Eine Pflanzengalle und ihr Bewohner

Heute, 350 Jahre danach, wissen wir deutlich mehr über diese „Warzen“ und ihre Bewohner. Anhand eines Weidenblattes, in das sich eine Blattwespe eingenistet hatte, wollen wir etwas in die Welt der Pflanzengallen eindringen.
Dass es neben Insekten noch viele andere Organismen (z.B. Viren, Bakterien, Pilze, Fadenwürmer…) gibt, die an Pflanzen Gallen hervorrufen, soll hier nicht Gegenstand unserer Betrachtung sein. Auch unter den Insekten ist die Anzahl möglicher Gallerreger groß: Wanzen, Blattläuse, Blattflöhe, Käfer, Schmetterlinge, Zweifügler, Hautflügler und viele andere. Zu den letzteren gehören vor allem die Blattwespen und die Gallwespen. In unserem Präparat ist es eine Blattwespe aus der Familie der Tenthredinidae, noch genauer die Pontania bridgmanii, eine kleine, nur wenige Millimeter große Wespe ohne Wespentaille, die an einem Weidenblatt eine blasenförmige Galle (Abb. 1) erzeugt, die sich auf beiden Blattseiten etwa gleich ausbildet 2). 

Abb. 2 zeigt eine aus mehreren Aufnahmen zusammengesetzte Übersicht. Man sieht, wie das Weidenblatt links und rechts noch intakt ist und sich in der Mitte zu einer Kammer aufwölbt. In der oberen Hälfte des Blattes ist zu sehen, dass das Wespenweibchen zwei Versuche bei der Eiablage unternommen hat. Ansonsten fällt auf, dass die Larvenkammer frei von Kotbällchen ist.
Der Schnitt durch die Larve verläuft ziemlich median und zeigt die ganze Larve, auch mit ihren Stummelfüßchen.  Alle nun folgenden Aufnahmen sind von einem solchen Präparat gemacht, sodass man sich immer orientieren kann, wo sich das gerade besprochene Detail befindet.

Abb.3 zeigt die Kopfpartie und den Beginn des Darmabschnitts. An die nach unten gerichtete Mundöffnung schließt sich unmittelbar der Pharynx (Schlund) an, das ist der Vorderdarmabschnitt, der zwischen Mundöffnung und Speiseröhre liegt. Die darüber liegenden, dunkel gefärbten Muskeln gehören zum  Pharynx und passen sein Fassungsvermögen der jeweiligen Fresssituation an. Damit kann die Mundhöhle enger und weiter, mit anderen Worten, ein Kauen der Nahrung ermöglicht werden.
Nun kommen wir zu den beiden großen gelben Punkten in der Kopfkapsel der Larve. Wer das zum ersten Mal sieht, glaubt sicher, dass es sich dabei um die Augen des Insekts handeln müsste. Betrachten wir die beiden Abbildungen 4 und 5. Abb. 4 zeigt das obere, Abb. 5 das untere „Auge“. Wir sehen gleiche Strukturen, beim unteren „Auge“ gehen links und rechts noch Nervenstränge ab.

