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Kapitel 01.08: Insekten

Stechmücke auf der Haut des Menschen

 

Systematik der Tracheentiere

Durch genetische Untersuchungen und Vergleiche bei der Entwicklung der Tiere scheint sich hingegen er der folgende Stammbaum zu bestätigen, bei der die Gruppe der Tracheentiere nicht mehr existiert:

Arthropoden

|

|-----Chelicerata (Kieferklauenträger) - Spinnen, Scorpione, Milbe uvm.

|

|

|-----Mandibulata

      |--Tetraconata

      |       |---Crustacea (Krebse)

      |       |---Hexapoda (Insekten, Doppelschwänze, Beintastler und Springschwänze)

      |       |

      |       |--Insekten (Insecta) (Stammbaum siehe nächste Seite)

      |       |--Doppelschwänze (Diplura)

      |       |--Elliplura

      |       |--Beintastler (Protura)

      |       |--Springschwänze (Collembola)

      |

      |--Myriapoda (Tausendfüßer)

      |--Progoneata

      |       |---Zwergfüßer (Symphyla)

      |       |---Dignatha

      |       |----Doppelfüßer (Diplopoda)

      |       |----Wenigfüßer (Pauropoda)

      |

      |--Hundertfüßer (Chilopoda)

 

Zusatzinformationen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Tracheentiere

 

Stammbaum der Insekten

Die große Gruppe der Tracheentiere, in der sich auch die Spinnen und die Tausendfüßer befinden ist auch die Gruppe der Insekten. Die Insekten selbst sind dabei die größte Tiergruppe des Planeten Erde. Sie teilen sich in zwei Gruppen:

1. Die Sackkiefler (Entognatha)

Die Sackkiefer sind eine Gruppe, welche aus drei Untergruppen, den Beintastlern, den Doppelschwänzen und den Springschwänzen besteht. Ihr gemeinsames Merkmal ist eine Mundtasche, in welcher sich die Mundwerkzeuge befinden.

2. Die Freikiefler (Ectognatha)

Bei den Freikieflern sind die Mundwerkzeuge hingegen noch frei und von außen gut sichtbar. Man unterteilt diese Mundwerkzeuge in Mandibeln und Maxillen. Die drei Gruppen der Ectognatha sind die Felsenspringer (Archaeognatha) mit ca. 220 Arten, die Fischchen (Zygentoma) mit ca. 270 Arten und die Hautflügler (Pterygota), welche auch geflügelte Insekten genannt werden. Diese geflügelten Insekten umfassen ca 770000 Arten. Biologen schätzen aber, dass es auch durchaus 1 Million sein könnten. Innerhalb der Freikiefler gibt es weitere Unterteilungen. Ein wichtiges Merkmal dabei ist die Unterteilung in sich vollständig verwandelnde (holometabole) und sich unvollständig verwandelnde (hemimetabole) Insekten.

Stammbaum der Insekten

 

 

Merkmale der Insektengruppen

 

1. Diplura (=Doppelschwänze):

meist 2-10mm lang, sind Bodenbewohner,

Ernährung: Algen, Pilzsporen, abgestorbene Pflanzenreste, nur wenige sind räuberisch

 

2. Collembola (=Springschwänze)

meist 1-2 mm lang, 2000 Arten, Bodenbewohner, wenige auf Wasser, Isotoma auf Gletschern

altes Monophylum (seit Devon bekannt)

hohe Individuendichte (bis zu 100000 Tiere/ m2 Waldboden),

benötigen meist 100% Luftfeuchte,

fördern Humifizierung,

Indikatortiere,

Ernährung: saprophag von Pflanzensubstanz, carnivor,

haben Komplexaugen, Antennen

 

3. Prothura (=Beintastler)

meist 0,5- 2,5 mm lang, 140 Arten,

keine Komplexaugen, Antennen oder Tracheensystem

Ernährung: Pilzhyphen

 

4. Archaeognata (=Felsenspringer)

220 Arten, Körper spindelförmig, Sprungvermögen, primitive Körpermerkmale

Lebensraum: konkurrenzarme Felsengebiete, Gletscherregionen, Meeresstrand

 

5. Zygentoma

330 Arten, Körper abgeflacht, wärme liebend => in Wohnungen zu finden

Arten Silberfischchen, Ofenfischchen, Amiesenfischchen

 

6. Pterygota = Hautflügler

 

Es gibt drei Gruppen von Hautflüglern:

 

1. Paleoptera: (Merkmal: primitives Flügelgelenk)

- Eintagsfliegen (Ephemeroptera) (2000 Arten),

- Libellen (Odonata) (4700 Arten)

 

2. Neoptera: (Merkmal: Flügel können über dem Hinterleib zusammengelegt werden)

- Steinfliegen (Plecoptera)

- Tarsenspinner (Embioptera)

 

3. Orthopteromorpha: (Merkmal: Vorderflügel meist sklerotisiert)

- Notoptera

- Ohrwürmer (Dermaptera)

- Fangheuschrecken, Gottesanbeterinnen (Mantodea) 1800 Arten

- Schaben (Blattodea) Blattopteroidea

- Termiten (Isoptera)

- Gespenstheuschrecken, Stabheuschrecken (Phasmida)

- Laubheuschrecken, Grillen (Ensifera)

- Feldheuschrecken (Caelifera) Springheuschrecken

- Bodenläuse (Zoraptera)

- Stabläuse, Flechtlinge (Psocoptera)

- Tierläuse i.w.S. Lauskerfe (Phthiratera)

- Fransenflügler, Blasenfüße (Thysanoptera)

- Schnabelkerfe (Hemiptera)

- Hetroptera (Wanzen, 30000 Arten)

- Auchenorrhyncha (Zikaden, 30000 Arten)

- Sternorrhyncha (u.a. Blattläuse, Schildläuse, Blattflöhe, 8000 Arten)

- Schlammfliegen (Megaloptera)

- Kamelhalsfliegen (Raphidioptera)

- Netzflügler i.w.S. (Plannipenia)

- Käfer (coleoptera)

- Hautflügler (Hymenoptera)

- Köcherfliegen (Trichoptera) Holometabola (vollkommene Entwicklung)

- Schmetterlinge (Lepidoptera) (600 000 Arten)

- Schnabelfliegen (Mecoptera)

- Zweiflügler (Diptera)

- Flöhe (Siphonaptera)

- Fächerflügler (Strepsiptera)

 

Zusatzinformationen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Entognatha

http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelschwänze

http://de.wikipedia.org/wiki/Springschwänze

http://de.wikipedia.org/wiki/Beintastler

http://de.wikipedia.org/wiki/Ectognatha

http://de.wikipedia.org/wiki/Systematik_der_Insekten

http://de.wikipedia.org/wiki/Insekten

 

Die Insekten sind Rekordhalter

Die Insekten sind die größte und mächtigste Tiergruppe der Erde (ca. 1 Mio. Arten bekannt - man vermutet aber dass es ca. 2-4 Millionen sind). Sie machen mehr als 2/3 der gesamten Tierwelt aus. Es gibt 25 mal so viele Insektenarten wie Wirbeltierarten. D.h. Insekten haben alle Lebensräume besetzt. Außerdem sind sie die artenreichste Gruppe der Gliederfüßer (Arthropoda).

Henning: ¾ aller bekannten Tierarten sind Insekten!

Das Wort Insekt leitet sich vom Lateinischen „insecare“ (einschneiden) ab. Dies bezieht sich auf die stark voneinander abgesetzten Körperteile, welche wie ein Einschnitt aussehen: Der Einschnitt im Insektenkörper verleiht der Gruppe den Namen!

 

Lebensräume

Insektenbeispiel

am Boden

Ohrwurm

am Gletscher

Eisfalter, Springschwänze

auf dem Wasser

Wasserläufer

Baum

Borkenkäfer

im Boden

Maulwurfsgrille

in der Luft

Libelle, Biene, Wespe

Sand

Ameisenlöwe

unter Wasser

Gelbbrandkäfer

Wiese

Heuschrecke, viele Käferarten

Wohnung

Silberfischchen

 

Insekten leben fast in jedem Lebensraum - der einzige Lebensraum,
in dem sie nicht leben, ist das Meer

Antworten zum Arbeitsblatt: a) 1 250 000 b) 47 000 : 1 250 000 => 25 mal so viele c) 2/3, 1/2

 

 

Vielfalt der Ernährungsweisen

Insekten haben sich fast jede Nahrungsquelle des Planeten erschlossen: - Pflanzen (Saft, Nektar, Pollen, Blätter, totes Pflanzenmaterial) - Tiere (Kaulquappen, andere Insekten, kleine Fische) - Blut von Säugetieren - Kot und Fäkalien Aufgaben:

  1. Wie viel Tierarten kennt man heute, wie viel vermutet man existieren?
  2. Nenne 30 Insektenarten und ordne ihnen einen Lebensraum zu
  3. Welche Art ist die bedeutendste unter den Insekten?
  4. Wie konnten sich so viele Insektenarten entwickeln, ohne dass es zu starke Konkurrenz gab
  5. Nenne für den Menschen nützliche und schädliche Insekten?

Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Insekten

Quiz: Vielfalt und Allgegenwart von Insekten

 

1. Es sind heute ca. 1 Million Insektenarten bekannt. Was weißt Du über eine so große Tiergruppe?

a) Ermittle mithilfe des Schulbuches oder des Internets die Gesamtzahl der bekannten Tierarten. b) Bestimme zuerst das Verhältnis (als Bruch) zwischen Tierarten und Insektenarten. Dann das Verhältnis zu den Wirbeltierarten. c) Wie ist das Zahlenverhältnis zwischen Käfer- und Insektenarten sowie zwischen Käfer- und Wirbeltierarten? d) Stelle eine Vermutung auf, warum die Welt nicht nur mit Käfern gefüllt ist? e) Vervollständige die Tabelle mit Insektenbeispielen:

Lebensraum

Insektenbeispiele

unter Wasser

 

auf dem Wasser

 

in der Luft

 

Wiese

 

am Boden

 

im Boden

 

Baum

 

am Gletscher

 

Wohnung

 

Sand

 

 

Insekten leben überall, nur nicht im ........................

 

Bedeutung der Insekten

a) Einige Insekten sind Abfallbeseitiger:

Mistkäfer, Aaskäfer und Totengräber beseitigen Abfall.

 

b) Einige Insekten sind Nützlinge

Insekten fressen auch schädliche Insekten wie z.B. Marienkäfer die Blattläuse fressen. Die Blattläuse werden übrigens von Ameisen beschützt. Dafür bekommen sie die süßen Ausscheidungen der Blattlaus.

Marienkäfer 

Ameisen beschützen Blattläuse - Symbiose  Ameisen leben in Symbiose mit Blattläusen

 

 

c) Einige Insekten übertragen Krankheiten

Malaria: häufigste Infektionskrankheit wird von Insekten (Fiebermücke) übertragen.

Stechmücke  Stechmücke - public domain by Wikipedia

 

Quelle 2. Bild Stechmücke: public domain by USDA United States Department of Agriculture http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Aedes_aegypti_biting_human.jpg - thank you

 

d) Wanderheuschrecken: Insekten vernichten ganze Wälder und Ernten

Heuschreckenplagen: In Afrika wurden große Hungersnöte durch Heuschreckenplagen der Wanderheuschrecke ausgelöst. Wanderheuschrecke 

Quelle Bild: public domain by wikicommonsuser matsumomushi - thank you; http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Locusta_migratoria.jpg

 

Weitere Bilder der Wanderheuschrecke:

http://commons.wikimedia.org/wiki/Locusta_migratoria http://de.wikipedia.org/wiki/Heuschreckenplage e) Einige Insekten produzieren wertvolle Dinge: Seide wird durch Seidenraupen (Raupe des Seidenspinners, ein Schmetterling) hergestellt. http://de.wikipedia.org/wiki/Seidenspinner http://commons.wikimedia.org/wiki/Bombyx Der Farbstoff Karmin wird durch die Cochenille-Schildlaus produziert. http://de.wikipedia.org/wiki/Karmin http://commons.wikimedia.org/wiki/Cochineal?uselang=de

Der Körperbau der Insekten

Bläuling   Mistkäfer   Fliegenkörper mit Haaren und Komplexauge

 

Aufgaben:

1. Betrachte die drei Bilder und versuche gemeinsame Strukturen zu finden und so das Arbeitsblatt zu beschriften. Dann versuche noch die Funktion der Strukturen zu bestimmen.

2. Welche der gefundenen Merkmale findest Du auch bei anderen Insekten, wie der Ameise? Beschrifte die Ameise dazu.

Ameisenkörper

 

Gemeinsame Merkmale der Insekten:

- Körperbau mit Kopf, Brust und Hinterleib - 3 gliedrige Brust mit 3 Beinpaaren pro Segment - Eingeschnittener Körper => Kerbtiere (lat. insecare = einschneiden => Insekten) - Komplexaugen (haben aber auch einige Tausendfüßerarten => keine eigene „Erfindung“ (Autapomorphie) der Insekten!

Aber Achtung! Dieser gemeinsame Grundbauplan der Insekten ist bei vielen Arten leicht verändert. Dieses sind Anpassungen an die verschiedenen Lebensräume der Insekten.

Aufgaben: 1. Beschreibe Aufbau eines Insektenkörpers 2. Nenne Merkmale der Insekten 3. Nenne Insekten welche Abwandlungen von diesem Bauplan zeigen

Der Insektenkörper im Detail (am Beispiel einer Zikade)

Insektenkörper - Schmetterling
Quelle:public domain von wikipediauser Elke Freese http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Grundbauplan_Cicadomorpha.png Wie viel Ziffern kannst Du beschriften?

Körperbau Ameise

Quelle Bild: public domain by wikicommonsuser LadyofHats: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Scheme_ant_worker_anatomy-numbered.svg - Muchas gracias

 

Die Mundwerkzeuge der Insekten

Bilder von fressenden Blattkäfern:

 Mundwerkzeuge einer fressenden Raupe  

Bienen beim Nektarsammeln - Mundwerkzeuge

 

Kannst Du die folgenden Fragen beantworten? Was fressen Insekten? Wie fressen Insekten? Haben sie Zähne? Wie nehmen sie ihre Nahrung ohne Hände auf - und wie wird die Nahrung festgehalten?

Viele Insekten haben zum Fressen Zangen am Unterkiefer.

Der allgemeine Bauplan

Bauplan der Insekten 

Betrachte einmal das Bild (Modell) des Insektenkopfes. Achte besonders auf die Mundwerkzeuge

 Mundwerkzeuge Käfer

Insekten haben an ihrem Kopf Mundwerkzeuge. Es gibt je nach Nahrung verschiedene Mundwerkzeuge. Der häufigste Typ ist der kauen-beißende Typ, bei dem die Mundwerkzeuge zum Halten und Zerkleinern der Nahrung dienen.

Dabei zerkleinert der starke Oberkiefer die Nahrung, während
die schwächeren Unterkiefer die Nahrung halten.

Im Inneren des Mundes befinden sich Speicheldrüsen, welche den Verdauungsaft bilden.

 

Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Mundwerkzeuge

Aufgaben:

  1. Welche MWZ kennst Du?
  2. Wie wird die Nahrung „gekaut“/ zerkleinert?
    -Vor dem Mund
  3. Haben Heuschrecken Zähne?
  4. Welche Funktion haben wohl die Antennen am Unterkiefer?
    - Abtasten der Nahrung
  5. Bei Gottesanbeterin fehlen die Haltezangen (UK) Wie hilft sich dieses Tier?
    - Verschiedene Typen von Mundwerkzeugen

Vielfalt und Entwicklung der MWZ

Was fressen eigentlich Insekten so alles? Zähle mal verschiedene Nahrungsquellen auf.

 Insekten fressen Pflanzen (Wurzeln, Stängel, Blätter), Blut, Nektar, Pflanzensaft usw.

 Man vermutet, dass sich die ersten Insekten vor 400-350 Millionen Jahren entwickelt haben, zumindest hat man versteinerte Insekten aus der Zeit des frühen Karbon (vor 350 Millionen Jahren) gefunden. Diese frühen Insekten haben sich vermutlich alle von toten und verfaulenden Pflanzen ernährt. Vermutlich haben sie auch Pilze gefressen, welche tote Pflanzen abgebaut hatten. Später, vor ca. 330 Millionen Jahren sind die ersten Blütenpflanzen entstanden. Gleichzeitig stieg die Anzahl der Insektenarten sprunghaft an. In kurzer Zeit hatten sie die ganze Erde bevölkert.

 Mit der Verbreitung der Insekten haben sich auch immer mehr die Pflanzen verbreitet.

 

Was könnte damals passiert sein, dass sich die Anzahl der Insekten so sprunghaft erhöhte?

Insekten haben zu dieser Zeit weitere Nahrungsquellen erschlossen. Sie begannen Blüten zu fressen und konnten Nektar saugen. Vor ca. 65 Millionen Jahren (im Tertiär ) entstanden die ersten Säugetiere. Die Zahl der Insektenarten nahm erneut stark zu. Diese neuen Arten hatten neue Nahrungsquellen, das nährstoffreiche Blut sowie den Kot der Säugetiere. Heutige Insektenarten haben noch viel mehr Nahrungsquellen als ihre Vorfahren. Die Bedingung für eine derartige Anpassung war aber, dass sich die Mundwerkzeuge an die Nahrung anpassten.

Man kennt heute im großen und ganzen drei Typen von Mundwerkzeugen: - kauend-beißend - stechend saugend - leckend-saugend

 

Kannst Du den Bildern den Mundwerkzeugtyp zuordnen?

