In Sachsen wurden bisher 76 Arten Eintagsfliegen nachgewiesen. In der Artenliste und Roten Liste sind sie zusammengestellt und bewertet. Die Rote Liste informiert über die Gefährdungssituation der Arten und Lebensräume und stellt eine Grundlage für die Fachplanung im Naturschutz dar. Rote Listen werden regelmäßig aktualisiert. Ein kommentiertes Verzeichnis der Eintagsfliegen erschien in Sachsen zuletzt im Jahr 2002.

Während des Anthropozäns führten zunehmende, durch Menschen verursachte Umweltveränderungen zu rasanten Übergängen von naturnahen zu neuartigen Ökosystemen. Arten die in Ökosystemen während dieser Übergänge überdauern, könnten Veränderungen ihrer Merkmale aufweisen, die sie befähigen, sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Andere Arten hingegen verschwinden aus neuartigen Ökosystemen da sie sich nicht an die rasant entstehenden neuen Umweltbedingungen anpassen können. In meiner Dissertation versuche ich anhand ausgewählter Insekten-Arten zu verstehen, welche Merkmale es Arten ermöglichen in Zeiten rasanter, von Menschen verursachter Umweltveränderungen zu überdauern. Hierzu untersuche ich, stellvertretend für die Fähigkeit der Adaption, morphologische und biochemische Merkmale von Arten aus der Region Berlin/Brandenburg in Deutschland. Diese Region ist durch zunehmende Urbanisierung und Landnutzung für den Ackerbau innerhalb der letzten 150 Jahre gekennzeichnet. Für rückblickende Analysen entlang eines raumzeitlichen Gradienten untersuchte ich Sammlungsexemplare aus Naturkundemuseen die durch neu gesammelte Exemplare erweitert wurden. In Paper 1 untersuche ich in der Nachtfalterart Agrotis exclamationis Veränderungen von Merkmalen, die ein Verhalten begünstigen vom Licht angezogen zu werden, als Antwort auf die Zunahme künstlicher Lichtquellen in der Nacht in einer Region über die letzten 137 Jahre. Für diese Analysen verwende ich zurückwirkende Radianz-Werte basierend auf Satellitendaten der Jahre 2012 bis 2019. Entlang des räumlichen Gradienten konnte ich keine Merkmalsveränderungen nachweisen. Allerdings konnte ich Veränderungen der Körpergrößen und in Weibchen Veränderungen der Augengrößen über die Zeit nachweisen. Beide Veränderungen sind jedoch nicht direkt auf zunehmendes künstliches Licht in der Nacht zurückzuführen. Ich diskutiere den indirekten Einfluss künstlichen Lichts in der Nacht auf die nachgewiesenen Merkmalsveränderungen als Verstärkung der Habitat Fragmentierung sowie einer Beeinflussung der Sicht von Weibchen auf deren Wirtspflanzen. Allerdings konnte ich zeigen, dass in Weibchen ein Trend zwischen kleineren Augen und zunehmenden künstlichem Licht in der Nacht über die Zeit zu erkennen ist. Dies könnte auf einen ersten Hinweis hindeuten, dass morphologische Merkmalsveränderugen als Antwort auf zunehmendes künstliches Licht in der Nacht bereits stattfinden. In Paper 2 untersuche ich ob zunehmende Urbanisierung und Landnutzung für den Ackerbau über die letzten 125 Jahre sowie zwischen beiden Landnutzungstypen einen Einfluss auf die Körpergrößen und Biochemie zweier Laufkäferarten, Harpalus affinis und Harpalus rufipes, hat. Ich konnte keine raumzeitlichen Veränderung der Körpergrößen in Weibchen beider Arten nachweisen, allerdings eine Abnahme der Körpergröße in männlichen H. rufipes in der Stadt über die Zeit, wohingegen deren Körpergrößen im ländlichen Raum über die gleiche Zeit konstant blieben. Ich diskutiere diese Ergebnisse als ein Resultat verschiedener Aktivitätstypen beider Arten. Die bioschemischen Untersuchungen zeigen, dass der intensivierte Einsatz von Düngemitteln einen Einfluss auf die Biochemie derer Käfer hat, die in Ackerlandschaften vorkommen. Dies zeigt sich in meist höheren Anreicherungen stabiler Stickstoff-Isotopen in deren Geweben im Vergleich zu Käfern die im urbanen Raum leben. Allerdings konnte ich zeigen, dass einige urbane Habitate einen ähnlich hohen Stickstoffgehalt wie Ackerlandschaften aufzuweisen scheinen, was sich in den Geweben der dort lebenden Käfer wiederspiegelt und auf eine hohe Heterogenität urbaner Habitate hinweist. In meiner 3. Publikation untersuche ich die Auswirkungen der durch Menschen verursachte Umweltveränderungen auf Farbmorph-Häufigkeiten der Laufkäferart Harpalus affinis zwischen urbanen und ländlichen Regionen über die letzten 125 Jahre. Ich konnte einen Sexualdichromatismus nachweisen sowie generell konstant bleibende Farbmorphen entlang der raum-zeitlichen Gradienten in Männchen und Weibchen, außer in den Weibchen die im urbanen Raum über die Zeit untersucht wurden. Hierbei war in Zeiten mit hoher städtischer Luftverschmutzung durch Ruß die bronze Farbmorphe der Weibchen in höhere Abundanz vertreten, wohingegen die grüne Farbmorphe mit abnehmender Luftverschmutzung im Laufe der Zeit an Häufigkeit zunahmen. Ich interpretiere diese Ergebnisse als ein Resultat der natürlichen Selektion der jeweils am wenigsten für Prädatoren auffälligen Farbmorphe in der entsprechenden Zeit. Das Fehlen einer Änderung der Farbmorph-Häufigkeit bei den Männchen interpretiere ich hingegen als Ergebnis der sexuellen Selektion. In meinen Untersuchungen konnte ich zeigen, dass rasante, von Menschen verursachte Umweltveränderungen morphologische und bioschemische Merkmalsveränderungen in Arten, die in veränderten Lebensräumen überdauern, verursachen können. Allerdings sind diese Merkmalsveränderungen abhängig von der jeweiligen Art, deren Aktivitätstyp und Geschlecht. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass manche Merkmalsveränderungen derzeit nicht klar nachweisbar sind aufgrund der relativ kurzen Zeit in der durch Menschen verursachte Umweltveränderungen stattfinden. / During the Anthropocene increasing human induced environmental changes have led to rapid transitions from natural to novel ecosystems. Species that persist during this transition process may respond to these new conditions by altering their traits. This may enable some species to persist where others disappear due to their lack of adaptability to these new conditions. In this thesis, I aim to understand what enable selected insect species to persist during human induced rapid environmental changes. I use morphology and biochemistry as a proxy for species’ adaptations in the German Berlin-Brandenburg area, an area that is characterized by increasing urbanisation and agricultural land-use over the past 150 years. For retrospective analyses over a spatio-temporal gradient, I examined voucher specimens from natural history museums combined with newly collected specimens. In paper 1, I examine changes in flight-to-light dependent traits in the moth species Agrotis exclamationis in response to increasing artificial night light in the same region over the past 137 years. For these analyses I use retrospective radiance values based on satellite data from the years 2012 to 2019. Along the spatial gradient I could not find any trait changes. However, I verified changes in body size and females’ eye-size over time, although this was not directly related to artificial night light. I suggest that artificial night light influences trait changes indirectly by reinforcing habitat fragmentation and influencing females’ sighting of hostplants. However, I could show a trend between smaller eyed females and increasing artificial night light over time. This provides, the first evidence that morphological trait changes in response to increasing artificial night light might already taking place. In the second paper I investigate if increasing urbanisation and land-use for agriculture across space and time (the past 125 years) have an influence on body size and biochemistry in two ground beetle species, Harpalus affinis and Harpalus rufipes. I found no spatio-temporal changes in both species’ female body size but identified a decrease in male H. rufipes’ body size in the city, whereas their sizes stayed constant in rural areas over time. I discuss different activity pattern of both species as the reason for these findings. The biochemical examinations show that intense application of fertilizer influences the biochemistry of specimens living in agricultural habitats. This, results in stable nitrogen isotope signatures in their tissues that are mostly higher than those living in urban habitats. However, I show that some urban habitats might be equally enriched with nitrogen (as reflected in the specimens’ tissues), indicating the heterogeneity of urban habitats. In paper 3, I investigate the effects of human induced environmental changes on the frequency of colour change in the ground beetle species Harpalus affinis between urban and rural habitats over the past 125 years. I found sexual dichromatism, and similar colour morphs between males and females over time, with the exception of females examined from urban regions. In this case, bronze colour morphs in females were more abundant in times with high levels of soot pollution in the city, whereas green colour morphs became more dominant with decreasing levels of soot pollution over time. I interpret this finding to be driven by natural selection of the less cryptic colour morph during the respective time period, whereas the lack of any change in colour morph frequencies in males is likely the result of sexual selection. These studies show that rapid human induced environmental changes are triggering morphological and biochemical trait changes in species that persist in altered habitats across space and time. However, these trait changes are dependent on the species, their activity pattern and sexes. Additionally, I show that some trait changes are not clearly verifiable at present due to the relatively short timeframe in which human induced environmental changes are taking place.

