Zur Ursache der unterschiedlichen gonadotropen Wirkung der Ringdrüse von Drosophila funebris und Drosophila melanogaster

(Aus dem Institut der Deutschen Hirnforschungsgesellschaft Neustadt/Schwarzwald)

Z U R U R S A C H E D E R U N T E R S C H I E D L I C H E N G O N A D O T R O P E N W ] R K U N G D]~R R ] N G D R l ~ S E VON D R O S O P H I L A F U N E B R I S

U N D D R O S O P H I L A M E L A N O G A S T E R .

Von

MARGUERITE VOGT.

MR 7 Textabbildungen (10 Einzelbildern).

(Eingegangen am 17. Oktober 1940.)

Inhal tsverzeiehnis . seite Einleitung und Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 Material und Methodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528 Experimenteller Teil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528

I. Intraspezifische Ovartransplantationen bei Drosophila melanogaster . . 528 Vorbemerkung. Normale ]~ierstocksentwicklung in melanogaster-Imagines 528 1. Implantation yon Ovarien verpuppungsreifer Larven in jiingere Wirts-

larven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530 2. Implantation yon Ovarien jiingerer Larven in ~ltere Wirtslarven . 533 Schlul~folgerungen ans den intraspezifisehen Implantationen . . . . . 535

II . Interspezifische Ovartransplantationen yon Drosophila melanogaster in Drosophila ]unebris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536

1. Transplantationen yon Ovarien verpuppungsreifer melanogaster-Larven in verpuppungsreife /unebris-Larven . . . . . . . . . . . . . . 536

2. Interspezifisehe Transplantation yon Ovarien junger melanogaster- Larven in verpuppungsreife ]unebris-Larven . . . . . . . . . . . 540

SchluBfolgerungen aus den interspezifischen Transplantationen . . . . . 543 Besprechung der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545 Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546

Einleitung und Problemstellung. G o n a d e n t r a n s p l a n t a t i o n e n zwischen verschiedenen Rassen u n d Ar ten

geben uns neben ihrem rein entwicklungsphysiologischen In te resse eine MSglichkei t , Rassen- und Ar tun te r sch iede in den somat ischen, die Go- nadenen twick lung beeinf lussenden F a k t o r e n aufzudecken. Diese F a k - toren, seien sie f( irdernd oder hemmend , sollen kurz gonadotrop genann t werden. D a b e i sei abe r ausdrf ickl ich bemerk t , dal~ sie a priori nich t spezif ischer und auch n ich t ho rmona le r N a t u r zu sein brauchen . Eine genauere Ana lyse de r Untersch iede zwischen den gonado t ropen F a k t o r e n ve r sch iedener Rassen und A r t e n seheint um so lohnender , als sie in m a n c h e n F/s die Bastardster i l i t /~t mi tbed ingen di irf ten.

Seit de r Einff ihrung der T r a n s p l a n t a t i o n s m e t h o d e bei Drosophila durch EPHI~VSSI und B]~AI)LE (1936) is t die G a t t u n g Drosophila infolge

526 Marguerite u Zur Ursaehe der unterschiedlichen gonadotropen Wirkung

ihrer bequemen genetischen und zytologischen Analysierbarkeit zur LSsung solcher Fragen besonders geeignet. Versuche, die die Aufdeckung somatischer gonadotroper Faktoren bei Drosophila bezweckten, warden daher schon yon verschiedener Seite unternommen. In diesem Zu- sammenhang sind jene Hodentransplantationen yon besonderem In- teresse, die DOBZHA•SKu und BEA~)L]~ (1936) zwischen den D. pseudoobscura-Rassen A und B und den sterilen m~nnlichen A • B-Bastarden auf dem Larvenstadium darchfiihrten. Bei den Hodentransplantationen zwischen den reinen Rassen A und B bildeten die injizierten t toden immer funktionsf~hige Spermien, desgleichen bei Injektion der rein- rassigen Hoden in A • B-Bastarde. Umgekehrt blieb die Spermiogenese in den Bastardhoden immer abnorm, auch wenn diese in reinrassige Wirte implantiert warden. Es liel~ sich also in keinem Falle eine Wir- kung des Wirtes auf die implantierten Hoden nachweisen, so daI3 die Sterilit~t des m~nnlichen A• intragonadal bedingt sein dfirfte, wenn man v o n d e r noch nicht sicher ausgeschlossenen MSglich- keit absieht, dal~ der somatische EinfluI3 sich schon vor dem Stadium der Transplantation ausgewirkt hat. Zu einem i~hnlichen Ergebnis ffihrten yon verschiedenen Autoren durchgefiihrte Ovarientransplanta- tionen zwischen D. melanogaster (-~ reel.), D. 8imulans (~ sire.) und mel./sim.-Bastarden. Auch hier verlief in allen Fi~llen die Ovarentwick- lung autonom: die Bastardovarien blieben auch in den reinen Rassen als Wirten rudiments ws umgekehrt die reel.- und sim.-Ovarien in alien Wirten reife Eier bildeten.

