THE ROLE OF MOUTHPART RECEPTORS IN THE FEEDING BEHAVIOUR OF SCHTSTOCERCA GREGARIA
Authors: HASKELL P. T. , LUNTZ A. J. MORDUE 
Published: April 2011

The rôle of the antennae, maxillary and labial palps and certain receptors on the posterior surface of the clypeo‐labrum and the dorsal surface of the hypo‐pharynx of fifth instar hoppers and mature adult male Schistocerca gregaria was investigated in simplified feeding situations. These consisted of the presentation of a known phago‐stimulant, sucrose, and a known deterrent factor, azadirachtin, on filter paper with intake determined gravimetrically.

The results showed that the mouthpart receptors provide the central nervous system with information on both phagostimulants and deterrents, but that the receptors on the dome of the palps played an important rôle in detecting the phago‐stimulant and hence stimulating feeding, while the A3 receptors seemed to operate principally in detecting the deterrent. The palps and A3 receptors apparently act as a first line of selection, but continued feeding depended on “satisfactory” stimulation of the A1 and A2 receptors of the clypeo‐labrum and the H receptors of the hypo‐pharynx; if these were removed together intake dropped by some 96% apparently irreversibly. Removal of the palps in hoppers initially caused a drop of feeding of some 60% but recovery of intake occurred after five days, due to the rôle of the palps in detecting sucrose and thus stimulating feeding being taken over by the antennae and the A3 receptors. This recovery in hoppers following palpal removal suggests a plasticity in the central nervous handling of the incoming information from the mouthpart receptors. No such recovery in feeding occurs in mature adult males after removal of the palps.

DIE ROLLE DER REZEPTOREN DER MUNDWERKZEUGE BEIM NAHRUNGSAUFNAHME‐VERHALTEN VON SCHISTOCERCA GREGARIA

1. Es wurden Untersuchungen an Larven des 5. Stadiums und reifen Männchen aus Massenzuchten von Schistocerca gregaria durchgeführt, um die Rolle der Rezeptoren der Mundwerkzeuge beim Nahrungsaufnahme‐Verhalten dieses Insekts festzustellen.

2. Vereinfachte Fraßsituationen wurden geschaffen, indem den Larven nach einer Hungerperiode von 18 Stunden und den Erwachsenen nach einer Hungerzeit von 3 Tagen Filterpapiere geboten wurden, die mit 0,1 M Rohrzucker und einem Gemisch von 0,1 M Rohrzucker und 1 × 10−6% Azadirachtin, einem bekannten Fraß‐Abschreckstoff, getränkt waren. Die Aufnahme der Filterpapiere durch Kontrolltiere und Versuchstiere wurde gravimetrisch bestimmt.

3. Die untersuchten Rezeptoren waren die Antennen, die Maxillar‐ und Labialtaster, die A1‐, A2‐ und A3‐Rezeptoren auf der Hinterfläche des Clypeolabrums und die H‐Rezeptoren auf der Dorsalseite des Hypopharynx; die beiden ersten Gruppen wurden durch Amputation, die übrigen durch Kauterisation entfernt. Es wird Sicherheit dafür nachgewiesen, daß die Ergebnisse nicht Folgen postoperativer Schockwirkungen waren.

4. Die Entfernung der Antennen der Larven beeinträchtigte die Wirkung der Rohrzucker‐Papier‐Annahme unmittelbar nach der Operation nicht, doch trat 5 Tage später eine geringe, nichtsignifikante Verminderung ein.

5. Entfernung der Maxillar‐ und Labialtaster verminderte die Aufnahme von Rohrzucker‐Papier sofort nach der Operation im. Mittel um 60%, aber nach 5 Tagen trat eine Erholung der Fraßreaktion ein. Es ließ sich zeigen, daß diese Erholung hauptsächlich auf der Übernahme der Rolle der Taster bei der Erkennung des Rohrzuckers und damit der fraßanregenden Wirkung durch die Antennen und die Ä3‐Rezeptoren des Clypeolabrums beruht, und in geringerem Maße durch die Chemorezeptoren, die über die äußere Oberfläche des Kopfes verstreut sind.

6. Entfernung der A3‐Rezeptoren sowohl der Larven wie der Erwachsenen reduzierte den Verzehr des Rohrzucker‐Papiers nicht; der Fraß war um etwa 70% herabgesetzt nach Entfernung der A1‐ und A2‐Gruppen des Clypeolabrums und um etwa 90% nach Entfernung der H‐Rezeptoren des Hypopharynx. Entfernung der A1, A2 und H zusammen führte bei den Larven zu einer 90% igen Verminderung des Fraßes ohne Erholung nach 7 Tagen.

7. Bei Fütterungsversuchen an Larven, denen Rohrzucker und Azadirachtin zusammen geboten wurde, ergab die Entfernung der Taster im Vergleich zu den Kontrollen einen nichtsignifikanten Anstieg des Fressens, welcher 5 Tage nach der Operation weiter anstieg. Ausschaltung der A3‐Rezeptoren ergab eine signifikante Zunahme der Fraßleistung, die sich in den nächsten 5 Tagen noch weiter steigerte. Gleichzeitige Entfernung sowohl der Taster wie der A3‐Rezeptoren ergab zunächst einen nichtsignifikanten Anstieg des Fraßes, aber 5 Tage später hatte sie zu einer signifikanten Steigerung der Nahrungsaufnahme geführt.

8. Diese Ergebnisse sind verständlich, wenn man annimmt, daß die Taster und die As‐Rezeptoren auf einer ersten Stufe der Nahrungswahl arbeiten, indem die Taster hauptsächlich für die Erkennung von Phagostimulantien und für die Anregung des Freßaktes, und die A3‐Rezeptoren vor allem für die Wahrnehmung der Abschreckstoffe und der Hemmung der Freßreaktion verantwortlich sind. Darüber hinaus müssen dann die A1‐, A2‐ und H‐Rezeptoren genügend erregt werden, damit eine kontinuierliche Nahrungsaufnahme erfolgen kann.

9. Bei reifen Adulten, die Rohrzucker‐Papier erhalten, führt die Abtrennung der Taster zu einer signifikanten Abnahme des Fraßes, ohne Erholung nach 2 Wochen; es scheint keine Übernahme der Tasterfunktion zu erfolgen.

10. Die Ergebnisse lassen vermuten, daß die Mundwerkzeuge der Larven und Imagines einen weiten Informationsbereich an das Zentralnervensystem weiterleiten und daß das Nahrungsaufnahme‐Verhalten durch Filterung und Integration dieser Information bestimmt wird. Bei den Larven, offensichtlich aber nicht bei den reifen Erwachsenen, besteht eine gewisse Plastizität, welche die Übertragung der Funktion zwischen gewissen Gruppen der Mundwerkzeuge gestattet und damit eine Erholung des Unterscheidungsvermögens und des Fressens auch nach Ausfall einiger der Rezeptoren.