Trichobothrium

Trichobothrien einer Wolfspinne

Ein Trichobothrium ist ein einfach aufgebautes Tastsinnesorgan, das bei vielen Gliederfüßern vorkommt. Dabei sind die Trichobothrien im Laufe der Evolution wahrscheinlich mehrfach konvergent entstanden.

Struktur und Funktion

Da Gliederfüßer einen harten und starren Panzer aus Chitin besitzen, müssen mechanosensitiven Ionenkanälen in Nervenmembranen mechanische Außenreize durch Cuticulastrukturen zugeführt werden. Dementsprechende Mechanosensillen stehen in unterschiedlichen Funktionszusammenhängen, und dementsprechend vielgestaltig sind die reizfilternden und -koppelnden Cuticulastrukturen.

Auf Strömungen des Mediums (meistens Luftbewegungen) reagieren Fadensensillen (filiform) hochempfindlich. Bei Spinnentieren werden diese Sensillen Trichobothrien genannt, weil die Fäden aus einer Cuticulagrube (Bothrion = Grube) entspringen. Die Funktionsweise der Fadensensillen lässt sich an diesen Trichobothrien beispielhaft erläutern:
Auf den Beinen und Pedipalpen der Spinnentiere sind diese Trichobothrien vorhanden. Die größte bislang bei einer Spinne festgestellte Zahl an Trichobothrien beträgt bei der mittelamerikanischen nachtaktiven, stillsitzend auf Insekten lauernden Jagdspinne Cupiennius salei etwa 100 Stück je Bein. Die feinen, im Durchmesser 5 bis 15 µm starken Fäden ragen nur um 100 bis 1500 µm aus der Cuticulaoberfläche heraus. Damit sie sich überhaupt durch geringste Luftbewegungen schon auslenken lassen, sind sie durch eine dünne, gespannte Membran in die Cuticula eingebracht. Mit wachsender Fadenlänge nimmt die Erregungsschwelle ab, sie liegt bei Luftgeschwindigkeiten von weniger als 1 mm/s. Der Auslenkungswinkel wird durch den Rand der Cuticulagrube auf maximal 25 bis 35° begrenzt.

Wahrnehmung mit Trichobothrien

Sensillen haben entsprechend ihrer Masse (Dichte etwa 1,1 g/cm³), ihrem Reibungswiderstand gegen Luft und der Torsionskräfte im Gelenk eine bestimmte Resonanzfrequenz. Fliegende Insekten erzeugen Luftvibrationen von Frequenzen bis etwa 600 Hz, und da sich Trichobothrien wie Tiefpassfilter verhalten, reagieren sie auf solch tiefe Frequenzen. Je länger die Fadenhaare sind, desto besser werden niedere Frequenzen übertragen. So lässt sich die Schwingungsempfindlichkeit an den für ihre Lebensweise wichtigen Frequenzbereich anpassen. An jeder überströmten Fläche bildet sich ein Film unbewegter Luft. Aus dieser sogenannten Grenzschicht müssen die Haare herausragen, damit die Trichobothrien richtig reagieren können. Mit abnehmender Strömungsfrequenz wächst die Dicke dieser Grenzschicht. Die Haarlänge ist optimal angepasst, wenn sie umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Reizfrequenz ist. So wie lange Trichobothrien sich fast gleich gut in alle Richtungen auslenken lassen, gibt es stattdessen bei den kurzen Richtungsselektivität, die nicht durch die asymmetrischen Ränder der Cuticulagruben hervorgerufen wird, sondern durch die Eigenschaften der Gelenkmembran. An der Insertion von drei oder vier mechanosensitiven Dendriten werden die Trichobothrien innerviert, dabei antwortet jeder Dendrit auf einen bestimmten Auslenkungssektor. Also entsteht die Richtungsempfindlichkeit erst beim Transduktionsprozess durch die Lage der Dendriten im Gelenk. Es ist noch nicht genau erforscht, ob der adäquate Reiz der Druck auf die Dendritenmembran ist.

Die Kraftübertragung von den Luftpartikeln auf das Haar geschieht viskös, das Haar wird durch die Reibung der Luftpartikel am Haarschaft mitgenommen. Durch Reibung befördern feine Fiederungen am Haar diese Kraftübertragung. Bei den meisten Trichobothrien beträgt das Amplitudenverhältnis zwischen Haarauslenkung und Luftpartikelbewegung 1:2 bis 1:1. Es gibt auch einzelne Trichobothrien, bei denen die Haarauslenkung größer ist als die Luftpartikelbewegung. Die Haarauslenkung korreliert mit der Luftpartikelbeschleunigung und der Geschwindigkeit, letzteres nennt man auch Schallschnelle. Die Schallschnelle ist nur im Nahfeld bemerkbar, da sie mit der Entfernung sehr schnell abnimmt, realistisch sind Werte von bis zu 30 cm. Dieser sensorisch erfasste Raum ist bezogen auf die Körpergröße einer Spinne ausreichend.

Die Jagdspinne Cupiennius salei kann mit diesen hunderten von Vibrationssensoren, die durch unterschiedliche Haarlängen insgesamt einen ausreichend weiten Bereich von Luftschwingungsstärken und -frequenzen rezipieren, ihre Beute ausmachen. So kann sie sogar fliegende Insekten aus der Luft fangen. Beispielsweise kann sie eine summende Fliege aus 30 cm und eine mit den Flügeln schlagende Fliege aus 70 cm Entfernung bemerken. Die Hauptnahrung der Spinnen sind auf den Blättern herumlaufende Insekten, diese erzeugen in ihrem Umkreis von 20 mm Luftströmungen, auf die die Trichobothrien reagieren, so kann sich die angreifende Spinne die Orientierung in Richtung Beute erleichtern.

