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Die Arbeitsweise der Statolithenorgane von Octopus vulgaris

On the function of the gravity receptor of Octopus vulgaris

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Zeitschrift für vergleichende Physiologie Aims and scope Submit manuscript

Summary

  1. 1.

    In Octopus vulgaris the sensory epithelium (macula) of the gravity receptor is vertically oriented when the animal is in its normal position. Both left and right maculae subtend an angle of 90° open to the front; that is, each forms an angle of 45° to the plane of symmetry of the animal (Fig. 2).

  2. 2.

    The compensatory eye movements (counterrolling and vertical displacement) were recorded during rotation of the animals around various axes, mainly around the transverse and longitudinal axes. The reactions of normal animals were compared with those of animals after unilateral and bilateral removal of the statoliths. The influence of increased magnitude of gravito-inertial force (up to 1.8 g) on these reactions was also investigated.

  3. 3.

    In all experiments, in which compensatory eye movements were observed, the curves of the counterrotating tilt directions (forward and backward tilts, left and right tilts respectively) demonstrate a hysteresis effect.

  4. 4.

    During the rotation of a normal animal around its transverse axis the compensatory reaction is a counterrolling of both eyes in the same direction. During rotation around its longitudinal axis there is a vertical displacement of both eyes (one eye is raised and the other is lowered).

  5. 5.

    After unilateral removal of the statolith counterrolling as well as vertical displacement of the eyes occur simultaneously. This is observed during rotation around its transverse axis and also during rotation around its longitudinal axis. However, the amplitude of the eye movements is diminished by about 50%, compared with that of normal animals.

  6. 6.

    After bilateral removal of the statoliths no compensatory eye movements are to be seen.

  7. 7.

    During rotation of normal animals in a 45°-left- or 45°-right-position (i.e. rotation around an axis diagonal to the transverse and longitudinal axes and between them) both eyes show counterrolling. The amplitude of the reaction can be compared with that of a unilaterally operated animal during rotation around its transverse axes (Fig. 11).

  8. 8.

    During the rotation of a unilaterally operated animal around such a diagonal axis, which is parallel to the remaining macula epithelium, no compensatory counterrolling of the eyes can be observed. If, however, the remaining macula epithelium is perpendicular to the rotation axis, the animal shows almost normal counterrolling (Fig. 12).

  9. 9.

    The magnitude of the gravito-inertial force does not influence the compensatory eye movements, either in normal animals or in animals with one statolith removed.

Conclusions from these results

  1. 10.

    The compensatory eye movements depend on the function of the statolith organ of the statocyst sac (cp. point 6 of the summary).

  2. 11.

    The effect of both statolith organs on these reactions is additive (5).

  3. 12.

    One statolith organ affects the counterrolling as well as the vertical displacement of both eyes (5). li]13.|Principle of function. It is concluded from the ultrastructure of the sensory cells of the macula epithelium that also in Octopus shear (that is the force acting tangentially to the epithelium) is the stimulating force for the sensory elements. Both compensatory eye movements alter as a function of the direction of shear of the statolith on the sensory epithelium. They are not affected, however, by the magnitude of shear (5, 8, 9). li]14.|Results and conclusions are discussed with regard to the force stimulating the sensory elements, to the hysteresis phenomenon, to the principle of function and to the cooperation of both statolith organs. Furthermore they are compared with the respective findings in other molluscs, in crabs and in vertebrates.

Zusammenfassung

  1. 1.

    Das ovale, mit seiner Längsachse vertikal orientierte Sinnesepithel des rechten und linken Statolithenorganes von Octopus vulgaris bildet jeweils einen Winkel von 45° mit der Symmetrieebene des Tieres; beide Epithelien zusammen einen Winkel von 90°, der nach vorn hin geöffnet ist (Abb. 2).

  2. 2.

    Die kompensatorischen Augenbewegungen (Rollung und Auslenkung) wurden bei Drehung der Tiere um verschiedene Körperachsen und in verschiedenen Tierstellungen unter dem Einfluß erhöhter Schwerkraft quantitativ bestimmt. Die Messungen wurden an normalen, uni- und bilateral entstateten Tieren durchgeführt.

  3. 3.

