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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:9-002548-7

Neuroanatomische und neuroethologische Untersuchungen am größten terrestrischen Gliederfüßer, dem Palmendieb Birgus latro (Linnaeus, 1767) (Crustacea, Anomala), auf der Weihnachtsinsel (Indischer Ozean)

  • Innerhalb der Crustacea evolvierte der Landgang mindestens zehn Mal unabhängig voneinander. Die Evolution des Landganges geht mit einer Vielzahl von morphologischen und physiologischen Anpassungen einher, die sich im Vergleich mit rezenten aquatischen Taxa und ihren nächsten terrestrischen Verwandten rekonstruieren lassen. Im Rahmen des Promotionsprojektes dienten vorangegangene neuroanatomische Untersuchungen am Landeinsiedler Coenobita clypeatus (Fabricius, 1787) und dem nah verwandten Palmendieb Birgus latro (Linnaeus, 1767) sowie auch das wenige Wissen über die Lebensweise des Palmendiebes als Ausgangspunkt, Hypothesen zur Sinnes- und Orientierungsleistung zu entwickeln und mit verschiedenen Verhaltensversuchen im Labor (C. clypeatus) bzw. im Freiland (B. latro) zu testen. Morphologische und verhaltensbiologische Befunde wurden mit Daten anderer Vertreter innerhalb der Anomala, Brachyura und Isopoda verglichen. Für die neuroanatomischen Untersuchungen wurden histologische und immunhistochemische Experimente und deren Analyse mithilfe der Lichtmikroskopie, der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie durchgeführt und mittels dreidimensionaler Rekonstruktion und Morphometrie gestützt. Zur Evaluierung des Wanderungsverhaltens und der Orientierungsleistung von B. latro wurden verschiedene Freilandversuche auf der Weihnachtsinsel während vier Forschungsreisen im Zeitraum von 2008 bis 2012 vorgenommen. Für die verhaltensbiologische Untersuchung des Palmendiebes wurden Experimente mithilfe von Telemetrietransmittern für die Untersuchung des Wanderungsverhaltens und der Tagesrhythmik genutzt. Die neuroanatomischen Daten terrestrischer Vertreter dieser drei Taxa im Vergleich zu ihren nächsten marinen Verwandten, lassen den Schluss zu, dass die Strukturen des primären olfaktorischen Pfades im Zuge des Landgangs unterschiedlichen morphologischen Transformationen unterlagen. Hierbei fällt auf, dass die Strukturen des primären Riechsystems bei terrestrischen Vertretern innerhalb der Anomala stark vergrößert sind, wohingegen diese innerhalb der Brachyura deutlich geringere Dimensionen aufweisen. Innerhalb der Landasseln (Isopoda: Oniscidea) scheinen die primären Verarbeitungszentren der Olfaktion, die deutocerebralen chemosensorischen Loben im Gehirn, reduziert zu sein, da sie sich mit den hier verwendeten Methoden nicht identifizieren ließen. Die ersten Antennen der terrestrischen Isopoda sind im Vergleich zu den untersuchten marinen Asseln, aber auch im Vergleich zu den anderen beiden Taxa deutlich reduziert. Es wird in diesem Zusammenhang vermutet, dass andere sensorische wie verarbeitende Strukturen des Nervensystems es vermögen, das Fehlen bzw. die starke Reduktion des primären olfaktorischen Systems zu kompensieren. Es wurden Versuche durchgeführt, um die Reaktion des Palmendiebes auf verschiedene Duftstoffe im Freiland zu analysieren. Hierbei zeigten Acetoin, Trimethylamin und Dimethyltrisulfid die höchsten Attraktionswirkungen. Zusätzlich wurden Laborexperimente im Windkanal an Coenobita clypeatus etabliert, die das Ziel hatten, das Duftspektrum dieser dem Palmendieb nahe verwandten Tiere zu evaluieren und geruchsgesteuertes Suchverhalten zu analysieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Tiere sich bei der Stimulation durch natürliche Duftstoffe entlang der Duftfahne entgegen der Strömungsrichtung zielgerichtet zum Stimulus bewegten. Durch die Telemetrieversuche konnte gezeigt werden, dass der Palmendieb auch außerhalb der Reproduktionszeit zum Teil weite Distanzen zurücklegt, aber auch über eine gewisse Ortstreue verfügt und dieses Verhalten somit als semi-nomadisch charakterisiert werden kann. Während der Wanderungen wird vermutlich die Spurverfolgung als Navigationsstrategie genutzt, wobei auch Hinweise auf Pfadintegration als eine weitere Navigationsstrategie hindeuten. Dabei wird aufgrund der bevorzugten Nachtaktivität der Tiere davon ausgegangen, dass die Orientierung bei der Spurverfolgung chemisch gesteuert sein könnte. Diese These wird auch durch einfache Attraktionsversuche gestützt, bei denen einige Versuchstiere, trotz Blendung, den Köder erfolgreich aufsuchen konnten. Die lokomotorische Aktivität im Tagesgang, welche mithilfe von Beschleunigungssensoren (Akzellerometer) aufgezeichnet werden konnte, scheint besonders unter dem Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit zu stehen. Dabei konnte im Beobachtungszeitraum neben stabilen diurnalen, crepuscularen bis nocturnalen Aktivitätsmustern, auch kathemerales Verhalten dokumentiert werden. Neben individuellen Abweichungen im Tagesgang der lokomotorischen Aktivität, konnte für die meisten der Versuchstiere ein Aktivitätsmaximum während der Zeit des Sonnenuntergangs festgestellt werden, wohingegen während der Mittagszeit das überwiegende Aktivitätsminimum lag. Dies stützt wiederum die Hypothese, dass es einen Zusammenhang zwischen der Dynamik der Aktivität und der Dynamik der relativen Luftfeuchtigkeit geben könnte.
