Disk-elektrophoretische fraktionierung der Hämolymphe-proteine Während der Metamorphose verschiedener Kasten und Geschlechter von Formica pratensis

r. Insect Physiol., 1974,Vol. 20,pp. 1421to 1466.Pergamon Press. Printed in Great Britain

DISK-ELEKTROPHORETISCHE FRAKTIONIERUNG DER H;IMOLYMPHE-PROTEINE WiiHREND DER METAMORPHOSE VERSCHIEDENER KASTEN UND GESCHLECHTER VON FORMICA PRA TENSIS* GERHARD

H. SCHMIDT-I_ und BARBARA WIRTH

Institut fi.ir Angewandte Zoologie der Universitlt, D-8700 Wiirzburg, Koellikerstrasse 2, BRD (Received 19 October 1973; revised 26 November

1973)

Abstract-Using polyacrylamide electrophoresis the proteins of the haemolymph of the different developmental stages can be separated into eight strong and nine weak coloured fractions during the cocoon period of Formica pratensis. The proteins were stained with aniline black and measured quantitatively by a Chromoscan densitometer. The values were compared with those maintained with bovine serum albumin. The total protein content of the haemolymph was calculated as the sum of the different fractions; at maximum it amounts to 2.1 per cent (w/v). The maximum is reached during the pharate pupal stage and during the pigmentation of the eyes; the minimum can be observed at the end of pupal ecdysis. At the beginning of body pigmentation in all the forms the protein content of the haemolymph was very much reduced, especially in workers and females. All fractions change independently resulting in a different composition of the haemolymph proteins in pharate pupae, eclosed pupae, and pharate adults. The slow-running fractionsf 1, f 3, f 5, andf 6 and the mean bands f 8 and f 11 are reduced weakly until body pigmentation, and from the eleventh day strongly in both castes. All fractions are reduced during the cocoon period, but mostly the slow-running ones. Only the front band f 14 increases to nearly twice that of the protein content. The importance of the changes in the protein fractions for development of different organs and for the synthesis of the haemolymph proteins and the influence of hormones are discussed.

EINLEITUNG IN DEN letzten Jahren ist eine Fiille von Arbeiten erschienen, die sich mit dem Proteinmuster der einzelnen Gewebe und Organe w&end der Metamorphose der Insekten beschtitigen (LAUFER, 1960, 1963; FRISTON und KNOWLES, 1967; CHIPPENDALE und KILBY, 1969 ; GOLDBERG et al., 1969 ; MAREK, 1969a). In diesem Zusammenhang spielt die Htiolymphe als extrazellul%re Fltissigkeit, die in regem Austausch mit allen Geweben und Organen steht, eine bedeutende Rolle.

* Durchgefiihrt mit Unterstiitzung der Deutschen Forschungsgemeinschaft. t Meinem verehrten Lehrer Herrn Prof. Dr. Friedrich Kriiger, Hamburg, zur Vollendung des 70. Lebensjahres gewidmet. 1421

1422

GERHARD

H.

SCHMIDT

UNDBARBARA WIRTH

Synthese und Verwendung der Hamolymphproteine sind einer strengen genetischen und hormonalen Kontrolle unterworfen; sie haben zum Teil recht spezifische Funktionen im Stoffwechsel zu erfiillen (LAUFER,1960, 1963 ; SIAKOTOS,1960a, b ; EGELHAAF,1965, 1966; LOUGHTONund WEST, 1965; DUKE, 1966; CHIPPENDALE und KILBY, 1969; MUNN und GREVILLE, 1969; SCHEURER,1969a, b; WILKENS, 1969). Andererseits ist das Wechselspiel zwischen den einzelnen Hormonen w&end der Metamorphose besonders gross (GILBERT und SCHNEIDERMAN, 1961; SCHMIDT,1968a). Deshalb wurde in den letzten Jahren der Charakterisierung der Hamolymphproteine stirkere Bedeutung zugemessen; die verbesserten elektrophoretischen Methoden trugen dazu entscheidend bei. Bereits die alteren von WYATT (1961) sowie GILBERT und SCHNEIDERMAN (1961) zusammengefassten Arbeiten zur Fraktionierung der Hginolymphproteine haben gezeigt, dass das Proteinmuster nicht stabil ist, sondern sich wahrend der Entwicklung in sehr charakteristischer Weise %ndert. Diese Veranderungen sind Antworten auf interne und externe Stimuli und reprasentieren den Metabolismus, der sich in der Synthese und Verwendung der Blutproteine direkt aussert (LAUFER, 1964). Wlihrend der Larvenphase werden die Hamolymphproteine in charakteristischer Weise angereichert (SCHMIDTund HESS, 1973), urn dann in der folgenden Puppenphase unversjldert oder nach teilweisem Umbau zur Organhistogenese grijsstenteils verbraucht zu werden (DUKE und PANTELOURIS,1963; LAUFER,1963 ; EGELHAAF,1965, 1966; LOUGHTONund WEST, 1965; SCHMIDT, 1965; VAN DER GEESTund BORGSTEEDE, 1969; MUNN und GREVILLE,1969). Ein Vergleich der untersuchten Insektenarten wird durch die Verwendung Die verschiedener elektrophoretischer Fraktionierungsverfahren erschwert. Auftrennung der Proteinbanden differiert besonders stark. Die schirfsten Trennungen wurden bisher mit Hilfe der diskontinuierlichen Polyacrylamidgeldie mit Elektrophorese erreicht. So war es das Ziel unserer Untersuchungen, anderen Trennverfahren bei Formica erhaltenen Ergebnisse zu kontrollieren (SCHMIDT, 1965 ; BRUNNERT,1967a), insbesondere die Geschlechts- und Kastenunterschiede zu iiberpriifen, eine weitere Fraktionierung zu erreichen und den Versuch zu unternehmen, mit Hiife von Vergleichssubstanzen (Standardproteinen) die einzelnen Fraktionen zu quantifizieren. VERSUCHSTIERE

UND METHODIK

Alle Untersuchungen wurden 1968 und 1969 an Metamorphosestadien von Weibchen und Arbeiterinnen der Ameise Formicapratensis Retz. aus verschiedenen Nestern in der Umgebung von Wiirzburg durchgefiihrt; Mannchen konnten nur stichprobenartig zum Vergleich verwendet werden. Wie Beobachtungen wahrend der Konzentrierungsphase im Friihjahr zeigten (SCHMIDT, 1969), sind die Vijlker aus Rottenbauer und Kitzingen ‘polygyn’, jene aus Randersacker und Gramschatz Die verschiedenen Metamorphosestadien mussten wahrscheinlich monogyn. wegen des saisonbedingten Auftretens (BIER, 1954) zu verschiedenen Jahreszeiten

DIE

H_bIOtYMPHE-PROTEIN

W&REND

DER

METAMORPHOSE VONFORMICA

1423

im Freiland den Nestern entnommen werden. Dadurch war eine parallele Untersuchung der beiden weiblichen Kasten erschwert. Die eingebrachten Metamorphosestadien wurden vor den Versuchen vom Kokon befreit (SCHMIDT und G~~RSCH,1971) und stets als frische Tiere verwendet. Auf diese Weise war auf Grund der Untersuchungen von EMMERT(1968), nach denen die Kokonphase bei F. put& bei 28°C 15 Tage dauert, eine ziemlich genaue zeitliche Einteilung der Stadien moglich, denn innere und aussere Metamorphose lassen sich reproduzierbar einander zuordnen (SCHMIDT, 1966). Unterschiede in Gestalt und Farbung zwischen den Hasten und Geschlechtern wurden hierbei entsprechend beriicksichtigt. Mogliche Uberschneidungen lassen sich gering halten und weitere Differenzierungen kijnnen vorgenommen werden, wenn man die Versuchstiere in eine vorher hergestellte Vergleichsserie einordnet und dann ihren Entwicklungszustand festlegt. Nur wahrend der ersten drei Tage nach dem Einspinnen der Larve war es nicht moglich, Mannchen und Weibchen zu differenzieren (vgl. such BRUNNERT,1967a). Erkennungs- und Bestimmungsme&male, biologische Unterschiede zu anderen ahnlichen Ameisenarten und okologische Me&male finden sich bei GSSSWALDund SCHMIDT(1959). Entnahm der H&nolymphe Die nach Anstich der Entwicklungsstadien austretende Harnolymphe war bei den Larven wbsrig klar, zeigte ein milchig triibes Aussehen wahrend der Puppenzeit, urn sich spater, etwa zu Beginn der Kiirperpigmentierung, wieder zu klaren (vgl. such BRUNNJZRT, 1967a). Die Hamolymphe wurde nach vorsichtigem Punktieren und leichtem Driicken mit Hilfe einer geeichten Mikropipette dorsal entnommen. Vom vierten Tage an wurden Thorax und Kopf (kurz als ‘Thorax’ bezeichnet) sowie Gaster getrennt untersucht. In der Region des Petiolus ist es mbglich, die Tagmata zu trennen, ohne den Mitteldarm zu verletzen, deren Inhalt die Auftrennung der Proteine verandern kann (f 8 wird stark gefachert). Pro Elektrophoresegel wurden stets 5 ~1 Hgimolymphe verwendet. Wlhrend von 2-3tigigen Geschlechtstierstadien bis zu 15 ~1 Hamolymphe bequem erhalten werden konnten, verringert sich die Menge an Hanrolymphe im Laufe der Metamorphose betrgchtlich. Bis zum neunten Tage geniigte noch ein Tagma der Geschlechtstiere fiir eine Pipettenfullung, vom elften Tage an aber sinkt die HZmolymphmenge besanders stark ab, so dass bei 14-lfitagigen Stadien bereits 3 bis 8 Tiere niitig waren, urn eine Menge von 5 ~1 zu erhalten. Von noch alteren Imagines mussten sogar 10-15 Tiere fur ein Elektropherogramm punktiert werden. Bei den nur etwa ein Viertel so schweren Arbeiterinstadien, bei denen die Htiolymphmenge &nlich verringert wird, wurden entsprechend mehr Tiere verwendet. Die Vertiderungen im H&noIymphgehalt gehen weitgehend denen im Wassergehalt wahrend der Metamorphose parallel (SCHMIDT, 1967, 1968b). Disk-elektrophoretie

Fraktionierung der Proteine

(a) Apparative Ausriistung, Chemi&lien, Trennvorgang, und AnfGrben der Proteine. Ausriistung (Model1 12 Disk Electrophoresis Unit) und Materialien

1424

GERHARD H.

SCI~MIDTUND BARBARA WIRTH

stammten von der Firma Canalco, Bethseda, Maryland, U.S.A. Die Chemikalien wurden nach ORNSTEIN und DAVIS (1962) verwendet. Das Trenngel, das bei pH 8,9 im Dunkeln polymerisiert, war stets 7%ig. Das niedermolekulare Substanzund Sammelgel war Z%ig. Es liess die lijslichen Proteine der Hamolymphe hindurch, so dass eine Abtrennung von den korpuskuliren Bestandteilen erreicht werden konnte. Nach Untersuchungen von WUNDERLY und GLOOR (1953), CHEN (1958, 1959) sowie MAREK (1969b) 1ie g en die isoelektrischen Punkte fur Himolymphproteine der Insekten zwischen pH 5,0 und 7,1, so dass angenommen werden kann, dass such die Proteine von Formica im Bereich des verwendeten Puffers eine negative Ladung besitzen und alle zur Anode wandern. Das Vermischen der Hamolymphe mit dem Gel und der Trennvorgang erfolgten wie bei SCHMIDT und HESS (1973). Nach Beendigung der Elektrophorese wurden die Gele mit Hilfe fliessendem Wasser aus den 6,5 cm langen Rijhrchen herausgedriickt und wie bei SCHMIDT und HESS (1973) beschrieben mit Anilinschwarz angef;irbt. Trotz einiger Nachteile, wie z.B. Abhangigkeit der Farbung von der Art der Proteine (BADIN und HERVE, 1965) wird diese Farbung wegen ihrer sicheren Handhabung und der gut messbaren Banden am meisten zum Proteinnachweis benutzt. Das Protein wird zunachst irreversibel prazipitiert und f%rbt sich dann an. Die langsame und etwas umstindliche Entfarbung der Gele wurde der schnellen elektrophoretischen vorgezogen, da sie nach GAEZL und PASTNER (1966) wesentlich schonender ist und such sehr schwache Fraktionen noch erhalt. Photometrische