Käfer auf dem Rücken  Stechmücke  Pfauenauge  Schmetterling

Quelle Bild Stechmücke: public domain by USDA United States Department of Agriculture http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Aedes_aegypti_biting_human.jpg - thank you

 

Vergleich der Mundwerkzeuge

 


a Antenne

c: Komplexauge

lr: Oberlippe (Labrum)

md: Mandibel (Oberkiefer)

mx: Maxille (Unterkiefer)

lb: Labium (Unterlippe)

(A) Kauend beißender Typ z.B. bei der Heuschrecke
(B) Leckender-saugender Typ (z.B. bei der Honigbiene)
(C) saugender Typ (hier Schmetterling)
(D) saugender Typ (hier Stechmücke)

Quelle Bild: GNU Free Documentation License by wikicommonsuser Mcy jerry - http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Evolution_insect_mouthparts.png - thank you

Übersicht über die Mundwerkzeugtypen bei Insekten

 

kauend-beißend

leckend-saugend

stechend saugend

Zu finden bei:

Feldheuschrecke, Schabe, Käfer, viele Larven, Libellen

Schmetterling, (Fliege)

Mücken, (Blatt) Läuse, Flöhe

Oberkiefer

zerschneidet und zerkaut die Nahrung

nicht vorhanden!

umgewandelt zu Stechborsten

Unterkiefer

hält die Nahrung

umgewandelt zur röhrenförmigen Zunge. (sehr lang und mit kleinen Haken wird sie zu einer Röhre verschlossen, welche vom UK-Rest und der Unterlippe eingeschlossen wird.)

umgewandelt zu Stechborsten

Unterlippe

 

Schutz für Zunge

Unterkiefer und Unterlippe zusammen heißen auch Saugrüssel. Dieser ist am Kopf mit dem Mund verbunden.

bildet eine weiche Scheide, in der liegen vier Stechborsten, die sich abwechselnd vor und zurück bewegen.

Oberlippe

    bildet ein Saugrohr zum Aufsaugen des Blutes

(Durchmesser 1/10mm - entspricht nur 2 Blutkörperchen Breite)

    Kräftige Muskeln im Mund wird ein starker Unterdruck erzeugt, welcher die Nahrung hineinpumpt. Wird der Saugrüssel gerade nicht gebraucht, ist er eingerollt. Zum Ausrollen hat der Im Saugrüssel eigene Muskeln.

 

Mit einer Injektionsspritze wird je nach Art ein Anti-Gerinnungsstoff oder Gift in die Wunde gepumpt. Dies führt oft zu Allergien bei Menschen

Komplexauge und Mundwerkzeuge des Schmetterlings

Insektenauge - Komplexauge 

Dieses elektronenmikroskopische Bild zeigt in vielfacher Vergrößerung den Kopf des Zünslerfalters (pyralidae moth).

Quelle Bild: public domain: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Butterfly_tongue.jpg, http://remf.dartmouth.edu/images/insectPart3SEM/source/3.html Author: Dartmouth College

 

Ausnahmen und Sonderfälle bei MWZ

Honigbiene

Der Oberkiefer ist nicht scharf, sondern klein und stumpf.

Die Nahrung wird mit Oberkiefer gehalten

Wachs wird auch mit dem Oberkiefer geknetet und dann für die Waben verwendet. Die notwendigen Wachsdrüsen sind am Abdomen!

Unterkiefer + Unterlippe bilden ein Saugrohr in dem sich die Zunge befindet.

die Zunge ist vorn verbreitet. Die hat eine Löffelform und dient dem Nektar lecken.

es liegt ein beißend, leckender, saugender Typ vor

 

Stechmückenlarve:

Kauender Oberkiefer.

An der Vorderseite des Kopfes befindet sich ein einzigartiges Organ. Es sind Haarbüschel, welche durch Muskeln bewegt werden und so Bakterien und Algen zum Mund fächern

 

Bremsen:

Starke Oberkiefer, welche eine Wunde in die Haut schneiden können,

Unterkiefer sind Stäbchen mit scharfen Widerhaken. Diese können eine Sägebewegung ausführen.

Oberlippe und -Mundverlängerung bilden eine Röhre. => Aufbeißen der Wunde oder stechen und saugen.

 

Fliege

Die Unterlippe bildet eine Zunge zum Lecken

 

Gottesanbeterin

Hier fehlen die Greifzangen zum Halten der Beute, so dass das erstes Beinpaar diese Aufgabe übernimmt

 

Wasserkäferlarven

Die Beute der Wasserkäferlarven wird mit dem Unterkiefer festgehalten.

Wie bei einer Spinne wird ein Verdauungssaft injiziert, welcher die Organe des Insekts auflöst.

 

Aufgaben:

  1. Welche Typen von Mundwerkzeugen kennst Du?
  2. Gab es schon immer so viele verschiedene Typen? Ziehe die Entstehung nach.
  3. Wie sehen die Mundwerkzeuge beim Schmetterling aus?
  4. Kann der Schmetterling Brennnesselblätter fressen?
  5. Wenn eine Libelle in die menschliche Haut beißt, tut das weh. Würde eine Libellenlarve versuchen uns zu beißen wäre das nicht so schlimm. Warum?

 

Die Organe von Insekten

 

a) Das Strickleiter-Nervensystem:

Wie alle Gliedertiere haben auch die Insekten ein Strickleiter-Nervensystem. Es ist bei den Insekten besonders gut entwickelt und ausgeprägt.

Zum Nervensystem gehörten die beiden „Gehirne“ ober und unterhalb des Mundes, welche Oberschlundganglion und Unterschlundganglion heißen. Das Oberschlundganglion ist vor allem für die Verarbeitung der Wahrnehmung durch die Augen, die Hormonsteuerung, das Fühlen der Fühler und Verhaltensweisen verantwortlich. Das Unterschlundganglion ist für Bewegungen von Beinpaaren, Kiefern und der Unterlippe verantwortlich.

An das Unterschlundganglion schließt das Bauchmark an. Dieses durchläuft in zwei Strängen das ganze Insekt. In In jedem Segment sind zwei verbindende Markknoten. Von jedem Knoten gehen mindestens drei Nerven ab. Aufgrund seiner Form nennt man es auch Strickleiter-Nervensystem.

 

Beschreibung: A- Kopf; B- Brust(Thorax); C- Hinterleib(Abdomen)

 

Beschriftung:

1. Antenne

2. Ocellus (vorne)

3. Ocellus (oben)

4. Komplexauge (Facettenauge)

5. Gehirn

6. Prothorax

7. rückseitige (dorsale) Arterie

8. Tracheen

9. Mesothorax

10. Metathorax

11. Erstes Flügelpaar

12. Zweites Flügelpaar

13. Mitteldarm

14. Röhrenherz

15. Eierstock

16. Hinterdarm (Rektum)

17. Anus

18. Vagina

19. bauchseitiges Nervensystem mit Ganglien

20. Malpighische Drüse

21. Tarsomer

22. Prätarsus

23. Tarsus

24. Tibia

25. Femur

26. Trochanter

27. Vorderdarm

28. Thoraxganglion

29. Coxa

30. Speicheldrüse

31. Unterschlundganglion

32. Mundwerkzeuge

Quelle Bild: cc-by-sa-2.0: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Robal.png - Wikipediauser: Piotr Jaworski PioM (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)

 

Das Tracheensystem

Betrachtet man das Heizungssystem eine Hochhauses, in dem die Wärme durch Rohre von unten nach oben transportiert wird, so finde man Gemeinsamkeiten mit Tracheensystems der Insekten. Die Wärme wird durch Rohre transportiert. Bei Insekten wird die Atemluft durch feine Röhren vom Mund zu den Organen transportiert. (Vergleiche beim Menschen findet der Transport der Atemgase durch das Blut statt.).

Versuch: Ein Streichholz wird brennend in ein Reagenzglas geworfen.

Beobachtung: Der Rauch verbleibt am Boden und verteilt sich nicht.

Schlussfolgerung:

Der Nachteil von engen Röhren ist, dass sich Gase in ihnen nur sehr langsam bewegen. Der Rauch bleibt auch am Boden.

=> Insekten sind selten größer als 5cm, da die Wege für die Luft durch die Tracheen zu lang werden.

 

Wie stabil sind Tracheen?

V: Zusammendrücken einer Papierrolle mit und ohne innere Spirale

B: Die Papierrolle lässt sich platt drücken, fügt man eine Spirale ein wird sie fester, bleibt aber relativ leicht!

S: Tracheen sind von Innen mit einem spiraligen „Skelett“ stabilisiert.

Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Trachee_%28Wirbellose%29 http://de.wikipedia.org/wiki/Tracheentiere

 

Der offene Blutkreislauf der Insekten

Gliedertiere haben so wie die Weichtiere oft einen offenen Blut-Kreislauf. Das Blut ist allerdings anders zusammengesetzt als bei den Säugetieren. Es kreist so durch die Blutgefäße und die Körperhöhlen. Es wird auch als Hämolymphe bezeichnet. Die Bewegung der Hämolymphe wird vom Herzen bestimmt, welche sie in alle Körperhöhlen pumpt. Das Blut fließt in dem kleinen Körper automatisch zum Herzen zurück. Auch Insekten haben einen offenen Blutkreislauf. Das farblose Blut (sieht man übrigens gelegentlich an der Windschutzscheibe des Autos), die Hämolymphe, bewegt sich frei im Körper, bis es zufällig wieder zum Herzen fließt. Dort angelangt, wird es über kurze Gefäße (Röhren) wieder in den Körper gepumpt. Die Körperzellen werden über ein reich verzweigtes Röhrensystem (Tracheen) mit Sauerstoff versorgt. Beim Menschen ist das Blut deshalb rot, weil es den roten Farbstoff Hämoglobin enthält, dieser ist für den Transport des Sauerstoffes notwendig. Da das Insektenblut vor allem Nährstoffe und keinen keinen Sauerstoff transportiert, ist es auch nicht nötig das es das rote Hämoglobin enthält.

