| Autor(en): |
Thomas Daniel Förster |
Titel: |
Spiracular control in moth pupae – passive generation of respiratory patterns |
| Gutachter: |
Matthias Hennig; H. Arthur Woods; Timothy J. Bradley |
| Erscheinungsdatum: |
27.08.2010 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-100175733)
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| Fachgebiet(e): |
Biowissenschaften, Biologie |
| Schlagwörter (ger): |
Synchronisation, Insekten, Diskontinuierliche CO2 Abgabe, DGC, Attacus atlas, Atmung, Bifurkationsanalyse |
| Schlagwörter (eng): |
synchronization, insects, Discontinuous gas exchange, DGC, Attacus atlas, respiration, bifurcation analysis |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Lizenz: |
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| Zitationshinweis: |
Förster, Thomas Daniel:
Spiracular control in moth pupae – passive generation of respiratory patterns;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 27.08.2010, urn:nbn:de:kobv:11-100175733
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| Abstract (ger): |
| Aufgrund ihrer niedrigen Stoffwechselrate zeigen Puppen des Atlasspinners Attacus atlas diskontinuierlichen Gasaustausch (DGC) mit drei deutlich getrennten Phasen. Andererseits sind einzelne Stigmen entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen.
In dieser Arbeit wurden Attacus Puppen mit künstlichen Gasmischungen perfundiert, um das Steady-State Verhalten der Stigmen zu ermitteln. Es konnte gezeigt werden, daß die Flutterphase des DGC kein Gleichgewichtsverhalten darstellt. Weiterhin deuteten die Ergebnisse der Perfusion auf eine mögliche Interaktion zweier unabhängiger Regelkreise hin.
Zwei mathematische Modelle untersuchten daraufhin mögliche theoretische Mechanismen, welche die beobachteten Muster erzeugen könnten. Die Modelle erlaubten die Erzeugung der Gasaustauschmuster ohne komplexe neurale Integration und deuten auf eine rein passive Erzeugung des DGC.
Die Diskussion erläutert mögliche biologische Mechanismen, welchen den abstrakten Beschreibungen der Modelle zu Grunde liegen könnten. Sowohl die Perfusion als auch die Modelle sind dabei mit der ''Emergent Property Hypothesis'' der DGC Entstehung vereinbar. Zusätzlich wird dargelegt, wie alternative Hypothesen widerspruchslos in das sich abzeichnende Bild eingefügt werden können. |
| Abstract (eng): |
| While having low metabolic activity, pupae of the giant silk moth Attacus atlas show triphasic discontinuous gas exchange cycles (DGC). However, a single spiracle is either fully open or fully closed.
In this study moth pupae have been perfused to assess the steady state behavior of the spiracles in response to the endotracheal gas composition. It could be shown that the flutter phase of DGC is not a steady state behavior. Moreover, the results from the perfusion hint to a possible interaction between two independent spiracle control mechanisms.
Two mathematical models then explore possible mechanisms of generating the observed respiratory patterns during DGC. The models indicate that DGC might be generated without complex neural integration and might thus be a purely ''passive'' pattern.
The discussion focuses on biological processes and mechanisms that may back the abstract descriptions in the models.
Both, the perfusion and the two mathematical models, are consistent with the emergent property hypothesis of DGC origin. However, it is discussed that other existing hypotheses are not mutually exclusive and that they can be subsumed using the non-adaptive emergent property hypothesis as a framework. |
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