Auswertung

der Elektropherogramme

Fiir die quantitative Auswertung wurden die gefarbten Proteine in den Gelen direkt mit einem Double Beam Recording and Integrating Densitometer M 64/csc der Firma Joyce Loebl & Comp., Gateshead, England, wie bei SCHMIDT und HESS (1973) photometriert. Dieser Chromoscan macht es miiglich, die einzelnen Banden als Absorptionskurven wiederzugeben, deren Flachenintegrale in ‘counts’ abgelesen werden kiinnen. (Abb. 1). Bei sehr starken Banden, die insbesondere in der Hamolymphe von pharaten wird die Spitze der Kurve oft abgeschnitten. Urn unter Puppen auftreten, gleichbleibenden Bedingungen trotzdem eine Auswertung der Banden zu erreichen, wurde der Schreiber unter die Grundlinie gezogen. So konnte meist die fehlende Statt der automatischen Integration musste die Kurvenspitze ermittelt werden. Kurvenflache jetzt mit Hilfe eines Planimeters bestimmt und ein Eichfaktor errechnet werden, der angibt, wieviele ‘counts’ einem cm2 entsprechen. Dazu wurde eine grosse Zahl von verschieden grossen peak-Flachen verschiedener Elektropherogramme mit bekannten ‘counts’ planimetriert. Daraus ergab sich folgender Eichfaktor: 1 count z 0,078 cm2; 1 cm2 z 12, 14 counts. Nachweis

der Linearitiit

der Proteinfiirbung

Von SCHMIDT und HESS (1973) wurde schwarzfarbung eine lineare Abhangigkeit

zwischen Proteinmenge und Anilindemonstriert. Dies rechtfertigt eine

1425

F. pratensis Kitzingen Arb. 7T Gaster 5pLI

Bande

I

2 3

Counts

79104

yAlbumin

II

Counts y Albumin

14

160-200 21-27

566,7

8

9 10

ollb

a12b 13 13,

14

4635

71

28

14

65

9

4

2

120-160

80-120

16-21

II-16

50-80 7-11

30-50 4-

IO-30 7

l-4

O-IO o-i

AB~. 1. Darstellung der Auswertetechnik fur die Protein-Elektropherogrammc; Farbung: Anilinschwarz; oben: Absorptionskurve und semiquantitative Darstellung der numerierten Banden bezogen auf Rinderserumalbumin, darunter: Photographie des Originalgels; unten : die fur die semiquantitative Auswertung gewahlten Zeichen.

DIE

HhOLYMPHE-PROTEINR

WiiHREND

DER METAMORPHOSE

VON

FORMICA

1427

Umrechnung der Proteinmenge der aufgetrennten Banden in Serumalbumin : 1 pg Albumin (MG 67.000) entsprechen 7,621 of:1,04 counts. Die Linearitat zwischen Proteinmenge und Anilinschwarzfarbung liess sich graphisch such fiir die Hamolymphproteine zeigen. Dazu wurde aus Altlarven, pharaten Puppen (2-3 Tage) und Puppen (8 Tage) jeweils eine grijssere Menge (cu. 30 ~1) Himolymphe entnommen, vermischt, urn inter- und intraindividuelle Streuungen auszuschliessen, und von dieser Mischung verschiedene Proben unterworfen und wie oben ausgewertet. (2, 3, 4 und 5 ~1) einer Elektrophorese Trotz schwankender Streuung lassen sich die Messwerte durch eine Gerade verbinden und so such fiir nicht niiher definierbare Hamolymphproteine eine Linearitgt demonstrieren (Abb. 2). Damit ist allerdings nur ein KonzentrationsBeim spateren Vergleich der vergleich innerhalb der gleichen Bande gewlhrleistet. Banden miteinander wird vorausgesetzt, dass sich such unterschiedlich wandernde Proteine mit Anilinschwarz vergleichbar anfarben lassen, da ein experimenteller Beweis vorerst nicht mijglich ist.

F.prafengis

$ f Kiitingen /

‘600

-

X = 2-3 l

Hlimolymphe, 2. Graphische Anilinschwarzfirbung

ARB.

Darstellung erhaltenen

tage

= 8 toge

PI

der nach elektrophoretischer Auftrennung und Gesamt-counts (Proteinmenge) in Abhigigkeit

vom Hiimolymphvolumen. Jeder Messwert ist das arithmetische Mittel aus drei vergleichbaren Elektropherogrammen.

1428

GERHARD

H. SCHMIDT UNDBARBARA WIRTH

ERMITTLUNG DER METHODISCHEN FEHLERBREITE UND DER BIOLOGISCHEN VARIABILITAT Die in den Tabellen der Abb. 3 und 4(a-g) angegebenen Mittelwerte und Standardabweichungen wurden nach BASLER(1968) berechnet. Alle Faktoren, die beim Zustandekommen der teilweise recht hohen Streuung mitspielen, sind unmijglich abzuschatzen und darzulegen, wie dies bei biologischem Material leider immer der Fall sein wird; es iiberlagern sich sehr verschiedenartige Streuungskomponenten (RAUEN, 1964).

Einfuss der korpuskuliiren Bestandteile

Der von SCHMIDTund HESS (1973) d ar ge 1egt e negative Einfluss der korpuskulgren Bestandteile der Htiolymphe konnte fiir Puppenstadien bestitigt werden. EinJuss der Versuchsxeit

Die relativ aufwendige Disk-Elektrophorese macht neben der eigentlichen Trennzeit eine nicht unerhebliche Vorbereitungszeit notwendig. Trotzdem wird gegeniiber anderen elektrophoretischen Techniken eine bedeutend bessere Trennung der Proteinbanden erreicht. Da die H5molymphe in das zuerst zubereitete Gel einpolymerisiert wird, vergeht bis zur Trennung eine nicht zu verkiirzende Zeit von ca. 3 Stunden, wahrend der sich die Himolymphproteine im Gel verandern kiinnen. Ein Auftragen auf das bereits polymerisierte Gel schied wegen der dann bei der quantitativen Auswertung auftretenden Storfaktoren aus. Dass sich wenigstens bei langerer Aufbewahrungszeit (24 h im Kiihlschrank bei 3-4”C) die im Gel einpolymerisierten Proteine erheblich verandern kiinnen, konnte durch entsprechende Versuche gezeigt werden. Es hat den Anschein, dass die Proteine in der H&nolymphe in stabilisiertem Zustand vorliegen. Die Stabilisatoren schiitzen sie vor einer Veranderung (Abbau). Offenbar nimmt ihre Wirkung aber mit zunehmender Vorbereitungszeit allmahlich ab. Hierfiir spricht such, dass sich eine Verlangerung der Trennzeit ungiinstig auswirkt, weshalb eine relativ hohe Stromstarke von 4 mA pro Elektropherogramm in Kauf genommen werden musste. Kurze Trennzeit bei hijherer Amperezahl und lange Trennzeit bei niederer kompensieren sich bei der Auswirkung auf die Trennscharfe der Proteinbanden nur teilweise.

Abschiitxung des mthodischen FehLm (b)

Der methodische Fehler wird durch die Streubreite der Werte erfasst, die einheitliches bzw. vergleichbares Versuchsmaterial unter gleicher Behandlung ergibt. Urn gleiche Bedingungen zu schaffen und die inter- sowie intraindividuelle Streuung auszuschliessen, mussten viillig einheitliche Proben mehrmals fraktioniert werden. Man erreicht dies durch Mischung einer grosseren Menge Hamolymphe

DIE

HiiMOLYMPHR-PROTEINR

WitHREND

DER METAMORPHOSE

VON

FORMICA

(30 ~1) und mehrmalige Auftrennung von 5 $Proben aus dieser Mischung. in Abb. 2 angegebenen Mittelwerte enthalten folgende Standardabweichungen

Mittelwert in counts

Streuung in counts

772 649 578

f21 +11,.5 f 14 Arithm. Mittel

1429

Die :

% 2,7 198 2,4 2,3

Der Streuungsmittelwert von F. 2,3 Prozent gibt einen Querschnitt des methodischen Fehlers fiir drei verschiedene Stadien an. Er beinhalted alle Fehlermoglichkeiten, die vom Auftragen der Probe, iiber die Vorbereitung der Gele, die Fraktionierung bis zur photometrischen Auswertung gegeben sind, wobei die Fehler, die bei der photometrischen Auswertung auftreten, auf folgende Weise abgeschatzt werden kiinnen: Ein und dasselbe Elektropherogramm wurde elfmal in die Chromoscan-Halterung eingesetzt und die optische Dichte der Banden vermessen. Die Streuung, die nun auftritt, wenn man die 11 Werte (in counts) der acht Hauptbanden vergleicht, kann als Fehlerbreite der optischen Vermessung betrachtet werden. Bei Banden mit hohem Proteingehalt und bei der Berechnung der Gesamtproteinmenge f8llt die Streuung bedingt durch die optische Vermessung

Mittelwert in counts

Streuung in counts

%

1 2 3 4 8 lla+b 14

118,6 112,6 71,7 52,9 82,l 35,9 18,8

+2,1 +1,3 + 2,8 rt 2,5 + 2,7 +1,7 +1,7

1,78 1,20 3,84 4,83 3,29 3,16 8,84

Total

666,8

* 12,l

1,82

Bande

kaum ins Gewicht, w&rend sie bei geringen Proteinmengen bis iiber 8 Prozent ausmachen kann. Von dem oben errechneten geringen methodischen Fehler von + 2,3 Prozent entfallen somit of:1,8 Prozent auf den optischen Vermessungsfehler der Gele. ijbrig bleiben nur noch rf:1,4 Prozent Fehlermoglichkeit wihrend der iibrigen Prozedur.

1430

GERHARDH. SCHMIDTUNDBARBARA WIRTH

Intvaindividuelle Streuung (c)

Die Berechnungen wurden mit der Gesamtproteinmenge durchgefiihrt. Da von einer Altlarve und jungen Puppe der Geschlechtstiere bequem 3 x 5 ~1 HImolymphe erhalten werden konnten, war es interessant zu wissen, wie stark diese drei Proben voneinander abweichen, denn wir haben es mit Entwicklungsstadien zu tun, in denen die Umbauprozesse kompartementartig vorsichgehen und somit die H5molymphe in den einzelnen Kijrperteilen verschiedenartig zusammengesetzt sein kann (vgl. SCHMIDT, 1966). Fiir grosse Geschlechtstierlarven, die besonders vie1 HImolymphe enthalten und deren Blut sttindig durch den K&per gepumpt wird, liess sich folgender Wert ermitteln : Mittelwert aus drei Entnahmen aus demselben Tier in counts

Standardabweichung in counts

+ 14,3

429,7

“16

3,3

Nach der Formel fiir Streuungsiiberlagerung s = 2/ (b2+c2) errechnet sich unter Beriicksichtigung des eingeschlossenen methodischen Fehlers (6) die reine intraindividuelle ‘Streuung’ c = + 2,4 Prozent. Wie der methodische Fehler, wird dieser Wert die hohe Gesamtstreuung nicht iibermlssig beeinflussen. Bei metamorphosierenden Stadien, bei denen die Herztgtigkeit ganz oder teilweise erloschen ist, kann sich die intraindividuelle Streuung allerdings ganz erheblich erhiihen, wie aus nachstehenden Berechnungen hervorgeht. Intevindividuelle Streuung (d)

Die interindividuelle Streuung demonstriert die individuelle Variabilitgt auf 5.1 ihrer Ermittlung wurden zwei Versuchsreihen gleichen Entwicklungsstadien. mit je 12 Werten fiir das Gesamtprotein in je 5 ~1 Hlmolymphe verwendet. Die Himolymphe von 6 Kiiniginpuppen (6 Tage nach dem Einspinnen) aus Rottenbauer wurde aus Thorax und Gaster getrennt entnommen. Jedes Tagma lieferte zwei Proben g 5 ~1. Insgesamt ergaben die 6 Tiere 24 Elektropherogramme. Die Gesamtproteinmenge wurde in counts errechnet und von Thorax und Gaster als getrennte Reihen mit je 12 Werten betrachtet. Es ergibt sich folgende Gesamtstreuung (e) :

Serie 1 (Thorax)

2 (Gaster)

Mittelwert aus 12 Einzelwerten in counts

Streuung (e) in counts

498,7 444,4

+ 102,4

+83,2

%

16,7 23,l

DIE HKMOLYMPHE-PROTEINE

WiiHREND DER METAMORPHOSE VON FORMICA

Darin enthalten sind infolge der jeweils doppelten folgende intraindividuellen ‘Streuungen’ (c) : Tier Nr.