Die Atmung und der Blutkreislauf der Insekten

Das Blutgefäßsystem der Insekten:

Im Rücken der Insekten befindet sich ein schlauchförmiges Röhrenherz. Dehnt es aus, so wird durch den Unterdruck über seine seitliche Öffnungen Blut aus dem Hinterleib in das Herz gesaugt. Wenn sich dann das Herz zusammenzieht (kontrahiert), so wird das Blut in Richtung Kopf gepumpt. Vom Kopf aus kann das Blut dann durch den Körper wieder zurückfließen, allerdings gibt es keine Blutgefäße, durch welches es fließen kann! Das langsame zurückstömen in den Hinterleib erfolgt frei im Körper.

Die Insekten haben einen offenen Blutkreislauf.

Die Atmung der Insekten:

Alle tierischen Zellen benötigen Sauerstoff um energiereiche Nährstoffe zu oxidieren. Dabei entsteht die Energie, die der Körper für seine Aufgaben und Bewegung nutzt. Die Körperzellen der Insekten bekommen den notwendigen Sauerstoff nicht über Blut, wie bei Menschen und anderen Wirbeltieren, sondern durch ein Röhrensystem, welches Tracheen genannt wird. Die Atemluft wird über sogenannte Stigmen (=Atemöffnungen im Hinterleib) aufgenommen (ein siebartiger Reusenapparat aus Chitinborsten verhindert dabei das Eindringen von Wasser und Staub in die Stigmen). Mit den Stigmen sind direkt die Röhren der Tracheen) verbunden, die sich immer feinerwerden nun im Körper verästeln und fein verzweigen. Durch die dünnen Tracheenwände kann ein Sauerstoff entweichen und so die umliegenden Zellen versorgen. Eslastische und leichte Chitinspiralen im Inneren der Tracheen verhindern ein Zusammendrücken der Röhren.

Bauelemente der Tracheen

Atemöffnungen (=Stigmen)

- Im Bruststück und Hinterleib je 1 Paar pro Segment - mit Reusenapparat (=Filtersystem) - verschließbar

2 Tracheenlängsstämme

Tracheen (=Chitinröhren) mit Chitinspirale; führen in Kopf, Brust, Beine, Flügel und Hinterleib.

Tracheenendverzweigungen (=Tracheolen)

- 1/1000 mm - direkter Gasaustausch mit den Körperzellen

Tracheenblasen (=Reserveluftblasen)

 

Tracheen sind feste Röhren. Sie besitzen keine Muskeln! Das ein- und ausatmen erfolgt allein durch Heben und Senken des Hinterleibs (mithilfe des Rückendeckels)!

 

Quiz 2: Die wichtigsten Organsysteme der Insekten

 

Das Nervensystem:

1. Beschreibe die Steuereinheit der Insekten, welche dem Gehirn bei Wirbeltieren entspricht.

2. Erkläre den Zusammenhang zwischen der Form und dem Namen des Nervensystems der Insekten.

3. Vergleiche das Nervensystems der Insekten mit dem der Wirbeltiere, beachte dabei auch die Lage.

Die Atmung:

4. Beschreibe, wie Luft in das Insekt hinein gelangt und dort verteilt wird.

5. Welchen große Nachteil hat dieses System von den Insekten verwendete Atmungssystem?

 

Der Blutkreislauf:

6. Auf der Autoscheibe sieht man manchmal tote Insekten. Erkläre, warum sie keine roten Flecken auf der Autoscheibe hinterlassen. 7. Nenne das Organ der Insekten, welches dem Wirbeltierherz entspricht. Wie pumpt es das Blut?

Die Verdauung/ Ausscheidung und die Geschlechtsorgane

8. Zeige Unterschiede im Verhältnis zwischen Magen- und Darmgröße bei Insekt und Wirbeltier auf. 9. Nenne Gemeinsamkeiten bei der Befruchtung bei Insekt und Wirbeltier.

 

Das Exoskelett

Vergleiche mal das Bein des Insektes mit dem Menschenbein. Was fällt Dir dabei auf?

Insekten haben ein Außenskelett (das kann man mit einer Ritterrüstung aus Metall vergleichen) Dieses gibt dem Insekt den nötigen Schutz und die Stabilität.
Man nennt ein solches Skelett auch Exoskelett.

Das Außenskelett wird aus äußeren Hautschichten gebildet. Diese verhärten durch Einlagerung von bestimmten, festen Eiweißen1. Man nennt dies auch Sklerotisierung. An den Gelenken sklerotisiert (erhärtet) das Außenskelett nicht, da die Gelenke ja beweglich bleiben müssen. Daraus ergibt sich aber scheinbar ein Problem: Wie wächst ein Insekt, wenn seine Außenhülle fest ist?

Damit Insekten wachsen können, müssen sie das alte, zu kleine Exoskelett abwerfen. Man sagt auch, Insekten häuten sich.

 

Die Beine der Insekten

Vergleiche und finde Gemeinsamkeiten. (kennst Du die Tiere alle?)

Die Beine der Insekten Beine der Stabheuschrecke  Fliegenbeine

Stabheuschrecke Fliege (gut erkennbar sind die Komplexaugen!)

Stabheuschrecke

Insektenbeine: Moschusbock

Insektenbeine: Laufbeine der Stabheuschrecke

Laugbeine der Libellen

 

Die Beine der Insekten

Betrachte einmal die abgebildeten Beine der Insekten. Welche Eigenschaften fallen Dir auf?

Bein einer Schabe:

Bein einer Schabe

Bein einer Honigbiene:

Beine der Honigbiene


Bein einer Heuschrecke:

beine der Heuschrecke
Beschriftung:
Coxa = Hüfte
Femur = Schenkelring
Trochanter = Schenkel
Tibia = Schienenbein
Tarsus = Fuß


- es ist gegliedert
- es besteht aus mindestens drei Abschnitten
- es gibt 6 Beinpaare, welche von jeweils einem der drei Bauchsegmente abgeht
- es gibt Variationen des Grundbauplans

 

Was fehlt dem Insektenbein, was bei den Menschen vorhanden ist?

- Gelenke


Anpassungen des Insektenbeins an verschiedene Lebensräume Betrachte mal das Bild einer Gottesanbeterin. Können Insekten mit ihren Beinen nur Laufen? Schließlich gibt es sehr viele verschiedene Insektenarten?


Gottesanbeterin

Quelle Bild: Creative Commons Attribution ShareAlike 3.0 Unported & GNU Free Documentation License: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Mantid_August_2007-2.jpg - Wikipediauser: Alvesgaspar - thank you

Es gibt verschiedenene Variationen des Bein-Grundbauplans:

- Laufbeine (z.B. bei Laufkäfern)
- Grabbeine (z.B. bei der Maulwurfsgrille)
- Sprungbeine (z.B. die Hinterbeine der Heuschrecken & der Flöhe)
- Schwimmbeine (z.B. bei Gelbrandkäfer, Schwimmkäfer, Taumelkäfer)
- Fangbein (z.B. bei der Gottesanbeterin - mit der sie das Männchen nach der Paarung fängt - und dann frisst)
- Sammelebein mit Pollenkörbchen (z.B. bei der Biene)


Aufgaben:
1. Nenne die Glieder des Insektenbeins (Laufbein)
- (Hüfte, Schenkelring, Schenkel, Schiene, Fuß)
2. Haben Insekten ein Kniegelenk?
3. Wie bewegen könne sie trotzdem das Bein einknicken?
4. Welche Typen des Laufbeins gibt es?



Zusatzinformationen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Insektenbein

http://de.wikipedia.org/wiki/Europäische_Gottesanbeterin

 

Das Laufbein der Fliege

Laufbein der Fliege 

Quelle Bild: public domain: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Fliegenbein_100_fach_Dunkelfeld.jpg, Wikipediuser Jan Hohmann- Danke

Sprungbein der Heuschrecke

Sprungbeine der Heuschrecke 

Quelle Grafik: public domain by Wikicommonsuser: Matsumomushi - http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Locusta_migratoria.jpg - Arigato!

Der Insektenflug

Vergleiche mal verschieden Flugmaschinen wie Flugzeug/ Hubschrauber, Heißluftballon usw!
Suche nach Gemeinsamkeiten: - Segelflieger - Propellerflieger - Gleitflieger alle haben starre Tragflächen! Nur der Hubschrauber hat einen Rotor

Hubschrauber  Heißluftballon 

Wie funktioniert der Horizontalflug? => Propeller schräg halten (Auftrieb + Vortrieb)

Damit Insekten fliegen können, müssen sie die Schwerkraft überwinden. Durch den Flügelschlag wird ein Luftstrom erzeugt, der schräg nach hinten und abwärts gerichtet ist.