Aber: Können bei einem Schnitt, der sagittal durch die Larve geht und nahe an der mittleren Ebene liegt (noch nicht ganz median, sonst könnten die Stummelfüßchen nicht angeschnitten sein), beide Augen getroffen sein? Und: Warum sieht man nichts von der bekannten Struktur eines Komplexauges? Schließlich bleibt noch die Frage, was eine Larve, die bis zu ihrer letzten Häutung in der sie umhüllenden und ernährenden Galle wohnt, mit Augen anfangen könnte.
Es deutet also nichts darauf hin, dass wir es mit Augen zu tun haben. Aber die Larve ist ja erst aus dem Ei geschlüpft. Sie wird sich als Larve weiterentwickeln, mehrmals häuten, dann ins Puppenstadium übergehen und sich daraus dann schließlich als Imago, als Vollinsekt, entwickeln. Es hat also noch Zeit.
Und so sehen wir in beiden Abbildungen verschiedene Teile des Gehirns. Das Gehirn eines Insekts besteht aus mehreren Teilen. Aus dem Vorderhirn (dem Protocerebrum) laufen seitlich zwei Stränge aus, die Sehlappen (lobi optici) genannt werden. Sie bestehen auf jeder Seite aus drei Ganglien (Nervenknoten), sind kompliziert gebaut und entwickeln jeweils am Ende ein Komplexauge. Abb. 4 zeigt also, dem Entwicklungszustand unserer Larve entsprechend, den lobus opticus des rechten Auges: das gelb gefärbte Nervenbündel, umhüllt von den rötlich gefärbten Zellen des Perilemm. Dieses stellt eine komplexe Schicht dar, die das Gehirn einerseits schützt (sie bildet die sogenannte Blut-Hirnschranke) und andererseits auch eine Verbindung zur nährstoffreichen Hämolymphe und benachbarten Fettkörpern darstellt. Schutz und Ernährung der Nervenzellen also.
Aufgrund der geometrischen Verhältnisse der Schnittführung kann nun Abb. 5 nicht einfach der lobus opticus des anderen Auges sein. Gleichwohl zeigt es mikroskopisch die gleichen Strukturen, stellt damit auch einen, aber einen anderen Teil des Nervensystems dar. Es ist das Unterschlundganglion, das unter der Speiseröhre liegt. Die abgehenden Nervenstränge zeigen an, dass es mit weiteren Ganglien, dem Gehirn und den Bauchganglien verbunden ist. 

Verfolgen wir weiter den Weg der Nahrung. Abb. 3 zeigte den Schlund (Pharynx). Von dort wandert der Speisenbrei in die Speiseröhre, die wir auf unserem Schnitt aber nicht sehen, weil der Darm ja in Windungen im Körper liegt und in einem einzigen Schnitt daher nicht vollständig getroffen sein kann. Die Speiseröhre geht in den Kropf über, der in Abb. 6 zu sehen ist. Er ist für die Speicherung der erst grob zerkauten Nahrung zuständig. In ihn münden auch die hier nicht sichtbaren Speicheldrüsen, die die Nahrung bereits hier etwas vorverdauen. Der Kropf geht in den Kaumagen über, den Abb. 7 zeigt. Man erkennt quergestreifte Muskulatur, die für rhythmische Kontraktion sorgt. Im Inneren sieht man Strukturen, die man erst bei Kenntnis des Aufbaus des Kaumagens zuordnen kann. Es sind harte, sklerotisierte Zähne, die man im Schnitt als solche nur schwer erkennen kann, die zusammen mit den kräftigen Muskeln hier für eine Zerkleinerung der Nahrung sorgen.

Am Ende des Kaumagens, siehe Abb. 7, liegt ein Ringmuskel der sich in Falten in den sich anschließenden Mitteldarm hineinwölbt. Die Abbildungen 8 und 9 zeigen diese Falten, die Valvula cardiaca (cardia meint den Magenmund). In Abb. 9 sieht man sogar noch die grün angefärbten Speisereste, die durch diese Falten vom Kropf her in den Mitteldarm geschoben werden. Diese Falten dienen dem Zweck, dass der Speisebrei vom Mitteldarm her nicht mehr in die Speiseröhre zurückfließen kann. Sie haben also die Wirkung eines Rückstauventils. Insekten haben zwischen allen Darmabschnitten solche Ringfalten.

Jetzt ist die -in unserem Schnitt grün gefärbte - Nahrung im Mitteldarm. Abb. 10 zeigt seinen ersten Abschnitt. Links nochmals die Valvula cardiaca. Von außen her sehen wir die hier blauviolett  gefärbten, großen Epithelzellen, die die Wand des Mitteldarms imponierend gestalten. Diese meist zylindrischen Zellen kommunizieren mit dem Darminhalt über einen mächtig entwickelten Mikrovillisaum, der der Oberflächenvergrößerung der Epithelzellen dient. Abb. 11 zeigt ihn: Aus den violetten Epithelzellen treten massenhaft die leicht grün gefärbten Mikrovilli hervor und stehen in engem Kontakt mit dem dunkelgrün gefärbten Nahrungsbrei. Die Epithelzellen geben dabei Verdauungsenzyme über die Mikrovilli und zwischen ihnen hindurch an die Nahrung ab, die diese auflösen und nehmen dann die so aufgeschlossene Nahrung wieder auf.