Hauptziel des Forschungsvorhabens war es, das Nahrungsangebot in der Agrarlandschaft Sachsens für ein breites Spektrum an heimischen, wildlebenden, blütenbesuchenden Insektenarten zu verbessern. Es werden konkrete Empfehlungen zur Pflanzenartenzusammensetzung ein-, über- und mehrjähriger Blühmischungen erarbeitet. Die Ausarbeitung orientiert sich dabei speziell an den Gegebenheiten in Sachsen. Redaktionsschluss: 20.08.2021

Experten dreier deutscher Hochschulen entwickelten gemeinsam mit der Ostdeutschen Gesellschaft für Forstplanung mbH ein neues, forstliches Monitoringsystem. Das Verbundprojekt „Entwicklung eines forstlichen Monitoringsystems unter Berücksichtigung von Kohlenstoffspeicherung und Klimaanpassung“ (FOMOSY-KK) wird vorgestellt.

Im Menschen regulieren extrazelluläre Metalloproteasen eine Vielzahl von physiologischen Prozessen, wobei deren exakte Funktionen bei der Ausbildung humaner Krankheiten wie beispielsweise Krebs, der Alzheimerschen Krankheit oder Störungen des Herz-Kreislaufsystems vielfach noch unbekannt sind. Insbesondere die Proteinfamilie der Neprilysine wird seit einigen Jahren vermehrt in Bezug auf eine mögliche Anwendung als Therapeutikum gegen die genannten Erkrankungen hin diskutiert. In dieser Arbeit wurde erstmals die M13-Metalloprotease Neprilysin 4 (Nep4) aus dem Modellorganismus Drosophila melanogaster charakterisiert. Zusätzlich wurde zu Beginn dieser Arbeit das ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease)-Protein Meltrin analysiert. Innerhalb der Neprilysin-Familie kommt Nep4 eine Sonderrolle zu, da es im Gegensatz zu den meisten Neprilysinen nicht ausschließlich als membrangebundenes Protein, sondern isoformspezifisch auch in löslicher Form exprimiert wird. In diesem Zusammenhang deuten RT-PCRs, in situ Hybridisierungen und Antikörperfärbungen auf ein breites Funktionsspektrum beider Isoformen hin, das in den zahlreichen Geweben, in denen Nep4 exprimiert wird, hauptsächlich der Etablierung und Aufrechterhaltung der Homöostase verschiedener bioaktiver Peptide dienen dürfte. Über den gesamten Lebenszyklus der Fruchtfliege kann Nep4 in Gliazellen des ZNS und in den männlichen Geschlechtszellen nachgewiesen werden, während es im Verlauf der Embryogenese zusätzlich in Herz- und Muskelzellen exprimiert wird. Die regulatorischen Elemente zur Steuerung der neuronalen (ZNS) und mesodermalen (Herz und Muskel) Nep4 Expression konnten in dieser Arbeit identifiziert und für die Erzeugung transgener Fliegenlinien genutzt werden. Mittels semi-quantitativer PCR und durch Untersuchungen von Fliegen, die GFP unter der Kontrolle des mesodermalen Enhancers exprimieren, wurde die endogene Expression von Nep4 im Muskel von Larven des dritten Stadiums nachgewiesen. Da alle nachfolgenden Stadien Reporteraktivität im Herzen und Muskel zeigen, wird die Peptidase vermutlich durchgängig in diesen Geweben benötigt. Die katalytische Aktivität von Nep4 konnte anhand der Peptide Substanz P und Angiotensin I demonstriert werden. Dabei ist die Enzymaktivität, wie für die Neutralen Endopeptidasen (Nep) typisch, von einem neutralen pH-Wert abhängig und wird durch bekannte Inhibitoren der humanen Neprilysine, Nep und Nep2 reduziert. Bei einer künstlich erhöhten Expression von Nep4 in der Muskulatur der Fruchtfliege ist, entgegen der Erwartung, nicht die katalytische Aktivität, sondern ausschließlich die nicht katalytische, intrazelluläre Domäne ursächlich für eine nekrotische Gewebedegeneration. Um eine mögliche Funktion der intrazellulären Domäne des Nep4 Proteins im Muskel genauer zu erforschen, wurden Proteininteraktionsstudien durchgeführt, erste Interaktionspartner identifiziert und deren Interaktion auf Proteinebene nachgewiesen.