Mittelwert in counts

Entnahme

1431

aus einem Tagma

Streuung (c + b) in counts

%

Serie 1: (Thorax)

1 2 3 4 5 6

564,s 565,s 590,o 441,O 407,5 432,5

+ 34,6 f 9,2 i 87,7 f 31,l f 43,l + 16,3

197 14,9 731 10,6 3,7

Serie 2: (Gaster)

1 2 3 4 5 6

584,0 488,5 417,5 416,5 381,s 378,5

f 97,6 +21,9 f 23,3 + 198,7 f 29,0 f 44,5

16,7 495 536 44,7 7,6 11,8

62

Aus Serie 1 ergibt sich fiir den Thorax eine Streuung im Mittel von c+ b = + 7,3 Prozent, fur die Gaster eine solche von c + b = + 151 Prozent. Unter Ausschaltung des miteingeschlossenen methodischen Fehlers erhalt man fur die intraindividuelle Streuung (c) im Mittel: cr (Thorax) = + 6,9 Prozent,

c2 (Gaster) = i 14,9 Prozent.

Wenn die Gesamtstreuung e = 2/(bs+c2+ d2) betragt, interindividuelle Streuung (d) nach folgender Formel :

so errechnet

sich die

d2 = e2-(b2+c2); dann ist dI (Thorax) = f 15,0 Prozent, Die Gesamtstreuung zerlegt werden :

d, (Gaster) = 2 18,l Prozent.

in den folgenden Tabellen kann beispielsweise folgendermassen

Serie 1 (Thorax)

Serie 2 (Gaster)

e, = 1/(b2+c12+dr2),

e2 = 2/(bZ+c22+d22),

16,7 = J(2,32+ 6,92+ 15,02),

23,l = &2,32+ 14,92+ 18,12),

167 = J(277,9).

23,l = J(544,9).

Bei der hier berechneten relativ geringen interindividuellen Streuung ist zu beriicksichtigen, dass die untersuchte Serie aus demselben Nest stammt, am selben Tag entnommen und ein definiertes Entwicklungsstadium mit scharfer Bandenauftrennung verwendet wurde. Diese Voraussetzungen sind naturgemass nicht in

1432

GERHARD H. SCHMIDT UNDBARBARA WIRTH

allen Fallen gegeben. Nicht immer konnten am selben Tage, vom gleichen Stadium sowie aus ein und demselben Nest geniigend Tiere erhalten werden. Manchmal setzt sich eine Serie aus Tieren zusammen, die aus zwei verschiedenen Generationen oder aus benachbarten Nestern stammen oder die zumindest an verschiedenen Tagen eingeholt wurden. Hinzu kommen Streuungen, die durch das Entwicklungsstadium bedingt sind. Eine gewisse Verringerung der Gesamtstreuung erfolgt auf den gef;irbten Entwicklungsstadien infolge der notwendigen Verwendung mehrerer Tiere bzw. Tagmata fur ein Elektropherogramm. Die in Abb. 4(a-g) angegebenen Standardabweichungen sind such deshalb haufig grosser, weil nicht fiir alle aufgefiihrten Punkte 12 Einzelwerte zur Verfiigung standen. Meistens waren weniger als 10 Elektropherogramme auswertbar bzw. vergleichbar. Berechnung der Signijikanx Fur die Berechnungen der Signifikanz sind Serien von mindestens 6 Werten Voraussetzung, so dass nicht alle Reihen ausgewertet werden konnten. Der bei ungleich langen Serien als angewandte sogn. ‘t-Test’ erweist sich besonders giinstig (HOFST~DTERund WENDT, 1967; PFANZAGL,1968).

ERGEBNISSE

Veriinderungen in der Gesamtproteinmenge wzhrend der Metamorphose Die Gesamtproteinmenge errechnet sich aus der Summe der Flachenintegrale der einzelnen Fraktionen. Abb. 3 interpretiert anhand von Tabellen und Kurven die Veranderungen im Gesamtprotein (in counts und pg Albumin) wahrend der Metamorphose von Arbeiterinnen, Weibchen und Mannchen drei verschiedener Herkiinfte. Unter Beriicksichtigung der hohen Standardabweichung kijnnen die Werte fiir Thorax und Gaster sowie fiir die beiden Fundorte Kitzingen und Rottenbauer bei beiden weiblichen Kasten zusammen betrachtet werden. Die Tiere aus Randersacker zeigen signifikant hohere Werte. Die Proteinkurven der Arbeiterinnen fallen zum vierten Tag nach dem Einspinnen etwas ab, urn dann wieder am sechsten bis siebenten Tag auf den Nach einem Plateau fallt die Proteinmenge in der Anfangswert anzusteigen. Hamolymphe am zehnten Tag bis auf ein Minimum zwischen 12 und 14 Tagen enthalt zu Beginn der Kokonphase nach dem Einspinnen ab. Die Hamolymphe etwa 1,3 Prozent (w/v) Gesamtprotein, das dann bis zum Ende der postembryonalen Entwicklung bis auf 0,4 Prozent (w/v), also bis auf etwa l/3 abnimmt. Kurz vor dem Schhipfen der Imago steigt die Kurve wieder an. Fur die Weibchen der gleichen Herkiinfte konnen anfangs ahnliche Werte gefunden werden ; such die niedrigsten Werte entsprechen denen der Arbeiterinnen. Sie werden insgesamt allmahlicher erreicht, indem die Kurven nicht so steil abfallen. Auch eine Zunahme des Proteingehalts mit dem Adultwerden ist zu verzeichnen. Abweichend verhalten sich die Weibchen aus Randersacker. Abgesehen von grosseren Schwankungen enthalt die Hamolymphe dieser Tiere zu Beginn der

DIE HAMOLYMPHE-PROTEINE

WilHREND

1433

VON FORMICA

DER METAMORPHOSE

Gesamtmenge -

2-3 T

Th Rottenbauer

~

G

4T

Th

G

Th

532 535 281 133

MW 574 ST

~ G

582 621 521

126 Kitzingen

ST

-

40

33

MW 452

306 313

117 824 211

6

420 326

ST Randersacker

MW ST

-

10 T

Th Rottenbauer

MW

Randersacker

G

56

82

-

G

51

12T

Th

ST MW

462 399 49 92

Th

G

360 198 548 112

229

439 214 76 36 373

269 216 64 83

7T

G

Th

G

585 638 564

32 163 460 509 467 42 110 92

534 526

13 T

Th

-

G

-

G

G

15 T

Th

480 524 62

609 566 96 133

Th

259 215 143 53 26

170 208 40 87

251 ST, Standardabweichung.

L ----b

.

--0--

Qf

Th Rottenbauer G K,+z,nger Th KitzInger p Rmdersacker h RondersockerG

Rot+enb~“er

:QQ

IOO-

_

‘L : $ 250s

25 -

t

t1

I

I

2

I

3

I

4

I

5

I

6

I

7

I

6

I

9

I

IO

I

II

I

12

I

13

I

14

I

15

Tage der Kokonphase

3. Verlnderung der volumenbezogenen Gesamtproteinmenge der Hlmolymphe wghrend der Metamorphose von Arbeiterinnen, Weibchen und Miinnchen von F. pratensis Retz. aus verschiedenen Populationen. Abszisse : Entwicklungszeit wiihrend der Kokonphase bei 27-28°C; Ordinate: Proteinmenge in counts und pg Albumin; Th: Thorax + Kopf, G: Gaster (Hinterleib). kiB.

G

397

2

:

G

Imago ~

G

--.--, --‘I

-h

Th

164

125 -

750 -

9T ___

503 632 532 70 65 91 578 615 488 70 150 97

14 T

Th

8T

Th

111125

181 175 37

59

-

583 561 602

-

MW

MW, Mittelwert; IOOO-

11 T

Th

589

ST Kitzingen

-

15

6T

1434

GERHARDH. SCHMIDTUNDBARBARAWIRTH

09 Rottenbauer Kitzingen

MW ST MW

2-3 T ___

-

Th

Th

G

4T

ST ___ G

Th

~ G

544 50

478 378 132 105

543

501 464

6T

Th

~ G

7T

Th

G

499 444 83 102

ST Randersacker $8 Rand.

MW ST MW ST

?? Rottenbauer Kitzingen Randersacker

MW ST MW ST MW

94 809 143

1000~ -

11 T

10 T ___

~

Th

Th

G

386 335 43 66 333 459 86 622 760

MW ST

11 88 344 600

627 618 169 125

547 655 64 55

ST $3 Rand.

692

23 534 581 115 78

G

311 253 64 30 246 239 74 61 490 460 546 50 31 371 552

~

12T

Th

G

776 670 55 91 663 657 50 133

13 T ___

~

Th

Th

G

14 T G

ST ___ Th G

9T -Th G

509 491 93 86 417 394 487 74

507 409 40 48 445 420 427 4 114 130 598 708

673 539 148

690 622 81 28

15 T ___

Imago -

Th

Th

192 249 50 16 202 173 59 42

223 180 20 81 124 179 111

150 183 39 18 117 171 25

163 177 48 71 21

253 256

237 210

132 174

211

359 388

6 224

32 303 555

50

750-

‘00

ZQ c E - E $ 500-Z

75 -

-2 x

50-

% \ 250u1 z : "

G

268 183 61 33

125----x---___ ..___-

E :0 I

G

25-

iI Ii

h !ib6!b$Ail,‘2I?/41’516 Tage

der Kokonphase

= ~,fRandersacker i Randersocker

Th G

DIE HAMOLYMPHE-PROTEINE

WAHREND

DER METAMORPHOSE

VON FORMICA

1435

Metamorphose signifikant mehr Protein (etwa 2,l Prozent w/v). Im Laufe der Metamorphose fallen diese hiiheren Werte vom lO.Tag an steiler ab, urn Minimalwerte ahnlich wie oben zu erreichen. Insgesamt wird der Proteingehalt in der Hamolymphe bis auf l/4 reduziert. Die Proteinkurve der Mfnnchen ahnelt der der herkunftsgleichen Weibchen bis auf einen hiiheren Anstieg der Proteinmenge vor dem Schhipfen der Imago. Der Gesamtproteingehalt der Harnolymphe ist bei beiden Kasten und Geschlechtern mit Maximalwerten urn 2 Prozent (w/v) nicht sehr hoch. Er nimmt wahrend der Metamorphose allgemein vom neunten bis elften Tag der Kokonphase stark ab, urn kurz vor oder kurz nach der Imaginalhautung wieder anzusteigen ; es scheint dann eine Neusynthese von Protein einzusetzen. Unterschiede zwischen Thorax und Gaster sind nicht signifikant, such wenn stadienspezifische Tendenzunterschiede zu erkennen sind. Elektrophoretische Fraktionierung &r Hiimolympheproteine

(a) Verteilung a%r Proteinbanden nach direktem Auftragen der Htimolymphe. Mittels Disk-Elektrophorese lassen sich die Proteine von F. pratensis in maximal 17 unterscheidbare, mehr oder weniger definierte Fraktionen auftrennen (Abb. l), die sich wahrend der Metamorphose quantitativ verandern. Von diesen 17 Banden sind jedoch nur 8 so stark ausgepragt, dass ihre Veranderungen bei angewendeter Technik naher betrachtet werden konnen. Einige dieser Banden spalten auf, so fass a- und b-Fraktionen sichtbar werden; auf eine getrennte Auswertung wurde jedoch verzichtet. Die nlher auswertbaren Banden werden im Sinne ihrer anodischen Wanderung wie bei SCHMIDT und HESS(1973) als f 1, f 3, f 5, f 6, f 8, f lla +b und f 14 bezeichnet, wobei die am schnellsten wandernde Bande die grosste Ziffer erhalt. Die am langsamsten wandernden Banden f 1 und f 3 lassen sich am starksten anfarben. (b) Veriinderung a!esProteinmusters wiihrend der Metamorphose. Da Arbeiterinnen, Weibchen und Mannchen jeweils getrennt behandelt wurden und ausserdem noch vier Fundorte (Rottenbauer, Kitzingen, Gramschatz, Randersacker) sowie die Trennung der Tiere in Thorax und Gaster zu beriicksichtigen sind, erscheint es notwendig, den Verlauf der einzelnen Banden vergleichbar anhand der Kurven in Abb. 4(a-g) kurz zu interpretieren. Zur besseren Ubersicht wurden die einzelnen Banden und ihre Veranderungen fur die beiden Kasten und Geschlechter getrennt aufgefiihrt. Auch wurden Thorax und Caster soweit wie moglich getrennt betrachtet. Bei ilteren Metamorphosestadien mussten wegen der sehr geringen Hamolymphmenge ofters Werte fur das ganze Tier (Th + G) eingesetzt werden. Fur die Tiere aus Gramschatz liegen nur solche Werte vor, weshalb sie in Abb. 4 nicht beriicksichtigt wurden. Urn die Gesamtstreuung der in die Kurven aufgenommenen Mittelwerte zu demonstrieren, wurde zu jeder Abbildung eine entsprechende Tabelle hinzugefiigt. Aus den Kurven und Tabellen geht hervor, dass sich die einzelnen Banden wlhrend der Metamorphose nicht gleich verhalten. Man erkennt, dass die Fraktionen f 1, f 3 und f 6 wahrend der Entwicklung stark