Blicken wir nun in das Innere des Mitteldarms, wie es Abb. 12 zeigt. Ganz in der Mitte ist der Nahrungsbrei zu sehen, dicht umgeben von einem Netz aus langen, nah aneinander liegenden Fibrillen. Diese bestehen aus Chitin und sind von Proteinen und Kohlehydraten umgeben. Zusammen bilden sie eine feste Struktur, die die gesamte Nahrung im Darm umschließt. Daher heißt sie auch peritrophische (die Nahrung umschließende) Membran. Abb. 13 zeigt sie im Detail. Dieser schlauchförmige Hohlzylinder trennt die Nahrung von den Epithelzellen, ist aber für die Verdauungsenzyme und für die damit aufgeschlossene Nahrung voll durchlässig. Die peritrophische Membran bildet also eine Schutzschicht, falls später einmal das fertige Insekt „rauhe“ Nahrung aufnehmen sollte, die die empfindlichen Mikrovilli und Epithelzellen leicht verletzen könnte. Im Enddarm wird sie dann wieder abgebaut.

Vom Mitteldarm geht es weiter zum dritten Darmabschnitt, von dem Abb. 14 den Anfang zeigt. Er dient als erstes Sammelbecken für Exkremente. Bei manchen Insekten können Nahrungsreste erstaunlich lange im Enddarm verbleiben, z.B. während des ganzen Larvenstadiums, manchmal noch länger. Jens-Peter Kopelke fand heraus: „Die Eier werden gewöhnlich einzeln abgelegt, sodass die Gallen mit nur jeweils einer Afterraupe besetzt sind. Die postembryonale Entwicklung der Pontania-Arten verläuft bei männlichen Tieren über fünf, bei weiblichen über sechs Larvenstadien… Die Larven ernähren sich von dem Gewebe der Galleninnenwand. Insbesondere Pontania proxima frisst bereits im dritten Larvenstadium ein kreisrundes Schlupfloch durch die Gallenwand und wirft den angesammelten Kot hinaus. Die Larve bleibt jedoch bis zur Beendigung ihrer Entwicklung in der Galle“ 4). Da wir in unserem Präparat kein Loch entdecken, ist vielleicht das dritte Larvenstadium noch nicht erreicht. Oder Pontania bridgmanii, um die es sich in unserem Präparat handelt, bohrt das Schlupfloch erst am Ende ihrer Larvalzeit. Wie dem auch sei, die Larve beschmutzt nicht ihr Nest, solange sie in ihm lebt.

Um den Darm herum liegen viel Querschnitte von verschiedenen Organen. Abb. 15 zeigt links zwei Malpighische Gefäße und rechts zwei Fettkörper übereinander. Die Malpighischen Gefäße erkennt man daran, dass sie in ihrer Mitte (meist) einen deutlich sichtbaren Mikrovillisaum haben. Sie münden an der Übergangsstelle vom Mittel- zum Enddarm in den Verdauungskanal. Sehr vereinfacht gesagt, erfüllen sie die Funktion einer Niere. Die Fettkörper dagegen kann man eher – und ebenfalls sehr vereinfacht – als ein mit Organ, vergleichbar unserer Leber, bezeichnen. 

Deutlich hinter dem Darm, dem Ende des Larvenkörpers zu, finden wir noch ein Organ, das in unserem Schnitt als kreisrundes Gebilde erscheint. Abb. 16 und 17 zeigen es im Detail. Es ist der Querschnitt des Hodens. Wir sehen die Hodenkanälchen und in ihnen die Zysten, in denen die Spermien gebildet werden. Unser Schnitt geht durch das obere  Drittel des Hodenfollikels. Das erkennt man am Aussehen der Spermatozysten, die noch keine fertigen Spermien enthalten. Somit wissen wir, dass sich aus unserer kleinen Larve eine männliche Blattwespe entwickeln wird 3).

