Hallo, BugFans,
Diese Folge ist ein bisschen knackiger als sonst – wir werden tief in die Wissenschaft eintauchen, aber wir werden im Handumdrehen wieder an die Oberfläche kommen. Und ja, es wird ein Quiz geben.
Käfer! Ein großer Unterschied zwischen ihnen und uns (abgesehen von der Anzahl der Beine) ist, dass sie innen weich und außen hart sind, während wir das Gegenteil sind. Unser Endoskelett (Innenskelett) hält uns aufrecht und gibt unseren Muskeln die Möglichkeit, sich anzusiedeln, was uns wiederum erlaubt, uns zu bewegen. Ihr Exo-Skelett (Außenskelett) tut das Gleiche. Die Körperwand eines Käfers ist eine knochenlose Röhre, aber anstatt innen glatt zu sein wie ein Tennisball, hat das Innere Rippen und Noppen, die es verstärken und Anknüpfungspunkte für die Muskeln bieten. Das Exoskelett bietet Schutz vor Raubtieren, Parasiten und übermäßigem Wasserverlust oder -gewinn,
Wie üblich ist das System nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick aussieht. Von außen nach unten ist die oberste Schicht die dünne Epikutikula, die erste/letzte Verteidigungslinie des Insekts gegen das Eindringen von Wasser von außen und das Austreten von Wasser von innen. Die Epikutikula ist von Wachs bedeckt, und das Wachs von einer „Zementschicht“, die das Wachs intakt hält.
Unmittelbar unter der Epikutikula befindet sich die Prokutikula (die aus einer oberen Exokutikula und einer unteren Endokutikula besteht). Die dicke Prokutikula enthält Proteinstränge, die mit einem zähen Material namens Chitin verwoben sind (nicht Chiton, das zu den wirbellosen Meerestieren gehört). Die Exocuticula-Schicht kann ziemlich steif sein (sklerotisiert), weil ihre Proteine gehärtet sind, während die Endocuticula-Schicht flexibler ist, weil ihre Proteine nicht gehärtet sind (warum das wichtig ist, werden wir gleich sehen). Die Cuticula bedeckt die Außenseite des Insekts sowie das vordere und hintere Ende des Verdauungstrakts und kleidet auch das Tracheen-/Atmungssystem aus. Die Farbe eines Insekts, sowohl die Pigmentfarbe als auch die strukturelle Farbe (die Schichten winziger, reflektierender Plättchen, die das Schillern verursachen), befindet sich in der Procuticula-Schicht.
Unter den Kutikula-Schichten befindet sich die Epidermis/Hypodermis, eine lebende, zelluläre Schicht, die die darüber liegende, nicht lebende Kutikula absondert. In dieser Schicht entspringen Sinneshaare, die durch die Cuticula nach oben ragen und an ihrer Basis Informationen an Nerven weitergeben.
Die innerste Schicht des Endoskeletts ist die „Basalmembran“, die die Epidermis stützt und das Exoskelett von der Körperhöhle trennt.
Exoskelett
- Dünn, wachsartige Epikutikula – (äußere Schicht)
- Chitonartige Prokutikula
- steife Exokutikula
- nachfolgende Endokutikula
Cutikula besteht aus Chitin, und Chitin (ein Derivat von Glukose) ist ein ziemlich interessantes Material. Es kann biegsam sein (in seiner reinen Form) oder steif (mineralisiert mit Kalziumkarbonat, das aus dem Wasser, das ein Wasserinsekt umgibt, oder aus der Nahrung eines Landinsekts stammen kann). Wirbellose Tiere wie Tausendfüßer, deren Exoskelette aufgrund der Abnutzung durch das bloße Dasein als Tausendfüßer „pflegeintensiv“ sind, sind an Lebensräume mit viel Kalzium im Boden gebunden. Die Muskelansätze im Körper eines Tausendfüßlers bestehen aus einer dehnbaren Form von Chitin, die sechsmal stärker ist als menschliche Sehnen. Chitin ist unempfindlich gegenüber Alkohol, schwachen Säuren und Basen sowie Verdauungssäften, aber es ist anfällig für einige bakterielle Einwirkungen.
Will jemand gepanzerte Raupen? „Äußerlich hart“ ist ein relativer Begriff. Aufmerksame BugFans haben wahrscheinlich schon gedacht: „Aber halt!“ – Nicht alle Insekten sind gleich. Eine Motte lässt sich viel leichter zerquetschen als ein Käfer“ (Nun, wenn BugFans das denken, hofft die BugLady, dass es rein theoretisch ist). Es stellt sich heraus, dass auch nicht alle Kutikula gleich sind. Das Kalziumkarbonat und andere Stoffe, die mit Chitin gemischt werden, um die Exokutikula zu bilden, machen sie steifer; die Endokutikula besteht überwiegend aus Chitin und ist daher weicher. Die relative „Weichheit“ eines Insekts hängt davon ab, ob die Endocuticula oder die Exocuticula überwiegt. Insekten mit weichem Körper oder Lebensstadien (wie Larven) haben einen höheren Anteil an Endocuticula in ihrem Exoskelett.
