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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002672-7

Walking on six legs: Einblicke in die Sinneswelt des Urhexapodens und die Evolution des Nervensystems der Mandibulata

  • Der phylogenetische Ursprung der Hexapoda (Insekten sensu lato) ist kontrovers diskutiert. Einige morphologische Merkmale suggerieren ein Schwestergruppenverhältnis zu den Myriapoda (Tausenfüßer; Tracheatahypothese), während molekulare Sequenzdaten und andere morphologische Merkmale eine nähere Verwandtschaft zu den Crustacea (Krebstiere; Tetraconatahypothese) suggerieren. Ein Organsystem hat in dieser Diskussion eine besonderen Stellenwert, das Nervensystem. Die Neurophylogenie befasst sich mit der Rekonstruktion von Verwandtschaftsbeziehungen basierend auf neuroanatomischen Daten. In der vorliegenden Dissertation wird der phylogenetische Ursprung der Hexapoda, unter besonderer Berücksichtigung basaler Taxa, nähre beleuchtet. Das Sensilleninventar zweier basaler Hexapoda [Eosentomon pinetorum (Protura: Eosentomidae) und Lepisma saccharina (Zygentoma: Lepismatidae)] wird basierend auf rasterelektronen-mikroskopischen Daten dargestellt. Neuroanatomische Daten wurden mit verschiedenen histologischen Techniken (Immunhistochemie, Seriendünnschnitte, Computertomografie, dreidimensionale Rekonstruktionen) gewonnen. In der vorliegenden Dissertation werden Befunde zur Neuroanatomie zweier basaler Hexapoda [E. pinetorum und Thermobia domestica (Zygentoma: Lepismatidae)] und eines Vertreters der Myriapoda [Scutigerella causeyae (Symphyla: Scutigerellidae)] beschrieben. Eigene Befunde werden mit Literaturangaben verglichen und Implikationen für die sensorische Ökologie primär flügelloser Hexapoda und die Neurophylogenie der Mandibulata werden diskutiert. Für die Hexapoda wird das Grundmuster sensorischer Strukturen und assoziierter Nervensystemkompartimente (Neuropile) rekonstruiert. Basierend auf den Befunden zum Grundmuster der Hexapoda werden Konsequenzen für die sensorische Ökologie in frühe Evolution der Hexapoda und eine nähere Verwandtschaft zu den Myriapoda oder Crustacea diskutiert. Abschließend wird eine computergestützte Analyse zur Merkmalsevolution verschiedener Neuropile in 83 rezenten Arthropoden dargestellt. Bis auf die Ultrastruktur der Ommatidien (einzelne Einheiten der Komplexaugen) legt die Morphologie sensorischer Strukturen eine nähere Verwandtschaft zu den Myriapoda vor. Bestimmte Sensillentypen (Sensillum basiconicum, S. trichobothrium) kommen nur bei den Hexapoda und Myriapoda, aber auch den Chelicerata (Chelicerenträger) vor. Neuroanatomische Befunde legen eine nahe Verwandtschaft zwischen Hexapoda und Crustacea nahe. Eine belastbare Hypothese zur Neurophylogenie in den Arthropoda ist aufgrund mangelnder Vergleichbarkeit von Literaturangaben und unsicherer Homologisierungen neuronaler Strukturen nicht möglich. Aus neurophylogenetischer Sicht ist ein Schwestergruppenverhältnis der Hexapoda zu den Crustacea oder einem subspezischem Crustaceataxon am besten begründet.
  • The hexapods origin in the tree of life is controversially discussed. Some morphological characters suggest a sister group relationship to myriapods (centipedes etc., Tracheata-hypothesis), while molecular sequence data as well as other morphological characters favour close relations to Crustacea (lobster etc., Tetraconata-hypothesis). The nervous system turns out to be valuable in this discussion. Neurophylogeny tries to reconstruct phylogenetic relations based on neuroanatomic features. In this thesis the phylogenetic origin of Hexapoda will be elucidate with particular reference to basal taxa. The sensillar equipment of two basal hexapods [Eosentomon pinetorum (Protura: Eosentomidae) and Thermobia domestica (Zygentoma: Lepismatidae)] is summarized based in scanning electron microscopy. Neuroanatomic data was generated by on different histological techniques (immune-histochemistry, serial sections, computer based 3D-reconstructions). In this thesis neuroanatomic data is given for two basal hexapods [E. pinetorum and Thermobia domestica (Zygentoma: Lepismatidae)] as well as for one myriapod representative [Scutigerella causeyae (Symphyla: Scutigerellidae)]. The results are compared with available literature and implications for the sensory ecology in primary wingless hexapods as well as mandibulate neurophylogeny are discussed. The sensillar and neuroanatomic ground pattern of the Hexapoda is reconstructed. Based on this ground pattern consequences for sensory ecology of the hexapod common ancestor and closer relationships to either myriapods or Crustacea are discussed. Finally, the character evolution of different neuropils in 83 extant Arthropods is analyzed. Except ommatidial ultrastructure, the sensillar morphology suggests a close relationship to the myriapods. Certain sensillar types (sensillum basiconicum, s. trichobothrium) only occur in Hexapoda and Myriapoda, but also in Chelicerata (scorpions, spiders etc.). Neuroanatomy, on the other hand, suggests a closer relationship of Hexapoda ad Crustacea. Limited comparability of literature data and uncertain homologies hamper reliable neurophylogenetic hypotheses. Neurophylogeny best supports a sister group relationship of Hexapoda to Crustacea or a subspecific crustacean taxon of the latter.

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Metadaten
Author: Christian W. Hädicke
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002672-7
Title Additional (German):Walking on six legs: Einblicke in die Sinneswelt des Urhexapodens und die Evolution des Nervensystems der Mandibulata
Title Additional (English):Walking on six legs: insights into the sensory ecology of the hexapod ancestor and the evolution of the mandibulate nervous system
Advisor:Prof. Dr. Steffen Harzsch
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/12/15
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/10/21
Release Date:2016/12/15
GND Keyword:Evolution, Hexapoda, Nervensystem
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Zoologisches Institut und Museum
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 590 Tiere (Zoologie)