Dadurch kommt es zu einer Auftriebskraft und damit es von der Stelle kommt,kommt zusätzlich zu einer Vortriebskraft.

 

Wie erzeugen die Insektenflügel einen schräg nach hinten und unten gerichteten Wind? - das Flügelgeäder stabilisieren den Flügel

Fliegen haben 2 Flügel Libellen haben 4 Flügel

Fliegen haben nur 2 Flügel Libelle haben immer vier Flügel

 

1. Auftrieb und Vortrieb durch den Flügelschlag

Schmetterlinge haben 4 Flügel

Aufgaben:

1. Was erzeugt der Schlag der Flügel? -Luftströmung

2. Wie ist der Luftstrom gerichtet? - schräg nach hinten abwärts

3. Welchen Effekt hat das? - Auftrieb und Vortrieb

4. Wo sitzt beim Insekt das Skelett und die Muskulatur (vgl. Vogel) - Quermuskeln: Rückenschild wird nach unten gezogen

 

2. Die indirekte Flugmuskulatur

Vergleiche einmal - beim Vogel werden die Flügel durch Muskulatur bewegt, welche im Innenskelett an der Muskulatur ansetzt. Aber wie funktioniert der Flügelschlag, wenn der Körper von einer unbeweglichen Außenschale, dem Exoskelett umgeben ist? Wie können Flügel überhaupt bewegt werden. Sie sind doch am Brustpanzer befestigt und die Muskeln sind innerhalb des Panzers?

 

Indikrekte Flugmuskulatur

 

Die Insektenmuskeln befinden sich zwischen Kopf und Hinterleib. Es sind dabei nur Flügelheber (durch Kontraktion1 der Muskeln) vorhanden. Die entgegengesetzte Bewegung kommt durch den Panzer und nicht durch einen Muskel zustande.

Die Muskeln zwischen Rücken und Bauchschild bewegen nur den Brustpanzer, dieser hebt dann die Flügel. Deshalb spricht man auch von einer indirekten Flugmuskulatur.

Einige Insekten, wie die Libelle besitzen auch direkte Flugmuskulatur.

Beim Menschen funktioniert das anders, hier sind immer zwei Muskeln für einen Knochen zuständig, ein Beuger und ein Strecker - man spricht auch von Antagonisten.

 

Indirekter Flug (Fliegen, Bienen)

Direkter Flug (Libellen)

hohe Schlagfrequenz (bis 1000 Schläge/ s)

geringe Schlagfrequenz (20-25 Schläge/ s)

Flügelbewegung durch Längs- und Dorsoventral­muskeln.

Jeder Flügel benötigt 2 Muskeln
(Heber und Senker)

Muskeln kontrahieren sich als Reaktion auf Dehnung (kurzer kräftiger Zug).

Muskeln kontrahieren nur bei elektrischen Impulsen des Gehirns

Hauptflugmuskeln setzen nicht an den Flügeln an

Heber und Senker setzen an jedem Flügel an

Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Insektenflügel http://de.wikipedia.org/wiki/Insektenflug

Grundbewegung beim Insektenflug

INsektenflug (Animation)

a Flügel
b primäre und sekundäre Flügelgelenke
c Dorsoventrale Muskulatur
d Muskulatur parallel zur Körperlängsachse Quelle Bild: Creative Commons Attribution ShareAlike license versions 2.5: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Motion_of_Insectwing.gif - wikipediauser: Siga - thank you
 
Aufgaben:
1. Wie kommt es zum Aufschlag? -Zusammenziehen der Quermuskeln
2. Wie verändert sich dabei der Brustpanzer? -Rückenschild geht nach unten
3. Haben alle Insekten Flügel? Nenne Beispiel für flügellose Insekten. - Keine Flügel bei Parasiten (Laus, Haarlinge, Federlinge) und Ameisensoldaten und -arbeiter.
4. Warum kann ein Schmetterling nur 2m/ s, Fliegen aber bis zu 12m/s schnell sein? - Flügelform ist verschieden, - Flügelschlagfrequenz ist verschieden (Bei 200 Flügelschlägen pro Sekunde muss der Muskel 200 kontrahieren! (1000 bei Gnitze); sechs Schläge bei Schmetterling)
5. Warum nennt man die Flugmuskeln „indirekt“? - Muskeln bewegen nur den Brustpanzer
 
Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Insektenflug

Der Insektenflügel


Welche Eigenschaften muss der Insektenflügel haben?

Eigenschaften:
- Häutig und leicht, so dass er schnell zu bewegen ist
- Stabilität durch Adergänge und Tracheen, damit er nicht so leicht beschädigt wird.

Bei Schmetterling und den Deckflügeln der Käfer sind Schuppen auf den Flügel vorhanden vorhanden.

Geflügelte Insekten haben ursprünglich vier Flügel. Sie sind als Erweiterungen des ersten und zweiten Brustsegmentes gebildet worden. Bei manchen Arten, wie z.B. bei den den Fliegen fehlt das hintere Flügelpaar. Bei Käfern und Wanzen sind die vorderen Flügel zu Flügelklappen verdickt, welche die hinteren Flügel bei Nichtgebrauch schützen.


Flügelklappen der Feuerwanze Flügelklappen bei Marienkäfern  Flügelklappen bei Käfern: Moschunsbock
Flügelklappen bei der Feuerwanze, dem Moschusbock und dem Marienkäfer.
 
Flügel bei Schmetterlingen

- Fransenflügler
- Gleichflügler
- Hautflügler (z.B. Wespe, Hornisse, Ameise)


Zusatzinformationen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Flügel_%28Insekt%29

Der Seidenspinner

Der Seidenspinner ist ein Falter, welcher in Asien sogar als Haustier gehalten wird. Seine Raupen spinnen Seide. Dies war in vergangenen Jahren ein gut gehütetes Geheimnis Chinas, so das China weltweit gut seine begehrte Seide verkaufen konnte. In China wird Seide seit 4000 Jahren hergestellt!
Seide hat ein sehr feines Gewebe, welches schon zu Zeiten der Römer über die die Seidenstraße gelangt Seide nach Europa exportiert wurde. Seide galt als Statussymbol für sehr reiche Bürger.

Versuche die Raupe in Deutschland zu züchten, schlugen fehl. Das hiesige Klima ist zu kühl. Seidenspinner haben sich so an das Leben als Haustier des Menschen gewöhnt, dass ihre Flugfähigkeit verloren ging.

Das Seidenspinnermännchen kann die Sexual-Duftstoffe des Weibchens über viele Kilometer riechen. Dazu sind die Oberflächen seiner Fühler stark vergrößert. In ihnen befinden sich die Fühlfiedern, die dem Fühler das Aussehen von Federn geben.
Schmetterlinge haben vermutlich den besten und sensibelsten Geruchssinn im Tierreich. Oft können sie aber nur einen einzigen Geruchsstoff wahrnehmen.
 

Die Sinne der Insekten

a) Geruchssinn:

Fernsinn

Wahrnehmung von Duft- und Geruchstoffen, also chemischer Stoffe

 

Duftstoffe dienen:

- der Partnersuche (Pheromone) (Seidenspinner)

- Verteidigung (Marienkäfer)

- Markierung (Ameise)

- Kommunikation (Staatenbildende Insekten)

 

Der Geruchssinn liegt bei allen Insekten in den Fühlern. Dort befinden sich so genannte Riechhärchen, welche über winzige Poren Geruchsstoffe aufnehmen. Diese gelangen zu den Riechzellen, welche dann mit dem Oberschlundganglion verbunden sind.

 

b) Geschmackssinn: (Nahsinn)

- Wahrnehmung gelöster Stoffe

- an den Mundwerkzeugen (durch Taster)

- an den Füßen (Schmeckborsten)

- Unterscheidung von salzig, süß, bitter ist zum Beispiel bei der Biene möglich

 

c) Tastsinn: (mechanischer Sinn)

an Antennen

an Beinen

3 -100 nm

Auslenkung von wenigen Millionstel Millimeter genügt => Reiz

 

d) Gehörsinn (mechanischer Sinn):

Nicht alle Insekteb verfügen über einen Gehörsinn. Also grobe Faustregel kann gelten, dass lauterzeugende Insekten auch hören können.

Laute und Gehörsinn dienen zur Partnerfindung, Reviermarkierung

Lage des Gehörsinns:

- Stechmücke: in den Fühlern

- Laubheuschrecke: in den Vorderbeinen

- Feldheuschrecke: 1. Hinterleibsring

 
g

Das Komplexauge der Insekten

Das Komplexauge


Komplexauge der Stubenfliege

 

 
Das Komplexauge (auch Facettenauge genannt) besteht aus vielen winzigen Einzelaugen (auch Ommatidien genannt). Bei der Libelle können es bis zu Libelle 30 000 Einzelaugen sein. Jedes Einzelauge zeigt nur einen winzigen Ausschnitt, aber zusammengesetzt, liegt ein vollständiges Bild der Umwelt vor.

=> je mehr Einzelaugen vorhanden sind, desto größer ist der Abbildungsbereich
und die Schärfe des Komplexauges.

 

Jedes Ommatidium erfasst ca. 2-3° des Gesichtsfeldes (bei Wirbeltieren sind es 0.02° pro Sehzelle!) die Sehschärfe des Komplexauges ist geringer.

