Biogene Amine sind kleine organische Verbindungen, die sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen als Neurotransmitter, Neuromodulatoren und/oder Neurohormone wirken können. Sie bilden eine bedeutende Gruppe von Botenstoffen und entfalten ihre Wirkungen über die Bindung an eine bestimmte Klasse von Rezeptorproteinen, die als G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bezeichnet werden. Bei Insekten gehören zur Substanzklasse der biogenen Amine die Botenstoffe Dopamin, Tyramin, Octopamin, Serotonin und Histamin. Neben vielen anderen Wirkung ist z.B. gezeigt worden, daß einige dieser biogenen Amine bei der Honigbiene (Apis mellifera) die Geschmacksempfindlichkeit für Zuckerwasser-Reize modulieren können. Ich habe verschiedene Aspekte der aminergen Signaltransduktion an den „Modellorganismen“ Honigbiene und Amerikanische Großschabe (Periplaneta americana) untersucht. Aus der Honigbiene, einem „Modellorganismus“ für das Studium von Lern- und Gedächtnisvorgängen, wurden zwei Dopamin-Rezeptoren, ein Tyramin-Rezeptor, ein Octopamin-Rezeptor und ein Serotonin-Rezeptor charakterisiert. Die Rezeptoren wurden in kultivierten Säugerzellen exprimiert, um ihre pharmakologischen und funktionellen Eigenschaften (Kopplung an intrazelluläre Botenstoffwege) zu analysieren. Weiterhin wurde mit Hilfe verschiedener Techniken (RT-PCR, Northern-Blotting, in situ-Hybridisierung) untersucht, wo und wann während der Entwicklung die entsprechenden Rezeptor-mRNAs im Gehirn der Honigbiene exprimiert werden. Als Modellobjekt zur Untersuchung der zellulären Wirkungen biogener Amine wurden die Speicheldrüsen der Amerikanischen Großschabe genutzt. An isolierten Speicheldrüsen läßt sich sowohl mit Dopamin als auch mit Serotonin Speichelproduktion auslösen, wobei Speichelarten unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet werden. Dopamin induziert die Bildung eines völlig proteinfreien, wäßrigen Speichels. Serotonin bewirkt die Sekretion eines proteinhaltigen Speichels. Die Serotonin-induzierte Proteinsekretion wird durch eine Erhöhung der Konzentration des intrazellulären Botenstoffs cAMP vermittelt. Es wurden die pharmakologischen Eigenschaften der Dopamin-Rezeptoren der Schaben-Speicheldrüsen untersucht sowie mit der molekularen Charakterisierung putativer aminerger Rezeptoren der Schabe begonnen. Weiterhin habe ich das ebony-Gen der Schabe charakterisiert. Dieses Gen kodiert für ein Enzym, das wahrscheinlich bei der Schabe (wie bei anderen Insekten) an der Inaktivierung biogener Amine beteiligt ist und im Gehirn und in den Speicheldrüsen der Schabe exprimiert wird. / Biogenic amines are small organic compounds that act as neurotransmitters, neuromodulators and/or neurohormones in vertebrates and in invertebrates. They form an important group of messenger substances and mediate their diverse effects by binding to membrane receptors that primarily belong to the large gene-family of G protein-coupled receptors. In insects, the group of biogenic amine messengers consists of five members: dopamine, tyramine, octopamine, serotonin, and histamine. Besides many other effects, some of these biogenic amines were shown, for example, to modulate gustatory sensitivity to sucrose stimuli in the honeybee (Apis mellifera). I have investigated various aspects of the aminergic signal transduction in the “model organisms” honeybee and American cockroach (Periplaneta americana). So far, I have characterized two dopamine receptors, a tyramine receptor, an octopamine receptor and a serotonin receptor of the honeybee, which is well-known for its learning and memory capacities. The receptors where expressed in cultivated mammalian cells in order to analyze their pharmacological and functional (i.e., second messenger coupling) properties. The spatiotemporal expression patterns of the respective receptor mRNA were investigated in the honeybee brain by using different techniques (RT PCR, Northern blotting, in situ-hybridization). The salivary glands of the American cockroach were used as a model object in order to investigate the cellular effects of biogenic amines. Both dopamine and serotonin trigger salivary secretion in isolated salivary glands. The quality of the secreted saliva is, however, different. Stimulation of the glands by serotonin results in the production of a protein-rich saliva, whereas stimulation by dopamine results in saliva that is protein-free. Serotonin-induced protein secretion is mediated by an increase in the intracellular concentration of cAMP. The pharmacological properties of dopamine receptors associated with cockroach salivary glands were investigated and the molecular characterization of putative aminergic receptors of the cockroach was initiated. Furthermore, I have characterized the ebony gene of the cockroach. This gene encodes an enzyme that is probably involved in the inactivation of biogenic amines in the cockroach (as in other insects). The ebony gene is expressed in the brain and in the salivary glands of the cockroach.

