

Welches sind Synapomorphien ( Schwestergruppenverhältnis), die Crustacea, Myriapoda und Hexapoda als Monophylum ausweisen?

Arthropoda

  • chitinhaltige Cuticula
  • im Laufe der postembryonalen Entwicklung gruppieren sich Segmente, zu verschieden gestalteten Tagmata, und die Wände der Coelomsäcke bilden sich in Muskeln, Fettkörper usw. um, sodass sekundäre und primäre Leibeshöhle ein Mixocoel bilden
  • .

viele Arthropoda weisen im embryonalstadium noch gleichartige Segmente auf, allerdings ist bei vielen Crustacea, wenn sie die Eihülle verlassen, bereits die Anzahl und Gestalt der Segmente zu erkennen.
Auch wenn Myriapoda eine eher homomone Metamerie haben, ist sie jedoch nicht vollständig homomon. Denn im Unterschied zu den Annelieden, die eine vollständig homomone Metamerie haben, bilden Arthropoda das Mixocoel aus und Extremitäten

  • Wenigstens ein Extremitätenpaar ist zu Mundwerkzeugen oder Antennen umgebildet.
  • quergestreifte Muskulatur
  • ZNS besteht aus einem über dem Schlund gelegenen Gehirn (Oberschlundganglion) und einem Bauchmark aus hintereinander liegenden, paarigen Ganglien, die durch Konnektive miteinander verbunden sind.
  • offener Blutkreislauf.
  • Postembryonale Entwicklung direkt oder indirekt (Metamorphose) immer mit Häutungen verbunden.
  • Nephridien mit Sacculus