Karl-Ernst Kaissling

Die Riechschwelle des Seidenspinners

ZusammenfassungRiechzellen des SeidenspinnersBombyx mori reagieren auf ein einzelnes Lockstoffmolekül mit einem einzelnen Nervenimpuls. Die mittlere Reaktionszeit beträgt etwa 1/2 sec. Bei schwachen Reizen deckt sich die Häufigkeitsverteilung der Impulse mit der Zufallsverteilung der Molekültreffer. Dabei werden nahezu alle auf die Oberfläche der Riechhaare treffenden Moleküle zu den Wirkorten geleitet. Im Verhaltenstest reagiert ein signifikanter Prozentsatz von Tieren, wenn etwa 1% der Lockstoffrezeptoren der Antenne durch den Duftreiz errget ist. Das Signal-Rauschverhältnis der gesamten Rezeptoren hat dann das theoretische Minimum gerade überschritten. Die Impulsmeldungen können offenbar über mehr als eine Sekunde zentral integriert werden.

Zahl und Verteilung antennaler Sensillen bei der Honigbiene (Apis mellifera L.)

SummaryNumber and distribution of sensilla and setae on the antennal flagellum of the honeybeeApis mellifera carnica were determined on whole antennal preparations. The following types of sensilla were distinguished according to their cuticular structure: Sensillum placodeum, S. ampullaceum, S. coeloconicum, S. basiconicum, S. campaniforme and 5 hair sensilla S.trichodeum A, B1, B2, C, D, as well as 4 types of probably non-innervated setae (A1–3, B). The names used here for the different types were compared with the previously used terms. Number and distribution of sensilla, the number of sensory cells and the function of the sensilla were discussed with respect to the data available from the literature. There is a notable dimorphism between the worker and drone with respect to the relative number of sensilla of each type and to the total number of sensory cells. The worker has far more of the presumably olfactory S. trichodea A and of the mechanoreceptive S. trichodea B1. The drone lacks the S. basiconica and has far more S. placodea than the worker. The flagellum surfarce of the drone is twice as large as that of the worker and has 5 times as many sensory cells. The worker flagellum has a poreplate-free zone on the side facing the head which is densely packed with non-innervated setae. In the corresponding zone the drone has a lower density of poreplates than elsewhere on its antennal flagellum. All other sensilla and setae are also characteristically distributed.ZusammenfassungAn Totalpräparaten der Antennengeißel von Arbeiterin und Drohne vonApis mellifera carnica wurden Zahl und Verteilung aller Sensillen und Setae ermittelt. Dabei ließen sich anhand des cuticularen Baues folgende Sensillentypen unterscheiden: S. placodeum, S. ampullaceum, S. coeloconicum, S. campaniforme und 5 Haarsensillen S. trichodeum A, B1, B2, C, D, sowie 4 Setatypen (A 1–3, B), die wahrscheinlich nicht innerviert sind. Die Benennungen der Sensillen wurde den bisher gebrauchten Bezeichnungen gegenübergestellt. Sensillenzahl und -Verteilung, Sinneszellzahl und Funktion der Sensillen wurden anhand von Literaturangaben zusammengestellt und diskutiert. Bemerkenswert ist der starke Dimorphismus zwischen Arbeiterin und Drohne in der relativen Sensillenzahl für die einzelnen Sensillentypen und in der Gesamtzahl der Sinneszellen. So sind bei der Arbeiterin die wahrscheinlich olfaktorischen S. trichodea A und die mechanorezeptorischen S. trichodea B 1 wesentlich stärker vertreten. Die Drohne hat keine S. basiconica und im übrigen wesentlich mehr S. placodea als die Arbeiterin. Insgesamt hat die Drohne eine ca. 2-fach größere Geißeloberfläche und etwa 5-mal soviele Sinneszellen wie die Arbeiterin. Die Arbeiterinnengeißel hat auf ihrer Rückseite eine porenplattenfreie Zone, die dicht mit nichtinnervierten Setae besetzt ist. Bei der Drohne findet man stattdessen eine porenplattenärmere Zone mit einer geringeren Zahl von Setae. Charakteristische Verteilungsmuster bestehen auch für alle anderen Sensillen und Setae.

Sensory Transduction in Insect Olfactory Receptors

Sensory transduction means the conversion of a physical or chemical stimulus into the excitation of a sensory (or receptor) cell. This process involves a number of steps which can be fully understood only by a combined effort of biophysicists, biochemists, morphologists and physiologists. To study sensory transduction it is also worthwhile to compare sensory systems adapted to different stimulus modalities, since the receptor organs differ considerably depending on their adequate form of stimulus energy.

