Dieser Beitrag ist der erste in einer kurzen Blog-Serie mit dem Titel “Kenne dein Insekt”. Die Bilder und Beschreibungen wurden von Entomologiestudenten verfasst, die an einem gleichnamigen Seminar teilnehmen.
Von: Flor Edith Acevedo
Insektenmandibeln oder -kiefer sind stark sklerotisierte Strukturen, die einer Vielzahl von Funktionen dienen, darunter der Ernährung und Verteidigung. Bei Ameisen werden die Mandibeln auch als Werkzeuge verwendet, um Tätigkeiten wie das Schneiden von Blättern, das Graben, das Tragen und die Pflege der Brut auszuführen. Ein weiterer interessanter Aspekt von Insektenmandibeln ist, dass sie eine wichtige Rolle für den Paarungserfolg spielen können. Hirschkäfermännchen (Coleoptera: Lucanidae) haben große Mandibeln, die mehr Weibchen anzuziehen scheinen (Gotoh et al. 2011).
Insektenmandibeln bestehen hauptsächlich aus Chitin und Proteinen; benachbarte Chitinketten sind durch Wasserstoffbrückenbindungen zu Chitin-Mikrofibrillen vernetzt. Die physikalischen Eigenschaften von Insektenmandibeln werden durch die Dicke der Cuticula, die Anordnung der Chitinfasern, den Proteingehalt und die Einlagerung von Metallen beeinflusst (Klowden 2008).
Einige Insekten erhöhen die Härte ihrer Mandibeln durch die Einlagerung von Metallen wie Zink, Mangan, Kupfer und Kalzium. Die Metalle befinden sich hauptsächlich in den Schneidekanten der Mandibeln, um die Härte zu erhöhen und den Abrieb zu verringern (Cribb et al. 2008; Schofield et al. 2002).
Nicht alle Insekten reichern die gleichen Mineralien in ihren Mandibeln an. Die Mineralzusammensetzung scheint mit der taxonomischen Gruppe zusammenzuhängen, zu der ein bestimmtes Insekt gehört. Zum Beispiel ist die Anreicherung von Zn in Lepidopterenlarven weit verbreitet. Es ist auch in Termiten, Ameisen, Heuschrecken und einigen Käfern vorhanden. Kalzium hingegen kommt hauptsächlich bei Diptera vor (Cribb et al. 2008; Schofield et al. 2002; Hillerton et al. 1984; Cribb et al. 2005).
Der Zn-Gehalt korreliert stark mit der Mandibularhärte bei Termiten, Ameisen und dem Meereswurm Nereis virens (Cribb et al. 2008; Schofield et al. 2002; Broomell et al. 2006). Die Mineralisierung ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, die Härte des Unterkiefers zu erhöhen. Einige Käfer haben Unterkiefer, die härter sind als rostfreier Stahl, aber keine Mineralien enthalten. Ein besseres Verständnis der physikalischen und chemischen Struktur der Insektenkutikula wäre für die Materialforschung von großem Interesse (Cribb et al. 2010).
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Biomechanik der Insektenfütterung ist die angebrachte Unterkiefermuskulatur. Zusammen beeinflussen Unterkiefer und Muskeln die Kraft, Geschwindigkeit und Präzision der Unterkieferbewegung (Clissold 2007).
Meine Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung von Anpassungsmechanismen, die von Insekten-Herbivoren genutzt werden, um sich von bestimmten Pflanzen zu ernähren. Während der Nahrungsaufnahme müssen die Pflanzenfresser die Zellwände der Pflanzen aufbrechen, um an die Nährstoffe zu gelangen. Diese Unterbrechung erfolgt in der Regel zunächst auf physikalischem und dann auf chemischem Wege; daher kann die Struktur der Blätter die anfängliche Aufnahme von Nährstoffen behindern. Pflanzen mit einem hohen Ligningehalt lassen sich zum Beispiel schwerer aufbrechen. Die Anhäufung von Zellulose, Lignin, Silizium und Trichomen stellt eine Barriere für mechanische Beschädigungen dar und dient der mechanischen Verteidigung der Pflanze, indem sie die Verdaulichkeit verringert und den Verschleiß der Insektenmandibeln verursacht.
Damit sich Insekten von Pflanzen mit harten Blättern ernähren und entwickeln können, müssen sie ihre Physiologie, Morphologie und Entwicklung anpassen. Lepidoptera-Larven (Raupen) sind in der Lage, ihre Kopfkapseln zu vergrößern, wenn sie sich von hartem Pflanzengewebe ernähren (Bernays 1991). Größere Kopfkapseln können größere Unterkiefermuskeln beherbergen; dadurch erhöht sich die Kraft, die erforderlich ist, um sich von harten Blättern zu ernähren.