1436

GERHARD H. SCHMIDT UND BARBARA WIRTH

abnehmen, wahrend die Banden f 5, f 8 und f lla+b als relativ hoher peak ziemlich gleichmfssig erhalten bleiben ; die Bande f 14 zeigt einen leichten Anstieg. Als ziemlich breite und stark gefarbte Fraktion weist f 1 in allen Fallen besonders zu Beginn der Kokonphase erhebliche Streuungen auf. Thorax- und Gasterhamolymphe zeigen auf gewissen Stadien erhebliche Unterschiede. Im Mittel llsst sich zwischen den beiden Tagmata jedoch keine Differenz in diesem BandenProtein feststellen. Wiederum deutlich sind die Unterschiede zwischen den Weibchen aus Rottenbauer und Kitzingen gegeniiber den Geschlechtstieren aus Randersacker, die wie beim Gesamtprotein wesentlich hohere Proteinwerte aufweisen. Es ist bemerkenswert, dass der Kurvenverlauf bei den Geschlechtstieren aus Randersacker wie fur das Gesamtprotein mit dem der Arbeiterinnen aus Kitzingen und Rottenbauer weitgehend iibereinstimmt (Abb. 4a). Wie Abb. 1 verdeutlicht, ist die Bande f 3 such ziemlich stark ausgepragt. Besonders auffallend sind hier die wechselnden Unterschiede zwischen der Proteinmenge der beiden untersuchten Tagmata. Sehr deutlich wird dies bei den Arbeiterinnen aus Rottenbauer. Dass solche Unterschiede entwicklungsphysiologisch bedingt sind und nicht innerhalb der Streuung liegen, zeigen such die Kurven fur Weibchen aus Randersacker und Kitzingen, bei denen z.B. die Gasterharnolymphe am zehnten Tag weit mehr Bandenprotein f 3 aufweist als die des Thorax. Dagegen sind diese Unterschiede bei den Weibchen aus Randersacker auf diesem Stadium nicht sicherbar ; bei den Mannchen aus Randersacker ist das Verhaltnis sogar umgekehrt. Abgesehen von solchen stadienspezifischen Differenzen sind such die Werte dieser Bande fur Thorax und Gaster nicht verschieden. Im Gegensatz zu Bande f 1 ist der Kurvenverlauf fur die Bande f 3 bei Arbeiterinnen, Weibchen und Mannchen aller Fundorte sehr ahnlich (Abb. 4b). Nach einem Maximum in der Mitte der Kokonphase folgt einsteiler Abfall der Proteinmenge zu Beginn der Korperfarbung bis auf ein Minimum kurz vor dem Schliipfen der Imago, dann steigt die Kurve wie bei Bande f 1 wieder an. Als schmale, jedoch gut messbare Fraktion zeigt die Bande f 5 weit geringere die Kurve verlauft ziemlich flach Ver?inderungen wahrend der Puppenphase; (Abb. 4~). Die Proteinmenge nimmt wahrend der Kokonphase etwa urn die Halfte ab und steigt nur bei Arbeiterinnen vor dem Schhipfen wieder etwas an. Auch hier sind wechselnde Unterschiede im Bandenproteingehalt der beiden Tagmata besonders bei den Arbeiterinnen festzustellen. Die Geschlechtstiere aus Randersacker zeigen hier wahrend der zweiten Halfte der Kokonphase deutlich ist bei dieser Bande hohere Werte. Ein Abfall zur Zeit der Korperfarbung weniger auffallend. Auch die Bande f 6 ist schmal, aber deutlich abgesetzt und photometrisch auswertbar ; sie liegt nahe der Bande f 5 (Abb. 1). Auch von dieser Bande f 6 enthalt der Thorax in der ersten Halfte der Kokonphase mehr Protein als die Gaster ; spater werden die Unterschiede undeutlich. Einen starken Kurvenabfall kann man wiederum zu Beginn der Kijrperpigmentierung (neunten bis elften Tag) erkennen (Abb. 4d). Die Weibchen aus Randersacker verhalten sich hier wiederum ahnlich wie die Arbeiterinnen aus Rottenbauer und Kitzingen; der Proteingehalt

Bande

1437

WtiI-IREND DER METAMORPHOSE VON FORMlCA

DIE Hi(MOLYMPHE-PROTBINE

f 1 ~

2-3 T

Th Rottenbauer

~

G

4T

Th

G

77

MW

97 119

63

16

ST

ST

~

~

Th

G

64

~

10 T

Th

41

101

12

G

Th

69

39

93 14

MW ST MW

-

8

116 113 106

97

98 101

29

31

23

-

Th

85

114

26

G

12 T

Th

72 60 168 23

13

ST

11 T

-

97

MW

Randersacker

G

25 1

Kitzingen

Th

8T

28

G

9T

Th

86 146 153 21 29 88 85 118 113 6 40 44

105 183 44

69 17

90 25

40 9

~

G

13 T

Th

_

G

14 T

15 T

Imago ___

Th

39

44

~

G

Th

110 100 38

55 23

45 11

85 32 5

41 5

43 17

83 65 Rottenbauer

20-

150-

c E 2

15-

z h IO-

ii\ 2 5 s

50-

5r

III I

2

Ill1

3

4

5

6

Ill

7

8

9

I

IO

II

II

12

I

13

II

14

15

Tage der Kokonphase

(a-g) Quantitative Veriinderungen der Htiolymphproteine f 1, f 3, f 5, 14 wiihrend der Kokonphase von Arbeiterinnen, Weibchen und MLnnchen von F. pratmsis Retz. Die Werte fiir Thorax- und Gasterhiimolymphe wurden getrennt dargestellt. NIheres wie in Abb. 3.

k3B.

G

76 10 45

36 12

Th

25-

Fi % _ ‘I; E IOO:o I -

33

35

32 8

G

zoo=

z!

G

127 81

MW ST

Rottenbauer

~

96 73

Randersacker

7T

6

51

ST

G

111 71 133

146

MW

-

Th

96 144 141 34

Kitzingen

6T

4.

f 6, f 8, f 11 Q+b und f

Th

1438

GERHARDH. SCHMIDTUNDBARBARA WIRTH

?? Rottenbauer Kitzingen

2-3 T ___

~

Th

Th

MW

115

ST MW

31 149

G

7T

G

Th

G

Th

93 23

60 18

104 25

85 33

86

80

G

8T ~ Th G

Th

G

139 135 5 36

12T

86 82 21 10 109 49 99 31

Th

G

Th

116 135 1 27 123 129 32 22

128 71

14T

13 T G

ST MW ST MW

61 11 54

178 172 25

69 14 62 21

51 1 52 16

53 126 141 29 41

Th

94 6

54 75 101 6 27 36 142 196

97

165 114 56 9

15 T G

Th

G

58 13 29 6

69 18

Imago Th

G

114 21

ST

MW, Mittelwert;

46 13 46 19

49 4 46 19

62 7 32

49 11 53 31

48 16 40

56 5 35 7

43

49

54

51

45

47

44

39

4

12

13

66 47

103

73

98

63

64

49

I 2

81 14

96

ST, Standardabweichung.

----X---____m____

I

72 7

21

MW

t-l

9T ___ Th G

56 67 8 59 18

ST 6$ Rand.

6T ___

11 12 75 134 5 77 114 7 23

11 T

MW

Randersacker

Th

127 1

Th

Kitzingen

G

99 107

MW ST MW ST

10 T

Rottenbauer

ST ___

65

ST Randersacker dd Rand.

G

4T

I 3

I 4

= ddRonderSacker = Rondersocker

I

I

I

I

I

I

I

I

I

5

6

7

6

9

IO

I,

12

13

Tage der Kokonphase

I

14

Th G

I

t

15

16

DIE

H&MOLYMPHE-PROTEINE

W&REND

DER METAMORPHOSE

VON

FORMICA

1439

Bande f 3 -

2-3 T

Th Rottenbauer

Kitzingen

Randersacker

G

108 20

MW

51

ST

32

MW ST

70 32

-

10 T

Th Rottenbauer Kitzingen

Randersacker

MW

Th

-

G

G

43

94

81

27

20

19

12

11 T

Th

~

G

Th

G

-

G

G

143 116 27

-

G

G

5

2s

30

14 T

Th

14 6

21 10

142 148 89 18 34 5s 181 163 113 43 41 28

Th 85 96 23

141 125 40

Th

Th

G

43 6 3

10 4

11 10

35 4

200-

150e !G is E :0 I

_ loo-

c E 2

-z 2

_h

\

-

1 c 2 u

_

10 -

50_

t

I

2

3

4

5

6

7

6

Tage der Kokonphase 47

9

IO

II

12

36

Imago ~

28

9 7

G

15 T ____

4 12 11 5

G

9T

5

7 16

~

Th

140 195 139

13 T

Th

ST ___

7T

Th

76 13 112 128 98 26 49 27

94

51 11

-

143 132 164

12 T

42

30

ST MW

40

6T

Th

141 117 101

69

71 17

G

70

16

82 20

Th

-

68

135

ST MW

ST

-

127 140 61 so

MW ST

4T

-

13

14

15

G

1440

GJXRHAFID H.

-

Th

99 Rottenbauer Kitzingen

2-3 T

MW ST MW ST

~

G

ST ____

4T

Th

G

Th

Rottenbauer Kitzingen

104 46

145 146

Randersacker

48

95

42 156

6T

Th

7T ___ G

-

11 T

Th

74 80 4 24 114 179 23

50 32 24 19

65 175

79

G

~

12 T

Th

G

50 16 41 9

21 24 13 11

34 11 13 11

59

4

24

Th

G

179 153 33 38

130 140 27 11

97 143 16 75

63 4 10 T Th G

MW ST MW ST MW

G

212 136 74 41

MW ST MW ST

09

~

122 25

36 Randersacker $6 Rand.

UNDBARBARA WIRTH

SCHMIDT

~

13 T

Th

164 167 7 17 145 125 12

-

G

14T

Th

19 21 618 2 9 5

G

5 14 9

9

2

5

8T

Th

9T ___ G

6

12

122 96 16 23 152 113 98 6 43 34 66 126

160 106 30

121 124 49 27

15 T ___

Imago

Th

Th

8

8 7

G 7 4 4 2

1

5

11

8 7

26

3 3

dd Rand.

MW ST

118 31

MW, Mittelwert;

95 6

53

55

38

57

26

ST, Standardabweichung.

Tage der Kokonphase

23

56

G

166 142 45 46 52 71 88 11

49

ST

Th

38 38

G

2 3

DIE H~MOLYMPHR-PROTJZNE

Bande

1441

DER METAMORPHOSE VON FORMICA

W&RRND

f 5 _

2-3 T

Th Rottenbauer

MW

_

G

4T

Th

50

G

Th

56

G

Th

31

30

28

6 62 22

ST MW ST

-

MW

27

4

10 T

Th

-

G

8

11 T

Th

46

14

8

46

29

83

ST MW ST MW

G

8T

52

64

49 20

G

11

I

2

9T

Th

52 48

19 16 56 57 44 4 8 13

7

Th

G

13 T

Th

51

67

34

11 18

58 59

57

65

45

66

49

7

13

24

6 17

-

G

12

14 T

Th

31

14

-

G

15 T

Th

Imago -

G

Th

17 31

13 32 5

56 20

35

10 38 31 15

40 14

46 20 4

26 9

32 20

43

ST, Standardabweichung.

11

3

4

11

5

6

11

7

6

Tage der Kokonphase

11

9

IO

G 51

72 9

65

94 21

70

-

Th

59

87

12T

25

MW, Mittelwert;

t

-

53

5 55 13

19

G

27

Randersacker

Th

55

64

MW

Kitzingen

G

7T

16

22

Rottenbauer

-

13

ST

Randersacker

6T

59

49

Kitzingen

ST

11

II

I2

1

13

I

14

I

15

G

1442

GERHARDH. SCHMIDTUND BARBARA WIRTH

-

Th

?? Rottenbauer Kitzingen

2-3 T G

MW ST MW ST

Randersacker 38 Rand.

MW ST MW ST

MW ST MW ST MW

#

ST MW

Rand.

2

Th

64 16

57

44

52

IO T

~

G

56 10 55 I2

42 6 45

86

62

11 T

Th

Th

G 30 10

48 8

60 13 43 15

Th

G

45 II

Th

~ G

62 I6

47 14

58 4

92 25

72 36

G

42 4

71 53 2 7 66 61 1223

87

I3 T ___

~

Th

Th

G

14 T G

66 4

54

86 27

20’

-

15 -

88

Imago --

Th

Th

29 23 2013 40 33 10 3

46 8 I8

30 4 24 15

30 9 26

29 3 41

22

34

36

24

20

17

23

4

11

46

68

95

74

G 23 8 9 3

7

50

94

78

RondersackarG

IOO-

I

2

3

4

5

6

7

6

9

Tage der Kokonphase

IO

II

89 I9

15 T ___

46 5 36 5 7.5 68 79 5 5

23

G

55 54 14 19 46 50 46 I7 20 12 54 60

9 3 57

9T

Th

35

4 61

Th

G

8T ___

36

12T ___

G

7T ___

11 63 I2

150-

E

G

6T ___

24 7

8

ST

z

ST

-

56 16

Th

??