In dieser Arbeit wurde die Chitinsynthase von Manduca sexta untersucht. Wie alle Insekten besitzt Manduca zwei Chitinsynthase-Gene, die als MsCHS-1 und MsCHS-2 bezeichnet werden. Mittels Northern-Blots konnte gezeigt werden, dass MsCHS-1 in den ektodermalen Zellen der Epidermis und der Tracheen exprimiert wird, während MsCHS-2 ausschließlich in den entodermalen Zellen des Mitteldarms exprimiert wird. Die Untersuchung der entwicklungsabhängigen Regulation der Chitinsynthase zeigte, dass MsCHS-1 nur in den Häutungsstadien exprimiert wird, einer Phase, bei der es zur Synthese der neuen Kutikula sowie zum Wachstum der Tracheen kommt. MsCHS-2 wird hingegen nur in den Zwischenhäutungsstadien exprimiert, einer Phase, die mit der Synthese der Chitin-haltigen peritrophischen Matrix einhergeht. Die Chitinsynthese des Mitteldarms wird vermutlich vornehmlich auf transkriptioneller Ebene reguliert, da während der larvalen Entwicklung die Mengen an Chitinsynthase-mRNA und -Protein, als auch die Aktivität der Chitinsynthase weitgehend korrelieren. Diskrepanzen zwischen den getesteten Parametern weisen auf zusätzliche, posttranslationale Regulationsmechanismen hin. Bei der Analyse der Trypsin-vermittelten Aktivierung der Manduca Mitteldarm-Chitinsynthese wurde deutlich, dass die Chitinsynthase nicht direkt durch Trypsin aktiviert wird, sondern dass ein löslicher Faktor prozessiert wird, der die Chitinsynthese stimuliert. Möglicherweise handelt es sich dabei um eine Chymotrysin-ähnliche Protease, wie andere Untersuchungen des Labors gezeigt haben. Die Etablierung eines Chitinsynthase-Aktivitäts-Assays sowie eines Reinigungsprotokolls ermöglichte es die Chitinsynthase aus dem Mitteldarm zu isolieren. Das Enzym konnte dabei als aktiver, trimerer Komplex gereinigt wurde. Dieser bestand aus fünf Proteinen, bei denen es sich um Fragmente der Chitinsynthase handelt, die wahrscheinlich durch proteolytische Prozessierung entstehen.

In Deutschland kommt seit 2014 eine Hornissenart vor, die aus Südostasien stammt: die Asiatische Hornisse. Die Asiatische Hornisse breitet sich in einigen Bundesländern bereits stark aus. Auch in Sachsen ist damit zu rechnen, dass die Art in nächster Zeit anzutreffen ist. Genau wie die Europäische Hornisse benötigt die Asiatische Hornisse für ihre Larven proteinreiche Nahrung (zum Beispiel Bienen, Schwebfliegen oder Stubenfliegen). Das Beutespektrum hängt dabei von der Nestumgebung ab. So können in städtischen Bereichen, wo sich die Asiatische Hornisse bevorzugt ansiedelt, Honigbienen bis zu zwei Drittel der Nahrung ausmachen. Das kann zu erheblichen Schäden führen. Daher ist die Asiatische Hornisse vor allem ein Imkereischädling. Redaktionsschluss: 30.11.2024

Flüssigkeitssekretion und Proteinsekretion werden in Speicheldrüsen von Insekten über Hormone und Neurotransmitter gesteuert. Diese entfalten ihre physiologische Wirkung in den sekretorischen Drüsenzellen hauptsächlich über den zyklischen Adenosinmonophosphat (cAMP)-Signalweg und den Inositoltrisphosphat (IP<SUB>3</SUB>) / Ca²⁺-Signalweg. Die Mechanismen möglicher Wechselwirkungen zwischen diesen Signalwegen und ihre physiologischen Auswirkungen sind unzureichend bekannt.