Sehschärfe: Mit großen Einzelaugen können nur kleinere Einzelaugen können schärfer wenige Details aufgelöst werden auflösen. Hier ist die Info auf 3 Nerven verteilt => hier: 3 Farbinfos auf einem Nerv verteilt Insekt sieht alle drei Punkte = >unscharfes Schwarzweißbild entsteht

=> Je kleiner die Einzelaugen also sind, desto kleiner ist der Bereich,

der damit erkannt werden kann und desto schärfer ist dann das Gesamtbild.

Durch die Wölbung der Insektenaugen, können die unbeweglichen Einzelaugen in verschiedene Richtungen sehen. Fällt allerdings ein Lichtstrahl schräg auf das Auge, trifft es nicht den Sehstab und er wird somit nicht gesehen. (Stattdessen wird er von der Pigmentschicht „verschluckt“).

=> Je kleiner ein Einzelauge ist, desto mehr Licht geht verloren,

desto dunkler ist das entstandene Bild.

 

Elektromikroskopisches Bild des Komplexauges einer Fruchtfliege

Elektronenmikroskopisches Bild des Insektenauges 
 
Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Ommatidium

 

Besondere Leistungen des Insektenauges

Hohe Frequenz der Einzelbilder Insektenaugen können besonders schnell aufeinanderfolgende Bilder noch als Einzelbilder erkennen. Der Mensch nimmt ab ca. 15 Bilder Pro Sekunde einen „Film“ war, also erkennt er die Einzelbilder nicht mehr als solche. Bei Insekten liegt die max. unterscheidbare Frequenz zwischen 250-300 Bildern pro Sekunde. Ein Kinofilm wäre für Insekten also ein langweiliger „Diaabend“ ;-)
 
Farbsehen: Der Mensch hat Farbsehzellen für die Lichtfarben: hellrot - grün - blau. Bienen haben UV-Sehzellen, aber es fehlen Sehzellen für rotes Licht.
 
Polarisation des Lichtes: Die Polarisation des Sonnenlichts, also vertikale oder horizontale Sonnenstrahlen, können von Insekten unterschieden werden. Die hilft ihnen bei der Orientierung. Auch bei wolkigem Himmel, wissen sie immer, wo die Sonne steht, da sie ja die Ausrichtung der Lichtstrahlen sehen. Menschen können diese Unterscheidung nicht treffen.

Übrigens - auch Krebse haben Komplexaugen!

 
Aufgaben:
  1. Wie heißt das Auge der Insekten und wie ist es aufgebaut?
  2. Welche Vor- und Nachteile ergeben sich aus kleinen/ großen Einzelaugen?
  3. Einige Insektenarten, können die Pigmentzellen durchsichtig machen. Welchen Vorteil kann dies haben? Zu welcher Zeit sind sie wohl besonders aktiv?
  4. Nenne besondere Fähigkeiten des Insektenauges
  5. Welchen Vorteil hat eine hohe zeitliche Auflösung von 250-300 Hz?
  6. Eine Fliege hat einen weiten Gesichtsradius. Sie sieht mehr von dem was seitlich und hinter ihr ist, als der Mensch. Begründe, warum das so ist.
  7. Warum sehen Insekten alles wie durch ein 6eckiges Maschengitter?
  8. Insekten können nicht besonders gut in die Ferne schauen Warum eigentlich nicht? (Fokussieren ist nicht möglich)

Insektenbestimmungen

 

a) Besprechung des Schlüssels anhand vieler Beispiele aus dem Buch, mitgebrachter Objekte, Folien... b) Schüler fangen im Schulgarten Insekten und verwenden den Schlüssel
 
Aufgaben:
  1. Nenne verschiedene Ordnungen der Insekten - unterteile in geflügelte und ungeflügelte
  2. Gehören Schmetterlinge und Libellen derselben Ordnung an? Begründe
  3. Gehören das Heupferd und die Gespenstschrecke derselben Ordnung an? Begründe

Die Entwicklung der Insekten vom Ei zum erwachsenen Insekt

Bei Insekten gibt es zwei Wege der Entwicklung, die beide sehr ähnlich sind. Einige Arten entwickeln sich vollständig in vier Stufen, andere überspringen eine Stufe (die Verpuppung). Man spricht dann von der unvollständigen Entwicklung.
 
a) Die unvollkommene Verwandlung der Insekten Betrachte einmal große und kleine Heimchen. Weißt Du welches die älteren sind? Wann findet man besonders viele große Exemplare? (im Herbst)

Um dem Winterfrost zu entgehen legt das Heimchen im Frühjahr seine Eier, aus denen dann schon bald die winzigen Larven schlüpfen. Diese Larve wächst heran und verändert mit jeder Häutung ein wenig ihr Aussehen. Nach der letzten Häutung ist sie erwachsen. Man nennt dieses Stadium auch adultes Stadium.

Ei - Larve (=Nymphe) - adultes Tier (=Imago)

Welche Vor- und Nachteile hat der Chitinpanzer? Der Chitinpanzer schützt das Insekt zwar gut, aber er kann nicht mit dem Insekt mitwachsen! Deshalb müssen sich Insekten häuten, den alten zu kleinen Panzer abwerfen und einen größeren bilden. Unter ihrer Chitinhülle bildet sich kurz vorher eine neue, noch weiche Chitinschicht, die erst nach der Häutung, durch Sauerstoffkontakt fest wird. Insektenarten häuten sich drei bis neun Mal (meistens fünf Mal). Erst nach der letzten Häutung sind bei geflügelten Insekten die Flügel ausgebildet - außerdem sind die Tiere nun geschlechtsreif.

Diese unvollständige Verwandlung findet man z.B. bei Heuschrecken, Käfern, Libellen, Läusen und Wanzen

 
b) Die vollkommene Verwandlung der Insekten Betrachten wir nun die Mehlwürmer. Ein Zoohändler hat sie gezüchtet und behaupet, dass es Verwandt des Regenwurms sind. Kann das sein? Schließlich haben sie kleine Beine?

Mehlwürmer sind Insekten und keine Würmer. Sie sind die jungen Mehlkäfer

 

Aber wie kann man den Unterschied zwischen erwachsenem Tier und der Larven erklären?

Mehlkäferweibchen legen Eier, welche zu Larven ausschlüpfen. Sie wachsen heran und häuten sich. Nach der letzten Häutung spinnt das Insekt einen Kokon zu seinem Schutz (einige Arten rollen sich auch in Blätter oder suchen sich unterirdischen Schutz) und verpuppt sich. Während dieses Puppenstadiums scheint das Insekt völlig zu ruhen. Es bewegt sich nicht und frisst auch nicht. Zeitgleich nimmt sein Körperlangsam die erwachsene Gestalt. Ist die Puppe voll entwickelt, verlässt sie den Kokon und kommt als vollständiges erwachsenes Insekt hervor.

Ei - Larve (Nymphe) - Puppe - Imago

Durch dieses zusätzliche Stadium, der Puppe, spricht man von einer vollständigen Verwandlung. Zu dieser Zeit finden viele Veränderungen statt: alte Organe werden zurückgebildet (manchmal sogar Beine und Mundwerkzeuge), neue Organe werden gebildet (z.B. Flügel, andere MWZ, bessere Augen usw.). Man findet die vollständige Verwandlung .z.B. bei Bienen, Schmetterlingen, Mücken usw.
 
Zusatzinformationen:
 
Aufgaben: 1. Nenne die Entwicklungsstadien der vollkommenen und der unvollkommenen Entwicklung 2. Was ist die Puppenruhe? 3. Ist es wirklich eine Ruhe? Finde Argumente dafür und dagegen. 4. Was versteht man unter Häutung und woraus besteht die Haut? 5. Einige Insekten fressen nach der Häutung ihre alte Haut. Warum? 6. Welche Stadien sind gut für eine Überwinterung geeignet?

 

Puppen im Bienstock?

Verpuppung 
 
Quelle Bild: GNU Free Documentation License & Creative Commons Attribution ShareAlike license von Wikipediauser Waugsberg: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Drohnenpuppen_79d.jpg

Der Bienenstaat

Ein Imker hat mehr Tiere als auf einem Bauernhof leben. In einem Bienenstock können über 50 000 Bienen leben.


Die Honigbienen bilden Staaten, in denen zwischen 20.000 und 70.000 Tiere leben.

 

1. Die Bedeutung der Honigbienen für den Menschen

Typische Bienenprodukte:
- Honig (Germanen machten aus dem HonigHonigwein => Met)
- Wachs (Kerzen)
- Pollen (Eiweißreich - Blütenstaub)
- Bienengift (Rheumamittel)
- Propolis (= Kittharz, Desinfektion, Abdichtung) Bestäubung von Blüten: Würden die Bienen keine Obstbäume oder andere Nutzpflanzen bestäuben, so würde die Lebensmittelproduktion in Deutschland um 90% geringer ausfallen! Der wirtschaftliche Nutzen der Bestäubung liegt also etwa 10 mal höher als der des Honigs! Um eine rechtzeitige Bestäubung zu garantieren können Landwirte Wanderimker buchen, welche Bienenstöcke in Obstbaugebieten (z.B. am Bodensee) für eine Woche absetzten, in denen die Bienen dann die bestäubung und eine gute Ernte garantieren.