W~hrend die bisher beschriebenen Versuche keine Unterschiede in den gonadotropen Faktoren der untersuchten Rassen und Arten aufzudecken vermochten, gelang dieses MoNo~) und_ PouLso~ (1937) bei Benutzung einer anderen Drosophila-Art. Warden Larvenovarien yon D. ananassae in normale mel.- oder sim.-Larven implantiert, so blieben sie rudiment~r; warden die ananassae-Ovarien dagegen in die Mutante ]emale-sterile (~-/es) yon melanogaster oder in den Bastard zwischen melanogaster und simulans implantiert, so kam es zu einer fast normalen Entwicklung der Eierst6cke. Hiermit war zum ersten Male ein Ein/lu[3 des Wirtes auf die Eierstockentwicklung nachgewiesen, wobei der verschiedene Einflul~ der Wildtypen der reinen Rassen im Gegensatz zum Bastard yon besonderem Interesse ist.

Fragt man sich nach der Natur der gonadotropen Faktoren, die die Entwicklung der ananassae.Ovarien in der Mutante /es und dem mel./sim.- Bastard f6rdern, so weisen MoNoD und POULSON auf die MSglichkeit hin, dab diese beiden Wirte im Gegensatz zu dem Wildtyp yon melanogaster einen etwas verschiedenen Wirkstoff enthalten, der flit eine normale Entwicklung yon ananassae-Ovarien unentbehrlich ist. In einer vor- l~ufigen Mitteilung (1940) konnte ich zeigen, dab sich mel.-Larven- ovarien bei Transplantation in /un.-Larven nar bis zum Beginn der

der Ringdrtise yon Drosophila funebris und Drosophila melanogaster. 527

ersten Dotterbildung entwickeln, w/ihrend bei gleiehzeitiger Implantation des arteigenen mel..Gehirnringdriisenkomplexes und auch nur der Ring- driise (s. darfiber waiter unten!) reife Eier entstehen kSnnen. Es ist daher mSglieh, dab sich auch die Mutante /es und der mel./sim.-Bastard in der gonadotropen Wirkung ihrer Ringdriisen yon den Wildtypen der reinen Arten unterscheiden. Dieses dtirfte sieh durch die gleichzeitige Implantation des ananassae.Ovars zusammen mit /es- oder mel./sim.- Ringdrfisen in normale me/.-Larven entscheiden lassen. Solche Versuche sind beabsichtigt.

Es ist in diesem Zusammenhang von Interesse, dal3 HADO:aN (1937) ftir eine andere Ringdrfisenwirkung, n/~mlich der Aus168ung der Pu- 19ariumbildung, einen Unterschied zwischen der reinen mel.-Art und dem m/~nnlichen mel./sim.-Bastard nachweisen konnte: in m/mnlichen mel./sim.-Bastarden ist der Zeitpunkt der Pupariumbildung gegenfiber der Norm 4--11 Tage verz6gert; injiziert man ihnen dagegen Ring- drfisen der reinen me/.-Art, so reagieren sie mit schneller Puparium- bildung.