Randersacker

Th

41 I

~

Rottenbauer Kitzingen

4T ___

I4 8

G -

8 4

DIE HAMOLYMPHE-PROTEINE

Bande

WitHREND

VON FORMICA

DER METAMORPHOSE

1443

f6 ~

2-3 T

Th Rottenbauer

MW

4T

Th

5.5

~ G

21

Randersacker

G

6T

Th

ST MW ST

92 27

G

Th

52

59

G

ST ~ Th G

37

57

35

84

56

15

3

24

35

41

27

48

51

28

44

G 42

26 2

ST MW

17

-

G

10

11

12 T

Th

16 8

16

~

G

49

42

17

43

7

15

G

20

18

28 7

6 13

Th

Th

0

G 0

0

2 4

0

4 8

Tage der Kokonphase

40

8

10

9

15 T

~

6 9 6

46

15

14 T ___

28 0

37 9

13 T

Th

5 9

46 51

15 43 13

36

0

11 T

Th

29 29

6

1

-

9T ~ Th G

41 40

19

10 T

MW

ST MW

7T ___

38 45 15

Th

Kitzingen

-

MW

-

Rottenbauer

Th

26

5 Randersacker

ST

46 49

ST Kitzingen

G

-

1 3

0

2 3

G

Imago Th

G

GERHARDH. SCHMIDTUND BARBARA

1444

Z-3T Th G

99 Rottenbauer Kitzingen

Randersacker 6$ Rand.

MW ST MW

11

MW ST MW ST

37 5

~

Rottenbauer Kitzingen Randersacker

10 T

Th MW ST MW ST MW

0 2 4 21

G 8 11 0

34

23 7

28 15

44 1

38 1

20

53

83 40

90 9

6T ~ Th G 34 9

12 T ___

~

Th

Th

Th

G

0

0

010

G

0

0

00

7T Th G

34 27 11 6 49 5.5 45 19

46 6

13 T

-

G

10 2 00

61 4 51 11

3

41 4 43 9

14T

Th 0

48 10

G 0

33

15 T

Th 0

5 38

17

0

0

0

0

0

0

17

27

9

8 4

1

52 16

42

28

7 40

26

20

11

MW, Mittelwert; ST, Standardabweichung.

Tageder

Kokonphase

40 14

29 8 58

26

28

21 66

20 33

62 32

42 10

Th

G

0

00

010

9T ~ Th G

Imago ~

G

13

MW ST

ST Th G

28 10

69 34

11 T ___

ST 36 Rand.

5T ~ Th G

54 12 55

ST

QQ

4T ~ Th G

WIRTH

0 0

2 5

0 0

Bande

1445

WiiHRRND DER METAMORPHOSE VON FORMICA

DIE HLMOLYMPHR-PROTEINE

f8

Rottenbauer

2-3 T ~

4T ____

Th

Th

MW

G

G

88

ST Kitzingen

24

MW

45

Randersacker

17

19

25

37

45

45

Th

~ G

3

61

51

72

23

16

22

~ G

9T

Th

60 59 71 1 18 7 61 58 71 11 21 17

76 54 64

5

15

1

8T

Th

25

10 T

Th MW

-

G

11 T

Th

60

ST MW

12T

Th

36

G

33 11

13 T

Th

23

G

57 45 3

G

-

14 T

Th

-

G

20

15 T

58

80

16

17

Th

Imago -

G

Th

15

18

1 50 20

-

54

22 35 9

~

G

22

ST MW

75 76 66

7T

130 41

~

Kitzingen

G

82 73 103

13

MW ST

~

63 56 5

Rottenbauer

Th

62

ST

E

G

6T

15

41

Randersacker

~

Th

74 71

ST

3 31 8

22 9

1 33 36 17

21 11

19 6

14 7

22 7

69 18

~~~ 4

0

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

II

I

2

3

4

5

6

7

8

9

10

II

Tage der Kokonphase

11 I2

13

14

1) 15

16

G

1446

H.

GERHARD

2-3 T Th

OS! Rottenbauer Kitzingen

MW ST MW ST

?? Rottenbauer Kitzingen Randersacker

MW ST MW ST MW ST

dJ Rand.

MW ST

G

4T

Th

~ G

59 18 45

MW ST MW ST

Randersacker &J Rand.

~

SCHMIDT

UND BARBARA

ST

Th

~ G

47 11

42 16

44

50

6T

Th

WIRTH

7T ___ G

31 5

~

Th

G

38 10

8T

Th

G

48 17

Th

61 18

36 2

37

39

43 82

13 32

14 60

48 10

53 4

88

141 15

12 T

10 T ___

11 T ___

~

Th

Th

Th

G

23 37 012 38 68 3 41

68

4 43 15

39 2

G

16 20 7 8 16 19 89 48 32 39 6 5 24 34

55 19

~

G

70 1

13 T

Th

94 22 77 10

~

G

80 11 66 21

14 T

Th

12 4 10

14 8 8 6

8 0 5

17

19

14

15

618

32

4 13

4

27

ST, Standardabweichung.

Tage der Kokonphase

14

~

G

14 19 517 9 10 53

75 22

10 2 6 1

13

7 7 47

40 7 46 4

47

15 T

Th

G

31

10

13

MW, Mittelwert;

9T ___

15 58

25 83

63 22

53 5

Imago ___

G 11 4 5

Th

14 6

G

11 3

1447

WAHREND DER METAMORPHOSE VON FORMICA

DIE HXMOLYMPHE-PROTEINE

Bande f 11

PJ Rottenbauer

4 T ___

~

Th

Th

Th

G

G

28

MW

23 32

G

8T

Th

27

24

34

29

6

10

6

1

22

12

~

9T

G

Th

30

29

27

29

32

32

39

G

1

8

20 10

8 25

21

18

23

25

8

9

8

25

22

36

27

s27

9

8

15 T

Imago -

1 12

8

7

99 47

MW ST

10 T

Th

G

MW

40

ST MW

1

ST MW

Th

25

26

9

-

Randersacker

G

7T

6

4

Kitzingen

Th

18

MW ST

Rottenbauer

G

~

10

9

Randersacker

6T ___

26 14

9

ST Kitzingen

ST

2-3 T ___

~

11 T

Th

G

12T

Th

27 15

33 10

~

27 11

~ G

18 27

11 34 6

13 T

Th

23 26 415

14 T

Th

17

G

-

Th

G

Th

G

19

17 4 24

6 18 5

G

~

18 7

23 15 5

18 5

23 11

45 34

-

Tage der Kokonphase

= p p

Rottenbouer Rottenbauer Ki+~i”~,m Kltlin B” Rande sacker p RandersockerG

Th G Th F

h

GERH~

1448

_

Th

QQ Rottenbauer Kitzingen

2-3 T

MW ST MW

-

G

H. SCHMIDT UND BARBARA WIRTH 4T

Th

ST

G

Th

36 9 47

G

Randersacker J$ Rand.

21

MW ST MW ST

67 28

~

Rottenbauer Kitzingen Randersracker

MW ST MW ST MW

G

28 8

7T

Th

8T

G

Th

25 5

~ G

40 16

9T

Th

37 5

55 11

34

37

46

38

52

-

G

11 T

Th

42 3 44 8

37 3 16

35 4 34 12

59

66

53

~

G

13 36

13 41

40 6

68 9

40 15

12T

Th

~ G

38 8

13 T

Th

78 44 8 6 52 43 65

14 T

G

Th

51 4

G

Th

26 4 26 12

27 3 23 3

24 0 20 4

23 1 19

13 4 28 11

16 0 13

21 2 25 6

18

71

48

24

30

28

16

25

33

33

28

3 20

14

53

35

4 42

39 6 37 4

38

15 T

~

G

36

5

G

10 40

7 50

51 19

40 3

Imago ___ Th

19 7 5

G

29 4

21 6

61

ST 33 Rand.

-

35

10 T

Th

QQ

Th

22 22 926 43

ST

6T

~

14 18 42 11

MW ST

3 30

44 13

MW, Mittelwert;

ST, Standardabweichung.

~~~~

A.>.

L

IllI I

2

3

‘0,

... ‘..

...<..

4

I

5

I

6

I

7

I

6

I

9

Tage der Kokonphase

I

IO

I

II

I

12

I

13

;

I

14

\.’I 15

(

I6

Bande

1449

W#HREND DER METAMORPHOSE VON FORMICA

DIE HXMOLYMPHE-PROTEINE

f 14

Rottenbauer

2-3 T ~

-

Th

Th

MW

11

G

Th

~

Th

13

G

8T G

14

13

12

12

11

4

3

2

7

13

-

Th

9T

Th

11 8

16

G 13

13

5

10

16

86

10

3

2

4 2

12 10

12

13

15

14

1

10 T

Th MW

G

11 T ___

-

Th

Th

20

G

ST MW 20 6

12 T

15 9

ST MW

7T

18

16

2

12

44

43

83

14 T

15 T ___

Imago ___

Th

Th

G

= 91 Rottenbouer

Th

37 4

-

Randersacker

G

1

MW ST

-

2

2

Kitzingen

Th

7

ST

Rottenbauer

G

6T

3

75

Randersacker

-

9 9

4

MW

ST

12 10

ST Kitzingen

G

4T

G

-

13 T

Th

13 19

3

0

13 6

26 12 56 24

G 15

-

Th

G 14

19 3 20 17 45

G

27 3 18

18 12 41

20 18 15 24

25

-

Tage der Kokonphase

1450

H. SCHMIDT

GERHARD

?? Rottenbauer Kitzingen

2-3 T ___

~

Th

Th

MW ST MW

G

4T

~ G

UNDBARBARA WIRTH

5T

Th

6T ___ G

46 35

9 3 10

Randersacker J$ Rand.

Randersacker

32

33 16

~

Rottenbauer Kitzingen

10 T

Th MW ST MW ST MW

18 2 12

11 2 4

21

MW ST

~

G

24 8

ST $6 Rand.

Th

G

Th

12 1 4 13 12 9 4

9

12 3

MW, Mittelwert;

17 3

11 T

Th

G

14 11 51 12 8 42 26 23 24 5 3 16 14

~

0 23

2 11

14 0

15 1

12 T

Th

16 14 21

~

G

19 15 23 14 15 32 14 T

13 T

Th

G

11

2

MW ST MW ST

O?

G

8T

76 22

7 ST

Th

7T ____

G

Th

14 1

~

G

13

15 T

Th

11 10 41 14 10 23

14 10 03 10 16 6

12 12 41 11 15 3

12

31

19

23

19

17

17

13

18

6 11

3

9

13

2 22

9T -Th G 16 3

13 3 11

13

11 0

4 19

1 16

14 1

15 2

Imago ~

G 13 3 15

Th

37 6

G

15 5

ST, Standardabweichung. RottenDauer Rotienbouer Kl+*lng*n Kitlln*e” Rondersocker Rondersocker ~onderwcker ondersacker

Th G TGh Th G Th G

Tage der Kokonphase

dieser Bande liegt hoher als bei den Weibchen der anderen Herkiinfte und fallt der Imagines ist die Bande oft nicht mehr etwas spater ab. Beim Schliipfen nachweisbar. Insgesamt deutlich hijhere Werte zeigen such die herkunftsgleichen Mannchen w&rend der Kokonphase; bei ihnen bleibt die Bande f 6 bis in den imaginalen &stand erhalten.