Elementary Receptor Potentials of Insect Olfactory Cells

This report summarizes studies of elementary receptor potentials (ERPs), which are considered as responses of receptor cells to single pheromone molecules except when they occur spontaneously. Possible mechanisms of ERP generation are discussed in view of biochemical and electrophysiological investigations of intracellular messengers in the moth Antheraea polyphemus.

Die Reaktionsweise und das Reaktionsspektrum von Riechzellen bei Antheraea pernyi (Lepidoptera, Saturniidae)

Zusammenfassung1.Extrazelluläre Impulse einzelner olfaktorischer Sinnesnervenzellen lassen sich mit Wolfram-Mikroelektroden von der Antenne des männlichen Seidenspinners Antheraea pernyi ableiten.2.Die 2 oder 3 Rezeptorzellen der Sensilla trichodea et basiconica beantworten Duftreize entweder durch Zunahme (+) oder Hemmung (-) der im reizlosen Zustand auftretenden Impulse. Ein Reiz kann auch von einer Zelle unbeantwortet (0) bleiben, obgleich er bei anderen Zellen wirksam ist.3.Eine der Rezeptorzellen der S. trichodea reagiert mit einer phasischen Erregung auf den Sexuallockstoff des Weibchens der eigenen Art. Fruchtig-blumige, aromatische Düfte wirken vorwiegend hemmend auf diese Zelle, jedoch unterdrücken sie bei Mischreizungen die Lockstoff-reaktion nicht völlig (Tabelle 1).4.Die andere oder die beiden anderen Rezeptorzellen der S. trichodea antworten nicht auf den Sexuallockstoff, sondern nur auf andere Düfte mit phasischer Erregung oder Hemmung (Tabelle 1).5.Alle 2 oder 3 Zellen der S. basiconica antworten wie die unter 4. genannten Zellen, allerdings phasisch-tonisch, auf verschiedene Düfte, nicht aber auf den Sexuallockstoff. Unter mehr als 50 Zellen fanden sich keine mit identischen Reaktionsspektren. Die Spektren der einzelnen Zellen überlappen sich (Tabelle 2).6.Der Umfang der Selektivität der verschiedenen Rezeptorzellen für die verwendeten Duftstoffe zeigt eine statistisch gesicherte Korrelation zur Länge der Sensillen. Mit zunehmender Haarlänge sinkt die Anzahl der von einem Rezeptor mit Erregung beantworteten Stoffe; dagegen steigt die Anzahl der mit Hemmung beantworteten Stoffe.7.Ähnlich stark wie die Reaktionsspektren der Rezeptorzellen variieren die Wirkungsspektren der Duftstoffe. Dabei finden sich auch alle Übergänge von vorwiegend erregenden zu vorwiegend hemmenden Duftstoffen.8.Die Cuticula der S. trichodea wird von Tubuli durchbrochen. Mehrere Tubuli, die wahrscheinlich die letzten Verzweigungen der Dendriten der Sinnesnervenzellen darstellen, enden nebeneinander in einer Grube, die sich in einem Porus nach außen öffnet.Summary1.Using tungsten microelectrodes, the extracellular nerve impulses are recorded from olfactory sensory nerve cells (Sensilla basiconica et trichodea) of the antenna of the male silkmoth (Antheraea pernyi).2.Usually 2 or 3 cells belonging to a Sensillum trichodeum show slow impulse activity in normal room atmosphere. This resting activity of a cell is either increased (+) or decreased (-) by olfactory stimuli. A cell may not respond to a stimulus (0) to which other cells respond.3.Only one of the 2 or 3 cells of this sensillum responds phasically to the sexual attractant of the female of the same species. Fruity and flowery odors generally depress only the resting or excited discharge of this specialized receptor cell (Table 1).4.The other 1 or 2 receptor cells of the S. trichodea do not respond to the sexual attractant but give a phasic impulse increase or decrease to the general odor (Table 1).5.All 2 or 3 receptor cells of the S. basiconica respond in the described manner, but phasic-tonically to general odors. No response to the sexual attractant was ever observed with these cells. Among more than 50 cells of this type, no two showed identical reaction spectra. However, the spectra of the cells overlapped considerably (Table 2).6.The extent of selectivity of the receptor cells for the applied substances shows a statistically significant correlation to the length of the sensilla. The number of substances which stimulate the receptor cell descreases with increasing hair length, while the number of substances which inhibit the receptor cell increases.7.The efficacy spectra of the odorous substances vary and overlap in a manner similar to the reaction spectra of the receptor cells. Also, all transitions from chiefly exciting to chiefly inhibiting substances can be found.8.Tubuli penetrating the cuticle of the S. trichodea are thought to be the distal endings of the sensory nerve cell dendrites. Several tubuli end in a pit which opens to the outside.