Nachdem sich ergeben hatte, dab mel.-Ovarien in /un.-Wirten nur in Gegenwart ihrer arteigenen Rin~driise reife Eier bilden, erhob sich die neue Frage, welcher Natur der Unterschied in der Wirlcung der Ring. driisen dieser beiden Arten ist. Wie ich schon oben erw/thnte, lassen sieh die Experimente yon Mo~oI) und POVLSO~ am besten durch die An- nahme erkl/~ren, dab die Mutante und der Bastard einen yon dem Wild- typ der reinen melanogaster-Art qualitativ verschiedenen Wirkstoff produzieren. I)iese Erkl/~rung ist daher aueh fiir die interspezifisehen Trans- plantationen zwischen melanogaster und [unebris sehr naheliegend. Wie wir weiter unten sehen werden, seheinen alle Experimente auf einen qualitativen Unterschied zwischen dem Ringdriisenhormon yon melanogaster und ]unebris hinzuweisen. Da eine solche Sehlul]folgerung bei der sonst so weir verbreiteten Artunspezifit/~t der Hormone von weittragender Bedeutung sein dtirfte, wurde in dieser Arbeit besonderer Wert darauf gelegt, soweit wie m/Sglich alle anderen Erkl/~rungsm6glichkeiten aus- zuschlieBen. Es wurde vor allem versucht, den Unterschied in der Ent- wicklungsgeschwindigkeit beider Arten als Ursache ffir ihre unterschiedliche Ringdriisenwirkung in weitestem M~Be auszuschalten. Zu diesem Zwecke warden sowohl intra- als auch interspezifische Ovartransplanta- tionen durehgeffihrt, bei denen Wirts- und Spenderlarven verschieden- altrig waren.

l~ber diese Versuche sou zusammen mit den schon friiher nur kurz mitgeteflten Versuchen in folgendem ausffihrlicher berichtet werden. Dabei soll auch noch ein Nebenbefund geschildert werden, der eine weitere Verfolgung. verlohnt, n/~mlich die Synchronisierung der Ent- wicklung implantierter Ovarien verschiedenalteriger Spenderlarven mit der Entwicklung der Wirtseierst6cke.

528 Marguerite Vogt: Zur Ursache der unterschiedliehen gonadotropen Wirknng

Mater ia l und Methodik . Als Material zu dieser Arbeit diente der Wildstamm ,,Oregon 1%" yon D. melano.

gaster, nachdem er nnmittelbar vor Beginn der Versuche w/~hrend 25 Generationen in strengster Inzucht geztiehtet worden war. Von D./unebris wurde die Mutante vermilion benutzt. Dieses geschah lediglich, da die Versuche urspriinglieh im Rahmen anderer Untersuchungen angefangen wurden. Stiehproben mit dem Stamm ,,Nor- real England 2" yon D./unebris fiihrten zu grunds~tzlich gleichen Ergebnissen. Daher sollen sie in dieser Arbeit unberiicksiehtigt bleiben.

Alle Versuche wurden bei einer Temperatur yon 25 ~ 0,20 C durchgefiihrt. Die Aufzucht der Larven und die Transplantation erfolgten nach der von EPHRVSSr und BEADLE (1. e.) besehriebenen Technik. Das Alter der Larven wurde yon dem Zeitpnnkt des Schli~p/ens aus dem Ei gereehnet. Das Alter der mel.-Larven war auf 2 Stunden, das Alter der ]un.-Larven auf 2--3 Stunden genau. Das Sehltipfen der Imagines wurde am Tage stfindlich kontrolliert (die in der Naeht geschlfipften Tiere wurden in den Tabellen nicht beriicksiehtigt). Die Imagines wurden in Futter- gl~schen iiberfiihrt und im Falle yon mel.-Wirten naeh genau 24 Stunden, im Falle yon ]un.-Wirten naeh genan 48 Stunden in Drosophila-Ringer seziert. Der Ent- wieklungsgrad der Wirts- und Spenderovarien wurde nach der Dotterhfhe der grSBten Eikammer eines jeden Ovars beurteilt. Dabei wurde die HShe des Dotters, der nnter dem Binokular durch seine weiBe ~arbe kenntlich ist, mit einem Okular- mikrometer gemessen (1 Mikrometereinheit entsprach 27 #). In den Tabellen wurden die Werte zwecks besserer ~bersichtlichkeit in 10/~-Einheiten gefiihrt.

Exper imente l l e r Teil.

I. Intraspezifisehe Ovartransplantationen bei Drosophila melanogaster. Als erstes wurde untersucht, inwieweit innerhalb derselben Art Ent-

wicklungsuntersehiede zwischen Wirt und Spender noeh mit einer normalen Eierstoeksentwicklung beantworte t werden. Ovartransplan- tationen, bei denen me/.-Spenderlarven etwa 24 Stunden jiinger als die Wirts larven waren, warden sehon yon CLAYEY und BEADLX (1937) mit Erfolg durchgefiihrt. Es wurden dennoeh die Versuehe noeh einmal wiederholt zusammen mit der Anwendung anderer Altersuntersehiede, wobei auf einen Vergleieh des Entwieldungsgrades der Wirts- und Spenderovarien besonderer Wef t gelegt wurde.