Die übliche Art und Weise der Pflege unserer Grünflächen hat europaweit zu einem drastischen Rückgang der Tagfalter geführt. Dies betrifft auch die Pflege von Freiflächen in den Siedlungsbereichen. Dabei ließen sich die negativen Auswirkungen für Tagfalter reduzieren, indem man die Art und Weise der Mahd an ihre Lebensgewohnheiten anpasst. Wie dies funktioniert, erklären wir in dieser Broschüre anhand von acht Tagfalterarten. Redaktionsschluss: 01.05.2015

Die übliche Art und Weise der Pflege unserer Grünflächen hat europaweit zu einem drastischen Rückgang der Tagfalter geführt. Dies betrifft auch die Pflege von Freiflächen in den Siedlungsbereichen. Dabei ließen sich die negativen Auswirkungen für Tagfalter reduzieren, indem man die Art und Weise der Mahd an ihre Lebensgewohnheiten anpasst. Wie dies funktioniert, erklären wir in dieser Broschüre anhand von acht Tagfalterarten. Redaktionsschluss: August 2024

Bei der Eiablage müssen sich Pflanzen fressende Insekten wiederholt entscheiden, Eier auf Wirtspflanzen niedriger Qualität zu legen oder auf bessere Pflanzen zu warten. Diese Entscheidungen sind Fitness relevant, weil Larven sich je nach Wirt unterschiedlich entwickeln und weil Weibchen in diesem inter-temporären Optimierungsproblem sowohl zu wählerisch als auch nicht wählerisch genug sein und so nicht alle Eier bzw. Eier in zu geringer Qualität legen können. Meine Arbeit nutzt vier Ansätze um zu untersuchen, wie diese Entscheidungsprobleme entstehen und wie Weibchen diese strategisch lösen. Erstens benutze ich analytische Optimierungsmodelle um zu zeigen, dass ein evolutionärer Trade-Off zwischen Vermehrung und Überleben variierender evolutionär stabiler Ei- und Zeit-Limitierung führen kann, dass aber keiner dieser zwei Faktoren ignoriert werden darf. Zweitens stelle ich klar, dass in der Vergangenheit vorgeschlagene schematische Zeit- und Ei-Kosten der Eiablage sich nicht mit den wirklichen Selektionskräften auf die Ei-Anzahl decken und daher kein gutes Werkzeug zur Analyse von Eiablage-Strategien darstellen. Drittens zeige ich mit Optimierungs- und populationsgenetischen Modellen, dass räumliche Heterogenität in der Wirtsverfügbarkeit keine notwendige Bedingung für die Evolution von Generalismus ist, weil emergente Quellen-Senken Dynamiken die Anpassung der Insekten an marginale Habitate verhindern, wenn Migrationsraten nicht hoch sind. Viertens zeige ich an Agenten basierte Simulationen zum Beispiel des Aurorafalters, Anthocharis cardamines, dass der phänologische Spezialismus der Larven dieser Art den Eiablage-Generalismus der Weibchen zur Folge hat. Insgesamt zeigen diese vier Ergebnisse, wie nützlich theoretische Ansätze zur Untersuchung spezifischer Szenarios der strategischen Eiablage sein können und machen deutlich, dass die Evolution von Generalismus leichter aus zeitlicher denn aus räumlicher Heterogenität folgt. / Ovipositing phytophagous insects repeatedly face the decision problem of laying eggs on lower-quality host plants or waiting out for higher-quality ones. These choices carry fitness costs and benefits because larvae develop differentially on different hosts and because, in this inter-temporal optimization task, females may be too choosy and die before laying all eggs (i.e. become time-limited) or not be choosy enough and run out of eggs before their death (i.e. become egg-limited). This thesis employs four approaches to examine how oviposition decision problems arise and how they are strategically solved by female insects. First, I use analytical optimization models to show that a life-history trade-off between survival and reproduction can lead to varying evolutionarily stable levels of egg and time limitation, but that neither egg nor time limitation can be ignored in evolutionary analyses of oviposition. Second, I highlight that such schematic time and egg costs of oviposition as advocated in the past do not match the actual forces of natural selection on egg number as partitioned between egg and time limitation and therefore represent a less useful practice to analyze oviposition strategies. Third, I use optimality and population genetic models to show that spatial heterogeneity in host availability is not a sufficient condition for the evolution of generalism because emergent source-sink dynamics preclude adaptation of insects to marginal habitats unless migration rates are high. Fourth, I employ individual-based simulations built around the case study of the orange tip butterfly, Anthocharis cardamines, to show that this species’ larvae’s phenological specialism may drive the adult females’ oviposition generalism. All these findings show the usefulness of theoretical approaches to examine specific questions of strategic oviposition. Moreover, they demonstrate that evolution of generalism more likely results from resource unpredictability in time than in space.

