Vergleichende Analyse der zirkadianen Uhr von Insekten: eine verhaltensbezogene, anatomische und molekulare Studie

Biological clocks are endogenous oscillators that give organisms the sense of time. Insects, as the largest taxonomic group, offer fascinating models to study the evolution of clocks and their adaptation to various environments. Although the laboratory fruit fly, Drosophila melanogaster, led the role in the field of circadian biology as it provides a powerful genetic experimental tool, new model insect species need to be established to understand photoperiodic responses and to enable comparative studies. This work reports the behavioural, anatomical, and molecular characterization of the circadian clock of five insect species. The malt fly Chymomyza costata carries a D. melanogaster-like clock network, which supports circadian rhythms under rhythmic environment but cannot self-sustain when isolated from external time cues. The olive fly Bactrocera oleae is the major pest of olive plantations and the characterization of its circadian clock will improve future pest management strategies. The linden bug Pyrrhocoris apterus, a well suited model for investigating circadian and photoperiodic timing interactions, shows high degree of homology of the clock network with D. melanogaster. The scuttle flies Megaselia scalaris and Megaselia abdita represent new fascinating models to study how the clock network controls circadian behaviour. Overall, this work highlights high degree of homology between different circadian clock systems, but at the same time also dramatic differences in terms of circadian behaviour and neuro-anatomical expression of clock components. These have been mainly discussed in regards to the evolution of clocks in Diptera, and the adaptation of clocks to high latitudes.Biologische Uhren sind endogene Oszillatoren, mit welchen Organismen die Zeit messen können. Als größte taxonomische Gruppe stellen Insekten eine Vielzahl faszinierender Modelle, um die Evolution und Anpassung von biologischen Uhren an verschiedene Umweltbedingungen zu untersuchen. Obwohl Drosophila melanogaster eines der führenden Modelltiere im Feld der Chronobiologie ist, was sich leicht auf die herausragende genetische Manipulierbarkeit der Fliege zurück führen lässt, müssen weitere Insektenarten als Modellorganismen etabliert werden, um anhand verglei- chender Studien die Anpassungen an photoperiodische Veränderungen verstehen zu können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Charakterisierung der zirkadianen Uhr von fünf Insektenarten auf molekularer-, anatomischer- und Verhaltens-Ebene. Die Taufliegenart Chymomyza costata besitzt eine Drosophila-ähnliche Uhr, die zirkadiane Rhythmen unterstützt solange sich das Tier in einer rhythmischen Umwelt befindet. Allerdings kann die Uhr den Rhythmus nicht selbstständig aufrecht erhalten, wenn die Fliege von externen Zeitgebern isoliert ist. Die Olivenfruchtfliege Bactrocera oleae ist der bedeutendste Schädling auf Olivenplantagen und die Charakterisierung der zirkadianen Uhr dieser Art wird zuku¨nftige Schädlingsbekämpfungsstrategien verbessern. Die Gemeine Feuerwanze Pyrrhocoris apterus, ein gut geeignetes Modell um die Interaktion des zirkadianen und photoperiodischen Timings zu untersuchen, zeigt hohe Homologie zum Uhrennetzwerk von D. melanogaster. Die Buckelfliegen Megaselia scalaris und Megaselia abdita repräsentieren neue faszinierende Modelle für die Erforschung wie das Uhrennetzwerk zirkadianes Verhalten steuert. Zusammengenommen hebt diese Arbeit die hohe Ähnlichkeit zwischen verschiedenen zirkadianen Systemen hervor, zeigt jedoch gleichermaßen gravierende Unterschiede in Bezug auf zirkadianes Verhalten und der neuroanatomischen Expression von Uhrenkomponenten. Die Homologien und Unterschiede werden hauptsächlich in Bezug auf die Evolution biologischer Uhren in Dipteren, sowie der Anpassung der Uhren an höhere geografische Breiten, erörtert