©Staatl. Mus. f. Naturkde Karlsruhe & Naturwiss. Ver. Karlsruhe e.V.; download unter www.zobodat.at carolinea, 44:149-152, 1 Abb.; Karlsruhe, 29. 12. 1986 149

V o l k e r St o r c h & P a t r ic ia B u r k h a r d t Die Reaktion der Mitteldarmdrüse des Süßwasser­ strandflohs Orchestia cavimana auf verschiedene Nahrung

Kurzfassung Einleitung Der Amphipode Orchestia cavimana hat sich in Mitteleuropa stark ausgebreitet. Diese Dynamik hängt möglicherweise mit ei­ Der semiterrestrische Amphipode Orchestia cavimana ner besonderen Plastizität in der Nahrungswahl zusammen. ist wohl ein ostmediterran-pontisches Faunenelement, Einzeln gehaltenen Tieren wurde nach kurzer Hungerzeit unter­ schiedliche Nahrung angeboten, deren Metabolisierung sich in das sich in letzter Zeit in Zentraleuropa rasch ausgebrei­ Veränderungen der Ultrastruktur der R-Zellen der Mitteldarm­ tet hat (Kinzelbach 1972). Er gehört zu den wenigen Ta- drüsen widerspiegelt. Eine reiche Entwicklung vieler Zellorga­ litridae, die Ufer von limnischen Gewässern besiedeln, nellen sowie ein ausgewogenes Verhältnis von Reservestoffen zum Beispiel am Rhein. Auf Kiesbänken und zwischen zu Organellen wurden nach Bakterien- und Aigen-Fütterung den großen Steinen der Uferbefestigungen kann Orche­ festgestellt. Cellulase-Aktivltät wird durch massive Glycogen- stia cavimana die dominierende größere Tierart sein. Je Einlagerung nach Cellulose-Fütterung dokumentiert. Glycogen nach Wasserstand unternehmen die Populationen er­ findet man auch nach Sucrose-Diät, während bei Quark-Ange­ hebliche Wanderungen, um in Regionen zu gelangen, bot ribosomenbesetztes endoplasmatisches Reticulum und Golgi-Apparate dominierten. Die Aufnahme von Butter hat ein die vom Wasser nicht mehr erreicht werden. Je nach von Lipideinschlüssen bestimmtes Bild zur Folge. Körpergröße suchen sie ihnen gemäße Lückensysteme auf, in denen sie sich seitlich abstützen können (F ische - Summary nich 1979). The Amphipod, Orchestia cavimana, has proliferated in central Mit dem Ortswechsel sind vermutlich ein rasch sich ver­ Europe. The success of its dispersion in this region is possibly a änderndes Nahrungsangebot und eine erhebliche Pla­ consequence of its adaptability to a wide array of nutritional con­ stizität in der Nahrungsaufnahme verbunden. Letztere ditions. Isolated specimens of this species were offered different ist vielleicht der Schlüssel zum Verständnis der raschen feeds after a short starvation period, and their metabolism, as this can be reflected through ultrastructural modifications of the Ausbreitung dieser Art. Um diese Vermutung zu unter­ R-cells of the midgut glands, was studied by means of electron mauern, haben wir gehungerten Orchestia cavimana microscopy. Bacteria and algae feeding resulted in optimal verschiedene Nahrung angeboten und durch ultrastruk­ structural integration of the cell organelles as well as a balanced turelle Untersuchung der Mitteldarmdrüsen gezeigt, ob proportion between the amounts of reserves and organelles. diese metabolisiert wurde. The activity of cellulase, an enzyme found in their digestive tract, Die Mitteldarmdrüse der Crustaceen ist zur Sekretion was demonstrated by a massive build-up of glycogen after cellu­ von Verdauungsenzymen und zur Resorption und Spei­ lose feeding. Glycogen was also found in the sucrose-fed speci­ cherung von Nährstoffen befähigt (A graw al 1964, M ar ­ mens, while the RER and Golgi bodies were dominant features in those fed milkcurds. Butter feeding resulted in the develop­ tin 1964, 1966, M uskö 1984, Schmitz 1967, Schultz ment of lipid vacuoles. 