In dieser Arbeit identifizierte und quantifizierte ich zunächst mehrere Isolationsbarrieren zwischen den nah verwandten Feldheuschreckenarten Chorthippus biguttulus und C. mollis (Kapitel 2). Meine Ergebnisse deuten auf eine wichtige Rolle von chemischen Signalen bei der reproduktiven Isolation zwischen diesen Arten hin. Durch die Kombination von verschiedenen Ansätzen untersuchte ich die ultimaten und proximaten Ursachen von chemischen Signalen auf das Fortpflanzungsverhalten. Im dritten Kapitel zeigte ich, dass die kutikulären Kohlenwasserstoff Profile (CHC) von C. biguttulus und C. mollis art- und geschlechtsspezifisch sind. Mit Hilfe eines RNA-seq Ansatzes untersuchte ich transkriptionelle Unterschiede in Kandidatengenen, die für die Divergenz in den CHC Profilen zwischen den Arten und den Geschlechtern verantwortlich sein könnten. Ein solches Gen zeigte artspezifische Expression und trägt möglicherweise zur reproduktiven Isolation zwischen den Arten bei. Darüber hinaus fand ich Expressionsunterschiede zwischen den Geschlechtern in vier Kandidatengenen. Zwei von diesen Genen zeigten eine erhöhte Expression in Männchen, was eventuell in Verbindung mit dem höheren Anteil von dimethyl-verzweigten Kohlenwasserstoffen in Männchen steht. Ich fand keine Hinweise für positive Selektion in den Kandidatengenen, was vermuten lässt, dass die Unterschiede in CHC Profilen durch transkriptionelle Unterschiede entstehen. In Kapitel 4 erforschte ich mit Hilfe eines Bioassays, wie sich verschiedene CHC Signale auf das Balzverhalten von Männchen auswirkten. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass der Genfluss zwischen C. biguttulus und C. mollis durch verschiedene Barrieren unterbrochen ist und dass diese Feldheuschrecken multimodale Kanäle im Paarungsverhalten verwenden. Zusätzlich lassen meine Ergebnisse eine zentrale Rolle von kutikulären Kohlenwasserstoffen in der reproduktiven Isolation beider Arten und in der Artbildung vermuten. / In this thesis, I first conducted several experiments to identify and quantify reproductive isolation at multiple stages in the life history of the closely related species Chorthippus biguttulus and C. mollis (chapter 2). My results indicated a crucial role of chemical cues in the maintenance of species isolation. I combined multiple approaches to examine the ultimate and proximate causes of chemical cues on reproductive behavior in these species. In chapter 3, I demonstrated that the cuticular hydrocarbon (CHC) profiles of C. biguttulus and C. mollis provide species- and sex-specific cues. I used a RNA-seq approach to examine transcriptional differences of candidate genes, which might cause the divergence in CHC profiles between species and sex. One candidate gene showed species-specific transcriptional differences and may contribute to reproductive isolation. In addition, four candidate genes were differentially expressed between the sexes. Two of them exhibited a strong male-biased expression, which may be linked to higher proportions of dimethyl-branched CHCs in males. I found no evidence for positive selection acting on these genes, suggesting that differences in CHC profiles are presumably mediated at transcriptional level. In chapter 4, I developed a bioassay to determine if female CHCs act as chemical cues that induce courtship behavior in males. In summary, this thesis demonstrated that various reproductive isolating mechanisms reduce the gene flow between C. biguttulus and C. mollis and that in these species the courtship display consists of multimodal signals. In addition, my results suggest a key role of chemical cues in reproductive isolation and speciation.

