Extrem lange Mundwerkzeuge blütenbesuchender Insekten

Extrem lange, röhrenförmige Mundwerkzeuge Nektar saugender Insekten bieten die Möglichkeit, an vergleichsweise einfach gebauten Organen die Rahmenbedingungen der Evolution von Form und Funktion zu untersuchen. Der Großteil der blütenbesuchenden Insekten besitzt Mundwerkzeuge, die kürzer als der Kopf sind; nur bei wenigen ist ein sehr langer Saugrüssel ausgebildet, der den Körper überragt. Die Vorteile solcher überlanger Saugorgane bei der Nahrungsaufnahme von langröhrigen Blüten wurden schon mehrfach untersucht. Dieses Forschungsprojekt ist der erste Versuch abzuschätzen, welche "Kosten" der Aufbau und Einsatz unverhältnismäßig langer Rüsseln für die Insekten mit sich bringen. Die geplanten Untersuchungen vergleichen sehr lange Rüsselbildungen mit dem Aufbau durchschnittlich langer Mundwerkzeuge verwandter Arten. Dabei sollen erstmals die Mundwerkzeuge von extrem langrüsseligen Schwärmern (Sphinigdae) mit einer Rüssellänge von mehr als 250 mm und neotropischen Schmetterlingen (Riodinidae) sowie Prachtbienen (Euglossini) mit Rüssellängen von mehr als 35 mm untersucht werden. Ein weiterer Schwerpunkt soll auf südafrikanischen Fliegen (Nemestrinidae) liegen, die sehr variable Rüssellängen (20- 50 mm) innerhalb einer Art besitzen. Die Forschungshypothesen postulieren, dass (1) der Aufbau extrem langer Saugrüsseln optimiert ist, das heißt, dass die Teile des Rüssels unverhältnismäßig lang sind, die nur wenig Muskulatur und Sensillen im Vergleich zu mittellangen Rüsseln verwandter Arten enthalten. (2) Durch Vergleich unterschiedlich langer Mundwerkzeuge bei Vertretern einer Art kann der Materialaufwand pro Rüssellängeneinheit abgeschätzt werden. (3) Die Abmessungen und die Biomechanik des Pumporgans, das zum Einsaugen der Nahrung eingesetzt wird, korrelieren mit der Rüssellänge. (4) Die Dauer der Blütenbesuche bei Insekten mit extrem langem Rüssel ist im Vergleich zu Arten mit normallangem Rüssel stark verlängert. Die Untersuchungen werden mit biometrischen und mikroanatomischen Methoden, wie Elektronenmikroskopie und Mikro-Computertomographie, durchgeführt. Der Mechanismus der Saugpumpe soll an lebenden Schmetterlingen mit Röntgenuntersuchungen in Kooperation mit dem National Synchotron X-ray Research Facility (Argonne National Laboratory USA) analysiert werden. Die Freilandarbeiten werden in der Tropical Research Station La Gamba (Costa Rica) und in Südafrika durchgeführt, wo die Insekten beim Blütenbesuch beobachtet werden. Die Untersuchung der anatomischen und funktionellen Kosten bei extrem langen Rüsselbildungen soll dazu beitragen, die Funktion und Evolution dieser Organe und ihre die Interaktion mit Blüten von der Seite der Insekten besser zu verstehen.

Extrem lange Mundwerkzeuge nektarsaugender Insekten bieten die Möglichkeit, an vergleichsweise einfach gebauten Organen die Rahmenbedingungen der Evolution von Form und Funktion zu untersuchen. Der Großteil der blütenbesuchenden Insekten besitzt einen Saugrüssel, der kürzer als der Kopf ist; nur bei wenigen ist ein sehr langer Saugrüssel ausgebildet, der den Körper deutlich überragt. Die Vorteile solcher überlanger Saugorgane bei der Nahrungsaufnahme von langröhrigen Blüten wurden schon mehrfach untersucht. Dieses Forschungsprojekt war der erste Versuch quantitativ abzuschätzen, welche Kosten und Nachteile der Aufbau und Einsatz eines besonders langen Rüssels für die Insekten mit sich bringt und daher Grenzen der Organevolution darstellen könnten. In diesem Projekt wurde erstmals die Morphologie und Funktion durchschnittlich langer Mundwerkzeuge mit verwandten extrem langrüsseligen Arten an Beispielen neotropischer Tagfalter (Hesperiidae, Riodinidae), Schwärmer (Sphinigdae), Prachtbienen (Euglossini) und südafrikanischen Fliegen (Nemestrinidae, Tabanidae) vergleichend untersucht.Konvergente Evolution führte bei allen langrüsseligen Blütenbesuchern zu außerordentlich dünnen rüsselförmigen Mundwerkzeugen, die vergleichsweise kurze Rüsselspitzenregionen zur Nektaraufnahme aufweisen und muskulöse Saugpumporgane im Kopf besitzen. Grundsätzlich besteht eine positive Korrelation zwischen Rüssellänge, Saugpumpen- muskulatur und Körpergröße. Teile, die das Nahrungsrohr bilden, sind stärker verlängert als die basalen Abschnitte, die für die Rüsselbewegungen verantwortlich sind bzw. als die Abschnitte der Rüsselspitzen, die Nektar aufnehmen. Allometrische Größenzunahme ist bei den Muskeln der Saugpumpen im Kopf und den Organen zur Rüsselbewegung nachweisbar, die auf diese Weise an die entsprechende Rüssellänge funktionell angepasst sind, aber zusätzliche Kosten bei einer Rüsselverlängerung bilden. In Freilandexperimenten nahmen die Arten mit besonders langem Rüssel mehr Nektar auf, jedoch war die Zeitdauer während des Blütenbesuchs deutlich verlängert im Vergleich zu kurzrüsseligen verwandten Arten. Die Untersuchung der anatomischen und funktionellen Kosten bei extrem langen Rüsselbildungen trug dazu bei, die Form und Funktion der Mundwerkzeuge besser zu verstehen sowie die Rahmenbedingungen der Evolution abschätzen zu können und Erklärungen anzubieten, warum nur vergleichsweise wenige blütenbesuchende Insekten extrem lange Saugorgane ausgebildet haben.