Einfluß von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Energiebilanz während der Metamorphose verschiedener Kasten von Formica polyctena Foerst. (Hym.)1,2
Authors: Schmidt Gerhard H. 
Published: July 2010

Mit 7 Metamorphosestadien von Männchen, Weibchen und Arbeiterinnen von F. polyctena wurden atmungs‐ und transpirationsphysiologische Un‐tersuchungen durchgeführt und folgende Ergebnisse erhalten:

Das von der Temperatur abhängige Respirationsmaximum der einspinn‐reifen Larve liegt in alien Fällen tiefer als das der schlüpfreifen Imago. Larven sind im Hinblick auf ihren Atmungsstoffwechsel für hohe Tempera‐turen empfindlicher als Puppen und Imagines. Hiermit übereinstimmend werden erstere im Nest in kühleren Regionen gelagert als Puppen.

Die Temperaturempfindlichkeit der Atmungsprozesse steigt bei Geschlechtstieren während der Metamorphose mit zunehmendem Sauerstoff‐verbrauch an. Während der Vorpuppenphase sinkt er, wie üblich, ab und damit verlagert sich das in Abhängigkeit von der Temperatur erreichbare Maximum zur warmen Seite (bei ♀♀ bis 37° C, bei ♂♂ bis 34° C). Nach der Puppenhautung steigt der Sauerstoffverbrauch wieder an, und das Maximum wird bereits bei tieferen Temperaturen erreicht (bei ♀♀ bei 32° C, bei ♂♂ bei 30° C). Vor der Imaginalhäutung zeigen Weibchen nochmals eine Verschiebung des Maximums bis auf 40° C, die bei Männ‐chen fehlt. Bei Arbeiterinnen ist ein derartiger Temperatureinfluß nicht zu beobachten.

Ein Vergleich des Sauerstoffverbrauchs verschiedener an Größe difrerie‐render Kasten mit ihrem Gewicht im doppellogarithmischen Koordinaten‐system ergab eine Veränderung der Beziehungen mit der Temperatur sowie mit dem Entwicklungsstadium. Die Anstiegswinkel (α) schwanken bei Versuchstemperaturen zwischen 16 und 32° C von 42‐55°. Dieses spricht in jedem Fall für eine Gewichtsproportionalität der Respiration.

Der Sauerstoffverbrauch für die Metamorphoseprozesse ist von der Ent‐wicklungstemperatur stark abhängig. Er ist in jedem Fall bei 27‐28° C am geringsten. Damit verläuft die Entwicklung bei dieser Temperatur am ra‐tionellsten.

Eine Abhängigkeit der respiratorischen Quotienten findet sich nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Entwicklungsstadium. Die RQ‐Werte steigen bis zur Puppenhäutung an, fallen dann kontinuierlich ab, erreichen zu Beginn der Körperfärbung wiederum ein Maximum, um vor der Imaginalhäutung wieder abzufallen.

Der durch die Respirationsvorgänge während der Metamorphose bei 28° C verursachte Körpergewichtsverlust beträgt bei Männchen 2,75 %, bei Weibchen 1,64 % und bei Arbeiterinnen 4,33 %.

Die Höhe des anaeroben Stoffwechsels ist von der des aeroben weit‐gehend unabhängig. Ersterer ist zur Zeit der Histogenese besonders hoch; letzterer erniedrigt.

Die Atmungs‐ und Transpirationsprozesse verlaufen voneinander unabhängig. Beide Vorgänge werden von verschiedenen Faktoren gesteuert: Die Atmung von dem Bedarf an Energie, die Transpiration von der transpira‐torisch wirksamen Oberfläche.

Die Transpiration wird von den Metamorphosestadien in Abhängigkeit von der Temperatur und relativen Luftfeuchtigkeit reguliert; sie folgt nicht dem Daltonschen Gesetz. Die Fähigkeit zur Transpirationsregulation ist nicht auf alien Entwicklungsstadien gleich; sie tritt in der späteren Puppen‐phase, insbesondere bei Weibchen, verstärkt auf. Das Regulationsintervall liegt bei Weibchen und Arbeiterinnen auf alien Entwicklungsstadien zwischen 80 und 55 % rel. Luftfeuchte.