Malaria ist eine Krankheit, die durch den Protozoen Plasmodium verursacht und von Anopheles Moskitos durch infektiöse Stiche übertragen wird. Diese ̈Übertragung kann durch verschiedene Interventionsstrategien blockiert werden. Eine relativ neue Strategie, die bisher nur im Labor getestet wurde, ist der Einsatz genetisch veränderter Moskitos, die den Parasiten nicht auf einen neuen menschlichen Wirt übertragen können. Ein Ansatz ist die Entwicklung von Moskitos, die mit murinen Antikoepern ausgestattet sind, die gegen relevante Oberflächenproteine des Parasiten, dem Circumsporozoite Protein (CSP) gerichtet sind. Es ist jedoch nach wie vor unklar, welches Entwicklungsstadium angegriffen werden soll und welche Antikörper für diesen Ansatz effizient sind. Hier zeige ich, dass in Stechmücken, die mit einem humanen Anti-CSP-Antikörper ausgestattet sind, die Sporogonie der Oozysten in Abhängigkeit von der Parasiten-dichte blockiert wird und somit die Sporozoitenlast in den Mücken signifikant verringern. Insbesondere Antikörper, die sich an die ’Repeat Region’ des CSP binden, können die Sporozoitenlast in der Stechmücke verringern. Des Weitern, zeigen diese Stechmücken kaum Defekte in der Entwicklung und im Überleben. Diese Ergebnisse bestätigen die zuvor beschriebene Bedeutung von CSP während der Sporogonie und unterstreichen die Effizienz von humanen, ’Repeat Region’ bindenden Anti-CSP-Antikörpern bei der Beeinträchtigung der Parasitenentwicklung in dem Vektor. Darüber hinaus ist in Stechmücken, die mit humanen Anti-CSP Antikörpern ausgestattet sind, die Entwicklung von Sporozoiten teils limitiert und teils komplett verhindert. Dies macht sie zu einem vielversprechenden Instrument für Maßnahmen zum Malaria Kontrolle. In dieser Arbeit habe ich weitere Einblicke in den Mechanismus , durch den Anti-CSP-Antikörper die Parasitenentwicklung in der Mücke stören, und gezeigt, dass Oozysten ein effizientes Ziel für diesen Ansatz sind. / Malaria is a disease caused by the protozoan parasite Plasmodium and transmitted by Anopheles mosquitoes trough infectious bites, these transmission events can potentially be blocked by different intervention strategies. A relatively new strategy which has been only tested in the laboratory is the use of genetically modified mosquitoes unable to transmit the parasite to a new human host. In the past, murine derived antibodies directed against relevant parasite surface proteins were used with limited success. It remains unclear which developmental stage is targeted, and which antibodies are useful. Here, I show that in mosquitoes equipped with a human derived anti-CSP repeat binding antibody, oocyst sporogony is blocked in a parasite density dependent manner. Only repeat binding antibodies could decrease sporozoite loads in the mosquito. These results confirm the previously described importance of CSP during sporogony and highlight the efficiency of human derived repeat binding anti-CSP antibodies in interfering with parasite development even in a different host. Additionally, mosquitoes equipped with human derived anti-CSP antibodies show little (in high density infections) to no (in low density infections) sporogonic development, making them a promising tool for malaria transmission blocking interventions. I provided additional insights into the mechanism by which anti-CSP antibodies interfere with parasite development in the mosquito showing that oocysts are an efficient target for this approach. Therefore, the mosquitoes used here are potentially resistant in a more natural setting. Additionally, I provided a new tool allowing a faster screening of antibodies in a mosquito context by injection of single chain Fabs into the mosquito hemolymph. Taken together, this approach could one day give rise to alternative strategies in tackling malaria transmissions.