1976). Das unterschiedliche Futterangebot der Tiere spiegelt sich in Zellen dieses Organs wider, wie es be­ Autoren reits für Isopoden (Storch 1982), Decapoden (V ogt et Prof. Dr. VOLKER STORCH, PATRICIA B urkhardt , Zoologi­ al. 1985) und Amphipoden (Storch & B urkhardt 1984) sches Institut der Universität, Morphologie/Ökologie, Im Neuen- beschrieben wurde. heimer Feld 230, D-6900 Heidelberg. Die Mitteldarmdrüse besteht aus 2 Paar tubulärer Schläuche mit einschichtigem Epithel, das aus 4 Zellty­ pen aufgebaut ist, die den gleichnamigen Zellen des Decapoden-Hepatopancreas sehr ähneln. Diese Darm­ anhänge zeigen nach Schultz (1976) drei deutliche Re­ gionen: Distal befinden sich undifferenzierte, embryo­ nale und sich differenzierende Zellen keilförmiger Ge­ stalt, die sich auch unter Nahrungseinflüssen nur ge­ ringfügig verändern (Storch & B urkhardt 1984). In proximaler Richtung differenzieren sie sich in einer Übergangszone zu R- und F-Zellen. Anschließend folgt der längste Abschnitt, die Sekretionszone mit reifen B- Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG Zellen, die mit ihren großen Vakuolen der Region ein Sto 75/4-9). charakteristisches Bild verleihen. Über Ultrastruktur und ©Staatl. Mus. f. Naturkde Karlsruhe & Naturwiss. Ver. Karlsruhe e.V.; download unter www.zobodat.at 150 carolinea, 44

vermutliche Funktion dieser Zellen wurde verschiedent­ in einigen Fällen Heterochromatin kondensiert. Subapi­ lich berichtet (Literatur bei V ogt et al. 1985). In diesem kale Pinocytosevesikel sind seltener als bei Biotoptie­ Zusammenhang ist wichtig, daß die R-Zellen haupt­ ren, Lysosomen finden sich einzeln in der apikalen Zell­ sächlich für die Resorption und Speicherung von Nähr­ hälfte. stoffen zuständig sind. An Talitrus und Penaeus konnte Nach der Fütterung mit Sucrose wird das Bild der Zelle gezeigt werden, daß besonders sie sich in ihrer Ultra­ von Glycogenfeldern dominiert, in denen sich meist gro­ struktur in typischer Weise mit der Nahrung verändern ße Vakuolen unregelmäßiger Gestalt und feinflockigen (Storch & B urkhardt 1984, V ogt et al. 1985), deshalb Inhaltes bilden. Die Glycogenbereiche erstrecken sich beziehen sich die hier beschriebenen Befunde weitge­ vom Apex bis in die Region des basalen Labyrinthes, hend auf diesen Zelltyp, soweit es nicht anders hervor­ sind aber in ihrem Umfang geringer als bei entsprechen­ gehoben ist. den Versuchen mit Talitrus (Storch & B urkhardt 1984). Die Lysosomen sind heterogen und oft elektro­ nendicht, das endoplasmatische Reticulum liegt in ein­ Material und Methode zelnen Zisternen vor, die Golgi-Felder erscheinen als enggepackte Stapel. Im Mal und im November des Jahres 1984 wurden in der Umge­ Ähnliche