Die Beine des Insekts sind von mineralisierter (harter) Cuticula bedeckt, aber die Beingelenke (und die Gelenke zwischen den Körpersegmenten) bestehen aus der ledrigen Form von Chitin. Die Bauchsegmente eines Insekts haben typischerweise eine harte „Platte“ auf der Oberseite, eine auf jeder Seite und mehrere auf der Unterseite, und die flexible Kutikula zwischen den Platten ermöglicht eine Ausdehnung – man denke an eine weibliche Mücke, die sich ernährt, oder den hier abgebildeten sehr graviden Käfer.
Das Problem ist, dass ein Exoskelett, auch wenn es einigermaßen flexibel ist, nicht größer werden kann. Um größer zu werden, muss sich ein Insekt häuten (oder häuten, wenn Sie Brite sind). Die Griechen nannten das Ekdysis (ausziehen oder abstreifen) (daher der elegante Begriff Ekdysist).
Die Häutung beginnt mit einer „ruhigen Zeit“, in der die Epidermis eine neue Epikutikula und Exokutikula unter der alten bildet, ihr äußeres Selbst (die alten, oberen Kutikula-Schichten) von ihrem inneren Selbst (der neuen) trennt und dann eine spezielle Häutungsflüssigkeit (ein Enzym) verwendet, um ihre Endokutikula aufzulösen. Das Insekt nimmt benötigte Mineralien aus der alten Endocuticula auf und verwendet sie für den Aufbau der neuen Endocuticula. Das Insekt streift die alte Kutikula ab, indem es seinen Kopf und Thorax mit Flüssigkeit oder Luft aufpumpt oder seinen Blutdruck erhöht. Die „Haut“ reißt an ihrer schwächsten Stelle, oft an der Rückseite des Thorax, und der „neue“ Käfer zieht sich heraus (eine abgeworfene Haut wird Exuvie genannt; der Plural ist Exuvie). Die BugLady liebt es, diese „leeren Insekten“ zu finden – komplett bis hin zu ihren Augenabdeckungen.
Die faltige, neue Kutikula ist vorübergehend so weich, dass das Insekt praktisch hilflos ist – ein schlaffer Körper auf Gummibeinen. Das Insekt pumpt Luft oder Wasser unter die Kutikula, um sie auszudehnen, und nach ein paar Stunden härtet die Kutikula aus. Das Insekt frisst so lange, bis sein neuer Anzug zu eng wird (um Mineralien zu gewinnen, fressen viele Insekten zunächst den alten Anzug), und dann beginnt der Prozess von neuem. Die meisten Insekten (mit Ausnahme von Silberfischchen und Borstenschwänzen) häuten sich fünf- bis siebenmal, und zwar nur in ihrem unreifen Stadium. Eine Häutung als erwachsenes Insekt wäre nur schwer zu bewerkstelligen, ohne die Flügel zu beschädigen (obwohl Eintagsfliegen es bei ihrer letzten Häutung schaffen). Unmittelbar nach der Häutung sind die Insekten blass, und es kann einige Wochen dauern, bis sie ihre Farbe angenommen haben. Frisch gehäutete Holunderwanzen sind lachsfarben, bis sie dunkler werden. Über eine Reihe von Häutungen kann ein unreifes Insekt manchmal verlorene oder beschädigte Gliedmaßen regenerieren.
Ein Insekt, das sich nicht erfolgreich häuten kann, ist dazu verdammt, in seiner alten Haut zu ersticken (einige Pestizide verhindern chemisch die Häutung), aber auch der Akt der Häutung ist gefährlich. Die hier abgebildete Libelle (auf der eine Sumpffliege sitzt) hatte offenbar nicht genug Kraft, um als erwachsenes Tier zu überleben. Bei der Heuschrecke ist sich die BugLady nicht sicher, denn als sie sie fotografierte, schien sie noch zu schlummern, aber am nächsten Tag war sie verschwunden (oder vielleicht hat sich ein Vogel an ihr gütlich getan). Silberfischchen fressen ihre Geschwister, wenn sie sie mitten in der Häutung entdecken. Eine Studie beziffert die Sterblichkeitsrate während der Häutung auf 80 bis 90 % (wenn Mutter Natur nicht in allen Phasen des Spiels mit solchen Sterblichkeitsfaktoren aufwarten würde, wie viele Insekten gäbe es dann wohl?)
Obwohl ein stärkeres Exoskelett zu einer größeren Spezies führen kann, besteht ein Nachteil der Knochenlosigkeit darin, dass man einfach nicht sehr groß werden kann – es sei denn, man wird von Wasser getragen (fragen Sie nur den Riesenkalmar).
Die gute Nachricht ist, dass man die Magie von Exuvien zu schätzen weiß, wenn man sie findet, auch wenn man das Quiz nicht bestanden hat.
Die Käferdame