Neuronale Adaptation dient dazu, eine Sinnesbahn kurzfristig an die aktuelle Umgebung des Tieres anzupassen. Ihr zeitlicher Verlauf lässt sich in der Antwort einzelner Nervenzellen direkt beobachten. Der Adaptation unterliegen eine Vielzahl verschiedener Mechanismen, die über die gesamte Sinnesbahn verteilt sein können. In der vorliegenden Arbeit wurde der Versuch unternommen, diese unterschiedlichen Betrachtungsebenen zusammenzuführen. Dazu wurden mehrere experimentelle und theoretische Studien durchgeführt. In zwei der vorgestellten Studien wurden Kombinationen aus Strominjektionen und akustischen Reizen verwendet, um intrinsische Adaptation von Netzwerkeffekten zu trennen. Dabei ergab sich in einer experimentellen Studie am auditorischen System der Heuschrecke, dass die Adaptationsmechanismen, die in verschiedenen Teilen der Hörbahn rekrutiert werden, sehr stark von Identität und Funktion der jeweils untersuchten Nervenzelle abhängen. Ähnliche Methoden ermöglichten es, im auditorischen System der Grille präsynaptische Hemmung als Substrat für die wichtige mathematische Operation der Division zu identifizieren. Zusätzlich wurden Modellierungen durchgeführt, bei denen die Frage bearbeitet wurde, wo Adaptation in der Hörbahn wirken sollte, bezogen auf zwei verschieden Aufgaben: die Lokalisation eines Signals und die neuronale Abbildung dessen zeitlicher Struktur. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass die Anforderungen für diese beiden Aufgaben sehr unterschiedliche sind. In einer vierten Studie wurde untersucht, ob die Adaptation in einem auditorischen Interneuron der Grille dazu dient, die gesamte sensorische Umgebung gut abzubilden, oder ob durch die Adaptation eine Abtrennung des jeweils lautesten Signals erreicht werden kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl die Adaptationsmechanismen, als auch deren genaue Platzierung innerhalb der sensorischen Bahn wesentlich für Sinnesleistungen sind. / Neural adaptation serves to adjust the sensory pathway to the current environment of an animal. While the effect and time course of adaptation can be observed directly within single cells, its underlying cause is a combination of many different mechanisms spread out along the sensory pathway. The present work has the objective to unite these different levels of understanding of the term adaptation. In order to do so, several experimental and theoretical studies were carried out. In two of these studies, a combination of current injection and auditory stimulation was used, in order to disentangle intrinsic adaptation from network effects. In one of the studies, carried out in the auditory system of locusts, it was revealed that the mechanisms behind adaptation that are activated within different parts of the auditory system depend critically on identity and function of the cell under study. Similar methods enabled the identification of presynaptic inhibition as a possible mechanisms behind the important mathematical operation of division in the auditory system of crickets. Additionally, a modeling study pursued the question, where adaption should work in the auditory system from the perspective of two different tasks of sensory processing: identification of a signal and localization of its source. The results obtained from the model suggest conflicting demands for these two tasks and also present a solution of this conflict. In a fourth study, it was asked wether adaptation in the auditory system of crickets serves to guarantee optimal representation of the entire sensory environment or if it helps to separate one most important signal from the background. In summary, not only which mechanisms of adaptation are at work is of crucial importance for sensory processing, but also the exact placement of these along the pathway.

Das Ziel von computational neuroscience ist, neuronale Transformationen zu beschreiben und deren Mechanismen und Funktionen zu beleuchten. Diese Doktorarbeit kombiniert Experiment, Datenanalyse und Modelle um neuronale Kodierung anhand des auditorischen Systems von Feldheuschrecke und Grille zu erforschen. Der erste Teil befasst sich mit der neuronalen Repräsentation von Balzsignalen in Feldheuschrecken. In Rezeptoren ist die Kodierung dieser Signale homogen - alle Neuronen bilden den Reiz gleich ab. In nachgeschalteten Zellen wird die Kodierung spärlicher, sowohl auf Ebene der Zeit als auch der Zellpopulation. Es entsteht ein labeled line code, bei dem unterschiedliche Nervenzellen unterschiedliche Merkmale des Stimulus abbilden. Dieser Transformation liegt eine nichtlineare Kombination von mehreren Stimulusmerkmalen zu Grunde. Die erhöhte Spezifizität von Neuronen dritter Ordnung ermöglicht eine einfache Art der Musterklassifikation, bei der die Zeitpunkte bestimmter Reizelemente innerhalb des Signals ignoriert werden können. Die beschriebene Reiztransformation repräsentiert einen Mechanismus für die Erkennung zeitlich redundanter Kommunikationssignale, wie sie von vielen Insekten produziert werden. