Experimental changes of the cleavage pattern in the eggs of a gall midge (Wachtliella persicariae L.) after local ultrasonic treatment

Summary

To affirm the hypothesis that during the early cleavage inWachtliella persicariae L., central and marginal ooplasm do not only differ by their kinematic aspects (Wolf, 1969; Wolf and Krause, 1971) but also physiologically, the radial symmetry of the ooplasm has been destroyed experimentally. For this purpose a device has been developed permitting a local ultrasonic treatment of insect eggs limited to well defined regions of various sizes (Fig. 1). The changes in the egg architecture can be observed directly while the treatment is going on and their effects on embryogenesis are analyzed by time-lapse motion pictures.

Cleavage nuclei which have been transferred prematurely to the egg surface during low-intensity ultrasonic radiation of the whole egg length (Fig. 2 a), move back into the central ooplasm after treatment; the marginal plasm becomes populated only later at the same time as in untreated eggs. Local high-intensity ultrasonic treatment, too (Fig. 2 c), obviously does not cause any damage to the nuclei, while the ooplasm within the treated area becomes completely mixed up. After exposure the untreated region may become partially coated by a sheath of mixed up ooplasm. The populating of the egg surface by the nuclei is restricted to those sites where the untreated marginal ooplasm remains at the surface. These are the only areas for the later formation of preblastoderm and blastoderm. For the normal distribution of the cleavage energides a certain ooplasmic component sensitive to ultrasonic treatment seems to be responsible, the ultrastructure of which will be subjected to further investigations.

Zusammenfassung

Um am Beispiel der GallmückeWachtliella persicariae L. die Hypothese zu erhärten, daß sich zentrales und marginales Ooplasma während der frühen Furchung nicht nur kinematisch (Wolf, 1969; Wolf und Krause, 1971), sondern auch physiologisch unterscheiden, ist experimentell die radiäre Symmetrie des Eies zerstört worden. Hierzu ist eine Versuchsanordnung entwickelt worden, die eine gezielte Ultra-Beschallung eines mehr oder weniger großen, scharf begrenzten Eibereichs ermöglicht (Abb. 1). Die Veränderungen der Eiarchitektur werden während der Behandlung direkt beobachtet und ihre Auswirkungen auf die Embryogenese mit Hilfe von Zeitrafferfilmen analysiert.

Furchungskerne, die infolge schwacher Ultrabeschallung des ganzen Eies vorzeitig an die Eioberfläche verlagert worden sind (Abb. 2a), wandern nach der Behandlung wieder in dazentrale Ooplasma zurück; das Marginalplasma wird erst später, zur selben Zeit wie in uns behandelten Eiern, besiedelt. Nach starker lokaler Ultrabeschallung (Abb. 2 c) werden die Kerne offensichtlich ebenfalls nicht geschädigt, aber das Plasma wird im beschallten Eibereich völlig durchmischt. Nach der Behandlung kann ein Teil der unbeschallten Eiregion oberflächlich von durchmischtem Ooplasma schlauchartig überzogen werden. Die Kerne können die Eioberfläche nur dort besiedeln, wo noch unbeschalltes Marginalplasma an der Oberfläche liegen geblieben ist; nur in diesen Gebieten ist die Bildung eines Präblastoderms und später eines Blastoderms möglich. Für die normale Verteilung der Furchungsenergiden im Eiraum muß eine besonders schallempfindliche Komponente des Ooplasmas verantwortlich sein, deren Feinstruktur noch elektronenmikroskopisch untersucht werden soll.