Jetzt wenden wir uns noch kurz dem Weidenblatt und der Larvenkammer zu. In Abb. 2 sehen wir über der Larve zwei Einstichversuche. Die Eiblage zeigt auch ein erstaunliches Vermögen der Gallwespe. Jens-Peter Kopelke hat sie beschrieben:
„Die Wirtswahlmechanismen der Pontania-Arten richten sich wie bei den meisten Phytophagen vorwiegend nach den chemischen Eigenschaften ihrer Wirtspflanzen. Vor jeder Eiablage erfolgt deshalb eine sorgfältige Prüfung der Wirtseignung, indem die Weibchen mit den Antennen und Mundwerkzeugen durch ein intensives Betasten der Blattflächen und drüsigen Ränder Ausscheidungs- bzw. Duftstoffe der Pflanze aufnehmen. Vor allem die artspezifischen chemischen Ansprüche der Gallenerzeuger sind Ursache für die Einnischung auf verschiedene Weidenarten“.
„Zur Eiablage suchen die Weibchen der drei Pontania-Arten ausschließlich sehr junge, gewöhnlich noch nicht vollständig entfaltete Weidenblätter auf und bohren diese auf der Unterseite an. Dabei sägen die Weibchen von P. vesicator und P. viminalis mit den gezähnten Legebohrervalven schräg in den Blattmittelnerv hinein, und zwar bis in das Mesophyll der dem Anstich gegenüberliegenden Blattspreitenhälfte . Die anschließende Eiablage begleitet eine Ausschüttung spezifischer, cecidogener Reizstoffe aus der akzessorischen Drüse des Genitalapparates.“4)
Mit der Eiablage gibt das Wespenweibchen also bereits cecidogene (gallenbildende) Reizstoffe ab, die das Weidenblatt veranlassen, eine Larvenkammer zu bilden. Die Weide tut in ihrem eigenen Interesse fortan alles, um die Larve, die alsbald aus dem Ei schlüpfen wird, zu veranlassen, an Ort und Stelle zu bleiben und nicht umherzuwandern. Sie bildet in der Larvenkammer ihre Blattsubstanz zu Nährgewebe für die Larve um und gibt in diesem Bereich die Photosyntheseeigenschaft des Blattes auf. Das zeigen die Abb. 18 bis 20.

Abb. 18 zeigt die Stelle, an der sich das Blatt zur Larvenkammer aufspaltet. In der rechten Hälfte ist das Blatt noch intakt und beherbergt die langestreckten Palisadenzellen, die für die Photosynthese zuständig sind. Sie werden mehr und mehr abgebaut, je näher wir der Larvenkammer kommen. Siehe auch Abb. 19. Im Bereich der Larvenkammer (Abb. 20) sieht man den Umbau: rechts unten die Epidermis, links oben die Larvenkammer. Es sind vier Schichten, die nahtlos ineinander übergehen. Von außen nach innen: Epidermis, Rindenschicht mit Gefäßbündel, Schutzschicht mit noch dickwandigen Zellen und schließlich, direkt an der Larvenkammer, die Nährschicht aus proteinreichen, dünnwandigen Zellen. Im Bereich der Larvenkammer gibt es keine Palisadenzellen mehr. Sie beginnen erst wieder am anderen Ende der Larvenkammer, wo das Blatt wieder intakt ist. Die Galle ist also nicht nur ein „krankhafter“ Zustand, sondern auch ein funktionell für den jeweiligen Erreger optimiertes Gebilde.

Zur Schnitttechnik:
Mit Blick auf die Larve sollte man möglichst dünne Paraffinschnitte anstreben. Unser Schnitt ist 7µ dick. Noch weniger wäre noch besser. Beim Anschneiden darauf achten, dass man möglichst von Anfang an die ganze Larve erfasst hat, d.h. notfalls die Schnittebene anpassen.

Zur Färbung:
Nachdem wir tierisches und pflanzliches Material im Schnitt haben, sollte auch die Färbung beides anfärben können. Unseren Schnitt habe ich mit Thionin-Orange gefärbt. Diese Färbung ist in dem 1962 von Chroma erschienenen Heftchen „Ausgewählte Färbemethoden“, S. 20 beschrieben. Es eignen sich aber auch Färbungen mit Schiff`schem Reagenz, z.B. TriPAS.