Was ist das Exoskelett der Insekten?
Das Exoskelett der Insekten ist das äußere Skelett, das den Körper aller Gliederfüßer stützt und schützt. Es gilt als ein charakteristisches Merkmal des Stammes der Arthropoda. Bei einigen Krustentieren wird das Exoskelett als „Schale“ bezeichnet, was nur eine andere Bezeichnung für das Exoskelett ist.
Die verschiedenen Teile des Exoskeletts, Nahaufnahme
Ein Insekt häutet sein Exoskelett
Funktionen des Insekten-Exoskeletts
Am einfachsten lässt sich das Insekten-Exoskelett mit den Knochen und der Haut der Wirbeltiere vergleichen. Das Exoskelett ist eine Kombination aus all dem, was Knochen und Haut bei Wirbeltieren tun. Einige der grundlegenden Funktionen sind daher:
- Eine physische Struktur
- Schutz vor körperlichen Schäden
- Ein Ort der Befestigung für Muskeln
- Dient als Schnittstelle zwischen dem Insekt und der Umwelt
- Dient als Ort des sensorischen Inputs
- Hilft, den Wasserhaushalt aufrechtzuerhalten (die Wachsschicht)
- Hilft, das Eindringen von schädlichen Mikroben und Chemikalien zu verhindern
- Hilft, das Ionengleichgewicht aufrechtzuerhalten
Anmerkung: Manchmal hört man, dass jemand das Exoskelett als Integument bezeichnet, und die beiden Begriffe bedeuten mehr oder weniger dasselbe. Technisch gesehen bezieht sich der Begriff „Integument“ auf die Epidermis, die lebende Schicht des Exoskeletts, und der Begriff „Cuticula“ auf die nicht lebende Schicht des Exoskeletts. In weniger akademischen oder technischen Schriften werden Integument und Exoskelett jedoch manchmal synonym verwendet.
Teile des Exoskeletts
Das Exoskelett besteht aus verschiedenen Teilen, wie in der Abbildung des Insekteninteguments oben zu sehen ist. Grundsätzlich besteht das Exoskelett aus einer lebenden Schicht, der Epidermis, und einer nicht lebenden Schicht, der Kutikula, und auch diese Teile haben ihre eigenen Strukturen.
Zunächst gibt es die Epikutikula, den obersten Teil des Exoskeletts (als dicke schwarze Linie oben in der Abbildung dargestellt). Die Epikutikula ist die äußerste Schicht des Exoskeletts, sie ist sehr dünn, besteht aber aus vielen verschiedenen Schichten. Normalerweise besteht das Epikutikulum aus 4 Schichten, aber die Details der Schichten variieren zwischen den verschiedenen Insektengruppen, und das ist nicht immer der Fall. Dann gibt es die Chitinkutikula, die aus der Exokutikula und der Endokutikula besteht. Diese Teile sind sehr dick und chitinhaltig (d. h. zäh, schützend und halbtransparent). Diese Teile des Exoskeletts haben eine strukturelle Funktion, sie helfen dem Exoskelett, seine Form zu behalten. Diese beiden Teile zusammen werden gewöhnlich als Kutikula bezeichnet. Die Kutikula besteht sowohl aus Chitin als auch aus Protein, wobei 20-50 % Chitin und der Rest Protein sind. Schließlich gibt es noch den lebenden Teil des Exoskeletts, der aus der Epidermis und der Basalmembran (Basallamina) besteht. Dieser Teil des Exoskeletts sondert die Cuticula ab, die altert und immer weiter nach oben wächst (durch die Endocuticula und die Exocuticula), bis sie Teil der Epicuticula oder der äußeren, gehärteten „Schale“ des Insekts ist. Die Häutung der Schale findet statt, wenn die neue Kutikula die alte Kutikula aus dem Weg schiebt. Die Epidermis besteht aus einer Zellschicht, die spezialisierte Zellen wie Drüsenzellen und Sinneszellen enthält. Die Basalmembran (Basallamina), die unter der Epidermis liegt (daher der Name), dient als Molekularsieb, was bedeutet, dass die Basallamina die Kontrolle darüber hat, welche Stoffe von der Epidermis aufgenommen werden, und daher, welche Stoffe in die Bildung der Kutikula eingehen.
Die Epikutikula
Lassen Sie uns ein wenig mehr über die Schichten sprechen, aus denen die Epikutikula besteht
Wie ich bereits sagte, gibt es vier Hauptschichten der Epikutikula.
- Die Zementschicht dient dem Schutz der Wachsschicht
- Die Wachsschicht dient der Wasserabdichtung des Insekts
- Die äußere Epikutikula dient der Befestigung der Muskeln und dem Schutz der Nekutikula vor Enzymen und kann auch zur Oberflächenstruktur beitragen.
- Innere Epikutikula – kann als Enzymspeicher dienen
Die Zementschicht kann bei vielen Insekten fehlen, aber im Allgemeinen ist sie da, um die Wachsschicht der Epikutikula zu schützen. Die Wachsschicht der Epikutikula trägt dazu bei, dass das Insekt nicht sein gesamtes Wasser durch Verdunstung verliert. Aufgrund ihrer geringen Größe sind Insekten sehr anfällig für Austrocknung.
Die äußere Epikutikula dient nicht nur zur Befestigung der Muskeln und trägt möglicherweise zur Oberflächenstrukturierung bei, sondern bestimmt auch die Dehnungsgrenze bei der Häutung, d. h. die Größe, die das Insekt nach der Häutung erreichen kann.
Die Insektenforscher sind sich nicht ganz sicher, was sie von der inneren Epikutikellage halten sollen, und einige glauben, dass sie gar nicht vorhanden ist, sondern eher eine Erweiterung der äußeren Epikutikellage darstellt. Wenn sie vorhanden und von der äußeren Epikutikula getrennt ist, dient sie wahrscheinlich als Enzymspeicher. Wegen der Verwechslung mit der inneren und der äußeren Epikutikula werden sie manchmal gemeinsam als „Cuticulin“ bezeichnet.
Chitinöse Cuticula
Die Schichten der chitinösen Cuticula leiten sich von der Procuticula ab. Die Kutikula der Insekten besteht zunächst aus einem einzigen Material, der Prokutikula, und differenziert sich später in Exokutikula und Endokutikula, wobei die Differenzierung davon abhängt, ob und wie die Schichten gegerbt und stabilisiert werden. Alle diese Schichten bestehen aus Chitin und Eiweiß.
Die Exokutikula
Die Exokutikula ist gegerbt (sklerotisiert, dunkel gefärbt), und sie ist für alle physikalischen, harten Eigenschaften verantwortlich. Sie ist verantwortlich für:
- Härte und Farbe
- Muskelbefestigung
- Steifigkeit
- Physikalischer Schutz
Die Endocuticula
Die Endocuticula ist in der Regel nicht gegerbt (sklerotisiert, verdunkelt), und ihre Hauptfunktion besteht darin, der Steifheit der Exocuticula als Flexibilität zu dienen. Andernfalls wäre das Insekt völlig verhärtet und könnte sich nicht bewegen. Die Endocuticula ist meist klar oder farblos und häutig.
Die Mesokutikula
Zwischen der Exokutikula und der Endokutikula befindet sich eine Schicht, die Mesokutikula. Über diese Schicht und ihre Bedeutung ist nicht viel bekannt.