Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Biowissenschaften

Fachgebiet: Zoologie, Morphologie, Zoosystematik

Betreuer: Prof. Dr. Ragnar Kinzelbach



Dipl. Biol. Carsten Müller
(e-mail: carsten.mueller@uni-rostock.de )

Vergleichend-ultrastrukturelle Untersuchungen an Augen ausgewählter Hundertfüßer (Mandibulata: Chilopoda) und zur Bedeutung von Augenmerkmalen für die phylogenetische Rekonstruktion der Euarthropoda

Abstract (deutsch): Augen gehören zu den eindrücklichsten und wichtigsten Sinnesorganen im Tierreich. Neben einem diffusen Hautlichtsinn wurden die verschiedensten Typen einfacher Grubenaugen, Linsenaugen sowie Komplexaugen entwickelt. Gerade Komplexaugen und ihre optischen Einheiten, die so genannten Ommatidien, spielen eine wichtige Rolle bei der Klärung offener Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb der Gliedertiere (Arthropoda). Obwohl die Auswertung ommatidialer Merkmale schon zahlreiche Phylogenetiker beschäftigt hat, führten die Analysen wegen mangelhafter Kenntnisse über den Aufbau der Augen wichtiger Teilgruppen der Euarthropoda nicht zu einem befriedigenden Ergebnis. Eine solche diesbezüglich bislang schlecht untersuchte Teilgruppe mit phylogenetischer Schlüsselstellung ist die der Hundertfüßer (Chilopoda). Auf der Basis elektronenmikroskopischer, histologischer und entwicklungsbiologischer Studien konnte nun gezeigt werden, daß die ursprünglichste aller Teilgruppen der Chilopoda, die Spinnenläufer (Scutigeromorpha), Komplexaugen besitzen, deren Ommatidien strukturell und bezüglich ihrer Entwicklung den Ommatidien der Krebse und Insekten sehr ähnlich sind. Der vermutete gemeinsame Ursprung der Komplexaugen und ihrer Ommatidien stützt nunmehr die Annahme, daß die Insekten, Krebse und die nächst höhere Verwandtschaftsgruppe der Hundertfüßer, die Tausendfüßerartigen (Myriapoda), eine geschlossene Abstammungs¬gemeinschaft bilden (Mandibulata). Die Punktaugen (Lateralozellen) der übrigen Teilgruppen der Hundertfüßer weichen vom Aufbau der Ommatidien der Spinnenläufer erheblich ab. Zum ersten Mal konnte im Rahmen einer vergleichend-feinstrukturellen Studie gezeigt werden, daß die Augen der Steinläufer (Lithobiomorpha), Riesenläufer (Scolopendromorpha) und Craterostigmomorpha zwar hoch komplex gestaltet sind, aber von identischen (homologen) Zelltypen aufgebaut werden, so daß im Hinblick auf die Entstehung der Lateralozellen von einem einmaligen Evolutionsereignis in der Schwestergruppe der Scutigeromorpha, den sog. Pleurostigmophora, auszugehen ist. Die vorliegende Promotionsschrift ist kumulativ und basiert auf acht Originalveröffentlichungen (fünf davon mit Erstautorenschaft) und einem Reviewbeitrag.

abstract (englisch): Eyes are impressive and essential sense organs in the animal kingdom. Besides light sensitive epithelia, as for instance the epidermis, pinhole eyes, camera-type eyes with or without lenses as well as compound eyes have been developed in various animal groups. Compound eyes and in particular their optical units, the so-called ommatidia, have played a pivotal role in the still ongoing discussion about arthropod interrelationships. Even if the description and coding of eye characters have already attracted many scientists dealing with systematics, the phylogenetic analyses suffered from the fact that there was poor knowledge of the architecture of eyes in some euarthropod subgroups, however relevant for the discussion. One of these poorly investigated subgroups with a phylogenetic key role are the centipedes (Chilopoda). Based on electron microscopic, histological and developmental studies, it could be demonstrated that the presumably most basal centipede subgroup, the house centipedes (Scutigeromorpha), possess compound eyes with ommatidia of a type very similar to that found in crustaceans and insects. It is therefore legitimate to assume that there is a common origin of scutigeromorph, crustacean and insect ommatidia and compound eyes, respectively. In this context, ommatidial characters can be used to reinforce the recently questioned hypothesis, according to which the crustaceans, insects and the myriapods (including centipedes and millipedes) may be traced back to one last common ancestor, therby forming a monophyletic group. The camera-type lens eyes (lateral ocelli) occurring in the remaining subgroups of the Chilopoda show a structure considerably different from that observed in the ommatidia of house centipedes. However, comparative ultrastructural data reveal that the lateral ocelli of stone centipedes (Lithobiomorpha), giant centipedes (Scolopendromorpha) and Craterostigmomorpha display a structure of high complexity and are made up by the same (homologous) cell types. Thus, the lateral ocelli have most probably been evolved only once in the natural history of non-scutigeromorph centipedes, the Pleurostigmophora. The present thesis is based on eight original papers (five in first authorship) and one review contribution.