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Vergleichende Untersuchungen zur Atmungsphysiologie von Collembolen (Apterygota) und anderen Bodenkleinarthropoden

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Zusammenfassung

Mit einem Warburg-Gerät unter Verwendung neu entwickelter Mikro-Einheiten wurde der Sauerstoffverbrauch verschiedener bodenbiologisch wichtiger Kleinarthropoden vergleichend quantitativ bestimmt und seine Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ermittelt. Untersucht wurden 13 ökologisch repräsentative Collembolenarten sowie ergänzend 3 Oribatiden- und eine Thysanurenspezies.

Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  1. 1.

    Für einige Collembolenarten wird festgestellt, daß der Aktivitätsstoffwechsel etwa das Doppelte des Ruhestoffwechsels beträgt. Bei allen weiteren vergleichenden Betrachtungen werden aber nur solche O2-Verbrauchswerte berücksichtigt, die durch Beobachtung eindeutig als Ruhewerte definiert sind.

  2. 2.

    Im engeren Gewichtsbereich geschlechtsreifer Individuen derselben Art hat unterschiedliche Körpergröße keinen Einfluß auf den Sauerstoffverbrauch (O2-Verbrauch pro Gewichtseinheit).

  3. 3.

    Durch Nahrungsentzug sinkt die Sauerstoffaufnahme. Bei Onychiurus fimatus, einem edaphisch lebenden Collembolen, erreicht sie nach 4 Tagen ca. 68% des mittleren Normalverbrauchs.

  4. 4.

    Der Sauerstoffverbrauch ist temperaturabhängig. Der Q 10 verschiedener Collembolenarten beträgt 1,9–2,7. Aufgrund des zu niedrigen Temperaturen hin verschobenen biologischen Bereichs sind schneeund eisbewohnende Arten noch bei −3° C lokomotorisch aktiv und verfallen erst unter −10° C bzw. −15° C in Kältestarre. Für diese Formen kann auch ein vergleichsweise höherer Sauerstoffverbrauch wahrscheinlich gemacht werden.

  5. 5.

    Der Ruhe-Sauerstoffverbrauch der untersuchten Collembolenarten schwankt zwischen 165 und 630 mm3 O2/g/h bei 18° C. Der O2-Bedarf großer symphypleoner Formen (Kugelspringer) ist etwa doppelt so hoch wie derjenige gleichschwerer Arthropleonen. Der Ruhe-Sauerstoffverbrauch großer Oribatiden ist dagegen relativ niedrig und schwankt zwischen 76 und 161 mm3 O2/g/h bei 18° C. Der erhebliche Chitinanteil am Körpergewicht der Milben zwingt allerdings zu einer Korrektur dieser Werte mit dem Faktor 2–3.

  6. 6.

    Der transspezifische Vergleich des Sauerstoffverbrauchs acht arthropleoner Collembolenarten in Abhängigkeit von ihrem mittleren Artgewicht ergibt einen gruppenspezifischen Wert von b=0,74. Kleine edaphische Arten haben also einen vergleichsweise höheren O2-Verbrauch als große Oberflächenbewohner.

  7. 7.

    Collembolen sind gegen Sauerstoffmangel wenig empfindlich. Bei 3% O2 in der Atemluft beträgt die mittlere Sauerstoffaufnahme des edaphischen Onychiurus armatus noch 93% des Normalverbrauchs.

  8. 8.

    Untersuchungen in einer Gaskammer ergeben eine deutlich höhere CO2-Resistenz der edaphisch lebenden Collembolenarten im Vergleich zu den Oberflächenbewohnern.

  9. 9.

    Der Sauerstoffverbrauch von Collembolen, Oribatiden und anderen bodenbewohnenden Tieren wird aufgrund eigener Ergebnisse und Daten der Literatur vergleichend dargestellt (Abb. 19).

  10. 10.

    Die quantitative Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs der Bodenfauna kann zu einer exakteren Abschätzung ihrer produktionsbiologischen Bedeutung beitragen.

Summary

A comparative study of the respiration rate (O2-consumption per g per hour) in some important soil microarthropods as obtained with a Warburg apparatus of increased sensitivity is presented. Species of Collembola (13) and Oribatei (3) differing with respect to their ecology were investigated.

  1. 1.

    Activity, periods of hunger, and temperature (Q 10=1,9–2,7) were found to be factors influencing the rate of O2-consumption.

  2. 2.

    In 9 species of Collembola the resting-metabolism at 18° C were found to vary from 165 to 630 mm3O2 per g and hour. Symphypleona and Arthropleona of the same weight show most drastic differences in the level of the rate of O2-consumption.

  3. 3.

    O2-consumption of some of the larger species of Oribatids is fairly low and varies from 76 to 161 mm3 per g and hour at 18° C. The influence of strong armour is discussed.

  4. 4.

    For 8 species of Collembola investigated in the light of the classical exponential law the following relationship between respiration rate and weight is found: the exponent is equal to b=0,74. Thus, the rate of O2-consumption in small edaphic Collembola is significantly higher than in large surface-inhabiting species.

  5. 5.

    When Collembola are submitted to O2-tensions lower than 21% (i.e. normal air composition) the O2-uptake is significantly dropping only below 5%.

  6. 6.

    Litter-inhabiting species of Collembola are soon affected by an artificial increase of the CO2-content of the air, while inhabitants of deeper soil layers behave quite normally.

  7. 7.

    The rates of O2-consumption of Collembola and Oribatids are compared with data obtained from the literature which apply to other edaphic animals (Fig. 19).

  8. 8.

    Data on the respiration rate of Collembola are applicable as indices for estimating the share of this large taxonomic group in soil metabolism.

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Authors and Affiliations

  1. Zoologisches Institut der Technischen Hochschule und Staatliches Naturhistorisches Museum Braunschweig, Deutschland

    Dietmar Zinkler

Authors
  1. Dietmar Zinkler
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Additional information

Dissertation der Naturwissenschaftlich-Philosophischen Fakultät der Technischen Hochschule Braunschweig.

Herrn Prof. Dr. F. Schaller, Braunschweig, danke ich für die Anregung und ständige Betreuung vorliegender Untersuchung.

Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.

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Zinkler, D. Vergleichende Untersuchungen zur Atmungsphysiologie von Collembolen (Apterygota) und anderen Bodenkleinarthropoden. Zeitschrift für vergleichende Physiologie 52, 99–144 (1966). https://doi.org/10.1007/BF00343157

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