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass die spektrale und zeitliche Abstimmung von Neuronen zweiter Ordnung bei Grillen von der Komplexität des Reizes abhängt. Während die Abstimmung für Reize mit nur einer Trägerfrequenz breit ist, führen Reize mit mehreren Trägerfrequenzen zu einer Schärfung. Hierdurch kann Information über einzelne Komponenten eines komplexen Signals in der Kodierung erhalten werden. Ein statisches Netzwerkmodell zeigt, dass diese adaptive Abstimmung mit Mechanismen erzeugt werden kann, die in Nervensystemen vieler Organismen vorkommen. Wie diese Doktorabeit zeigt, vereinen Insekten einfach aufgebaute und gut zugängliche Nervensysteme mit komplexen Reiztransformationen. Dies macht sie zu produktiven Modellorganismen für die Neurowissenschaften. / The goal of computational neuroscience is to describe the stimulus transformations performed by neural systems and to elucidate their mechanisms and functions. This thesis combines experiment, data analysis and theoretical modeling to explore neural coding in the small auditory systems of grasshoppers and crickets. The first part deals with the transformation of the neural representation of courtship signals in grasshoppers. The code in auditory receptors is relatively homogeneous. That is, all neurons represent a very similar stimulus feature. Representation in higher-order neurons leads to an increase of temporal and population sparseness. This creates a labeled-line population code where different neurons represent different and specific stimulus features. Sparseness in the system increases through a nonlinear combination of two stimulus features. This transformation enables a simple mode of pattern classification, which ignores the timing of individual features and relies only on their average values during a signal. The transformation can therefore facilitate the recognition of the long, temporally redundant communication signals produced by grasshoppers and other insects. The second part shows that spectral and temporal tuning of second-order neurons in crickets strongly depends on the complexity of the stimulus. While tuning is relatively broad for single-carrier stimuli, signals containing multiple carrier frequencies lead to a sharpening of the tuning. This sharpening preserves information about individual components of a complex stimulus. A network model revealed that such adaptive tuning can be implemented in a static network with mechanisms that are ubiquitous in many neural systems. In summary, this study shows that the nervous systems of insects combine a relatively simple structure with complex stimulus transformations. This renders them empirically accessible and suitable model systems for computational neuroscience.

Die Heuschreckenart Chorthippus biguttulus (Orthoptera: Acrididae) ist ein Modellorganismus für akustische Kommunikation. Die Männchen stridulieren durch Reiben des Hinterbeins gegen eine Flügelvene. Diese Dieser Gesang bietet Weibchen Informationen über Artzugehörigkeit, Geschlecht und u.U. die Qualität. Rezeptive Weibchen antworten auf arteigene und attraktive Gesänge. Ich untersuchte, welche Informationen der Männchengesang enthält, wie diese sich in Gesangsparametern manifestieren und welche Informationen rezipiert werden. Ich untersuchte Abhängigkeiten zwischen Gesang und Temperatur, Alter, Morphologie und Immunkompetenz. Ebenfalls testete ich auf eine Infektion mit Wolbachia sp.. Mit Playback-Versuchen wurde die Präferenz der Weibchen getestet. Der Sexualdimorphismus, Populationsunterschiede und Unterschiede zwischen Freiland- und F1-Populationen wurden untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Männchengesänge in geringem Maße altersabhängig waren während sie Temperatur den Gesang stark beeinflusst. Länger andauernde Nymphenphasen induzierten veränderte Gesangsmerkmale. Größere und schwerere Beine korrelierten mit dem Onsetsowie der Versdauer und der Pausendauer. Die Phasenverschiebung der Hinterbeine hing stark mit der Störpausentiefe und der Thoraxbreite zusammen. Die Werte der Immunkompetenz korrelierten positiv mit dem Onset des Gesangs des jeweiligen Männchens sowie der