    Bei allen Versuchen, bei denen kompensatorische Augenbewegungen auftraten, ergibt sich eine Hysteresis-Verschiebung der Kurven der gegenläufigen Drehrichtung (Vor- und Rückwärts- bzw. Links- und Rechts-Drehung).

  4. 4.

    Bei normalen Tieren zeigt sich bei Drehung um die Querachse eine gleichsinnige Rollbewegung beider Augen, bei Drehung um die Längsachse eine gegensinnige Auslenkbewegung beider Augen (Heben des einen und Senken des anderen Auges).

  5. 5.

    An unilateral entstateten Tieren werden beide Arten von Augenbewegungen sowohl bei Drehung um die Querachse als auch bei Drehung um die Längsachse gleichzeitig festgestellt. Die Stärke der Reaktion ist in beiden Augen um etwa 50% gegenüber der normaler Tiere vermindert.

  6. 6.

    Nach bilateraler Entfernung der Statolithen vom Sinnesepithel sind keine kompensatorischen Augenbewegungen mehr festzustellen.

  7. 7.

    Normale, nicht entstatete Tiere zeigen bei Drehung in 45°-Links- oder 45°-Rechts-Lage (d.h. um eine Achse diagonal zwischen Längs- und Querachse) mit beiden Augen Rollbewegungen, die in ihrer Stärke denen unilateral entstateter Tiere bei Drehung um die Querachse entsprechen (Abb. 11).

  8. 8.

    Werden unilateral entstatete Tiere um die Diagonalachse gedreht, die parallel zu dem noch vorhandenen Macula-Epithel liegt, so lassen sich keine kompensatorischen Rollbewegungen der Augen beobachten. Diese treten jedoch auf, wenn die Tiere um die Diagonalachse gedreht werden, die senkrecht zu dem noch vorhandenen Macula-Epithel liegt (Abb. 12).

  9. 9.

    An normalen und an unilateral entstateten Tieren ist kein Einfluß erhöhter Schwerkraft auf die kompensatorischen Augenbewegungen festzustellen.

Aus diesen Ergebnissen folgt

  1. 10.

    Die kompensatorischen Augenbewegungen sind von der Funktionsfähigkeit der Statolithenorgane der Statocysten abhängig (vgl. Punkt 6 der Zusammenfassung).

  2. 11.

    Die vom rechten und linken Statolithenorgan ausgelösten Augenbewegungen addieren sich (5).

  3. 12.

    Ein Statolithenorgan ist sowohl für die Rollung als auch für die Auslenkung beider Augen verantwortlich (5).

  4. 13.

    Funktionsprinzip: Aufgrund der bekannten Feinstruktur der Sinneszellen des Macula-Epithels ist anzunehmen, daß die tangentiale Verschiebung (Scherung) des Statolithen auf dem Sinnesepithel den für die Sinneshaare adäquaten Reiz darstellt. Die kompensatorischen Augenbewegungen lassen sich als Funktion der Richtung der Scherung des Statolithen auf dem Sinnesepithel darstellen. Sie sind unabhängig von der Soherungsstärke (5, 8, 9).

  5. 14.

    Die Ergebnisse und Schlußfolgerungen werden hinsichtlich des rezeptoradäquaten Reizes, der Hysteresis, des Funktionsprinzips, der Zusammenarbeit beider Statolithenorgane und im Vergleich mit anderen Mollusken, Krebsen und Wirbeltieren diskutiert.

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Authors and Affiliations

  1. Abteilung Schneider, Max-Planck-Institut für Verhaltensphysiologie, Seewiesen

    Bernd-Ulrich Budelmann

Authors
  1. Bernd-Ulrich Budelmann
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Additional information

Herrn Prof. Dr. H. Schöne danke ich sehr für die Überlassung des Themas und sein ständiges Interesse am Verlauf der Arbeit.

Dissertation der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität München.

Die Experimente wurden zum Teil an der Zoologischen Station in Neapel durchgeführt. Ich danke der Max-Planck-Gesellschaft für die Bereitstellung eines Arbeitsplatzes und der Direktion und der Belegschaft der Zoologischen Station in Neapel für ihre Gastfreundschaft.

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Budelmann, BU. Die Arbeitsweise der Statolithenorgane von Octopus vulgaris . Z. Vergl. Physiol. 70, 278–312 (1970). https://doi.org/10.1007/BF00297750

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