Autor Thema: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen  (Gelesen 8258 mal)

Jürgen H.

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Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« am: September 25, 2011, 19:20:13 Nachmittag »
Liebe Mitmikroskopiker,

Die weiblichen Insekten besitzen Speicherorgane, in denen nach der Begattung Spermien gespeichert werden können, sogenannte Spermatheken. Auf meinen Horizontalschnitten von Eupeodes corollae, einer häufigen Schwebfliegenart, habe ich bisher zwei dieser Spermatheken gefunden, was nicht ausschließt, dass Eupeodes corollae drei besitzt, wie die meisten Dipteren.

Hier ein Übersichtsbild:



Die Spermatheka könnte, nach dem Schnitt zu urteilen, annähernd kugelförmige Gestalt besitzen. Sie erweist sich als Hohlorgan, dessen Hülle stark sklerotisiert und daher braun gefärbt ist.
Der blaugefärbte basophile Inhalt mit den Spermien befindet sich zentral, was vermutlich dem Präparationsvorgang der Entwässerung geschuldet ist. Die sklerotisierte Hülle ist von weiterem der Spermatheca zugehörigem Gewebe umgeben. Außerdem sind im Übersichtsbild rechts unten ein wenig Fettkörper und rechts oben etwas Darmwand des Mitteldarms zu sehen.


Eine Stelle aus einem anderen Schnitt habe ich einmal mit dem 63er stärker zur näheren Erläuterung vergrößert:




Sp Spermien, die violett gefärbt fadenförmig erscheinen. C+P Die Cuticula, die an der angezeigten Stelle eine längs geschnittene Pore besitzt, hierzu in den nächsten Bildern mehr. ZKD Der große Zellkern einer Drüsenzelle, der auf die sekretorische Tätigkeit der Zelle hinweist. Das Drüsensekret zeigt sich in kleinen Vakuolen die blau gefärbt sind (DS). ZKB sind wohl kleine Zellkerne einer nicht sichtbaren Basallamina, von der die sklerotisierte Hülle gebildet wurde.

Anschnitte der Spermatheken zeigen, dass die sklerotisierte Spermathekenhülle mit feinen und auch etwas größeren Poren versehen ist.




Die Paraffinschnitte sind etwa 4 µ stark und in Azan Geidies gefärbt.

Offen sind - leider auch in der mir erreichbaren Literatur - einige Fragen: Welchem Zweck dient die recht starke Sklerotisierung des Spermienbehälters? Eine denkbare Hypothese wäre vielleicht, dass hiermit einer Volumenänderung des Hohlorgans entgegengewirkt werden soll. Ohne eine Sklerotisierung würde eine Volumenänderung des Hohlorgans wohl infolge der Atmung des Insekts eintreten. Denn das Insekt atmet ja, indem sich das Volumen des gesamten Abdomens rhythmisch verändert: bestens bekannt als "Zählen" des Maikäfers vor dem nächsten Abflug. Wäre die Hülle der Spermatheken nicht sklerotisiert, ergäben sich ständige Pumpbewegungen der Spermatheken, die zu einem Flüssigkeitsverlust führen könnten.

Auf der anderen Seite: Wie kommen die Spermien überhaupt in die Spermatheken hinein? Entsprechend der steifen Wand der Spermatheka habe ich keine Muskulatur finden können, die eine Volumenänderung und damit ein Ansaugen der Spermien bewirken könnte. Denkbar ist, dass die Spermien beim Begattungsvorgang vom Aedeagus direkt eingespritzt werden. Ebenso denkbar wäre, dass sich die Spermien, z.B. chemotaktisch angezogen, von selbst in den Hohlraum begeben. Aber wie kommen sie dann zum geeigneten Zeitpunkt wieder heraus? Ebenso chemotaktisch?

Die Drüsenzellen bilden jedenfalls ein Sekret. Dieses Sekret könnte, von der Basallamina gesteuert, über die feinen Poren in den Hohlraum gelangen. Seine Bedeutung könnte in einer Chemotaxis für die Spermien zu sehen sein, aber möglicherweise auch (nur?) in einer Aktivierung oder Erhaltung der Spermien.