 

Körperbau der Honigbiene

Alle Bienen sind aus dem gleichen Bienenvolk. Wieso gibt es Unterschiede?

 

Die Mitglieder des Bienenstaates

Im Bienenstaat lebt nur eine Königin, Zehntausende Arbeiterinnen und einige Drohnen. Die Königin ist leicht an ihrer Größe erkennbar. Während die Königin den ganzen Tag Eier legt, haben die kleineren Arbeiterinnen viele verschiedene Aufgaben.

Die dicklichen Drohnen arbeiten nicht. Sie befruchten lediglich die Königin während ihres Hochzeitfluges. Danach sterben sie bald, u.a. auch deswegen, wie sie keine weitere Nahrung vom Staat mehr erhalten.

Diese strenge Arbeitsteilung im Bienenstaat bezeichnet man als Kastensystem!

 

Aufgaben der Arbeitsbienen:

Reinigung des Bienenstocks (Putzbiene) Bauen von Waben und Ausbessern der Wände des Bienenstocks (Baubiene) Wächterbiene Ammenbiene Sammelbiene - Sammeln von Nektar, Honigtau und Pollen Die Arbeiterin üben diese Berufe nacheinander aus: 1-3. Tag: Putzbiene 4-10. Tag: Ammenbiene 11-18. Tag: Baubiene 12-21. Tag: Wächterbiene 22-30. Tag: Sammelbiene


Die Tage stellen nur ungefähre Zeiten dar. Im Hochsommer leben die Bienen z.B. weniger lang, da das Sammeln sie mehr erschöpft.

 

Wie sammelt eine Biene den Pollen:

Pollensammeln: Die Bienen streifen den Pollen mit ihren Beinen und dem Bürstchen vom Körperkleid. Mit dem Borstenkamm am anderen Bein wird der Pollen dann herausgelöst und durch die Spalte in das Täschchen befördert.
 
Wie sammelt eine Biene Nektar?
Nektarsammeln Der aus de Blüten geleckte Nektar wird im Honigmagen gespeichert. Im Bienenstock wird er erbrochen und von anderen Arbeiterinnen in die Honigwaben gebracht. Durch das Erbrechen und die Trocknung wird der Nektar zu Honig.
 
Besondere Sinnesleistungen der Honigbienen: - Sehen von polarisiertem Licht - Tast- und Geruchssinn - Fluggeschwindigkeit - Schweresinn

Anpassungen an den Nahrungserwerb

Was sammeln Honigbienen als Nahrungsstoffe? Honigbienen sammeln mehrere Dinge: Nektar, (Honigtau) und Pollen Doch wie sammeln Bienen diese Dinge? Pollen wird an den (Hinter)beinen gesammelt. Imker sagen, die Sammelbienen bauen ein Pollenpolster an den Hinterbeinen an. Pollensammeln der Biene: 1) Blütenstaub bleibt beim Blütenbesuch im Haarkleid hängen. 2) Blütenstaub wird mit der Bürste (am Hinterbein) aus den Haaren gebürstet. 3) Mit dem Pollenkamm des anderen Beines wird Pollen aus der Bürste gekämmt. 4) Der Pollenschieber drückt den Pollen auf Außenseite der Schiene. 5) Sammeln des Pollens als „Höschen“ im Pollenkörbchen.

Der Bienenrüssel

Unterkiefer und Unterlippe sind bei der Biene umgeformt. Sie bilden gemeinsam ein Saugrohr. In diesem Rohr befindet sich die Zunge. Mit ihrer Hilfe kann die Biene Nektar, Honigtau und auch Wasser aufnehmen. Man spricht bei den Mundwerkzeugen der Biene also von einem Leck- und Saugrüssel.

Der Honigmagen und die Produktion von Honig:

Doch wo bewahrt die Biene den Nektar auf, den sie zum Stock bringen will? In ihrem Honigmagen! Nektar und Honigtau gelangen als Rohstoffe in den Honigmagen (auch Honigblase genannt).
-> Zufügen von Sekreten und Verdauungssäften aus speziellen Drüsen
-> im stecknadelgroßen Honigmagen können 50-60 mm3 Nektar transportiert werden. Bei ca. 12 Flügen und 100 Blüten pro Tag schafft ein Volk 6 Millionen Blüten pro Tag. Das entspricht 3 kg Sammelgut, aus dem 1 kg Honig wiederholtes aufsaugen und eindicken hergestellt werden. Für ihren eigenen Bedarf kann die Biene Nahrung in den Darm wandern lassen. Der Inhalt des Honigmagens wird im Bienenstock von Biene zu Biene weitergegeben, verteilt und dann seiner jeweiligen Verwendung zugefügt.
 
Aufgaben: 1. Wer entscheidet, ob aus einer Waabe eine Königin oder eine Arbeiterin schlüpft?
2. Wer entscheidet, ob aus einer Waabe eine Drohne schlüpft?
3. Warum gibt der Imker die Waabenform vor?
4. Wer ist für die Anzahl an Bienen im Staat verantwortlich?

Die Tanzsprache der Bienen

Der Biologe Frisch hat bei Bienen beobachtet, dass an einer reichhaltigen Futterquelle, z.B. einer Schale mit Zuckerwasser zuerst eine auftaucht, diese dann weg fliegt und innerhalb kurzer Zeit viele Honigbienen auftauchen. Frisch vermutete folgerichtig, dass die Bienen eine Kommunikationsform haben müssen, so dass eine Biene den anderen mitteilen kann, wo genau sich gute Futterquellen befinden. Frisch markierte daraufhin die erste Biene und analysierte dann ihr Verhalten im Bienenstock. Er stellte fest, dass sie einen Rundtanz aufführte, wenn die Nahrungsquelle in einer Entfernung unter 100m um den Bienenstock lag.

a) Der Rundtanz der Honigbinen:

Nahrungsquelle - Bienenstock < 100 m
 
Grafiken siehe pdf
 
Enthaltene Information: - Nahrungsart - Ergiebigkeit

Der Tanz alarmiert die anderen Honigbienen, worauf diese beginnen nach Futter auszufliegen. Er dient somit der Verständigung im Bienenvolk.

 

Frisch fragte sich, welche Informationen notwendig sind, um zu Futterquellen in größerer Entfernung zu gelangen. => Richtung und Entfernung müssen übermittelt werden.
 

b) Der Schwänzeltanz:

Ist die Entfernung größer als 100m, so müssen Entfernung und Richtung den anderen Bienen übermittelt werden. Wenn dies der Fall ist, so erfolgt ein Schwänzeltanz.Bienenstock - Nahrungsquelle > 100 m

 
Enthaltene Information: - Nahrungsart - Ergiebigkeit (kodiert durch Anzahl der Wiederholungen des Tanzes) - Richtung (kodiert durch den Winkel der Schwänzellinie zur Lotrechten (Schwerkraft). Um diese Senkrechte zu bestimmen haben Bienen einen Schweresinn. - Entfernung (kodiert in der Anzahl der Schwänzelbewegungen pro Durchlauf)

 

Vergleich von Rundtanz und Schwänzeltanz:

Rundtanz

Schwänzeltanz

Entfernung Bienenstock - Nahrungsquelle (NQ)

< 100 m

> 100 m

Übermittelte Information:

Art des Futters
(Geruch, Qualität)

Ergiebigkeit der NQ

-

-

Art des Futters
(Geruch, Qualität)

Ergiebigkeit der NQ

Richtung der NQ

Entfernung der NQ

Aufgaben

1. Im Bienenstock ist es allerdings Stockdunkel. Wie können die anderen Honigbienen überhaupt den Tanz verfolgen?
Honigbienen haben spezielle Sinne (Geruchssinn, Tastsinn) mit denen sie die erste Biene verfolgen können. Mit Hilfe des Tast- und des Geruchsinnes können die Honigbienen im dunklen Bienenstock den Tanz aufnehmen und verfolgen.
 
2. Einer Biene wird eine Schraubenmutter als kleines Gewicht auf den Hinterleib geklebt. Ausfliegende Bienen finden die angezeigte Futterquelle daraufhin nicht. Erkläre. Durch die Mutter ist ihr Körper beim Tanzen träger. Durch den langsameren Tanz zeigt sie eine größere Entfernung an, als sie tatsächlich geflogen ist.

3. Nenne die Verständigungsformen im Biemnenstaat. Welche Informationen müssen unbedingt übermittelt werden, welche erleichtern die Suche?

 

4. Wenn eine ältere Biene beim Sammeln in einem dunklen Schächtelchen gefangen wird (30 min) und nach einiger Zeit wieder freigelkassen wird, findet sie heim zurück in den Stock. Eine jüngere verfliegt sich hingegen. Erkläre. Die ältere Biene hat eine bessere innere Uhr und Erfahrungen mit der Landschaft und ihren Merkmalen.
 