DIE

HiihlOLYMPHR-PROTJXNR

W&iREND

DER METAMORPHOSE

VON

FORMICA

1451

Von den auswertbaren, relativ schnell wandernden Banden zeigt die Fraktion grijsste Retention. Sie ist bei allen Morphen von F. prutensis deutlich ausgepragt; Thorax und Gaster differieren nur unwesentlich voneinander (Abb. 4e), jedoch sind phasenspezitische Unterschiede erkennbar. Insgesamt wird der Proteingehalt dieser Bande im Verlauf der Kokonphase ziemlich gleichmassig reduziert, ohne dass die Bande ganz verschwindet. Deutlich hijhere Werte zeigen besonders anfangs die Tiere aus Randersacker. Wie Abb. 1 zeigt, ist die Bande f 11 meist breit, verwischt, undeutlich und teilt sich oft in zwei Fraktionen (a+b) auf, die sich bei der Photometrierung iiberlappen und deshalb meistens nicht getrennt registriert werden konnten. Die Tendenz zur Doppelbande ist bei Geschlechtstieren ausgepragter als bei Bei letzteren bleibt die Bandef 11 wahrend der Metamorphose Arbeiterinnen. weitgehend unverandert; Unterschiede zwischen den beiden Tagmata sind nicht feststellbar. Einen starkeren Abfall der Kurven vom 9.Tag der Kokonphase an beobachtet man bei den Weibchen, die such etwas hijhere Werte zeigen als die herkunftsgleichen Arbeiterinnen (Abb. 4f). Noch hohere Werte besitzen die Weibchen und MPnnchen aus Randersacker. Die Bande bleibt in allen Fallen bis zum Schliipfen der Imago erhalten. Die Frontbande f 14 scheint relativ niedermolekular zu sein. Sie ist immer ziemlich schwach, jedoch deutlich ausgepragt und gut messbar. Ihr Proteingehalt entspricht l-2 pg Albumin. Wahrend der Metamorphose steigt er sehr schwach, aber kontinuierlich etwa bis auf die doppelte Menge an. Die Weibchen aus Rottenbauer und Kitzingen besitzen insgesamt etwas niedrigere Werte, die erst in der Imago deutlich ansteigen. Abweichend davon verhllt sich die Kurve der Geschlechtstiere aus Randersacker (Abb. 4g). Wenn such die Bande f 14 als einzige Fraktion der Hlmolymphproteine wahrend der Kokonphase zunimmt, so fallt dieser Anstieg in Anbetracht der kleinen Proteinmenge insgesamt nicht ins Gewicht.

f 8 die

Entwickhngsphysiologische Aspekte Zum besseren Vergleich der Proteinbanden und ihren Verinderungen wahrend der Metamorphose beider Kasten und Geschlechter von F. pratemis wurde in Abb. 5-6 eine andere, semiquantitative Darstellung gewahlt, die die grosse Streuung der Einzelwerte nicht mehr beriicksichtigt. Man erkennt jedoch wieder, dass bei allen Morphen die langsam wandemden Proteine besonders stark reduziert werden. Eine besonders starke Reduktion tritt nach dem zehnten Tag der Kokonphase ein. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem die Ausbildung der inneren imaginalen Organe weitgehend beendet ist (SCHMIDT, 1966), eine neue Oenocytengeneration entsteht und die Corpora allata einen neuen Sekretionszyklus beginnen (SCHMIDT, 1968a). Nun tritt such eine allgemeine Red&ion der Reservestoffe und Khirung der Hamolymphe ein (SCHMIDT, 1967). Entwicklungsphysiologisch wird am zehnten Tag der Kokonphase eine deutliche Umstellung des inneren Die dabei auftretenden Veranderungen in der Stoffwechsefmilieus erkennbar.

1452

GERHARD H. SCHMIDT UND BARBARA WIRTH

prozentualen Beteiligung der einzelnen Banden zeigt Tabelle 1. Da die einzelnen Fraktionen nicht gleichmassig vermindert werden, resultiert auf verschiedenen Entwicklungsstadien eine unterschiedliche Zusammensetzung der Hamolymphproteine, die sich bereits aus den Abb. 4(a-g) ableiten liess. Damit ergibt sich fur F. prutensisein stadienspezifisches Proteinmuster in der Hamolymphe. Allgemein l&t sich feststellen, dass sowohl zwischen Mannchen und Weibchen, als such zwischen den beiden weiblichen Kasten nur entwicklungsbedingte Unterschiede im Auftreten der Banden vorhanden sind. Alle auftrennbaren Fraktionen lassen sich zu bestimmten, mitunter jedoch verschiedenen Zeiten in jeder der drei Morphen ermitteln. Es gibt wahrend der Kokonphase weder ein Formica

pratensis.

Rottenbauer

_--.- ” , _ 572m 470[13

462

543

310 373

482

488

458

502

417

588

423

DIE

H#MOLYMPHE-PROTRINR

WKHREND Formica

DER METAMORPHOSE

pratcnsis,

Aibelterinnen

Gramschatz

-

VON

FORMICA

Ochsenwiese

-cl968-

Weibchen

Tage der Kokonphose

Gesamtcaunts

3 5 7 6 9

543

IO

462

12 13 14

I

15

I :

Eli

il

M-17

156

O+I 3566,,7

I 7a6

9

I lO,llb

12 I3

I4

I36 0,1,3566,7

6 9

10ollb

12 13

14

5. (a-c) Semiquantitative Darstellung der Verkderungen in den Proteinfraktionen der Htiolymphe w&rend der Metamorphose von Weibchen und Arbeiterinnen von F. pratensis Retz. aus verschiedenen Populationen und zwei aufeinander folgenden Jahren.

ABB.

spezifisches Kastenprotein, noch ein spezifisches Geschlechtsprotein, das sich im Elektropherogramm zu erkennen gibt. Auf eine Verwendung bestimmter Proteine aus der Hamolymphe fiir die Organsynthese deuten die Phasenunterschiede zwischen der Hamolymphe der Tagmata hin. Weitere Untersuchungen miissen zeigen, auf welche Weise diese Unterschiede zustande kommen und welche Bedeutung sie fiir das Entwicklungsgeschehen haben. Der Or-t der Hamolymphentnahme darf somit nicht mehr in jedem Fall vernachlassigt werden. Statistisch gesehen differiert die Hgimolymphe in ihren Proteinfraktionen in Thorax und Gaster nicht, denn die Variationsbreite ist so gross, dass individuelle Unterschiede nicht zum Tragen kommen. Der Signifikanztest ergab, dass unter 43 Versuchsreihen auf verschiedenen Entwicklungsstadien die Nullhypothese, dass sich die beiden Wertpaare ‘Thorax’ und ‘Gaster’ hinsichtlich der Proteinmenge in den einzelnen Fraktionen nicht unterscheiden, nur in zwei Fallen mit einer Sicherheitswahrscheinlichkeit von 99 Prozent abgelehnt werden kann. Diese beiden Ausnahmen zeigt folgendes Berechnungsbeispiel: Dazugehiiriger Tabellenwert

Versuchstiere Reihe 1 Arb. 8 T Kitz. Th Arb.8T Kitz. Th

Reihe 2 Arb.8T Kitz. G Arb.8T Kitz. G.

Fraktion

Freiheitsgrade

Errechneter Wert

95%

99%

+2

18

3,162

2,lO

2,88

f3

20

4,279

2,09

2,85

14.54

GERARD

H. SCHMIDTUND

BARFIARA~IRTH

TABELLE l-PROZENTUALER ANTEIL DER 8 PROTEINHAUPTBANDEN AM GESAMTPROTEIN WXHRENDDER KOKONPHASEVON F. pnztensis Rmz. (MITTELWERTE) Tage der Kokonphase 1 2-3 2-3 2-3 2-4 3 3 Pharate

f3

fl GesamtHerkunft Kitzingen Kitzingen Kitzingen Rottenbauer Rottenbauer Gramschatz Gramschatz

Morphe

counts

Counts

y0

Counts

y0

!Z

625 462 574 543

:;

620 544

??

646 573

233 146 149 87 115 228 250

37,3 31,6 27,4 15,2 21,l 36,8 38,7 29,7

72 51 104 120 122 36 51

11,s 11,O 19,2 20,P 22,4 5,8 7,P 14.1

cr$

;;

660 582 733

?? N 99

500 615 543

;; ?Q

588 538 423 576

126 125 150 84 271 203 133 105 88

19,l 17,1 25,8 16,8 44,1 37,4 24,7 17,s 20,8 24,8

135 165 119 154 32 51 73 133 106

20,s 22,s 20,4 30,8 5,2 9,4 13,6 22,6 25,l 18,P

52 76 46 189 27 42 76

33,l 25,2 26,4 37,P 27,8 22,2 32,3 29,3

7 17 5 33 0 10 20

4,4 5,6 2,~ 6,6 0 5,3 8,s 4.8

Pupae 7 7 8 8 8 9 9 9 9

Randersacker Randersacker Rottenbauer Rottenbauer Gramschatz Gramschatz Kitzingen Kitzingen Kitzingen

Pupae 14 14 14

14 14 14 15-16 Pharate Imago

Rottenbauer Rottenbauer Gramschatz Gramschatz Kitzingen Kitzingen Kitzingen

Qg Q? Z QQ

157 302 174 499 189 97 235 236

Trotz der nur in Einzelfallen auftretenden Signifikanz beobachtet man oft ein fast rhythmisches Ansteigen der Proteinmenge in einzelnen Fraktionen (besonders in f 1 und f 3, Abb. 4a, b) zwischen Thorax und Gaster. Besonders ist dies bei den Arbeiterinnen aus Rottenbauer wahrend der Puppenzeit zu erkennen. Weiterhin fallt auf, dass besonders die langsam wandernden Banden bis zur beginnenden Kijrperpigmentierung (zehnter Tag) vorwiegend im Thorax vermehrt auftreten, spater findet man oft eine Anhaufung in der Gaster. Dies konnte mit der zeitlich unterschiedlichen Ausbildung der Organe in Zusammenhang stehen. Der oft nicht zu sichernde Unterschied zwischen den beiden Tagmata mag daran liegen, dass eine Einteilung der Entwicklungsstadien nach ausseren Merkmalen nicht ausreicht. Hinzu kommt die interindividuelle Variabilitat in der Entwicklung.

DIE H#MOLYMPHR-PROTJ3INR WXHRRND DER METAMORPHOSE VON FORMICA

f5

f6

f8

f14

f lla+b %

%

Hauptbandenprotein (%)

Counts

%

Counts

%

Counts

%

counts

70 30 64 56 56 53 58

11,2 625 11,8 9,8 10,3 8,s 930 9,6

68 45 56 50 54 70 88

10,9 937 10,3 837 9,9 11,3 13,6 10,6

52 62 45 80 59 80 60

8,3 13,4 893 13,9 10,8 12,9 9,3 11,o

37 18 47 25 36 39 42

5,9 329 897 494 6,6 6,3 695 635

4 7 10 12 9 12 8

096 1,s 198 231 1,7 1,9 1,2 I,5

86 78 87 75 83 84 86 83

64 62 62 54 64 51 76 58 48

9,7 825 10,6 10,8 10,4 994 14,l 999 11,3 10,s

47 51 36 31 44 37 30 43 27

7,l 7,O 6,2 692 7,2 6,8 596 7,3 694 697

72 87 65 55 62 49 56 69 43

10,9 11,9 11,2 11,6 10,l 9,0 10,4 11,7 10,2 10,8

48 61 35 38 34 46 37 32 37

733 8,3 6,O 7,6 5,s 895 629 5,4 8,7 791

15 17 14 12 8 15 10 17 12

2,3 2,3 2,4 2,4 193 2,3 199 2,9 298 290

77 77 83 86 85 83 77 78 85 81

30 35 17 46 5 29 11

19,l 11,6 9,8 9,2 5,2 15,3 427 10,7

0 7 14 42 3 1 1

0 2,3 890 8,4 391 0,s 034 3,2

9 26 15 27 11 18 12

597 896 8,6 594 11,3 9,s 5,l 797

18 37 21 60 14 20 25

12 16 13 10 7 17 26

796 5,3 795 230 7,2 920 11,l 791

82 71 75 82 69 72 73 75

11,s 12,3 12,l 12,0 14,4 10,6 10,6 11,9

Counts

1455

Fur Arbeiterinnen und Koniginnen der Fundorte Rottenbauer, Gramschatz und Kitzingen liegt geniigend Vergleichsmaterial vor ; jedoch ist es nur sinnvoll, den Signifikanztest mit pharaten Puppenstadien durchzufiihren, da spater das Proteinmuster der Hlmolymphe durch die Kastenunterschiede in der Organentwicklung verandert werden kann. In Bezug auf die Gesamtproteinmenge unterscheiden sich die beiden Kasten nicht, sondern nur in der Quantitat der einzelnen Banden. Dies bedeutet eine Verschiebung der Proteinmengen innerhalb der einzelnen Fraktionen. Kastenunterschiede wahrend der Metamorphose sollten besonders im Thorax deutlich werden, da die dorsoventrale Flugmuskulatur nur von den Koniginnen

GERARD H.