<p> Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Frage, ob und wie sich der Ca²⁺-Signalweg und der cAMP-Signalweg in der Speicheldrüse der Diptere <I>Calliphora vicina</I> beeinflussen. Substanzen wie 5-Fluoro-α-Methyltryptamin und Histamin wurden in früheren Arbei-ten als Agonisten genutzt, um in den Speicheldrüsen von <I>C. vicina</I> selektiv den cAMP-Signalweg (getrennt vom IP<SUB>3</SUB>/Ca²⁺-Signalweg) zu aktivieren. Es zeigte sich in transepithelialen Potentialmessungen und mikrofluorometrischen Ca²⁺-Untersuchungen, dass beide Substanzen sowohl den cAMP-Weg als auch den Ca²⁺-Signalweg aktivierten. Die physiologischen Ursachen der Histamin-induzierten Ca²⁺-Erhöhung wurden genauer untersucht. <p> Zusammengefasst zeigten diese Untersuchungen, dass Histamin wie 5-HT den cAMP-Weg und die Phosphoinositidkaskade aktivierte. Im Gegensatz zu den 5-HT-induzierten Ca²⁺-Oszillationen, welche durch interzelluläre Ca²⁺-Wellen synchronisiert werden, verursachte Histamin bei niedrigen Konzentrationen lokale Ca²⁺-Oszillationen in einzelnen Zellen (keine Wellen). Bei höheren Histamin-Konzentrationen war eine anhaltende Ca²⁺-Erhöhung oder ein synchrones <quote>Ca²⁺-beating</quote> in der gesamten Drüse zu beobachten. <p> Des Weiteren wurde die Frage untersucht, ob eine Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration den IP<SUB>3</SUB> Ca²⁺-Signalweg in den Epithelzellen der Speicheldrüse beeinflussen kann. Es zeigte sich, dass cAMP den durch schwellennahe 5-HT-Konzentrationen induzierten Ca²⁺-Anstieg verstärkte. Diese Verstärkung wurde durch eine PKA-vermittelte Sensitivierung des IP<SUB>3</SUB>-Rezeptor/Ca²⁺-Kanals für IP<SUB>3</SUB> verursacht. Immunzytochemische Untersuchungen deuten dar-auf hin, dass die Proteinkinase A eng mit dem IP<SUB>3</SUB>-Rezeptor/Ca²⁺-Kanal assoziiert ist. Diese Messungen zeigen erstmals, dass auch bei Invertebraten der Botenstoff cAMP, PKA-vermittelt, den IP<SUB>3</SUB>-Rezeptor/Ca²⁺-Kanal des ER für IP<SUB>3</SUB> sensitiviert. / Fluid- and protein-secretion in the salivary glands of insects are controlled by hormones or neurotransmitters. These agonists activate two signalling cascades: the cAMP-pathway and the IP>sub>3</sub>/Ca-pathway. The functional crosstalk between these two signalling pathways is poorly understood. <p> Functional crosstalk between cAMP-pathway and IP₃/Ca²⁺-pathway was investigated in the salivary glands of the blowfly, <I>Calliphora vicina</I>. Histamine and 5-alpha-methyltryptamine were used in an attempt to activate the cAMP-pathway selectively, as suggested previously. By using transepithelial potential-measurements and microfluorometric Ca²⁺-imaging it was demonstrated that both substances activate the cAMP- and the IP₃/Ca²⁺-pathway. The physiological effects of histamine were investigated in detail. These experiments show that histamine causes an intracellular Ca²⁺-elevation that, in some preparations exhibits oscillations with concentration-dependent frequencies. In contrast to 5-HT induced intracellular Ca²⁺-oscillations and propagating intercellular Ca²⁺-waves histamine produces local Ca²⁺-oscillations in single cells or synchronous <quote>Ca²⁺-beating</quote> in the whole gland.<p> In addition the effects of increasing cAMP on the IP₃/Ca²⁺-pathway in the salivary glands of the blowfly were studied. It could be demonstrated that cAMP augments the 5-HT-induced Ca²⁺-increase in glands stimulated with low doses of 5-HT. This potentiation is the result of a PKA-mediated sensitisation of the IP₃-receptor/Ca²⁺-channel for IP₃. Results of immunocytochemical analyses show that the PKA is spatially associated with the ER.<p> These results show for the first time that in invertebrates as well as in vertebrates the second messenger cAMP sensitises the IP₃-receptor/Ca²⁺-channel for IP₃ by the action of a PKA.