Vorbemerkung. Normale Eierstocksentwicklung in melanogaster.Imagines. Bevor ich auf die Besprechung der Versuche komme, sei kurz die

normale Entwicklung der EierstScke in melanogaster-Imagines an H a n d yon Tabelle 1 und Abb. l a und b beschrieben. I n den frisch geschliipften mel..]magines lassen sich unter dem Binokular die noch durchsichtigen und kleinen E ikammern aus den pulsierenden Eischl/~uchen eben isolieren, es ist in ihnen noch kein ])ot ter sichtbar (Abb. la, ~" 1). Erst in der 6 Stunden alten mel.-Fliege werden die ersten Anzeichen der I)ot terbi ldung erkennbar. 12 Stunden nach dem Schlfipfen ist die I)ot terhShe schon gut mefibar (Abb. la, i' 2). Abb. lb, ~ 1 zeigt eine Eikammer, wie sie frtthestens in 18 Stunden alten Fliegen gefunden wird. Mit dem Alter yon 24 Stunden haben die E ikammern mancher Weibchen

dcr Ringdriise von Drosophila funebris und Drosophila melanogaster. 529

eine DotterhOhe erreicht, die der H6he des reifen Eies entspricht. Im Gegensatz zu dem reifen Ei sind aber die Eif/s noch yon einer Hfille

A b b . l a u n d l b . N o r m a l e S t a d i e n d e r ] ~ i e n t w i c k l u n g bc i Z). melanogaster. 4 0 : 1 .

.~bb . 1 a . t 1 E i k a m m e r e ine s f r i s c h g e s e h l t i p f t e n mel.-Weibchens. 3~ 2 E i k a m m e r y o n 12 S t u n d e n a l t e n W e i b c h e n ( D o t t e r h S h e = 4 E i n h e i t e n = 40 ~). ~ 3 E i k a m m e r y o n

15 S t u n d e n a l t e n ~Ve ibchen ( D o t t e r h 6 h e = 8 E i n h e i t e n ~ 8 0 / O .

A b b . l b . ~ 1 E i k a m m e r , f r i i h e s t e n s i n 18 S t u n d e n a l t e n W e i b c h e n a u f t r e t e n d ( D o t t e r - h 6 h e = 15 E i n h e i t e n = 150 p). j" 2 E i k a m m e r , f r t i h e s t e n s i n 24 S t u n d e n a l t e n W e i b c h e n a u f t r e t e n d . E i f f i d e n d u r c h d ie H i i l l e s i c h t b a r ( D o t t e r h S h e = 49 E i n h e i t e n = 490 /0 .

t 3 r e i f e s El .

Tabelle 1. S t a d i e n der E i e r s t o c k s e n t w i c k l u n g in melanogaster-Weibchen ve r sch iedene S t u n d e n nach dem Schlii ~fen der Imagines .

Z a h l Z e i t s e i t d e r W e i b c h e n d e m S c h l i i p f e n

n in Stunden

9 0 9 3 7 6 8 12

12 15 11 18 17 24 12 27

12 80

D o t t e r h S h e d e r j ewe i l s g r 6 B t e n E i k a m m e r i n 10 ~ - E i n h e i t e n

3/i L i m .

0,0 O-- 0 0,0 0- - 0 0,2 O-- 1 3,4 1-- 8 8,1 5--14

11,4 8--16 27,9 14--49 41,2 35-49

49,0 49-49

B e m e r k u n g e n

In 2 Weibchen ein reifes Ei mit freien F/~den

In 11 Weibchen 1--3 rei]e Eier in jedem Eierstock

umgeben (Abb. lb , ~ 2). 3 S tunden sp/iter t re ten vereinzelt die ersten rcifen Eier auf. Mit 30 Stunden /inden 8ich in fast allen Fliegenweibchen

~V. R o u x " A r c ~ . L E n t w i c ~ l u n g s m e c h a n i k . B d . 140. 3 4

530 Marguerite Vogt: Zur Ursache der unterschiedlichen gonadotropen Wirkung

rei/e Eier. Es sei nur beil/~ufig bemerkt, dab diese Daten an mel.-Weibchen erhoben wurden, die wiihrend ihres Larvenstadiums in Sehalen auf- gezogen wurden. Die Eireifung unter ungiinstigeren Futterbedingungen (z. B. Massenkulturflaschen) erfolgt bedeutend langsamer.