Femurlänge. Die Weibchen bevorzugten Männchengesänge, die tiefe Offsets, lange Periode, bzw. Silben, geringe Störpausen und besonders lange Versdauern aufwiesen. Die Tiere zeigten einen hohen Grad an Sexualdimorphismus in Morphologie und Gesang. Ebenfalls waren starke Unterschiede in fast allen untersuchten Morphologiemerkmalen und den meisten Gesangsparametern verschiedener Populationen von Männchen festzustellen, wobei die Weibchenpräferenzen ähnlich waren und der artspezifische Parameter, das Silben-Pausen-Verhältnis, sich nicht unterschied. / The grasshopper Chorthippus biguttulus (Orthoptera: Acrididae) is a model organism for acoustic communication. The males stridulate by rubbing the hind legs against their forewings. The "song" is species-specific and contains information about the gender and perhaps about the quality. Receptive females answer by singing, if the male song is attractive. I worked on the question, which information about the male is in the song, which song parameters contain the information and which of these information is received by the females. I tested correlations between the song parameters and temperature, age, morphology and immunocompetence and I tested for an infection with Wolbachia sp.. The females’ preferences on male songs were tested with playback-experiments. I investigated the sexual size dimorphism and behavioral differences and the differences in these parameters of animals of different sites in Germany and of laboratory and field animals. The male songs were on a small scale age-dependent. Temporal parameters) depended very much from the temperature and decrease with higher temperatures. The developmental time correlated with the duration of the syllables, the onset variances and the gaps in the syllable. Males with longer and heavier legs produced higher onset, longer verses and longer pauses. The gaps in the syllable amplitude and the width of the thorax correlated with the phase shifting of the hind legs. The immunocompetence rate was positively correlated with the onset and the length of the femur. Females preferred male songs, which contained deep offsets, long periods (syllables), small gaps and long verse durations. The species showed a high degree on sexual dimorphism in morphology and the song parameters. The animals of different populations differed significantly in almost every morphology parameter and a lot of song parameters, while the syllable-to-pause-ration (species-specific) was constant. The females preference of the different sites were similar.

Der Schwarzkäfer Zophobas rugipes lebt in Höhlen im Dung von Fledermäusen. Die Puppen entwickeln sich in dieser Guanoschicht innerhalb von 9 - 12 Tagen. Sie zeigen während der gesamten Entwicklung den für ruhende Insekten typischen diskontinuierlichen Gasaustausch. Die Umgebungsluft im Guano kann durch Zersetzungsprozesse und Luftabschluss wenig Sauerstoff und viel Kohlendioxid enthalten. Die Puppen müssen daher in der Lage sein, externe Hypoxie oder Hyperkapnie zu tolerieren. Da die Stoffwechselrate zu Beginn und zum Ende des Puppenstadiums relativ hoch ist, ändern sich zusätzlich die internen Anforderungen an den Atemgastransport. Ungünstige Lebensbedingungen und sich im Laufe der Entwicklung ändernde Stoffwechselraten erfordern eine respiratorische und metabolische Anpassung der Puppen. Die vorliegende Arbeit untersucht, welchen Einfluss metabolisch gebildetes und atmosphärisches Kohlendioxid auf den Säure-Basen-Haushalt der Puppen von Zophobas rugipes hat. Untersuchungen des Wassergehalts der Puppen zeigte während der gesamten Entwicklung konstante Werte um 60 %. Die Volumina von HL und Gewebe änderten sich durch Histolyse, Histogenese und Resorption von Exuvialflüssigkeit. Die HL zeigte das für omnivore Insekten charakteristische Ionenmuster mit einem [Na+]-[K+]-Verhältnis von 2,4. [Mg2+] in der HL betrug zu Beginn der Entwicklung 83 meq/l. [Mg2+] und [Cl-] in der HL fielen im Laufe der Entwicklung ab. Protein- und Aminosäurekonzentrationen änderten sich uneinheitlich. Die Nettoladung der Aminosäuren war während des gesamten Puppenstadiums positiv. Von den proteinogenen Aminosäuren fehlten in der HL Aspartat und Methionin. Prolin diente als Energielieferant. Phenyalanin und Tyrosin wurden zu Beginn des Entwicklung bei der Sklerotisierung metabolisiert und später wieder angereichert. Tryptophan wurde zunächst angereichert und zum Ende der Entwicklung zum Aufbau von Ommochromen verwendet. CO2-Kapazitanz und Puffereigenschaften der Kompartimente änderten sich während der gesamten Entwicklung nicht. Die hohe CO2-Kapazitanz