Viel Freude beim Anschauen und schöne Grüße

Jürgen

Dieter Stoffels

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #1 am: September 25, 2011, 22:14:21 Nachmittag »
Hallo Jürgen,

ein toller Beitrag. Ich habe ein Schnitt durch eine Spermatheka bisher noch nicht gesehen. Über die Funktion der starken Sklerotisierung der Wand der Spermatheka lohnt es sich sicher einmal nachzudenken. Ich vermute auch, dass das Spermienpaket über einen Sog in die Spermatheka gezogen wird. Da die Spermatheka ja als "Langzeitspeicher" wirkt, muss sicher gestellt sein, dass das Spermienpaket in seiner geligen Matrix nicht austrocknet. Hierfür sorgen sicher hygroskopische Anteile der Matrix, aber auch eine gute Feuchtesperre (Sklerotisierung?). Sichergestellt werden muss auch, dass die Spermatheka nicht kompressibel ist, sonst würde das Paket im Zuge der Atmung wieder ausgestoßen werden. Ob die Drüsenzellen hier mitwirken und in welcher Weise (Dottierung der Matrix?), vermag ich nicht zu beurteilen. Des Weiteren muss die Matrix konservierend, aber auch aktivitätserhaltend auf die Spermien wirken. Vermutlich reicht eine Begattung für den Rest des Schwebfliegenlebens aus. Da ist uns Menschen doch mehr Freude vergönnt!

Vielen Dank für Deinen Beitrag!

Dieter

Ps:  Mit Deinem neuen Objektiv scheinst Du eine gute Wahl getroffen zu haben.
« Letzte Änderung: September 25, 2011, 22:18:43 Nachmittag von Dieter S. »

Ronald Schulte

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #2 am: September 26, 2011, 09:33:25 Vormittag »
Jürgen,

Faszinierend. Auf deine Fragen kann ich leider keine sinnvolle Antwort geben; ich bin oft schon so froh das ich mit meine Mauser weis was ich sehe.
Die Darmwand interessiert mich aber.
Es sieht so aus als ob da keine Becherzellen zu sehen sind aber wohl einen Blauen Rand im Lumenbereich. Ist das eine Schleimhaut und wenn ja wie entsteht die dann?
Was für ein 63x hast du?

Grüße Ronald
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Alfons Renz

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #3 am: September 26, 2011, 14:35:34 Nachmittag »
Lieber Jürgen,

Mein Glückwunsch zu den schönen und interessanten Bildern! Um mein (sehr bescheidenes!) Wissen in dieser Sache beizusteuren:

Die Wand der Spermatheke ist ektodermalen Ursprungs, also Außenhaut bestehend aus Epidermis und Cuticula. Demzufolge müssten Epidermiszellen um die Wand (= Cuticula) der Spermatheke liegen, und Poren stellen die Verbindung zur Außenwelt (= Spermathekenraum) her.

Bei der Begattung stzt das Männchen eine (mehrkammrige) Spermatophore (Samenträgerkapsel) an der Geschlechtsöffnung des Weibchens ab. Enzyme lösen die Wand der Spermatophore auf, so dass die Spermien wie aus einer Tube in die weibliche Geschlechtsöffnung hinein gepresst und über die Samenkanäle in die Spermatheken geleitet werden. Diese sind beim frisch geschlüpften Weibchen (vermutlich) noch nicht ganz ausgehärtet und können so die Spermien aufnehmen.  Der Teil des Samenkanals, der direkt an die Spermatheke anschliesst, ist bei einigen Arten offenbar muskulös und kann wie eine Pumpe wirken.

Zerzupft man die Spermatheke eines frisch sezierten Insekts (mit sehr spitzen Nadeln!), so sieht man die Spermien wie ein zerfallendes Knäuel von feinen Fädchen, die sich lebhaft bewegen. Vermutlich verharren die Spermien normalerweise regungslos in der Spermatheke und werden nur bei der Oviposition aktiviert - deshalb die Drüsenzellen. Dann dringt jeweils ein Spermium über die Mikropyle in das durch den Ovidukt gleitende Ei und befruchtet dieses.