Wie verschieden der Entwicklungsgrad der beiden Ovarien ein mad desselben Weibchens sein kann, zeigt Tabelle 2. So betrug z. B. 'bei

Tabelle 2. Vergleich zwischen dem Entwieklungsgrad beider Ovarien 24 Stunden alter me~anogaster-Imagines.

]NTr~ ~les ~eibchens

DotterhShe der jeweils grSl3ten Eikammer

in ] 0 ~-Einheiten

1. Ovar 2. Ovar

14 16 ]4 27 16 16 16 19 16 19 16 19 16 27 16 40 16 43

i t . des ~Veibchens

l0 Ii 12 13 14 15 16 17

DotterhShe der jeweils grS~ten Eikaramer

in 10/~-Einheiten

1. Ovar 2. Ovar

24 43 24 46 30 30 32 35 32 40 35 38 40 40 40 49

Weibchen Nr. 9 die Dotterh6he der gr6flten Eikammer des einen Ovars 16 Einheiten gegeniiber einer Dotterh6he von 43 Einheiten in der gr6Bten Eikammer des anderen Ovars. Diese Tatsache ist, wie wir sps sehen werden, bei der Beurteilung des Entwieklungsgra~les implantierter Ovarien im Vergleich zu den Wirtsovarien zu beriieksichtigen.

1. Implantation vonOvarien verpuppungsrei]er Larven in ~iingere Wirtslarven. Es sollen jetzt zwei Versuchsserien besprochen werden, bei denen

mel.-Ovarien verpuppungsrei]er Spenderlarven (86--88 Stunden alt) in 24 und 48 Stunden ]i~ngere mel.-Wirtslarven implantiert wurden.

Bei der ersten Versuchsserie, bei der der Altersunterschied zwischen Spender und Wirt 2d Stunden betrug, kam es unter 23 erfolgreichen Transplantationen (11 in weibliche, 12 in m~nnliche Wirte) immer zur Ausbildung normaler Eierst6cke. Gleiehzeitig fiel eine weitgehende Synchronisierung der Entwieklung der Spenderovarien mit der Ent- wicklung der Wirtsovarien auf. Tabelle 3 bringt die zugeh6rigen Daten. Da der En~wieklungsgrad der beiden Eierst6cke ein- und desselben Weibchens sehon grebe Schwankungen aufweisen kann (s. oben und T.abele 2!), ist die Beurteflung, ob die Synehronisierung der implantierten Ovarien in allen F~llen eine voUstdndige ist, sehr erschwert. Weit- gehend diirfte die Synchronisierung wohl in den Weibchen 1, 2, 3 und l l erreicht sein. Dal3 eine Angleiehung an die Wirtsovarien aueh in den anderen F~llen im wei~es~en Mal3e vorhanden ist, ergibt sieh aus folgender l:?berlegung. Im Augenblick der Operation waren die Spenderlarven

der Ringdriise von Drosophila funebris und Drosophila melanogaster. 531

um 24 Stunden s als die Wirtslarven. Bei einer autonomen, vom Wirt unabhdngigen Entwicklung des Spenderovars mfil3te dieses auch in der geschlfipften Fliege den Wirtsovarien in der Entwicklung um 24 Stunden voraus sein. Da die Wirtsfliegen 24 Stunden nach dem Schltipfen seziert wurden, h/itten die Spenderovarien den Eierst6cken einer 24 Stunden ~ltcren, d. h. 48 Stunden alten Fliege entsprechen mfissen. Wie wir

Tabelle 3. Entwicklungsgrad der Wirtsovarien und des" implant ier ten Ovars 24 Stunden nach dem Schliipfen deT Imagines.

Spenderlarven bei der Transplanta t ion 24 Stunden glter als Wirtslarven.

