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Experience-dependent plasticity in the chemosensory system of the Egyptian cotton leafworm Spodoptera littoralis

Isabella Kauer

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Sylvia Anton

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DOI

10.25365/thesis.7074

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30486.91230.245764-3

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Männliche Nachtfalter besitzen eine bereits angeborene hohe Empfindlichkeit für die Sexualpheromone arteigener Weibchen. Verhaltensreaktionen auf das Weibchenpheromon können bei Männchen der Spezies Spodoptera littoralis dennoch durch eine sehr kurze, einmalige Vorexponierung mit dem Pheromon weiter verstärkt werden (Anderson et al. 2003, 2007). Diese Empfindlichkeitssteigerung wurde in zwei Zeitfenstern nach der Vorexponierung beobachtet: es kam zu einem nach 15 Minuten gemessenen Kurzzeiteffekt und einem Langzeiteffekt, der bis zu 51 Stunden anhielt. Parallel dazu erhöhte sich die Pheromon-Empfindlichkeit der Neurone in den primären olfaktorischen Zentren, den Antennalloben (AL), 27 Stunden nach der Vorexponierung mit dem Pheromon. In der vorliegenden Arbeit wurden Geschmacksreize für die Vorexponierung und den darauffolgenden Test verwendet: die Empfindlichkeit für Zucker in den gustatorischen Rezeptorneuronen auf den Antennen von Spodoptera littoralis Männchen wurde 24 Stunden nach einer kurzen Vorbehandlung mit Zucker bzw. Chinin mithilfe von extrazellulären elektrophysiologischen Ableittechniken gemessen, um die neurobiologischen Vorgänge zu studieren, die der in einer vorhergehenden Studie beobachteten erfahrungsabhängigen Plastizität im Verhalten zugrunde liegen. In einer zweiten Serie von Experimenten wurde die Empfindlichkeit für das Weibchenpheromon nach kurzer Vorexponierung mit Geschmacksreizen getestet: die Empfindlichkeitsschwelle zentraler olfaktorischer Neurone im Antennallobus für das Sexualpheromon zwischen Zucker-exponierten und naiven Tieren wurde mithilfe von intrazellulären Ableitmethoden verglichen. Ergebnisse einer parallel durchgeführten Verhaltensstudie hatten darauf hingewiesen, dass Geschmackserfahrung auch die Empfindlichkeit für das Pheromon steigert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass neuronale Plastizität innerhalb des Geschmackssystems nicht auf der peripheren sensorischen Ebene stattfindet, da keine Unterschiede in der Empfindlichkeit gustatorischer Rezeptorneurone für Saccharose zwischen naiven und vorexponierten Männchen gefunden wurde. Die neuronale Basis der intra-modalen Plastizität befindet sich demnach vermutlich im zentralen Nervensystem, es ist bisher jedoch unbekannt, ob zentrale Geschmacksneurone ihre Antworteigenschaften überhaupt erfahrungsabhängig ändern, oder ob die im Verhalten beobachtete Effekte anders verursacht wurden. Außerdem scheint sich die neuronale Grundlage des auf Verhaltensebene beobachteten, Sinnesmodalitäten überkreuzenden Effekts der gustatorischen Vorbehandlung nicht auf Ebene des Antennallobus zu befinden, da sich die Empfindlichkeit der AL-Neurone für das weibliche Sexualpheromon in naiven und mit Zucker vorbehandelten Männchen nicht unterschied. Die nicht-assoziativen Lernprozesse, die durch die Präexponierung verursacht werden laufen demnach vermutlich auf höheren Verarbeitungsebenen im Protocerebrum, wie den Pilzkörpern und dem lateralen Protocerebrum, ab, wo multimodale Sinneseindrücke verschaltet und gemeinsam verarbeitet werden.

Abstract

(Englisch)

Male moths innately have a high sensitivity for female–produced sex pheromones. In the noctuid moth species Spodoptera littoralis, behavioural responses to the pheromone can nevertheless still be increased by previous brief experience with the sex pheromone, through neuronal plasticity (Anderson et al. 2003, 2007). This increase in sensitivity could be observed in two time windows after exposure: a short-term effect occurred within 15 minutes and a long-term effect lasted up to 51 hours. In parallel, an increase in sensitivity of neurons within the primary olfactory centre, the antennal lobe (AL), was observed 27 h after pre-exposure with pheromone. In the present study gustatory stimuli were used for pre-exposure and test: the sugar sensitivity of antennal gustatory receptor neurons (GRNs) as a function of pre-exposure with sucrose or quinine, was measured by means of extracellular electrophysiological recording techniques to study the neurobiological mechanisms underlying the behavioural plasticity that had been observed in a prior study. In a second series of experiments the sensitivity for the female-emitted sex pheromone was tested after brief pre-exposure with gustatory stimuli: the sensitivity of central olfactory neurons within the antennal lobe for the sex pheromone was compared in sucrose-exposed and naïve males using intracellular recording techniques. Results of a behavioural study conducted in parallel, had revealed a positive effect of brief gustatory pre-exposure onto pheromone sensitivity. The results of the present study indicate neuronal plasticity within the gustatory pathway not to occur at the peripheral sensory level, since no difference in GRN sensitivity for sucrose was observed between naïve and pre-exposed males. Thus, the neuronal basis of the “intra-modal” plasticity must be located at some level within the central nervous system, but we do not know by now if central gustatory neurons even change their response characteristics after pre-exposure, or if the behavioural effect is caused differently. In addition, the neuronal basis of the “cross-modal” effect of pre-exposure does not seem to be located at the antennal lobe level, since the sensitivity of AL neurons for the female sex pheromone did not differ in naïve and gustatory pre-exposed males. The non-associative learning processes caused by taste pre-exposure are more likely located at higher processing levels within the protocerebrum, like the mushroom bodies and the lateral protocerebrum, where multi-modal sensory input is integrated and processed together.

Autor*innen

Isabella Kauer

Haupttitel (Englisch)

Experience-dependent plasticity in the chemosensory system of the Egyptian cotton leafworm Spodoptera littoralis

Paralleltitel (Deutsch)

Erfahrungsabhängige Plastizität im chemosensorischen System von Spodoptera littoralis

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

64 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Sylvia Anton

Klassifikationen

42 Biologie > 42.63 Tierphysiologie ,

42 Biologie > 42.75 Insecta

AC Nummer

AC07947401

Utheses ID

6401

Studienkennzahl

UA | 439 | | |

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