  • Within Crustacea, the conquest of land evolved at least ten times convergently. Taxa featuring different degrees of adaptation (grades of terrestrialization) are described within Malacostraca for e.g. the Anomala, in true crabs (Brachyura), and in isopods (Isopoda). The evolution of terrestriality includes a variety of morphological and physiological adaptations. Related character transformations can be reconstructed from recent aquatic taxa by comparison to their nearest terrestrial relatives. Here, only respiration, osmoregulation, mode of feeding, reproduction, as well as sensory physiology are mentioned as functions which require special adaptations compared to an aquatic environment. In this context, this work refers to the anatomy of the brain, and in particular, to the structures involved in olfaction (primary olfactory pathway) and their fundamental morphological adaptations of Anomala, Brachyura, and Isopoda. Within this doctoral project, previous neuroanatomical studies on soldier crabs Coenobita clypeatus (Fabricius, 1787) and its close relatives the coconut crabs Birgus latro (Linnaeus, 1767) in addition with the scarce knowledge about the life-style of B. latro served as motivation to develop hypotheses as well as laboratory (C. clypeatus) and behavioral field experiments (B. latro), respectively. The focus of these experiments lays on the sensory performance and orientation. Morphological and behavioral data of other members of anomalans, brachyurans, and isopods were compared with those of the land hermit crabs (Anomala, Coenobitidae). For the neuroanatomical studies, histological and immunhistochemical experiments were conducted and analyzed using conventional light microscopy and confocal laser-scanning microscopy and were corroborated by three-dimensional reconstruction and morphometry. During a total of four field trips to Christmas Island (Australia, Indian Ocean), from 2008 to 2012, different behavioral field experiments for the analysis of the migrational and orientational behavior of B. latro were conducted. For the ethological study of the robber crab, behavioral experiments using telemetric transmitters were established to analyze behavioral aspects of migration and chronobiology. The comparison of neuroanatomical data between terrestrial members and their close aquatic relatives of all three taxa, allows the conclusion that during the evolution of a terrestrial life-style, structures of the primary olfactory pathway are subject to different morphological transformations. In terrestrial anomalans, the structures of the primary olfactory system are considerably enlarged whereas they are smaller in terrestrial brachyurans. In terrestrial isopods (Isopoda: Oniscidea) it appears that the primary processing centers of olfaction are largely reduced because they were unidentifiable with the methods used. In this context, other sensory systems as well as processing structures are presumed to compensate this loss or rather considerable reduction of the primary olfactory system. Behavioral field experiments testing the response of robber crabs to different odorants were conducted. These experiments have demonstrated the most attractant effects for acetoin, trimethylamine, and Dimethyl trisulfide. In addition, a laboratory setup for behavioral experiments was established, using wind tunnels for analysis of the olfactory spectrum and olfactory guided behavior of Coenobita clypeatus, a close relative of the robber crab. Here, it could be shown that C. clypeatus is capable of following an upwind plume towards the source of attracting chemical stimulation with natural odorants. From telemetric experiments, it could be shown that some robber crabs migrate large distances outside of the reproductive period whereas others show a territorial behavior, which can be characterized as semi-nomadic. During large scale migrations, path following presumably is the primary navigational strategy and there are hints for path integration as a second mode of navigation. Orientation during path following is suggested to be chemically guided, due to the preferred nocturnal activity of robber crabs. This hypothesis is supported by successful odor tracking experiments using chemical attractants while the animals were temporary blinded. By the use of acceleration loggers (accelerometers) it was shown that the relative air humidity seems to be the driving parameter influencing daily locomotory activity. During the observation period, constant diurnal, crepuscular, as well as cathemeral behavior could be documentated. Besides individual abberations of daily activity patterns, the maximum of locomotory activity occured around dusk while the activity drops for most of the animals observed at noon. These daily acitivity patterns seem to be congruent of the daily dynamics of relative humidity.

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Metadaten
Author: Jakob Krieger
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002548-7
Title Additional (German):Neuroanatomische und neuroethologische Untersuchungen am größten terrestrischen Gliederfüßer, dem Palmendieb Birgus latro (Linnaeus, 1767) (Crustacea, Anomala), auf der Weihnachtsinsel (Indischer Ozean)
Title Additional (English):Neuroanatomical and neuroethological studies on the largest terrestrial arthropod, the Giant Robber Crab Birgus latro (Linnaeus, 1767) (Crustacea, Anomala) on Christmas Island (Indian Ocean)
Advisor:Prof. Dr. Harald Wolf, Prof. Dr. Steffen Harzsch
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/06/13
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/05/27
Release Date:2016/06/13
GND Keyword:Adaptation, Brachyura, Isopoda, Krebstiere, Nervensystem
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Zoologisches Institut und Museum
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 590 Tiere (Zoologie)
MSC-Classification:92-XX BIOLOGY AND OTHER NATURAL SCIENCES
92-XX BIOLOGY AND OTHER NATURAL SCIENCES / 92Dxx Genetics and population dynamics / 92D50 Animal behavior