Befunde ergeben sich auch nach der Aufnah­ bung von Ketsch am Rhein adulte Individuen von Orchestia ca- me von Cellulose (Filterpapier). Hierbei nehmen die vimana gesammelt. Sie wurden einzeln bei 15° C in Plastikgefä­ ßen gehalten, deren Boden mit feuchtem Gips bedeckt war. Die Glycogenfelder noch mehr Platz ein. Im Unterschied zu Tiere hungerten 7 und 9 Tage, danach wurde ihnen 2 Tage lang den mit Sucrose gefütterten Tieren findet man Aggrega­ folgende Diät angeboten: Sucrose, Magerquark, Butter, Bakte­ tionen von Lysosomen. Die Mitochondrien sind oft, be­ rien (Escherichia coli) und mit Süßwasser gewaschene Fucus- sonders apikal und an den seitlichen Zellmembranen, Stücke. Alle Tiere nahmen Nahrung zu sich, wenn auch zum Teil sehr langgestreckt (Abb. 1a). erst nach Abdunkeln. Zum Vergleich wurden Tiere aus dem Bio­ Beiden Fütterungen gemeinsam ist die Ausbildung von top direkt nach Ankunft im Labor (1-2 h später) fixiert sowie Tie­ Glycogen-Ansammlungen auch in B- und F-Zellen. re, denen für 9 und 11 Tage die Nahrung entzogen war. Kleine Stücke der Mitteldarmdrüsen wurden in 2,5 % Glutaraldehyd (in Die Ernährung mit Butter resultiert in einer Zellstruktur, Sörensen-Phosphatpuffer bei pH 7,4) für 2 Stunden bei 4° C fi­ die durch sehr große Upidvakuolen im apikalen Bereich xiert, anschließend gewaschen, in 1 % 0 s 0 4 für weitere 2 Stun­ bestimmt ist. Viele Einschlüsse, die wohl Peroxisomen den nachfixiert, in Ethanol entwässert und in Araldit eingebettet. darstellen, und rauhes endoplasmatisches Reticulum Die Dünnschnitte wurden 5 Minuten mit Uranylacetat (gesättigte kommen vor und sind an den Lipidtropfen aggregiert. Lösung in 70 % Methanol) und weitere 5 Minuten mit Bleicitrat Die Mitochondrien sind leicht geschwollen und teilweise kontrastiert. Die Auswertung wurde mit einem Zeiss EM 9 S2 ringförmig. durchgeführt. Auf eine Magerquark-Fütterung reagieren die Zellen Die beschriebenen Zellstrukturen nach den verschiedenen Füt­ terungen traten übereinstimmend bei mehreren Tieren eines wiederum anders: Kleine Felder und einzelne Rosetten Versuchsansatzes auf, deren Mitteldarmdrüsen im Bereich der von Glycogen sind im Cytoplasma verstreut. Auch Gol­ lichtmikroskopisch hervortretenden B-Zellen geschnitten wur­ gi-Felder finden sich in reichem Maß, viel häufiger als den. nach anderen Diäten, die Zisternen sind oftmals alle er­ weitert (Abb. 1 b). Besonders in der Nähe des relativ hel­ len Kerns läßt sich ein stark entwickeltes endoplasmati­ Ergebnisse sches Reticulum in Form von Zisternen und Vesikeln beobachten. Lysosomen treten charakteristisch in grö­ Auf die Ultrastruktur der Amphipoden-Mitteldarmdrüse ßeren Gruppen auch in der basalen Zellregion auf. Sie von Biotoptieren wird hier nur insoweit eingegangen, sind unregelmäßig gestaltet, oft elektronendicht oder wie bei der untersuchten Art Abweichungen zu den bis­ heterogen. her bekannten Ergebnissen von Moritz et al. (1973) und Auch die Aufnahme von Escherichia coli verändert die Schultz (1976) auftreten. Zellen kennzeichnend. Kleine Aggregationen von Gly- Die Biotoptiere zeigen eine Mitteldarmdrüse, deren cogenpartikeln und einige, auch apikal