Transplanta tionsalter des

Spenders in Stunden

86--88

~'irtes in Stunden

62--64

Nr, des ~Veibchens

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11

Dotterh6he der jeweils gr6Bten Eikammer in I0/~-Einheiten

1. O v a r 2. O v a r

11 14 11 14 11 14 14 14 16 16 16 16 16 16 16 35 16 40 19 19 35 43

3. Ovar

14 16 16 43 46 49 49 38 46 30 49

oben sahen (Tabelle 1!), enthalten schon die Ovarien 30 Stunden altei Fliegen 1 ~ 3 reife Eier; nach 48 Stunden ist die Zahl der reifen Eier noch bedeutend hSher. In lceinem Fall enthielten aber die sezierten Eierst6cke der operierten Tiere reife Eier. Diese Tatsache 1/~Bt den entwicklungshemmenden EinfluB des jiingeren Wirtes auf das implantierte ~ltere Ovar deutlich erkennen.

Versuchsserie 1 zeigt also, daft Ovarien verpupTungsrei/er Larven bei Injelction ~ in 24 Stunden jiingere Larven sich normal e~twiclceln, wobei ihre Entwicklung unter deutlicher Verlangsamung weitgehend synchron mit der Entwick~lung der WirtseierstScke verl(iu/t.

Die Ergebnisse der zweiten Versuchsserie, bei der Ovarien verpuppungsrei/er Larven in 48 Stunden ~i~ngere Wirtslarven implantiert wurden, bringt Tabelle 4, soweit die Ovarien in weibliehe Wirte injiziert wurden. (27 Ovarien, die in m/innliehe Wirte implantiert wurden, zeigten das gleiche Verhalten und sind daher nicht besonders gefiihrt). Aueh hier entwickelten sieh die implantierten Eierst6cke in allen F~llen. In einigen Weibchen (s. Tabelle 4!) war der Entwieklungsgrad der 3 Eierst6cke untereinander so gleich, dab nicht entschieden werden konnte, welches das implantierte Ovar war. Nur manchmal lied die gr6Bere Breite des einen Ovars seine wirtsfremde Herkunf~ vermuten (J in Abb. 2). Von den 17 Weibchen, die alle genau 24 Stunden nach dem Schliipfen seziert

34*

532 Marguerite Vogt: Zur Ursache der untersehiedlichen gonadotropen Wirkung

Tabelle 4. E n t w i e k l u n g s g r a d der W i r t s o v a r i e n u n d des i m p l a n t i e r t e n Ovars 24 S t u n d e n nach dem Schl i ipfen der I m a g i n e s .

S p e n d e r t a r v e n bei tier T r a n s p l a n t a t i o n d8 ~tundeu i~lter als W i r t s l a r v e n .

Transplantationsalter des

Spenders I Wir~es in Stunden in Stunden

86--88 38~40

Nr. des Weibchens i

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 I6 17

DotterhShe der jeweils grSl~ten Eikammer in 10/~-Einheiten

1. Ovar

11 11 l l 12 14 14 14 14 14 t4 14 14 15 15 16 16 16

2. Ovar

l l 11 15 14 16 16 16 16 16 15 16 16 15 22 19 27 30

3. Ovar

14 49 z 15 14 16 16 16 22 27 38 43 43 16 46 19 38 32

wurden, enthiel t nu r Weibchen Nr. 2 (Tabelle 4) reife Eier in einem Eierstock. Das Fehlen rcifer Eier aber in allen anderen F~llen mach t

den ver langsamenden Einflul3 des Wirtes auf die Entwicklung des implan t ie r ten Eierstocks noch eindrucksvollcr als in der ersten Vcrsuchsserie. Die t ransplant ier - t en Ovarien, die im Augenblick der Transp lan ta t ion 48 Stunden /~lteren Spenderlarven e n t nomme n wurden, h/~tten bei unabhdngiger Entwick lung in den 24 S tunden al ten Wirtsfl iegen den Entwick- lungsgrad 48 S tunden Mterer, d . h . 72 S tundcn alter Fliegen erreichen mfissen. Auch in Weib-

Abb, 2. Wirtsovarien einer 24 Stunden alien chen Nr. 2, in dem keine Synchro- me/.*Fliege und iraplantier~es Ovar uus eincr bei der Transplantation nm d8 S~undendilteren nisierung erreichtwurde, entsprach

verpuppungsreifen mel.-Spenderlorve, der reife Eier enthal tcnde Eier- J vermutlich implantiertes Ovar. 20 : 1. s tockin seinem Aussehen etwa den]

Eierstock eines 30 S tunden a l ten Weibchens. Es ist also auch in diesem Weibchen der entwicklungsverlangsamende Einflul~ des Wirtes deutlich.

z Dieses Ovar enthielt 3 zweifiidige Eier.

dcr Ringdriisc von Drosophila funebris und ])rosophila melanogaster. 533

Es sei nur kurz erws da$ in 2 transplantierten Ovarien dieser Versuchsserie die Eikammern insofern yon der Norm abwichen, als sie etwas breiter und kiirzer waren. Auf diesen Befund werde ich bei der Bespreehung der interspezifisehen Transplantationen noeh einmal zu- riickkommen.