1456

SCHMIDT UNDBARBARA WIRTH

entwickelt wird. So erkennt man in Abb. 4(b) eine Anhiufung der langsam wandernden Proteinfraktionf 3 zu Beginn der Metamorphose bei den Koniginnen ; diese Fraktion ist breiter und nimmt starker ab als bei den Arbeiterinnen. Bei letzteren tritt die Fraktion f 3 wlhrend der Flugmuskelbildungszeit verstsirkt auf (vierter bis neunter Tag). Dies deutet darauf hin, dass diese Fraktion offenbar fiir die Muskelbildung benotigt (SCHMIDT, 1966) und bei Arbeiterinnen wegen fehlender Entwicklung in der Hamolymphe zunlchst angestaut wird. Bande f 8 erreicht in der Mitte der Kokonphase bei Arbeiterinnen einen hijheren Wert als bei Weibchen. Bereits erw%hnt wurde die Zunahme einiger Proteinfraktionen kurz vor dem Schliipfen der Arbeiterinnen und nach dem Schhipfen der Weibchen. Dies deutet eine zu verschiedenen Zeitpunkten einsetzende Proteinsynthese bei den Kasten an. Im Hinblick auf die mit der Kastendetermination vermutlich verbundene differentielle Genaktivierung sind die Unterschiede im Proteinmuster bei F. pratensis gering (Abb. 5a-c).

Unterschiede xwischen beiden Geschlechtstieren Qualitativ lassen sich such zwischen Mannchen und Weibchen von F. pratensis keine Unterschiede in der Bandenverteilung erkennen. Quantitativ werden sie bei den langsam wandernden Banden deutlich, die bei Minnchen parallel zur Spermatogenese (SCHMIDT, 1966) etwas starker reduziert werden (Abb. 6).

Formica

pratensis,

Mb’nnchen

Randersocker

t-1969-

der Kako;phose

Weibchen

Gesam+co”n+s

5

601 6

0

I

356

607

8

9

IO nil,,

12 13 13,

14

0

I

356

6,7

7a 8

9

IO .llb

1213 13,

14

_ 70_

””

622

7

660

8

606

9

656

I3

552 01

3566,7

7,8

IO &

12 1313,

14

733

673

6. Semiquantitative Darstellung der erhaltenen Geschlechtsunterschiede in den Verkderungen der H5molymphproteine w&rend der Metamorphose von F. patentis Retz.; Zeichen und Beschriftung wie in Abb. S(a).

ABB.

Wie bereits oben erwahnt wurde, bleiben alle acht Hauptbanden nur bei Mannchen bis zum Schliipfen der Imago deutlich sichtbar, w&end bei den Weibchen vom zwiilften bzw. vierzehnten Tag der Kokonphase die Banden f 3 und f6 nahezu vijllig verschwunden sind (Abb. 4b und d).

DIE H_&MOLYMPHE-PROTRINR W-REND

DRR METAMORPHOSE VON FORMICA

1457

Annuelle Unterschiede Da die iikologischen Faktoren von Jahr zu Jahr differieren, wurden Tiere aus Rottenbauer und Kitzingen sowohll968 als such 1969 elektrophoretisch untersucht (Abb. 5a und b). Die vergleichbaren Stadien zeigen in einzelnen Banden signifikante quantitative Unterschiede, die in etwa mit denen zwischen den Kasten und Geschlechtern vergleichbar sind. So war die Bande f 1 bei den Arbeiterinnen aus Kitzingen 1968 starker farbbar, w&end 1969 sich die Fraktion f 3 krgftiger a&rben liess. Die iibrigen Banden waren nicht signifikant verschieden. Bei den Koniginnen aus Rottenbauer war f 1 im Jahre 1968 wesentlich kr&iger und such f 11 zeigte mehr Protein an, so dass die Elektropherograrnme denen von Tieren aus Gramschatz 1968 und aus Randersacker 1969 glichen. Dadurch treten durch die Determination bedingte Kastenunterschiede in der Proteinsynthese noch weiter in den Hintergrund. Die zusammenfassende Darstellung in Tabelle 1 demonstriert, dass die langsam wandernden, vermutlich hochmolekularen Proteine an einer ErhGhung des Gesamtsproteins der Hamolymphe meistens verstarkt beteiligt sind. Unterschiede zwixhn

verschiedenen Pop?tlationen

Da F. pratensis in Rottenbauer und Kitzingen polykal ist und sehr wahrscheinlich mehrere Koniginnen in einer Sozietat besitzt, w&end Populationen aus Randersacker und Gramschatz vermutlich aus monogynen Viilkern bestehen, ist ein Vergleich such systematisch-taxonomisch interessant (G~~SSWALD und SCHMIDT, 1959; KUTTER, 1964). Die Kurven der Abb. 4(a-g) zeigen bei beiden polykalen Formen ein recht einheitliches Bild, such wenn auf gewissen Stadien erkennbare Unterschiede in der Quantitait bestimmter Banden auftreten. Deutlich grosser sind die Unterschiede gegeniiber den Tieren aus Gramschatz und Randersacker. Sie kommen insbesondere in den langsam wandernden Fraktionen zum Ausdruck. So ist die Fraktion f 1 bei den Tieren aus Gramschatz in der Puppe nahezu doppelt so stark wie bei jenen aus polykalen Herkiinften (Tabelle 1). Auch bei den Tieren aus Randersacker liegen die vergleichbaren Werte deutlich hoher. Weitere Unterschiede sind aus den Darstellungen in Abb. 5-6 ersichtlich.

DISKUSSION Vorstehende, mit Hilfe der Polyacrylamidgel (PAA)-Elektrophorese durchgefiihrten Untersuchungen ergaben durch entsprechende Variation des pH-Wertes, der Gelkonzentration und der Stromstarke eine Auftrennung der noch weitgehend unbekannten Hginolymphproteine von F. pratemis in 17 nachweisbare Banden. Zum Vergleich konnte BRUNNERT(1967a) mit Hilfe der Starkegelelektrophorese bei der verwandten Art F. polyctena nur 6-7 Fraktionen finden, SCHMIDT(1965) papierelektrophoretisch nur 3-4 Banden separieren, obgleich bei der letztgenannten Art von SCHMIDTund HJZSS(1973) mit Hilfe der PAA-Elektrophorese 14

1458

GERARD H. SCHMIDT UNDBARBARA WIRTH

deutliche Banden, jedoch teilweise mit anderer Laufgeschwindigkeit, aufgetrennt werden konnten. In der Arbeitstechnik und im Trenneffekt ist das PAA-Gel etwa dem Stnrkegel vergleichbar, aber es reagiert nicht mit dem zu trennenden Material (SMITHIES, 1955) und hat zudem den Vorteil griisserer Festigkeit und Transparenz (GABL und PASTNER,1966). Weitere Vorteile des PAA-Gels sind geringe Elektroosmose und das Fehlen von anorganischen Beimengungen. NHhere Einzelheiten finden sich bei ORNSTEIN(1964), RAYMONDund NAKAMICHI(1964), TOMBS (1965) sowie MARGOLISund KENRICK(1967). Die aufgetrennten 17 Fraktionen vergndern sich wghrend der Kokonphase in sehr charakteristischer Weise unabhsngig voneinander, wie such TELFER und WILLIAMS(1953) fiir PZutysamiu cecropia nach immunologischen Untersuchungen berichteten. VAN DER GEEST und BORGSTEEDE (1969) fanden, dass wghrend der Puppenphase von Pieris die langsam wandernden Fraktionen abnehmen. Auch LOUGHTONund WEST (1965) beschrieben starke quantitative Versnderungen der einzelnen Proteinfraktionen wPhrend der Metamorphose von Lepidopteren. WHhrend der Larvalperiode steigt der Proteingehalt in der Htiolymphe mit fortschreitender Entwicklung stark an, urn dann wghrend der eigentlichen Metamorphose mehr oder weniger kontinuierlich abzunehmen, so dass KAWAGUCHIund DOIRA (1973) bei Bombyx mori von einem Larven- und Puppentyp des Proteinmusters sprechen. Nach CHEN und LEVENBOOK(1966a) sol1 es such bei Phormia regina fi_ir Larve, Puppe und Imago spezifische Proteine geben, iiber die allerdings kaum Nsheres bekannt ist. DUKE und PANTELOURIS (1963) fanden bei Puppe und Imago von Drosophila ein unterschiedliches Muster. LAMY (1964) konnte bei Bombyx maximal 3 Fraktionen feststellen, die zur Kathode wanderten, und 15 Banden, die sich zur Anode bewegten. Wghrend der Entwicklung vertindern sich die Konzentrationen dieser Proteine : Einige nehmen w&-end der Puppenphase ab und verschwinden bei der Imago vallig, andere werden konzentiert (vgl. such KAWAGUCHIund DOIRA, 1973). Nach LAMY(1967a, b) sowie MUNN und GREVILLE (1969) sollen bei Calliphora, Lymantriu, Pieris und anderen Lepidopteren die Versnderungen der Proteinmenge wghrend der Puppenphase kaum wahrnehmbar sein. Die Autoren vermuten einen Umbau innerhalb der Proteinfraktionen. Auch bei F. pratensis beobachtet man in der Puppe eher eine Erhijhung als eine Reduktion einzelner Fraktionen. Die zu diesem Zeitpunkt fiir die Organbildung benijtigten Proteine werden vermutlich durch Nachlieferung aus den Reserven der histolysierenden Fettkarperzellen kompensiert. Somit kann die Htiolymphe als Proteinpool betrachtet werden. Eine Reduktion der HHmolymphproteine findet im wesentlichen erst zur Zeit der Klgrung der Hlmolymphe zu Beginn der KGrperfirbung statt, wie bereits papierelektrophoretisch gezeigt werden konnte (SCHMIDT, 1965). Unter Verwendung von Serumalbumin als Standardprotein war es mcglich, den Proteingehalt der einzelnen Fraktionen zu quantifizieren. Ein Vergleich mit Literaturwerten ist bisher nur in Bezug auf die Gesamtproteinmenge mi5glich, da abgesehen von unseren Untersuchungen an anderen Formica-Arten (SCHMIDTund HESS, 1973) keine Quantifizierung der Fraktionen nach PAA-Elektrophorese bei

DIE H&MOLYMPHE-PROTRINE

WilHRRND DFRMETAMORPHOSE VONFORMICA

1459

anderen Insekten entsprechend beschrieben wurde. FLORKINund JENNIAUX(1965) geben an, dass die Proteinkonzentration in der Insektenh%nolymphe etwa vergleichbar ist mit der im Blut des Menschen (und anderer Wirbeltiere) und im allgemeinen hiiher liegt als in Korperfliissigkeiten anderer Wirbelloser ; fur Hymenopteren wird ein durchschnittlicher Proteingehalt von 5 g/100 ml mitgeteilt. Im Vergleich dazu liegen die Werte fiir F. pratensis mit maximal ca. 2,l Prozent (w/v) zu Beginn der Metamorphose von Tieren aus monokalen Herkiinften und nur 1,3 Prozent (w/v) von solchen aus polykalen Staaten recht niedrig. Wahrend der Metamorphose wird der Gesamtproteingehalt bei allen Tieren bis auf 0,4 Prozent (w/v) reduziert. Ahnliche Werte konnten fur F. rufa L. und F. pdyctena Foerst. wahrend der Larvalperiode gefunden werden (SCHMIDT und HESS, 1973). Zur Deutung solcher Unterschiede ist es in erster Linie notwendig, die verschiedenen Bestimmungsmethoden in ihrer Leistung miteinander zu vergleichen. Denn LOUGHTONund WEST (1965) ermittelten die Proteinkonzentration der Hamolymphe verschiedener Stadien von Malacosoma americanurn mit der LowRY-Methode und fanden in den letzten Larvenstadien eine Gesamtmenge von ca. 5-6 Prozent (w/v), die bis zum Beginn der Puppenphase erhalten blieb, um dann langsam auf 2-3 Prozent (w/v) in der zweiten HIlfte der Kokonphase abzufallen. Mit der gleichen Methode erhielten KAWAGUCHI und DOIRA(1973) bei B. mmi wahrend der Larven-Puppen-Ecdysis 6,6-7,7 Prozent (w/v), die bis zur Puppen-Adult-Ecdysis auf 1,8-2,2 Prozent (w/v) reduziert wurden ; danach erfolgte wieder ein erheblicher Anstieg. Bei Pieris enthielt die Harnolymphe der letzten Larvenstadien nach einer modifizierten Biuret-Methode such zwischen S-6 Prozent (w/v) Gesamtprotein (VAN DER GEEST, 1968). In der Htiolymphe der Larven und Puppen von iki. sexta (Lepidoptera) wurden mit der gleichen Methode etwa 1 bis max. 5,3 g/100 ml an l&lichen Proteinen bestimmt (DAHLMANN, 1969). CHEN und LEVENBOOK(1966a) fanden bei P. regina mit einem deutlichen Abfall der Harnolymphvolumens mit der Biuret-Methode such eine Abnahme der Proteinmenge von einem maximalen Wert von 20 Prozent (w/v) in der reifen Larve auf 3,5 Prozent (w/v) beim Schliipfen der Imago. So nahm die Proteinmenge wahrend der Metamorphose bis auf l/6 ab. Bei F. pratensh wird das Gesamtprotein auf l/5 bzw. l/3 wal-n-end der Kokonphase beider Kasten reduziert, wPhrend der Wassergehalt bei Geschlechtstieren von F. polyctena urn 21-24,5 Prozent und bei Arbeiterinnen aber nur urn 2,6 Prozent abnimmt (SCHMIDT, 1968b). Ein Vergleich mit den Ergebnissen der Literatur wird noch dadurch erschwert, dass trotz zahlreicher Arbeiten fiber die Trennung der Harnolymphproteine bei Insekten noch kein allgemeines System zu ihrer vergleichenden Beschreibung existiert. Bereits mit der gleichen elektrophoretischen Technik sind so viele Variationen moglich, dass ein direkter Vergleich sehr erschwert ist. Wir werden versuchen, wenigstens fiir die Gruppe der Ameisen ein einheitliches System einzufiihren, urn den wiederholt betonten taxonomischen Wert der Hamolymphproteine priifen zu kbnnen (vgl. SMITHIES, 1955 ; LAUFER,1964; NYMAN, 1965a, b;

1460

GERARD

H.