A new pheromone of the silkworm moth Bombyx mori

The female silkmoth Bombyx mori L. emits a second pheromone component bombykal (E-10, Z-12-hexade-cadien-1-al) in addition to the well-known sexual attractant bombykol (E-10, Z-12-hexadecadien-1-ol). Bombykal stimulates its own specialized and highly sensitive olfactory cells of the male moth. Surprisingly, the aldehyde inhibits the release of the males wing-fluttering response to bombykol.

Interactions of pheromone with moth antennae: Adsorption, desorption and transport

Abstract Isolated antennae of the male moth Antheraea polyphemus adsorbed at least 32% of 3 H-labelled pheromone molecules (E-6,Z-11 hexadecadienyl acetate) from an airstream passing the antenna. About 80% of the adsorbed molecules were caught by the long olfactory hairs (sensilla trichodea). The distal half of the hairs caught about twice as many molecules as the proximal half. About 40% of the molecules desorbed if the antennae were exposed to a clean airstream for 30 min. The adsorbed molecules were transported from the hairs towards the antennal branch. Transport due to diffusion would have a diffusion coefficient of 3 × 10 −7 cm 2 /s. Forty per cent of the total radioactivity per hair could be detected in receptor lymph extruded from the olfactory hairs, after an incubation time of 2 min. Dried antennae showed an increased desorption and an increased velocity of the transport along the hairs. One interpretation is that the molecules enter the receptor lymph of the intact antennae and diffuse more slowly than those on the cuticular surface. Fractional elution of fresh antennae revealed a diminishing elutability of pheromone from antennae in pentane (DEP-effect) and almost constant elutability in more polar solvents (chloroform-methanol toluene). The DEP-effect could be reversibly abolished by dehydration of the antennae. It could be shown that the DEP-effect occurs mainly on the antennal branch rather than on the hairs. Residual (uneluted) radioactivity builds up mainly on the branch.

Sex pheromone of the moth, Antheraea polyphemus

Abstract The sex pheromone system of Antheraea polyphemus was characterized from female abdominal tips by classical and electroantennogram techniques as rans-6,cis-11-hexadecadienyl acetate and trans-6,cis-11-hexadecadienal. A 90 : 10 mixture of acetate and aldehyde was highly attractive to wild males in the field. The synthetic pheromone and A. polyphemus females were not attractive to released Antheraea pernyi males.

Temporal resolution of odour pulses by three types of pheromone receptor cells inAntheraea polyphemus

SummaryTemporal response characteristics of three cell types of maleA. polyphemus, each responding to a different pheromone component, have been measured using series of short (20 ms) pheromone pulses. The stimuli were delivered through capillaries 20 μm in diameter and applied to single olfactory sensilla trichodea. Two of three cell types sensitive to (E,Z)-6,11-hexadecadienal and (E,Z)-4,9-tetradecadienyl acetate are able to resolve at least 5 stimuli/s whereas the third, responding to the major pheromone component (E,Z)-6,11-hexadecadienyl acetate, is slower, resolving only about 2 stimuli/s. These results suggest that receptor cells are able to respond to pulses of pheromone concentration as they occur downwind from a point source. The time-averaged number of nerve impulses does not seem to be a reliable measure of the amount of pheromone reaching the sensillum. Responses of the cells thus reflect the non-uniform distribution of pheromone in a plume rather than the average concentration.

Antennale Rezeptoren für Queen Substance und Sterzelduft bei der Honigbiene

SummaryElectrophysiologically, we could identify two types of olfactory receptor cells, which respond to pheromones of the honeybee. These cells are associated with the poreplates on the antennae of all three castes of Apis mellifica. One of the cell types is specialized for the queen substance (9-oxo-trans-2-decenoic acid) while the other responds to the scent of the Nasanov gland.ZusammenfassungAuf den Antennen aller drei Kasten von Apis mellifica konnten elektrophysiologisch 2 Typen von Riechzellen identifiziert werden, die auf Pheromone der Biene antworten. Der eine Typ ist auf Queen substance (9-Oxo-trans-2-decensäure), der andere auf den Sterzelduft der Arbeiterin spezialisiert. Beide Zelltypen werden bei Ableitungen von Porenplatten gefunden.