der HL spiegelte sich in einer hohen Bikarbonatkonzentration wider. Der in vitro bestimmte Nichtbikarbonatpufferwert (betaNB) betrug 17,0 meq/(l*pH) in der HL und 59,3 meq/(l*pH) im Gewebe. Änderungen des Stoffwechsels während der Entwicklung wurden respiratorisch und nicht durch Anpassung von CO2-Kapazitanz oder betaNB kompensiert. Messung von atmungsabhängigen Änderungen des pH-Werts in der HL erfolgte durch Implantation von pH-Mikro-Glaselektroden an 26 Puppen. Der pH-Wert der HL in vivo betrug 6,65 - 7,11. Die Implantation von pH-Elektroden verursachte eine Erhöhung der Stoffwechselrate und eine Verkürzung der Zyklusdauer. Während der Öffnungsperioden stieg der pH-Wert um etwa 0,01 Einheiten je 100 nmol/g CO2 an. Die Verletzung durch die Implantation verursachte eine metabolische Azidose. Diese Azidose wurde durch den Verlust von Bikarbonat, das als CO2 abgeatmet wurde, respiratorisch kompensiert. Gleichzeitig sank der PCO2 in der HL auf Werte unter 25,8 Torr (3,4 kPa). Eine experimentell induzierte Hyperkapnie wurde metabolisch kompensiert. Als Folge stieg der betaNB der HL auf 37,7 meq/(l*pH). Je höher der in der HL gemessene pH-Wert, desto kürzer waren Zyklusdauer und Dauer der Öffnungsperiode. Dieser Zusammenhang gab Hinweise auf eine Atemregulation durch Wahrnehmung von pH-Wert-Änderungen. / The tenebrionid beetle Zophobas rugipes inhabits caves, living in the dung of bats. The pupal stages develop in 9 to 12 days under a layer of guano. Gas exchange is cyclic and discontinuous during entire pupal development. During development, the atmosphere in the dung may become hypoxic and hypercapnic, extreme environmental conditions to be tolerated by the pupae. Since metabolic rate is relatively high in the beginning and the end of the pupal stage, the pupae have to cope with varying internal respiratory conditions. Extreme environmental conditions and varying metabolic rates have to be compensated by respiratory and metabolic adaptations. This study deals with the effects of metabolic and atmospheric carbon-dioxide on the acid-base-status of pupae of Zophobas rugipes, preceded by an investigation of volume, water-content, and soluble components of haemolmyph and tissue, respectively. Water content of the pupae was rather constant around 60 % during the entire pupal stage. Volumes of haemolymph and tissue changed by histolysis, histogenesis and resorption of exuvial fluid. The ratio between [Na+] and [K+] in the haemolymph (2,4) was typical for omnivorous insects. [Mg2+] in the haemolymph was high in the beginning (83 meq/l), but decreased similar to the pattern for [Cl-] during pupal development. Protein concentration and amino acid concentrations varied irregularly. The sum of amino acid charge was positive. Aspartate and Methionine were not detected in the haemolymph. Proline was used as an energy source. Phenylalanine and Tyrosine were metabolised for sclerotisation in the beginning of the pupal stage and were accumulated during the rest of the development. Tryptophane was accumulated in the beginning of pupal development and was then used as a source for ommochromes. CO2-capacitance and non-bicarbonate buffer-value (betaNB) of haemolymph and tissue did not change during pupal development. They were independent of the changes in concentration of the examined ingredients. The high value of CO2-capacitance was related to a high [HCO3-]. betaNB in vitro was 17,0 meq/(l*pH) in the haemolymph and 59,3 meq/(l*pH) in the tissue. Metabolic changes were compensated by respiratory adjustments rather than by adaptation of CO2-capacitance or betaNB. Respiratory changes in haemolymph-pH were recorded by implantation of pH-micro-glas-electrodes in 26 pupae. Haemolymph-pH in vivo was found to be 6,65 - 7,11. Electrode implantation caused an increase of metabolic rate and diminished the duration of the respiratory cycle. Haemolymph-pH increased during the opening periods with about 0,01 units per 100 nmol/g CO2. Injuring the pupae by implantation of electrodes resulted in a development of metabolic acidosis. This was compensated by buffering action of bicarbonate and expiration of CO2. As a consequence, PCO2 decreased to values lower than 25,8 Torr (3,4 kPa). During elevated atmospheric PCO2, the resulting respiratory acidosis was compensated metabolically. As a consequence, betaNB increased to a value of 37,7 meq/(l*pH). The higher pH in the haemolymph, the shorter was the duration of the respiratory cycle and the opening period. This coincidence is possibly an expression of regulation of respiration by perception of changes in pH.