SCHMIDT

UND

BARBARAWIRTH

BRUNNERT,1967a; CHEN, 1967). Ein anderer Versuch wurde von WHITTAKERund WENT (1962) mit Hilfe der Starkegelelektrophorese unternommen. Sie untersuchten 18 verschiedene Insektenarten aus sehr verschiedenen Gruppen nach gemeinsamen Zigen im Proteinmuster und fanden eine stark gefirbte, langsam anodisch wandernde Komponente, die nahe der Auftragstelle lag und bei verschiedenen Spezies homologe Proteine enthalten ~011. Die besondere Bedeutung der Harnolymphproteine fiir das Metamorphosegeschehen ist unumstritten. Nach CHIPPENDALEund KILBY (1969) spielen Fettkorper und Hamolymphe fiir die Synthese, Speicherung und Translokation von Proteinen eine zentrale Rolle, obgleich eine genaue Kenntnis des Austausches zwischen den Organen und der Hamolymphe noch weitgehend fehlt. Als extrazellulare Flussigkeit steht die Hamolymphe in engem Kontakt mit dem Fettkorper, so dass ein Austausch von Metaboliten leicht moglich ist. Nach LAUFER(1963) reflektiert das Proteinmuster der einzelnen Gewebe den Entwicklungszustand des Organismus. Das Muster der einzelnen Gewebe ist zwar sehr unterschiedlich, aber die Gewebeproteine stimmen teilweise mit den Hamolymphproteinen iiberein, eine Tatsache, die die Abgabe von Proteinen an die Hamolymphe bzw. die Aufnahme aus der Hamolymphe durch die Gewebe nahelegt. Durch Inkorporation markierter Aminosiuren vom Fettkorper in die Proteine, die ins Serum sezerniert werden, konnte er dies demonstrieren. Auch zeigten die Proteine des Fettkiirpers im elektrophoretischen Feld teilweise gleiche Wanderungsgeschwindigkeiten wie die der Hamolymphe. Den bisher eindeutigsten Nachweis erbrachte MAREK (196Q d er in vitro zeigte, dass isoliertes Fettkorpergewebe von Galleria mdlondla 12 Proteinfraktionen an das N&medium abgibt, das in seinen Versuchen die Hanrolymphe ersetzte, w&hi-end letzteres nur eine Fraktion freiliess. So wird deutlich, dass die Han-rolymphe eine mehr oder minder intermediare Rolle im Proteinmetabolismus w&end der Insektenmetamorphose spielt. Die grosse Bedeutung der Harrrolymphe als Mittlerorgan wird such aus den Befunden von CHEN und LEVENBOOK(1966b) deutlich, die eine Synthese der Hamolymph- und Fettkijrperproteine vorwiegend in der Larve fanden. So kommt es zu einer starken Zunahme der Hamolymphproteine w%hrend der Larvalentwicklung und bedingt durch ihren Einbau in die sich entwickelnden imaginalen Organe zu einem starken Abfall wahrend der Metamorphose. Auch TELFERund WILLIAMS (1953), ECELHAAF(1966) sowie CHIPPENDALEund KILBY (1969) berichten iiber eine Abnahme der volumenbezogenen Hamolymphproteine w%hrend der Puppenphase. Durch einen stadienspezifischen Wechsel im Proteinmuster werden metabolische Veranderungen innerhalb verschiedener Gewebe angezeigt. Aber die Art und Weise, wie sich diese Veranderungen im Insektenkorper vollziehen, ist nach AGRELL(1964) meistens noch unbekannt. Erst in neuester Zeit geht man diesen Problemen etwas n5her nach (WHITTAKERund WEST, 1962; LAUFER,1963, 1964; ARKINGund SHAAYA,1969; SCHEURER,1969a). der HamolymphMarkierungsversuche zeigten, dass die Radioaktivitat proteine im Laufe der Metamorphose abnimmt und sich in den Geweben der sich

DIE H#MOLYMPHR-PROTRINR

W&RRND

DRR METAMORPHOSE VON FORMICA

1461

entwickelnden Imago mehr und mehr erhiiht. Nach CHEN und L-BOOK (1966b) ist es jedoch fraglich, wie die Proteine in die Gewebe eingebaut werden. Da sich der Aminosaurespiegel wiihrend der Insektenmetamorphose nicht entscheidend andert (vgl. BRUNNERT,1967b), miissen die Aminostiuren, die durch den Abbau der Proteine entstehen, sofort fur die Resynthese imaginaler Proteine verwendet werden, oder die Proteine der lysierten Gewebe werden nicht abgebaut, sondern direkt in das neue Gewebe aufgenommen. Infolge des wghrend der Metamorphose stark herabgesetzten oxidativen, also energieliefemden Stoffwechsels (SCHMIDT, 1967, 1968b) muss angenommen werden, dass eine energieverbrauchende Proteinsynthese sicherlich nur in sehr begrenztem Umfang moglich ist. So gewinnen die Befunde von MUNN und GREVILLE(1969) an Bedeutung, die bei Calliphora und anderen Insekten ein Protein fanden, das 80 Prozent des Proteingehalts der Himolymphe ausmachte und vielleicht als Vorratsprotein fiir die Synthese der adulten Gewebe dient. Dieses sogn. Calliphorin wird vom Fettkijrper der Larve synthetisiert und ist noch von einem zweiten Protein begleitet. Nach den Untersuchungen von CHIPPENDALEund KILBY (1969) miissen aber noch weitere Syntheseorte fur die Hamolymphproteine postuliert werden, wie Mitteldarmepithel, Pericardialzellen, Epidermis und Hamocyten. Die Zusammensetzung der H&IOlymphproteine wird somit sicherlich von komplexen Vorgangen im Proteinstoffwechsel beeinflusst, so dass es interessant erscheint zu verfolgen, welchen Ver%nderungen das Proteinmuster der Harnolyrnphe im Laufe der Metamorphose unterliegt und wie sie gesteuert werden. Dabei sind aber die Veranderungen im Wassergehalt zu beriicksichtigen (SCHMIDT, 1967, 1968b). Denn B~~CKMANN et al. (1966) bringen zum Ausdruck, dass die Proteinkonzentration in der Hamolymphe, nachdem sie das Maximum im letzten Larvenstadium iiberschritten hat, mehreren Schwankungen unterworfen ist, die man oft in Zusammenhang mit morphogenetischen Prozessen bringt und die wahrscheinlich nur Schwankungen im Harnolymphvolumen widerspiegeln. Dies sollte bei gleichbleibendem Proteingehalt und einer Abnahme der Hamolymphmenge zu einer Konzentrierung der Proteine fiihren und bei einer Zunahme zu einer Verdiinnung. Bei Formica ergibt sich aber eher ein paralleler Verlauf zwischen Gesamtproteinmenge in der Harnolymphe und den Veranderungen im Wassergehalt (SCHMIDT, 1967). Trotz der Unterschiede zwischen den beiden Kasten verlaufen die beiden vergleichbaren kastenspezifischen Kurven weitgehend gleichsinnig. Dabei zeigt sich jedoch, dass bei Verdiinnung der volumenbezogene Proteingehalt sogar ansteigt, und dass eine Verringerung der Hamolymphmenge von einer noch starkeren Red&ion der Proteinmenge begleitet ist. Die unabhangige Veranderung jeder einzelnen Fraktion von der anderen und der charakteristische Wechsel in den Quantitaten der Proteinfraktionen deuten darauf hin, dass jedes Protein einem eigenen physiologischen Kontrollmechanismus unterliegt. In erster Linie sind hier die Hormone zu nennen, durch deren Einfluss das Proteinmuster verandert wird. EGELHAAF(1966) bezeichnet die Insektenmetamorphose geradezu als Modellfall fur hormonale Steuerung von Entwickhmgsablaufen, der die Rolle des Erbgutes miteinschliesst: Durch Thoraxligaturen

1462

GERARD

H. SCHMIDT UNDBARBARA WIRTH

llsst sich das Proteinmuster konservieren. Nahere diesbeziigliche Resultate liegen von LAUFER(1963), ARKINGund SHAAYA(1969) sowie SCHEURER(1969b) vor, die vorwiegend dem Pars intercerebralis-Corpora cardiaca-Komplex sowie den Corpora allata eine wichtige regulative Bedeutung zusprechen. Das Muster der Hamolymphproteine stellt zu jedem Zeitpunkt der Entwicklung ein Gleichgewicht zwischen genetisch und hormonal gesteuerter Synthese und Verwendung fiir die Organbildung dar. Die geringen Kastenunterschiede weisen darauf hin, dass fiir die zusatzliche Ausbildung der Flugmuskulatur sowie die vergrosserten Ovarien der GeschlechtsDemnach tiere keine organspezifischen Proteinfraktionen notwendig sind. mussen die zu dieser Organsynthese benotigten Proteine such bei Arbeiterinnen vorhanden sein und entsprechend anders verwertet werden (vgl. dazu SCHMIDT, 1967). Fur ein Vorhandensein organspezifischer Proteine in der Hamolymphe liefern die vorliegenden Untersuchungen keine Anhaltspunkte. Bemerkenswert ist such, dass die Synthese der Hamolymphproteine durch die am Ende des ersten Larvenstadiums wirksam werdenden kastendeterminierenden Faktoren, die nach BIER (1954) bei F. pratemis vorwiegend trophogener Natur sind, kaum beeinflusst wird. Wesentlich starker machen sich offenbar okologische Unterschiede bemerkbar. Die j%hrlich verschiedene Ernahrungslage in Verbindung mit der vorhandenen Ammen- und Eizahl kann die G&se der Larven und damit den Gehalt an Reservestoffen beeinflussen (vgl. SCHMIDT,1974). Die Tatsache, dass Kokonstadien (Koniginnen und Arbeiterinnen) aus monogynen Volkern (Randersacker und Gramschatz) deutlich grosser sind und vergleichsweise einen hoheren volumenbezogenen Proteingehalt in der Hamolymphe besitzen, unterstreicht die Bedeutung von Nahrungsfaktoren (LANGE, 1956). NPhere Aussagen sind jedoch erst nach detaillierten Untersuchungen moglich. Auch die erhaltenen Geschlechtsunterschiede sind relativ gering. Sie bestatigen TELFER (1954) erwahnt ein sogn. weitgehend die Ergebnisse des Schrifttums. Antigen 7 in der HZmolymphe von P. cecropia, das bei metamorphosierenden Weibchen weit starker auftritt als bei Mannchen. Auch LAMY (1964) findet bei Seine Kastrationsversuche zeigten aber, Bombyx nur quantitative Unterschiede. dass bereits kurz vor dem Einspinnen der Larve bestimmte geschlechtsspezifische Proteine auftreten und dass fur die Oogenese weit mehr Proteinfraktionen benijtigt werden als fur die Spermatogenese (vgl. such KAWAGUCHIund DOIRA, 1973). Die bei F. pratensis vorliegende haplo-diploide Geschlechtsbestimmung aussert sich in keiner geschlechtsspezifischen Fraktion. Am auffalligsten sind die Unterschiede zwischen mono- und polykalen Herkiinften, wie sie 5hnlich von SCHMIDTund HESS (1973) zwischen mono- und polygynen Staaten von F. rufa aufgezeigt werden konnten. Aber such zwischen verschiedenen polygynen Herkiinften von F. polyctena lassen sich deutliche Unterschiede feststellen, so dass die Koniginnenzahl hierfiir nicht entscheidend zu sein scheint. Wieweit solche quantitativen Unterschiede taxonomischen Wert besitzen, miissen weitere Untersuchungen zeigen.

DIE H&IOLYMPHE-PROTEINEW&REND DER METAMORPHOSE VONFORMICA

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