lokalisierte Lipid­ elektronenmikroskopisches Bild dem schwach mangel­ vakuolen sind das erste Indiz für die erfolgte Annahme ernährter Amphipoden gleicht. Glycogen fehlt weitge­ der Nahrung (Abb. 1c). Besonders auffallend ist die hend, Lipidvakuolen sind in unterschiedlicher Menge, je Häufigkeit der Golgi-Apparate, die von vielen kleinen nach Individuum und Zelltyp, ausschließlich im basalen kondensierten Vakuolen umgeben sind. Kristalline Ein­ Zellteil vorhanden. Größere, helle Vakuolen unregelmä­ schlüsse der konkaven Seite wurden nur nach Verabrei­ ßiger Gestalt finden sich hin und wieder, die Golgi-Ap- chen dieser Nahrung beobachtet (Abb. 1 d). Unregelmä­ parate sind als Stapel dichtgepackter Zisternen ausge­ ßig gestaltete Lysosomen treten in größeren Gruppen in bildet. Die Mitochondrien erscheinen relativ dunkel und der supranukleären Zone hervor. Häufig finden sich sind oft langgestreckt. subapikal Pinocytosevesikel unterschiedlicher Größe. Die Unterschiede zwischen Biotop- und Hungertieren Nach Wiederfütterung mit Fucus ist die Ausbildung von sind nicht sehr stark ausgeprägt. Auffällig ist bei letzte­ Glycogenfeldern und von apikal auftretenden Fetttrop­ ren der Kern, der oft Vorwölbungen zeigt, in denen sich fen massiver als bei der vorigen Diät. Wie bei Quark sind ©Staatl. Mus. f. Naturkde Karlsruhe & Naturwiss. Ver. Karlsruhe e.V.; download unter www.zobodat.at Storch & B urkhardt : Mitteldarmdrüse von Orchestia 151

Abbildung 1. R-Zelle der Mit­ teldarmdrüse von Orchestia cavimana, 2tägige Fütterung nach 7 und 9 Tagen Nah­ rungsentzug. a) Filterpapier- Diät, Glycogenfelder (G) mit großen Vakuolen, b) Quark­ nahrung, Golgi-Felder mit er­ weiterten Zisternen, c), d) E. coli-Diät, Glycogen und Lipid­ vakuolen, Golgi-Vesikel mit kristallinen Einschlüssen, e) Fucusnahrung, Golgi-Appa- rate mit großen Vesikeln (Vergr. d: 14200x, alle ande­ ren: 7100x). die Zisternen der Golgi-Felder häufig erweitert und ßer Nahrungsmengen angewiesen, beispielsweise die schnüren große, geschwollene Vesikel ab. Das den hel­ saprophagen Oniscoidea. Sie bereiten so einer Zerset­ len Kern umgebende endoplasmatische Reticulum ist zung durch Mikroorganismen den Weg, oder ernähren oft bläschenartig erweitert. Lysosomen treten nur selten sich von den das Substrat besiedelnden Bakterien und hervor. Pilzrasen (Remmert 1982). Auch die von Spartina -Laub lebende O. grillus nimmt vermutlich die den Pflanzentei­ len aufsitzenden Mikroorganismen zu sich, wie Lopez et Diskussion al. (1977) zeigen konnten. Damit übereinstimmend zeigt sich ein ultrastrukturell sehr vielfältiges Zellbild nach Die Nahrungsansprüche von Amphipoden sind für Arten Fütterung mit Escherichia coli. Das entspricht etwa den des marinen Strandanwurfes sowie für limnische Ver­ Befunden guter, ausgewogener Mischdiäten wie Insek­ treter untersucht (Bärlocher & K endrick 1975, Haeckel tenfutter für Isopoden (Storch 1982) oder der Aquakul- et al. 1973). Die von uns gewählte Art lebt am Ufer von tur-Diät fürPenaeus (V ogt et al. 1985). Süß- und Brackwasser unter Steinen, sie ist omnivor Als natürliche Nahrung kommen weiterhin verschiede­ und ernährt sich von dort