5. Wenn eine Biene längere Zeit tanzt, verändert sie dabei den Winkel zur Futterquelle im Gegenuhrzeigersinn. Warum?
 
6. Welche Richtungen können mit dem Bienentanz nicht übermittelt werden? Oben und unten können nicht übermittelt werden.
 
7. Vervollständige den Lückentext zur Informationsübertragung mithilfe des Schwänzeltanzes

 

Die Entfernung wird durch die ...................... des Schwänzellaufes angegeben.

Je ............... ein einzelner Schwänzellauf, desto .............. ist die Nahrungsquelle.

Die Nahrungsart wird den anderen Arbeiterinnen durch den ................... des mitgebrachten Nektars und durch den ......................., der der Biene anhaftet, mitgeteilt.

Die ...................... der Nahrungsquelle wird durch die Gesamtdauer des Tanzes angegeben. Je .............. der Tanz wiederholt wird, desto reichhaltiger ist die Nahrungsquelle.

Richtung: Der Winkel zwischen ........................ und ..........................wird als Winkel  zwischen ..................... der Wabe und die Schwänzellinie übertragen.

 

Der Ameisenstaat

1. Der Ameisenbau:

Der Ameisenbau wird oft auf einem alten Baumstumpf errichtet er ist ca. 50-150cm hoch und mindestens genauso tief. Er wurde von den Ameisen aus Reisig, Nadeln, Gras und Erde gebaut.

2. Organisation des Ameisenstaates:

Der Staat ist sehr groß, größer als der der Bienen. Hier leben mehrere 100.000 bis 1.000.000 Arbeiterinnen. Die Arbeiterinnen werden bis zu 6 Jahren alt Wie bei den Bienen gibt es auch hier Sammlerinnen, Wächterinnen, Bauameisen usw. In einem Staat können mehrere 100 Königinnen leben! Sie werden bis zu 20 Jahre alt!
  =>höhere genetische Varianz als bei den Bienen. Im Staat leben auch mehrere 1000 Männchen, die nach der Befruchtung sterben! Im Ameisenstaat liegt, wie auch im Bienenstaat ein Sozialstaat vor. Jede Ameise fest zugeteilte Aufgaben. Nur so kann ein so großes „Staatensystem“ funktionieren.

3. Warum schützt der Förster die kleine rote Waldameise?

- Waldameisen ernähren sich auch von Pflanzenschädlingen Schädlingen. Pro Tag können sie ca. 100.000 fressen. => Ameisen sind biologische Schädlingsbekämpfer! - Waldameisen reinigen den Wald (Aasfresser) - Sie dienen der Samenverbreitung => höhere Artenzahl im Wald - sie lockern den Boden durch das Graben auf. Auflockerung und Durchlüftung helfen den Pflanzen besser zu gedeihen.

4. Nahrungsbeziehungen bei Ameisen

=> Nahrungskette: Blattwespe => Ameise => Ameisenlöwe

5. Nahrungspyramide

In der Natur liegen vielfältige Nahrungsbeziehungen vor. Dabei ist es immer möglich, dass ein Tier die Nahrung eines anderen ist. Man spricht von Nahrungsketten:

Blattwespen --> Ameisen --> Specht

Ordnet man diese Tiere anhand ihres Gewichtes/ Energiegehaltes (nicht nach ihrer Anzahl), so erhält man eine pyramidenartige Verteilung:

Specht

Ameise

Blattwespen

Welche Aussagen trifft also die Nahrungspyramide?

Nahrungspyramiden geben die Nahrungskette an Die Fläche der Stufen zeigt den Energieverlust von Stufe zu Stufe (ca. 90%) Nahrungspyramiden zeigen Fressfeinde und Räuber-Beutebeziehungen

 

Insekten schützen sich vor Fressfeinden

Wie man schon in der Nahrungskette gesehen hat, sind Insekten Nahrungsquelle von vielen anderen Tieren. Um besser geschützt zu sein, haben Insekten verschiedene Strategien entwickelt, so dass zumindest ein Teil jeder Generation überleben kann. Wie können Tiere generell dem Fressfeind entgehen?

1. Strategie: Tarnung

Tiere die getarnt sind, werden von ihren Feinden seltener entdeckt und werden somit seltener gefressen. Diese Tiere haben auch mehr Nachkommen, da sie länger leben.

Je besser ein Tier getarnt ist, desto besser sind seine Chancen diese Tarnung an seine Nachkommen zu vererben.

 

Insekten mit guter Tarnung sind beispielsweise: Krabbenspinne, Teufelsblume, Stabheuschrecke, Birkenspanner, Blattheuschrecke, Spannerraupe uvm.

Tier

Aussehen wie

Birkenspanner

Baumrinde

Stabheuschrecke

Ästchen (grün/ gelb)

Spannerraupe

Ast (holzfarben)

Blattheuschrecke

Blatt

Grashüpfer

Wiesenfarben

   

Bei Säugetieren:

 

Eisbär

Schnee

Löwe

Sandfarben

Die Nachahmung eines Gegenstandes zum Zweck der Tarnung nennt man Mimese
(Mime = Schauspieler)

 

2. Strategie: Produktion vieler Nachkommen - Massenvermehrung:

Diese Strategie ist ganz einfach, man produziert sehr viele Nachkommen, so dass rein statistisch ein Teil davon überleben muss, da ja nicht alle Nachkommen gefressen werden können:
Bei Ameisen, Bienen, Stechmücken, Wanderheuschrecken.
 

3. Strategie: Schreck- und Warnsignale

Stell Dir vor, Du bist im Sommer im Freibad, und isst ein Eis. Auf Dich fliegt eine Wespe zu. Wie verhältst Du Dich und wie würden sich vermutlich viele andere Menschen verhalten?

Stelle mal eine Vermutung auf, was diese Reaktion der Menschen auslöst.

Die Wespe zeigt Warnfarben, die signalisieren, dass sie wehrhaft ist.

 

Eine etwas andere, aber dennoch vergleichbare Strategie verwendet das Nachtpfauenauge. Dieser Schmetterling zeigt den Angreifern die geöffneten Flügel mit jeweils einem Augenfleck auf den Flügeln. Ein Fressfeind, z.B. ein Vogel würde bei Dämmerung im Dickicht lediglich zwei große Augen sehen und aus dem Abstand der Augen folgern, dass dort ein wesentlich größeres Tier wartet. Der Vogel fliegt daraufhin weg.

 

4. Strategie: Nachahmung von Schreckfarben:

Nachahmung von Schreckfarben 
 
An sich harmlose Tiere wie Schwebfliegen, Blattwespen, Hornissenschwärmer und viele andere Tiere zeigen die Schreckfarben der Wespen, sind aber im Gegensatz zu dieser völlig ungefährlich, da sie keinen Stachel haben. Fressfeinde meiden diese Tiere trotzdem, das sie nicht „wissen“, ob das Tier harmlos ist. Oft liegt auch eine Verwechslung vor. Diese Form der abschreckenden Nachahmung nennt man Mimikry.
 

5. Strategie: Auffälliges Aussehen in Kombination mit Gift

Der Monarch ist ein Schmetterling, welcher in den USA und Kanada vorkommt. Er ist knallorange und bekannt dafür, dass er vergleichbar den Zugvögeln im Herbst einen Zug in den Süden macht. Dabei legt er viele Tausend Kilometer zurück, bis er schließlich in Mexiko ist. Dort überwintert er für vier Monate. Die Raupe des Monarchs frisst Blätter einer bestimmten Giftpflanze. Allerdings stirbt sie nicht daran. Vielmehr wird das Gift im Gewebe eingelagert und gibt der Raupe einen bitteren Geschmack. Wird nun eine Raupe von einem Vogel gefressen, so bemerkt er sofort den bitteren Geschmack! Nach nur 10 min haben die Vögel dann extreme Übelkeit. Wenn der Vogel dies überlebt, wird er keine Raupen des Monarchen mehr fressen, da er sich die orange Farbe merkt und aus der Erfahrung gelernt hat.

Abschließender Vergleich der Gliedertiere

Merkmal

Insekten

Tausendfüßer

Krebse

Spinnen

Körperform

Kopf-Brust-Hinterleib

Kopfkapsel-Rumpf

Kopfbruststück-Hinterleib

Kopfbruststück - Hinterleib

Augen

2 Komplexaugen

1Paar Punktaugen

2 Komplexaugen

mehrere Linsen- und maximal 5 Punktaugen

Fühler

vorhanden

vorhanden

nur bei einigen Larven

keine

MWZ

OK, OL, UK, UL

OK, UK

OK, UK, UL

keine, Kiefer fehlt

Beinpaare

6 Beinpaare

je Körperring 1 Paar, maximal 100 Beinpaare

meist 5 Beinpaare

4 Beinpaare

Flügel

bei vielen Arten vorhanden

keine

keine

keine

Außenskelett

aus Chitin

aus Chitin

aus Chitin und Kalk
(braucht 10 Tage zum wachsen Krebs ist nach Häutung schutzlos)

aus Chitin

Atmung

Tracheen

Tracheen

Kiemen

Tracheen

Entwicklung

Ei - Larve - vollkommene und unvollkommene Verwandlung - Imago.

keine Verwandlung

Larve - Verwandlung Imago

keine Verwandlung

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