Inwieweit diese allgemeine Beschreibung für alle Dipteren und Insekten gilt, weiss ich nicht. Das Insektenreich ist ungeheuer erfinderisch!

@ Ronald: Bei Insekten bilden die Epithelzellen des Mitteldarms (= Endoderm) eine peritrophe Membran, die den Nahrungsbrei umgibt und die Darmwand vor Verletzungen etc. schützen soll. Bei dem 'blauen Saum' könnte es sich entweder um diese Membran handeln (eher unwahrscheinlich!) oder um den Mikrovillisaum der Darmzellen handeln (so vermute ich). Bei höherer Vergrößerung müsste sich diese Frage klären lassen.

Herzliche Entomologen-Grüße,

Alfons

Fahrenheit

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #4 am: September 26, 2011, 16:09:54 Nachmittag »
Lieber Jürgen, liebe Freunde,

danke für den interessanten und lehrreichen Thread und die tollen Bilder!

Herzliche Grüße
Jörg
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Jürgen H.

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #5 am: September 26, 2011, 22:19:09 Nachmittag »
Liebe Mitmikroskopiker,

vielen Dank für eure Beiträge und Worte in diesem Thread!

Die Gänge in die Spermatheken sind nun ausgesprochen dünn. Wie Spermien dort hineingespritzt, gepresst oder sonstwie passiv transportiert werden sollen, ist  für mich nur schwer vorstellbar. Einspritzen über einen langen dünnen Zugang in einen geschlossenen Hohlraum, der sich wohl kaum, sklerotisiert wie er ist, ausdehnen dürfte? Die Möglichkeit scheint mir - mit aller Vorsicht - nur gegeben, wenn in den Spermatheken Unterdruck herrschen würde.

Bei meinem nächsten Objekt, dass ich unten zeige, haben die Spermathekengänge auch nur eine Muskulatur längs der Gänge, nicht ringförmig um die Gänge. Wie es bei eupeodes c ist, weiß ich - noch - nicht.  Wenn die Situation dort entsprechend wäre, dürften peristaltische Bewegungen der Gänge, vergleichbar den Darmbewegungen, die dem Spermientransport in die Spermatheken dienen könnten, doch kaum funktionieren? Am nächstliegenden scheint mir eine Chemotaxis zu sein. Ich möchte aber betonen: In der Litaratur werden alle vorgenannten Varianten diskutiert. Übrigens auch im Zusammenhang mit den Fragen, welchen Sinn die Promiskuität bei nicht in Staaten lebenden Insekten haben könnte. Hat das Männchen oder das Weibchen eine Möglichkeit, zu beeinflussen, welche Spermien zur Fortpflanzung benutzt werden? Hat das letzte Männchen oder das erste Männchen die besten Chancen, seine Gene weiter zu geben? Auch hier ist die Natur ausgesprochen erfindungs- und variantenreich.....

Das nächste Bild zeigt einen Querschnitt durch eine Spermathek einer Stielaugenfliege:



Ihr werdet euch aus den ersten Bildern schnell zurechtfinden: Der Aufbau der Spermatheken ist im Wesentlichen gleich den bei eupeodes...

Allerdings: Die Kugelgestalt ist hier mit zahlreichen Ausbuchtungen versehen. Das könnte der Oberflächenvergrößerung der inneren Hohlkörperwände dienen. Aber zu welchem Zweck? Bessere Versorgung des inneren Hohlkörpers mit den an der Außenwand gebildeten Sekreten?

Lieber Ronald, Du fragtest noch nach Becherzellen. Die gibt es, soweit ich weiß, bei den Insekten nicht. Die einzelnen Darmzellen erwachsen aus Regenerationsnestern. Im übrigen sondern die Darmzellen das Sekret, oft in Sekrettropfen, in das Darmlumen ab. Die blau gefärbten Ränder im Lumenbereich sind ein - wohl verschleimter - Mikrovillibereich. Im Präparat ist das besser zu erkennen. Meine  - einfachst aufs Okular adaptierte - Coolpix gibt leider nicht alle schönen Details wieder.  