Die Aktivierung der Speichelsekretion erfolgt in der innervierten Speicheldrüse der Schabe <i>Periplaneta americana</i> durch die biogenen Amine Dopamin (DA) und Serotonin (5-HT). Die Acini der Speicheldrüse sezernieren einen Primärspeichel, der in den Ausführgängen modifiziert wird. Die durch DA und 5-HT aktivierten Signalwege sowie die an der Elektrolyt- und Flüssigkeitssekretion bzw. Speichel-modifikation beteiligten Transportmechanismen sind weitgehend unbekannt.<br> Mikrofluorometrische Ca²⁺-, Na⁺- und pH-Messungen in Kombination mit pharmakologischen Experimenten, biochemische Messungen der Aktivitäten von Ionentransport-ATPasen sowie videomikroskopische Analysen zu transepithelialen Wasserbewegungen wurden in dieser Arbeit durchgeführt. Sie sollten Informationen über die an der Speichelbildung und -modifikation beteiligten Transportmechanismen und die Signalwege liefern, welche durch DA und/oder 5-HT aktiviert werden. <br><br> Wesentliche Ergebnisse dieser Arbeit waren:<br><br> <ul> <li>Messungen des intrazellulären pH (pH_i) in Gangzellen zeigten, dass isolierte Ausführgänge mit Acini bei Stimulierung mit DA und 5-HT stark ansäuerten. In isolierten Ausführgängen ohne Acini verursachte nur DA eine schwache Ansäuerung. Da nur die Ausführgänge dopaminerg innerviert sind, die Acini jedoch dopaminerg und serotonerg, zeigt dieses Ergebnis, dass die DA- und/oder 5-HT-induzierte Primärspeichelbildung die Ursache für die pHi-Änderungen in den Gangzellen ist. pH_i-Messungen in den Gangzellen geben also auch Hinweise auf Transportvorgänge in den Acini.</li> <li> Der Na⁺-K⁺-2Cl^--Symporter und der Cl^--HCO₃^--Antiporter, gekoppelt mit dem Na⁺ H⁺-Antiporter (NHE) waren an der NaCl-Aufnahme in die peripheren Zellen der Acini zur Bildung des NaCl-reichen Primärspeichels beteiligt. Die Aktivität dieser Transporter hing von der CO₂/HCO₃^--Verfügbarkeit ab und war Ca²⁺-abhängig.</li> <li>Die starke Ansäuerung in den Gangzellen hing nicht von der Aktivität der apikalen vakuolären Protonen-ATPase (V-H⁺-ATPase), aber von der Aktivität der basolateralen Na⁺-K⁺-ATPase ab, die anscheinend in den Ausführgängen die Speichelmodifikation energetisiert.</li> <li>In isolierten Ausführgängen mit Acini waren die V-H⁺-ATPase und Na⁺-abhängige Transporter (u. a. NHE) an der Erholung von einer DA-induzierten oder einer NH₄Cl-Vorpuls-induzierten Ansäuerung in den Gangzellen beteiligt. Bei der Regulation des pH_i in unstimulierten Gangzellen spielten diese Transporter keine Rolle.</li> <li>In isolierten Ausführgängen mit Acini induzierte DA in den Gangzellen einen Anstieg der [Na⁺]_i und, zeitlich verzögert, auch der [Ca²⁺]_i. Der [Na⁺]_i-Anstieg war von der Aktivität der Acini abhängig und erfolgte möglicherweise über apikale Na+-Kanäle. Der [Ca²⁺]_i-Anstieg war graduiert und tonisch. Der DA-induzierte [Na⁺]_i-Anstieg in den Gangzellen und deren Depolarisation führten dazu, dass der basolaterale Na⁺-Ca²⁺-Antiporter in den Ca²⁺-Influx-Modus umkehrte. Die daraus resultierende tonische [Ca²⁺]_i-Erhöhung könnte an der Regulation der Na⁺-Rückresorption beteiligt sein.</li> <li>Zum Nachweis transepithelialer Flüssigkeitsbewegungen in isolierten Ausführgängen wurde eine videomikroskopische Methode entwickelt. Isolierte Ausführgänge ohne Acini resorbierten im unstimulierten Zustand Flüssigkeit aus dem Ausführganglumen. Möglicherweise sezernieren die Acini auch im unstimulierten Zustand mit geringerer Rate einen Primärspeichel, der in den Ausführgängen resorbiert wird. Die Resorption war ATP-abhängig. Der ATP-verbrauchende Transportmechanismus konnte nicht identifiziert werden. Weder die Na⁺-K⁺-ATPase noch die V-H⁺-ATPase waren an der Resorption beteiligt.