title: The olfactory pathway of the red flour beetle Tribolium castaneum and its comparison to other Coleoptera
title: Die Riechbahn des Rotbraunen Reismehlkäfers Tribolium castaneumund ein Vergleich zu anderen Käfern
title: Die Riechbahn des Rotbraunen Reismehlkäfers Tribolium castaneumund ein Vergleich zu anderen Käfern
Creators: name: Kollmann, Martin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Insects
Insektenneuroanatomie
Olfaktorik
Tribolium , Olfactory
Reismehlkäfer
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie

description: Insekten sind die erfolgreichsten
      Tiere auf der Erde und sie haben einen großen Einfluss auf
      alle terrestrischen Ökosysteme. Sie haben ebenfalls einen
      großen Einfluss auf die Menschheit, sei es durch Bestäubung
      von Agrarpflanzen, Zerstörung von Ernten durch Fraßschäden
      oder durch Übertragung von Krankheiten auf Menschen und
      Nutztiere. Die meisten Insekten nutzen ihr Geruchssystem zur
      Bewältigung wichtiger Aufgaben wie z. B. dem Finden von
      Nahrung oder Geschlechtspartnern. Obwohl Käfer zu der
      diversesten und größten Insektenordnung gehören, wurde bei
      Käfern dieses wichtige Geruchsystem noch nie im Detail
      untersucht. Um das Geruchssystem der Käfer zu erforschen,
      wurde 1) ein Organismus – der Rotbraune Reismehlkäfer
      Tribolim castaneum – im Detail untersucht und 2) bestimmte
      neuronale Merkmale des Geruchssystems von zahlreichen Käfern
      und Insekten untersucht und miteinander verglichen, um
      dadurch ein breiteres Bild des Geruchssystems der Käfer zu
      erhalten. 1: Vom Gehirn von T. castaneum wurden sowohl von
      Larven als auch von adulten Tieren 3D-Rekonstruktionen
      angefertigt. Das Geruchssystem des adulten Tieres wurde
      umfangreich untersucht. Dies beinhaltete unter anderem A) die
      Morphologie der Antennen und deren chemorezeptiver Sensillen
      sowie die Neuroarchitektur der Gehirnareale, welche an der
      Verarbeitung der Geruchsinformationen beteiligt sind, als
      auch B) molekulare Daten über das Geruchssystem wie z. B. der
      Identifikation und Verteilung von olfaktorischen und
      gustatorischen Rezeptoren. Zusätzlich untersuchten wir die
      Verteilung von Neuropeptiden im primären olfaktorischen
      Integrationszentrum – dem Antennallobus (AL) – und einem
      höheren olfaktorischen Intergrationszentrum – dem Pilzkörper
      (engl. mushroom body: MB). 2: Der zweite Fokus dieser
      Doktorarbeit lag auf der Untersuchung bestimmter Merkmale des
      Geruchssystems in unterschiedlichen Arten. Hierzu wurde A)
      die Verteilung von acht Neuropeptidfamilien in den MB von
      insgesamt 24 unterschiedlichen Insektenarten untersucht und
      miteinander verglichen. Weiterhin wurde B) der AL von
      insgesamt 63 verschiedenen Käferarten erforscht und
      miteinander verglichen. Hierbei fiel auf, dass bei vielen der
      untersuchten Arten die olfaktorischen Glomeruli ungewöhnliche
      Substrukturierungen aufwiesen, wie sie so noch nie in
      Insekten oder anderen Tieren beobachtet wurden. In einem
      weiteren Projekt wurde die Verteilung dieser
      Substrukturierungen in einer Art genauer untersucht und
      beobachtet, dass die Zahl der Substrukturierungen linear mit
      der Größe der Glomeruli korreliert. Diese Doktorarbeit hat
      erstmalig detailliert das Geruchssystem von Käfern erforscht
      und dabei mehrere Charakteristika entdeckt, die so noch nie
      bei Insekten, bzw. Käfern, beobachtet wurden. Diese Arbeit
      ist ein fundamentaler Schritt zur Etablierung von T.
      castaneum als ersten Käfer-Modellorganismus in der
      Neurobiologie, speziell für die Erforschung der
      Olfaktorik.
description: Insects are the most successful
      animals on earth. They have a great impact on almost all
      terrestrial ecosystems, affecting mankind by beneficial and
      harmful ways like facilitating vast amounts of human food
      production via pollination or by being a devastating pest to
      agricultural products and food stocks as well as spreading
      diseases. Among insects, Coleoptera are the most divers and
      species richest order, containing vast quantities of pest
      species. The majority of insects depends heavily on their
      olfactory system to master most tasks they encounter during
      their lifespan, like finding food sources, hosts, native
      populations, and mates, or to avoid predators. Despite the
      diversity and species richness of beetles, as well as their
      impact as pest, not much is known about the olfactory system
      of these animals. To investigate the olfactory system of
      Coleoptera, we analyzed 1) the olfactory pathway of one model
      organism in highly detail and 2) we examined particular brain
      regions of the olfactory system of many beetles and insects
      and compared them with each other. 1: For the highly detailed
      analysis of the olfactory pathway of one species we worked
      with the red flour beetle Tribolium castaneum, an already
      established model organism in some fields of biology like in
      development and evolution. Experiments requiring genetic
      methods had been performed in cooperation with the
      Georg-August-Universität Göttingen. Based on
      immunohistochemical stainings we created 3D-reconstructions
      of adult and larval brains, helping us to identifying the
      most prominent brain structures, as a starting point for
      following projects. On this basis, we decrypted the olfactory
      pathway of the adult T. castaneum. This includes A)
      morphological data of the antenna with its olfactory sensilla
      and neuroanatomical data of the brain structures involved in
      olfaction, as well as B) molecular data from antennal
      structures involved in olfaction (like olfactory respectively
      gustatory receptors or olfactory binding proteins).
      Furthermore, we identified neuropeptide families within the
      primary and one higher integration center for olfaction -
      namely the antennal lobe (AL) and mushroom body (MB) - of T
      castaneum. Additionally, we investigated one neuropeptide
      family and its respective receptor within the brain of T.
      castaneum in detail. We compared this neuropeptide family and
      its receptor with two structurally similar and closely
      related neuropeptide families and their receptors. 2: The
      second focus of this thesis was the investigation of single
      features of the olfactory pathway and their comparison
      between different coleopteran-, respectively insect species.
      In one project we studied the distribution of eight
      neuropeptide families within the MB of 24 different insect
      species and compared them with each other, looking for
      potential evolutionary correlations. Furthermore, we analyzed
      the AL of 63 different Coleoptera and found an unusual
      architecture of the AL in some species. In a related project
      we investigated such an unusual architectured AL of one
      species (the small hive beetle Aethina tumida) highly
      detailed. In this thesis, the brain architecture and
      especially the olfactory system of Coleoptera had been
      investigated for the first time in high detail. We revealed
      new insights regarding the olfactory (respectively
      chemoreceptive) pathway of these animals. The findings will
      help to establish T. castaneum as the fist coleopteran model
      organism for insect neuroscience and in particular for insect
      olfaction. The single projects of this thesis will be
      described in-depth in the following eight chapters.