Schöne Grüße

Jürgen

Dieter Stoffels

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #6 am: September 29, 2011, 10:18:47 Vormittag »
Liebe Mikroskopiker,

leider kann ich das bestehende Thema „Spermatheka“ nicht mit Bildmaterial erweitern, möchte aber die Frage von Ronald aufgreifen und  ergänzend eine Aufnahme des Darmes einer Stelzmücke (Familie Limoniidae) zeigen. Die Mücke wurde von Jürgen bereitgestellt und quer zu 2,5 Mikrometer dicken Technovitschnitten verarbeitet.

Im Folgenden wurden die Abkürzungen verwendet:

Dez   Darmepithelzelle
LdM  Lumen des Mitteldarmes
Mp    Membrana propria
Mz    Mikrovillisaum
RdM  Rest der Muskulatur
Rn    Regenerationsnester
Tm   Thoraxmuskulatur
Tr    Trachee


Querschnitt durch den Mitteldarm einer Stelzmücke (Limoniidae), 450x

Die Aufnahme zeigt einen Querschnitt durch den Mitteldarm der Stelzmücke. Im Unterschied zur ektodermalen Herkunft des Vorderdarm mit innerer Chitinauskleidung ist der  Mitteldarm auf das Entoderm zurückzuführen und weist keine Chitinauskleidung auf. Der Mitteldarm besteht aus einem, in Falten gelegten, einschichtigen Darmepithel, deren Zellen einer Basalmembran aufsitzen. Auf die Basalmembran folgt ein dünnes Netz einer  Muskularis  (hier an Resten zu erkennen). Die Oberfläche der Darmepithelzellen ist mit einem dichten Mikrovillisaum besetzt. Im Darmlumen sind Nahrungsreste zu beobachten. Des Weiteren sind sogenannte Regenerationsnester vorhanden,  die dem Ersatz gealteter Darmepithelzellen dienen. Reste einer peritrophischen Membran sind nicht zu erkennen, was wohl auf  die Ernähungsgewohnheiten dieser Mücke zurückzuführen ist. Aufgabe des Mitteldarmes ist es nach einer Sekretion die aufgeschlossene Nahrung zu resorbieren. Zum Aufschluss der Nahrung werden von den Darmepithelzellen bevorzugt Enzyme der Klasse Hydrolasen gebildet (beachte blauviolette Färbung der Darmepithelzellen). Inwieweit die Faltenbildung des Darmepitheles auf Präparationsartefakte zurückzuführen ist, kann an dieser Stelle nicht sicher beurteilt werden.

Soll eine stammesgeschichtliche Betrachtung vorgenommen werden, fehlt dem Insektendarm im Vergleich zum Regen- oder Tauwurm das charakteristische, der Darmwand außen aufsitzende Chloragoggewebe. Im Vertebratenvergleich Maus-Mücke unterliegt Letztere vor allem bei der Dickenausprägung der Darmmuskulatur, aber auch in Hinblick auf das Fehlen von schleimproduzierenden Becherzellen. Eine Darmperistaltik zum Transport des Nahrungs(breies) im Mitteldarm ist aber bei der Maus und bei der Mücke wirksam.

Viel Freude beim Ansehen der Aufnahme!

Dieter
« Letzte Änderung: September 29, 2011, 11:13:49 Vormittag von Dieter S. »

Ronald Schulte

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #7 am: September 29, 2011, 11:08:03 Vormittag »
Dieter,

Alles klar. Frage ist deutlich beantwortet.

Mir fällt auf das den Villi im vergleich mit die Zellgrösse ziemlich lang ist.

Grüße Ronald
Mikroskope:
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LKB 2218 Historange Rotationsmikrotom.

Jürgen H.

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #8 am: September 29, 2011, 20:48:10 Nachmittag »
Lieber Dieter,

ganz herzlichen Dank für das schöne Bild des Technovitschnittes.

Zum Vergleich der Mitteldarm der eupeodes corollae, die ich gerade schneide.