angeschwemmten Algen, ne Algen in Betracht. Mahnogammarus bevorzugt ver­ Tierleichen und abgestorbenen Teilen von Uferpflanzen rottende Algen und nimmt gelegentlich auch frische auf, (Fischenich 1979, Buss 1983). Viele Tiere, die sich von wenn diese eine weiche Konsistenz besitzen (Martin Pflanzenmaterial ernähren, sind auf die Aufnahme gro­ 1966). Remmert (1982) beschreibt für marine Amphipo- ©Staatl. Mus. f. Naturkde Karlsruhe & Naturwiss. Ver. Karlsruhe e.V.; download unter www.zobodat.at 152 carolinea, 44

den ebenfalls eine Bevorzugung von verrottenden York/Academic Press. Braunalgen gegenüber Rotalgen und Seegras. Deshalb FlSCHENlCH, R. (1979): Zur Biologie des Süßwasserstrandflohs wurden unseren Versuchstieren Fucus- Stücke ange- Orchestia cavim ana. HELLER, 1865 (Crustacea: Amphipoda). boten, deren Aufnahme sich in einer vielfältigen Zell­ - Mainzer Naturw. Archiv, 17: 159-164; Mainz. HAECKEL, J. W„ MEIJERING, M. P. D. & RUSETZKI, H. (1973): struktur niederschlägt und ähnlich der Bakterien-Diät Gammarus fossarum als Fallaubzersetzer in Waldbächen. - auf Ausgewogenheit schließen läßt. Freshwater Biol., 3: 241-249; Oxford. Wie verwandte Arten (Agrawal 1964, Halcrow 1971) HALCROW, K. (1971): Cellulase activity in Gammarus oceanicus besitzt Orchestia cavimana eine Cellulaseaktivität, so SEGERSTRALE (Amphipoda). - Crustaceana, 21: 121-124; daß auf die Aufnahme von Filterpapier mit einer reichen Leiden. Ausbildung von Glycogenfeldern reagiert wird. KlNZELBACH, R. (1972): Zur Verbreitung und Ökologie des Süß­ Abweichend von den Befunden an Orchestia platensis wasser-Strandflohs Orchestia cavimana HELLER, 1865 (Cru­ stacea: Amphipoda: Talitridae). - Bonn. Zool. Beitr., 23: (Moritz et al. 1973) und Talitrus (Storch & B urkhardt 267-282; Bonn. 1984) weist die Mitteldarmdrüse von O. cavimana aus LOPEZ, G. R., LEVINTON, J. S. & SLOBODKIN, L. B. (1977): The dem Biotop sehr wenig oder kein Glycogen auf. effect of grazing by the detritovore Orchestia grillus on Sparti- Die schwachen Differenzen zwischen den Biotop- und na litter and its associated microbial community. - Oecologia, Hungertieren lassen sich vermutlich auf die kurze Dauer 30: 111-127; Berlin, Heidelberg, New York. des Nahrungsentzuges zurückführen. Die maximal Martin , A. L. (1964): The alimentary canal of Marinogammarus mögliche Hungerzeit ist von O. cavimana unseres Wis­ obtusatus (Crustacea, Amphipoda). - Proc. zool. Soc. Lond., sens nicht beschrieben, O. platensis übersteht mehrwö­ 143: 525-544; London. chigen Hunger. Martin , A. L. (1966): Feeding and digestion in two intertidal gammarids: Marinogammarus obtusatus and M. pirloti. - J. Die Wiederfütterung erfolgte für die Dauer von 2 Tagen, Zool., 148: 512-525; London. artin da nach M (1966) Marinogammarus zumindest 5 MORITZ, K., s t o r c h , V. & B u c h h e im , W. (1973): Zur Feinstruk­ Stunden für eine vollständige Verdauung benötigt und tur der Mitteldarmanhänge von Peracarida (Mysidacea, Am­ wir außerdem eine diskontinuierliche Nahrungsaufnah­ phipoda, Isopoda). - Cytobiologie, 8 : 39-54; Stuttgart. me beobachten konnten, wie sie auch ausführlich von MUSKÖ, I. B. (1984): Influence