Während der Metamorphose zeigt der Transpirationsverlauf bei 26‐27° C bei alien relativen Luftfeuchtigkeiten eine mehr oder weniger ausgeprägte W‐Kurve. Die hohe Larventranspiration wird zunächst verringert; vor der Puppenhäutung steigt sie wieder an, um danach sogleich wieder auf ein Minimum abzufallen. Dann erfolgt zunächst ein flacher Anstieg, der kurz vor der Imaginalhäutung, insbesondere bei Weibchen ziemlich steil wird. Das Transpirationsmaximum während der Puppenhäutung ist bei Arbeiterinnen stärker ausgeprägt als bei Weibchen.

Ein Vergleich der Transpirationsrate mit der Körpergröße der beiden weiblichen Kasten ergab, daß während der Metamorphose eine Änderung der Proportionalität mit der Ausbildung der imaginalen Transpirations‐funktion erfolgt. Im doppellogarithmischen Koordinatensystem dargestellt zeigen die Vorpuppen eine gewichtsbezogene Transpiration, die schlüpfrei‐fen Imagines eine Oberflächenproportionalität.

Ein Vergleich der produzierten Menge an Oxydationswasser mit der Transpirationsrate zeigt, daß die Wasserproduktion nur bei nahezu gesät‐tigten Luftfeuchtigkeiten für die Transpirationsvorgange ausreicht. Das gün‐stigste Verhältnis zwischen Wasserproduktion und Transpirationsrate ist bei 28° C bei hohen relativen Luftfeuchtigkeiten bis 70% gegeben.

Der Quotient für den Wasserwechsel (Transpiration: Oxydationswasser) wird als “Hydrodynamischer Quotient” (HQ) bezeichnet und seine Größe während der Puppenphase verfolgt. Bei Weibchen nehmen die Werte bei 27° C mit zunehmender Imaginalisierung ab, bei Arbeiterinnen dagegen stei‐gen sie an. Fast immer liegt er über 1.

Während der Metamorphose ist der relative Wassergehalt bei höchstem Fettgehalt am geringsten, der absolute dagegen am größten.

Der relative Wassergehalt steigt bei Geschlechtstieren im Verlauf der Metamorphose bis kurz vor der Imaginalhäutung von 76 auf 80 % bei Weibchen bzw. 82 °/o bei Männchen an. Bei Arbeiterinnen fällt er zur Zeit der Puppenhäutung von 74 auf 71 °/o ab, steigt dann auf 77 °/o wieder an, um kurz vor der Imaginalhäutung wieder auf 75 % zu fallen. Arbeiterinnen haben stets einen geringeren Wassergehalt als Geschlechtstiere, von denen der der Männchen etwas hölier liegt als der der Weibchen.

Der absolute Wassergehalt ist bei Geschlechtstieren zu Be'ginn der Metamorphose, bei Arbeiterinnen zu Beginn der Körperfarbung am höchsten. Während der Puppenhäutung nimmt er in jedem Fall stark ab, um dann während der Histogenese wieder anzusteigen. Mit dem Einsetzen der Körperfärbung fällt er wieder in alien Fällen ab und erreicht nun bei Geschlechtstieren sein Minimum. Der absolute Wassergehalt wird während der Metamorphose bei Weibchen um 24,5 °/o, bei Männchen um 21,1 °/o und bei Arbeiterinnen nur um 2,6 % des in der Vorpuppe vorhandenen verringert. Wasser stellt vor allem bei Geschlechtstieren einen echten Reservestoff dar, der zur Aufrechterhaltung der Transpirationsprozesse benötigt wird.

Der Abfall der Wassergehaltskurven geht einher mit einem starken Transpirationsanstieg. Es besteht jedoch keine direkte Beziehung zwischen Transpirationsrate und Wassergehalt.

Durch die Oxydationsprozesse wird wesentlich mehr Energie erzeugt als für die Transpirationsvorgänge benötigt wird. Bei Weibchen reichen bei 28° C und 88°/oiger relativer Luftfeuchtigkeit auf dem Vorpuppenstadium 20 % zur Aufrechterhaltung der Transpiration aus. Es kann ein hoher Pro‐zentsatz der produzierten Wärmeenergie für die Aufrechterhaltung des Nest‐wärmehaushalts verwendet werden.

Der “Energetische Quotient” (EQ) (Stoffwechselenergie: Transpirations‐energie x/100 ist während der ersten Hälfte der Puppenphase am größten; er liegt bei Geschlechtstieren allgemein höher als bei Arbeiterinnen.