Man sieht, dass der Technovitschnitt doch um einiges klarer ist als ein Paraffinschnitt, wobei noch zu sagen ist, dass ich, was das Objekt angeht, ziemlich im Vorteil bin: die Strukturen bei Limoniidae sind um einiges kleiner, feiner und schwerer darzustellen als bei eupeodes corollae. Mein Bild zeigt dementsprechend nur einen ganz kleinen Teil der Darmwand. Ich habe von Dieter einige schöne Präparate der Limoniidae erhalten und staune über die wunderbare detaillierten und nicht von Schrumpfungen beeinträchtigten Schnittbilder, die sie liefern, besonders im Kopfbereich mit seinen schwierig zu schneidenden Strukturen.

Der Vergleich der Darmbilder ergibt, dass die wesentlichen Strukturen bei beiden Tieren gleichgeartet sind. Die Mikrovillibesatz MV ist bei e.c.  nicht so auffällig hoch, wie bei den Limoniidae, nicht wahr, Ronald? Die das Darmgewebe in einzelnen Muskelsträngen umgebende Muskularis M ist ganz gut zu erkennen.

Der Mitteldarm von eupeodes corollae ist wesentlich mehr aufgefaltet als bei den Limoniidae. Das Darmrohr hat mannigfache Krypten. Hierdurch ist zu erklären, dass oben links im Bild plötzlich  derartigen Krypten im Querschnitt erscheinen. Die Darmzellen sondern verschiedene Sekrete ab, teils in Sekretkugeln SK und teils auch in durchsichtigen Sekrettröpfchen ST. Bei der Durchsicht der Schnitte ist mir aufgefallen, dass die sekretorische Tätigkeit im Darmbereich sehr unterschiedlich intensiv erfolgt, was eventuell dadurch zu erklären ist, dass ein Teil der Darmzellen mit der Resorption der verdauten Nahrung beschäftigt ist.

T oben links ist eine halb längs geschnittene Trachee. Der Darm ist aber auch von feinsten Tracheolen - nicht im Bild erkennbar - begleitet.

Mein Paraffinschnitt ist etwa 4 µ stark und Azan Geideis gefärbt, mit dem 63er Öl photographiert.

Schöne Grüße

Jürgen

  
« Letzte Änderung: September 29, 2011, 22:07:26 Nachmittag von Jürgen H. »

Dieter Stoffels

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #9 am: September 29, 2011, 22:22:58 Nachmittag »
Lieber Jürgen,

Deine Paraffinschnitte stehen den Technovitschnitten in Nichts nach, gerade wenn man bedenkt, wie schwierig es ist, Insektenmaterial auf Deine Art zu verarbeiten. Erstaunlich finde ich immer wieder, welche "Zellmasse" bei einem 4 Mikrometer-Schnitt bei den Insekten noch vorhanden ist. Ein großer Vorteil der Paraffinschnitttechnik ist sicher, dass man satt färben kann (siehe die Basalmembran Deiner Aufnahme). Wenn Du den Darm von Eupeodes mit dem Darm einer Stubenfliege vergleichen müsstest, würde Du die Größenverhältnisse als annähernd gleich beurteilen?

Vielleicht regen diese Beiträge dazu an, mehr Histologen für die Insekten zu gewinnen.

Herzliche Grüße!

Dieter

PS: Hast Du am Montag ein mail von mir erhalten?

Jürgen H.

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Re: Spermatheken der Eupeodes corollae und viele offenen Fragen
« Antwort #10 am: September 30, 2011, 11:18:50 Vormittag »
Lieber Dieter,

vielen Dank für Deine Worte.

Hinsichtlich der Menge des Zellmaterials bei 4 µ Stärke bin ich auch verwundert und habe meine Zweifel hinsichtlich der korrekten Angabe. Deshalb schrieb ich ja oben auch etwa 4 µ. Ich habe mein Mikrotom auf diese Stärke eingestellt. Da ich die Blöckchen gekühlt verwende, ist die angegebene Schnittstärke aber mit einem kleinen Ausdehnungsfaktor wegen der Erwärmung beim Schneiden zu versehen.

Bei musca d. ist das Darmlumen wesentlich kleiner, als bei eupeodes corollae. Der Wandaufbau ist hingegen bei beiden Arten gleich stark.

Du hast eine PN.

Schöne Grüße

Jürgen
« Letzte Änderung: September 30, 2011, 11:25:18 Vormittag von Jürgen H. »