</li> </ul> <br> Diese Arbeit trug zur Kenntnis der komplexen Funktionsweise von Speicheldrüsen in Insekten bei und erweiterte das lückenhafte Wissen über die zellulären Wirkungen biogener Amine in Insekten. Zudem wurden in dieser Arbeit viele Parallelen zu Funktionsweisen der Speicheldrüsen in Vertebraten deutlich. / The acinar salivary glands in the cockroach <i>Periplaneta americana</i> are innervated by dopaminergic and serotonergic fibers and secrete a NaCl-rich primary saliva upon stimulation with the biogenic amines dopamine (DA) or serotonin (5-HT). The ducts downstream of the acini are thought to modify the primary saliva by Na⁺reabsorption and K⁺ secretion. The electrolyte and fluid transport processes activated by DA and 5-HT as well as the second messenger pathways mediating between the biogenic amine receptors and the effector transport mechanisms are poorly understood.In this sudy, microfluorometrical Ca²⁺, Na⁺ and pH measurements were performed in combination with pharmacological experiments. Furthermore, ATPase activity assays and microscopical analyses of transepithelial fluid transport were done. The aim of this work has been the characterisation of the DA-induced transport mechanisms in the cockroach salivary glands in order to improve our understanding of the cellular actions of biogenic amines in insects. <br><br> Intracellular pH measurements in duct cells of isolated small lobes of salivary glands consiting of several acini and ducts showed a strong intracellular acidification upon DA or 5-HT stimulation. On the other hand, only a small intracellular acidification could be recognised in isolated ducts without acini. The acini are innervated by dopaminergic and serotonergic fibers, whereas the ducts are innervated only by dopaminergic fibers. Thus, this result demonstrates, that the DA- or 5-HT-induced production of primary saliva in the acini causes the intracellular pH changes in the ducts. Consequently, intracellular pH measurements in ducts are also useful to characterise transport processes in the acini.<br><br> The Na⁺-K⁺-2Cl^- cotransport and/or the Cl^--HCO₃^- exchange combined with the Na⁺ H⁺ exchange (NHE) were responsible for the NaCl uptake at the basolateral membrane in the peripheral cells of the acini during production of primary saliva. The activity of these transporters was regulated by the CO₂/HCO₃^--availability and was Ca²⁺-dependent. The activity of the basolateral Na⁺-K⁺-ATPase, but not of the apical vacuolar-type proton pump (V-H⁺-ATPase) in the duct cells was necessary for the strong intracellular acidification in the ducts with acini. Thus, the Na⁺-K⁺-ATPase seems to energise the saliva modification in the ducts. In ducts with acini, the V-H⁺-ATPase and Na⁺-dependent transporters (e.g. NHE) were responsible for the pH-recovery after a DA- or NH₄Cl-induced intracellular acidification in the duct cells. In the regulation of the intracellular resting pH these transporters played a minor role. In addition, DA induced an increase in the intracellular Na⁺ concentration, followed by an increase in the intracellular Ca²⁺ concentration in duct cells with acini, but never in duct cells without acini. The Na⁺ elevation was probably the result of the activity of apical Na⁺ channels. The DA-induced Na⁺ elevation and a depolarisation of the basolateral membrane of the duct cells reversed a Na⁺-Ca²⁺ exchange activity into the reverse mode causing a graded Ca²⁺ elevation in duct cells. The Ca²⁺ elevation is probably involved in the regulation of the Na⁺ reabsorption during saliva modification. Transepithelial fluid transport in isolated ducts was detected with a fluorescent microscopical method. Already unstimulated isolated ducts reabsorbed fluid from the duct lumen to the bath side. Perhaps unstimulated acini possess a basic secretion rate and this primary saliva is than reabsorbed in the ducts. The fluid reabsorption was ATP-dependent, but the ATP-consuming transport mechanism could not be identified. Neither the basolateral Na⁺-K⁺-ATPase, nor the apical V-H⁺-ATPase were involved in fluid reabsorption. This work extends our knowledge about the complex function of insect salivary glands and about the cellular action of biogenic amines in insects. Additionally, it indicates lots of similarities between the functions of salivary glands in vertebrates and invertebrates.

No description available.