The olfactory pathway of the red flour beetle Tribolium castaneum and its comparison to other Coleoptera

Insekten sind die erfolgreichsten Tiere auf der Erde und sie haben einen großen Einfluss auf alle terrestrischen Ökosysteme. Sie haben ebenfalls einen großen Einfluss auf die Menschheit, sei es durch Bestäubung von Agrarpflanzen, Zerstörung von Ernten durch Fraßschäden oder durch Übertragung von Krankheiten auf Menschen und Nutztiere. Die meisten Insekten nutzen ihr Geruchssystem zur Bewältigung wichtiger Aufgaben wie z. B. dem Finden von Nahrung oder Geschlechtspartnern. Obwohl Käfer zu der diversesten und größten Insektenordnung gehören, wurde bei Käfern dieses wichtige Geruchsystem noch nie im Detail untersucht. Um das Geruchssystem der Käfer zu erforschen, wurde 1) ein Organismus – der Rotbraune Reismehlkäfer Tribolim castaneum – im Detail untersucht und 2) bestimmte neuronale Merkmale des Geruchssystems von zahlreichen Käfern und Insekten untersucht und miteinander verglichen, um dadurch ein breiteres Bild des Geruchssystems der Käfer zu erhalten. 1: Vom Gehirn von T. castaneum wurden sowohl von Larven als auch von adulten Tieren 3D-Rekonstruktionen angefertigt. Das Geruchssystem des adulten Tieres wurde umfangreich untersucht. Dies beinhaltete unter anderem A) die Morphologie der Antennen und deren chemorezeptiver Sensillen sowie die Neuroarchitektur der Gehirnareale, welche an der Verarbeitung der Geruchsinformationen beteiligt sind, als auch B) molekulare Daten über das Geruchssystem wie z. B. der Identifikation und Verteilung von olfaktorischen und gustatorischen Rezeptoren. Zusätzlich untersuchten wir die Verteilung von Neuropeptiden im primären olfaktorischen Integrationszentrum – dem Antennallobus (AL) – und einem höheren olfaktorischen Intergrationszentrum – dem Pilzkörper (engl. mushroom body: MB). 2: Der zweite Fokus dieser Doktorarbeit lag auf der Untersuchung bestimmter Merkmale des Geruchssystems in unterschiedlichen Arten. Hierzu wurde A) die Verteilung von acht Neuropeptidfamilien in den MB von insgesamt 24 unterschiedlichen Insektenarten untersucht und miteinander verglichen. Weiterhin wurde B) der AL von insgesamt 63 verschiedenen Käferarten erforscht und miteinander verglichen. Hierbei fiel auf, dass bei vielen der untersuchten Arten die olfaktorischen Glomeruli ungewöhnliche Substrukturierungen aufwiesen, wie sie so noch nie in Insekten oder anderen Tieren beobachtet wurden. In einem weiteren Projekt wurde die Verteilung dieser Substrukturierungen in einer Art genauer untersucht und beobachtet, dass die Zahl der Substrukturierungen linear mit der Größe der Glomeruli korreliert. Diese Doktorarbeit hat erstmalig detailliert das Geruchssystem von Käfern erforscht und dabei mehrere Charakteristika entdeckt, die so noch nie bei Insekten, bzw. Käfern, beobachtet wurden. Diese Arbeit ist ein fundamentaler Schritt zur Etablierung von T. castaneum als ersten Käfer-Modellorganismus in der Neurobiologie, speziell für die Erforschung der Olfaktorik.