23.6: Osmoregulation der Insekten

Die Malpighischen Gefäße sind spezialisierte Strukturen, die im Verdauungssystem vieler Arthropoden zu finden sind. Sie sind für die Ausscheidung und Osmoregulation zuständig. Man findet sie sogar in den meisten Insekten. Die Gefäße sind normalerweise paarweise angeordnet und haben eine gefaltete Struktur, die ihre Oberfläche vergrößert.

Sie erstrecken sich vom Verdauungstrakt, normalerweise dem Bereich zwischen Mitteldarm und Enddarm, bis in die Hämolymphe. Diese ist eine Mischung aus Blut und Körperflüssigkeit, die bei Insekten und anderen Arthropoden sowie den meisten Mollusken vorkommt.

Im Gegensatz zu anderen Ausscheidungssystemen fehlt den Ausscheidungsprozessen der Malpighischen Gefäße ein Filtrationsschritt. Stoffwechselabfälle, wie z.B. Harnsäure, diffundieren aus der Hämolymphe in die Gefäße.

Die Gefäße sind mit einer Schicht von Transportepithelien ausgestattet, welche Pumpen enthalten. Sie transportieren aktiv Ionen wie Natrium (Na⁺) und Kalium (K⁺) von der Hämolymphe in das Innere der Gefäße. Man bezeichnet dieses Innere als Lumen. Die Osmose erlaubt dem Wasser, den Ionen passiv in die Gefäße zu folgen.

Aus dem Lumen der Gefäße wandern Wasser, Ionen und Abfallstoffe vom Darm zum Rektum. Kleine, herausragende Mikrovilli, die das Innere der Gefäße auskleiden, tragen dazu bei, die Kopplung der gelösten Stoffe und des Wasser zu maximieren und die Harnsäurekristalle durch die Gefäße zu leiten.

Im Rektum pumpen spezialisierte Drüsen viele Ionen zurück in die Hämolymphe. Durch Osmose kann das Wasser wieder passiv den Ionen in die Hämolymphe folgen. Der verbleibende stickstoffhaltige Abfall, der hauptsächlich aus konzentrierter Harnsäure besteht, kann dann als Paste oder Pulver zusammen mit dem Kot aus dem Rektum ausgeschieden werden. Dieses System des Wasser- und Ionenrecyclings ermöglicht dem Tier, in trockenen Umgebungen wie Wüsten effektiv Wasser einzusparen.

Die Anzahl der Malpighischen Gefäße variiert je nach Art, Entwicklungsstadium und sogar Individuen. Zum Beispiel haben Arbeiterameisen der Arten Crematogaster lineolata und Myrmicina americana etwa 5 Malpighischen Gefäße, während Wüstenheuschrecken (Schistocerca gregaria) etwa 250 haben!

Insekten bevölkern jeden Kontinent der Erde und werden in praktisch jedem Habitat gefunden, sogar in der Kälte der Antarktis. Unter den vielen für das Überleben notwendigen Anpassungen an vielfältige Habitate, müssen Insekten oft widerstandsfähig gegen Dehydrierung sein. Osmoregulation ist eine vieler Anpassungen, die das Ertragen von Trockengebieten ermöglicht.

Es gestattet Insekten, genug Wasser zu speichern, um hydriert zu bleiben und, wie Vögel, pastenartigen oder festen Abfall auszuscheiden. Der Verdauungstrakt der meisten Insekten, inklusive Doppelmikrotubuli, die vom Darm ins Hämolyphe, dem Blut der Insekten, reichen. Abfallprodukte, wie Urinsäure, gehen von der Hämolyphe in die Doppelmikrotubuli.

Die Tubuli sind mit Zellen ausgekleidet, die Molekularaustauschpumpen enthalten, die Ionen, wie Natrium und Kalium, aufnehmen, die in die Tubuli transportiert werden. Die erhöhte Ionenkonzentration lässt Wasser die Ionen passiv durch Osmose in die Tubuli fließen. Aus dem inneren Kern, oder Lumen, der Tubula reist der Abfall, Wasser und Ionen zum Rektum.

Hier werden die meisten Ionen zurück in die Hämolyphe transportiert. Durch Osmose folgt das Wasser passiv den Ionen zurück in die Hämolyphe, worauf in Trockenzeiten Zugriff möglich ist. Die Urinsäure und andere Abfälle werden dann vom Körper als Pulver oder anderer Abfall ausgeschieden. Die Osmoseregulierung der Insekten gestattet es ihnen, Abfall sicher auszuscheiden während sie so viel Wasser als möglich konservieren.