Literatur

  • Rainer F. Foelix: Biology of Spiders. Harvard University Press, Cambridge MA u. a. 1982, ISBN 0-674-07431-9.
  • Pierre-P. Grassé: Traité de Zoologie. Anatomie, Systématique, Biologie. Tome 6: Onychophores – Tardigrades – Arthropodes – Trilobitomorphes – Chélicérates. Masson et Cie, Paris 1968.
  • Jeffrey W. Shultz: Evolutionary Morphology And Phylogeny of Arachnida. In: Cladistics. Vol. 6, Nr. 1, 1990, ISSN 0748-3007, S. 1–38.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die News der letzten 7 Tage

31.07.2021
Ökologie | Neobiota
Teure Invasoren
Wissenschaftlerinnen haben die durch invasive Arten entstandenen Kosten in Europa und Deutschland untersucht.
31.07.2021
Anthropologie | Neurobiologie
Lernpausen sind gut fürs Gedächtnis
Wir können uns Dinge länger merken, wenn wir während des Lernens Pausen einlegen.
31.07.2021
Botanik | Immunologie | Parasitologie
Eichenwälder widerstandsfähiger machen
Kahlgefressene Eichen sind ein Bild, das in den letzten Jahren immer wieder zu sehen war. Verursacher sind häufig die massenhaft auftretenden Raupen des Eichenwicklers.
29.07.2021
Ökologie | Toxikologie
Wasser blau – Badestrand grün
Viele klare Seen der Welt sind von einem neuen Phänomen betroffen: In Ufernähe, wo Menschen spielen oder schwimmen, ist der Seeboden mit grünen Algenteppichen bedeckt.
29.07.2021
Anatomie | Paläontologie
Patagonischer Langhalssaurier neu beleuchtet
Ein Team der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie (SNSB-BSPG) untersuchte im Rahmen einer Neubeschreibung die Überreste des Langhalssauriers Patagosaurus fariasi (175 Mio Jahre) aus Argentinien.
29.07.2021
Anthropologie | Virologie | Bionik, Biotechnologie, Biophysik
Hochwirksame und stabile Nanobodies stoppen SARS-CoV-2
Ein Forscherteam hat Mini-Antikörper entwickelt, die das Coronavirus SARS-CoV-2 und dessen gefährliche neue Varianten effizient ausschalten.
29.07.2021
Zytologie | Biochemie
Pflanzen haben ein molekulares „Gedächtnis“
Wie eine Pflanze wächst, hängt einerseits von ihrem genetischen Bauplan ab, zum anderen aber davon, wie die Umwelt molekulare und physiologische Prozesse beeinflusst.
29.07.2021
Ökologie | Bionik, Biotechnologie, Biophysik | Meeresbiologie
Forschungsfahrt: Hydrothermale Wolken in der Nähe der Azoren
Sie entstehen, wenn von glühendem Magma aufgeheizte Lösungen aus der Erdkruste in der Tiefsee austreten und auf kaltes Meerwasser treffen: Hydrothermale Wolken stecken voller Leben, sie versorgen die Ozeane mit Nährstoffen und Metallen.
28.07.2021
Physiologie | Bionik, Biotechnologie und Biophysik
Spurensuche im Kurzzeitgedächtnis des Auges
Was wir sehen, hinterlässt Spuren: Mit schnellen Bewegungen, sogenannten Sakkaden, springt unser Blick zwischen verschiedenen Orten hin und her, um möglichst scharf abzubilden, was sich vor unseren Augen abspielt.
27.07.2021
Bionik, Biotechnologie und Biophysik
Neue Möglichkeiten: Topologie in der biologischen Forschung
Ein aus Quantensystemen bekanntes Phänomen wurde nun auch im Zusammenhang mit biologischen Systemen beschrieben: In einer neuen Studie zeigen Forscher dass der Begriff des topologischen Schutzes auch für biochemische Netzwerke gelten kann.
27.07.2021
Anthropologie | Neurobiologie
Viel mehr als Gehen
Jahrzehntelang dachte man, dass ein Schlüsselbereich des Gehirns lediglich das Gehen reguliert.
26.07.2021
Ökologie | Paläontologie
Uralte Haizähne geben Hinweis auf eine globale Klimakrise
Die stete Drift der Kontinente formt nicht nur Gebirgszüge, sondern hat auch großen Einfluss auf die Tierwelt im Meer.
26.07.2021
Anatomie | Bionik, Biotechnologie und Biophysik | Bioinformatik
Wie tierische Sprinter enorme Spitzengeschwindigkeiten erreichen
Eine interdisziplinäre Forschungsgruppe hat ein physikalisches Modell entwickelt, um zu erforschen, von welchen Eigenschaften die maximale Laufgeschwindigkeit bei Tieren abhängig ist.
26.07.2021
Anthropologie | Zoologie | Ethologie
Hunde als „Gedankenleser“
Dass Hunde vielfach als der „beste Freund des Menschen“ bezeichnet werden, ist bekannt.
26.07.2021
Mikrobiologie | Genetik | Biochemie
RNA kontrolliert die Schutzhülle von Bakterien
Der Magenkeim Helicobacter pylori weiß, wie er sich gegen Angriffe des Immunsystems oder durch Antibiotika schützen kann.