of the insecticide K-othrineonthe Rüppell (1967) für O. platensis beschrieben wurde. Um midgut glands of Gammarus roeseli. [In Russian], - Dokl. einen Vergleich und eine Absicherung der Ergebnisse Acad. Nauk SSSR, 276: 504-507; Moskau. bisher untersuchter Krebse zu gestatten (Storch 1985, REMMERT, H. (1982): The wrack-beds and their fauna. - In: Sm it, C. J., Den Hollander , J., Van W ingerden , W. K. R. Vogt et al. 1985), wurde mit den Grundnährstoffen wie­ E. & WOLFF, W. J. (ed.): Terrestrial and freshwater fauna of dergefüttert, die im Prinzip auch bei den zitierten Arbei­ the Wadden sea area; Rotterdam. ten verwendet wurden. Dabei zeigt sich weitgehende RÜPPELL, G. (1967): Zur Lokomotionsaktivität des Amphipoden Übereinstimmung und für Orchestia cavimana eine Orchestia platensis im Freiland und Im Laboratorium. - Hel­ breite Palette von metabolisierter Nahrung. Bezüglich goländer wiss. Meeresunters., 15: 172-180; Kiel, List (Sylt). des intensiven Cellulose-Aufschlusses sind sie selbst SCHMITZ, E. H. (1967): Visceral anatomy of Gam marus lacustris den erfolgreichen Landbesiedlern unter den Crustace- lacustris Sars (Crustacea: Amphipoda). - Am. Midi. Nat., 78: 1-151; Notre Dame (Ind.). en, den Oniscoidea, überlegen (vgl. B eck & F riebe SCHULTZ, T. W. (1976): The ultrastructure of the hepatopan­ 1981). Der Befund, daß Bakterien- und Algennahrung creatic caeca of Gammarus minus (Crustacea Amphipoda). - besonders differenzierte Zell Ultrastruktur hervorruft, J. Morph., 149: 383-400; Philadelphia. zeigt, daß sie zudem bezüglich ihres Nahrungs-Opti­ Stor ch, V. (1982): Der Einfluß der Ernährung auf die Ultra­ mums sehr anspruchslos sind. Die mit ihrem Sprung­ struktur der großen Zellen in den Mitteldarmdrüsen terrestri­ vermögen verbundene Möglichkeit, den Siedlungsraum scher Isopoda ( Armadillidium vulgare, Porcellio scaber). rasch zu wechseln, macht sie im Bereich der Steinan­ Zoomorphology, 100: 131-142; Berlin, Heidelberg, New sammlungen unserer Flußufer praktisch allen anderen York. tierischen Besiedlern überlegen. STORCH, V. (1985): Die Zelle als Spiegel der Umwelt. - Um­ schau, 1: 21-23; Frankfurt a. M. STORCH, V. & BURKHARDT, P. (1984): Influence of nutritional stress on the hepatopancreas of Talitrus saltator (Peracarida, Literatur Amphipoda). - Helgol. Meeresunters., 38: 65-73; Kiel, List AGRAWAL, V. P. (1964): Studies on the physiology of digestion in (Sylt). Orchestia gammarella. Proc. zool. Soc. Lond., 143: V o gt, g ., sto rch, v „ q u in itio , e . t . & pa scual , f . p . (1985): 133-141; London. Midgut gland as monitor organ for the nutritional value of diets BÄRLOCHER, F. & KENDRICK, B. (1975): Assimilation efficiency in Penaeus monodon (Decapoda).-Aquacult., 48: 1-12; Am­ of Gammarus pseudolimnaeus (Amphipoda) feeding on fun­ sterdam. gal mycelium or autumn-shed leaves. - Oikos, 26: 55-59; Kopenhagen. BECK L. & F riebe , B. (1981): Verwertung von Kohlenhydraten bei Oniscus asellus (Isopoda) und Polydesm us angustus (Dl- plopoda). - Pedoblologia, 21: 19-29; Jena. Bliss, D. E. (1983) (ed.): The Biology of Crustacea, Vol. 5: Inter­ nal anatomy and physiological regulation. - London, New