Zusammenfassend hat also die Versuehsserie 2 ergeben, daft intra- 8pezi]isch transplantierte Ovarien verpuppungsrei]er mel.-Larven sich auch bei Injektion in 48 Stunden fiingere Wirtslarven entwickeln. Ferner konnte eine weitgehende Synehronisierung der Entwicklung der implantierten Eierst6cke mit den Wirtseierst6cken /estgestellt werden.

2. Implantation yon Ovarien jiingerer Larven in diltere

W irtslarven. In meiner vorl/s Mittei-

lung (1. c.) erw/~hnte ich, da$ Ovartransptantationen innerhalb melanogaster, bei denen ein Alters- ~mterschied yon 24 Stunden zwischen Wirts- und Spenderlarve bestand, immer eine normale Eier-

Xbb. 3. Wirtsovarien einer 24 Stunden alten stocksentwick]ung ergaben. Die mel.-Fliege und implantiertes Ovar (C) aus Giiltigkeit dieser Aussage mug einer bei der Transplantation um 24 Stunden

]i~ngeren (64--66 Stnnden alten) fiir den Tall yon OvarSransplan- mel.-Spenderlarve. 20:1. tationen jiingerer Larven in/~ltere Wirtslarven etwas eingeschr/~nkt werden. Bei der Wiederholung der Transplantation yon Ovarien 62--64 Stunden alter Larven in 24 Stunden gltere Larven kam es in 3 yon 18 F/illen zu keiner normalen Eierstoeks- entwicklung. In diesen 3 F/~llen bfldete der implantierte Eierstoek eine durchsichtige, pulsierende Cyste, die keine Eikammern enthielt (Abb. 3, C). Dieser Befund liel~ vermuten, daft ein Altersunterschied yon 24 Stunden zwischen Spender- und Wirtslarven (Spenderlarven ~i~nger als Wirtslarven) nahe der Grenze liegt, ~ber die hinaus keine normale Eierstocksentwieklung mehr m6glich ist. Die Richtigkeit dieser Annahme konnte durch Trans- plantationen gepriift werden, in denen ein noeh gr613erer Altersunter- schied zwischen Wirt und Spender zur Anwendung kam. Zu diesem Zwecke wurde das eine Ovar einer 38--40 Stunden alten Larve in eine 24 Sttmden ~Itere, das andere Ovar in eine 48 Stunden ~ltere Larve in]iziert. Tabelle 5 bringt die Ergebnisse yon i8 Fi~llen, in denen die Operation in beiden Wirten erfolgreich war. In keinem Fall, in dem die Ovarien in 48 Stmlden s Wirtslarven injiziert worden waren, kam es zur Bfldung eines normalen Eierstocks, sondern die Imp]antate

534 MargueriteVogt: Zur Ursache der unterschiedlichen gonadotropen Wirkung

Tabelle 5. Vergleich der E n t w i e k i u n g , d e r Ovar i en derse lben Spender- l a rven bei I n j e k t i o n d e s e inen]Ovars in 24Stunden, des a n d e r e n O v a r s

in 48 Stunden gltere Wir t s l a rven .

Transp]antationsalter des ~Entwicklung der Implantate

Eierstock n normal mit kugeligen Cysten-

Eikammern bildung Spenders Wirtes

in Stunden in Stunden

38-40 86--88 62--64 14 3

18 1

18 18

ba t t en in allen F/~llen die Form yon Cysten (Abb. 4a br ingt ein solches Beispiel). Die Ovarien, die in 2 4 S tunden ~ltere Wir ts la rven injiziert worden waren, zeigten dagegen nur in einem Fal l eine Cystenbildung. I n 14 F~llen war die Eierstocksentwieklung normal und verlief anni~hernd synchron mit der Entwicklung der WirtseierstScke (s. Tabelle 6 und

Tabelle 6. E n t w i c k l u n g s g r a d der W i r t s o v a r i e n und des i m p l a n t i e r t e n Ovars 24 S t u n d e n nach dem Schlfipfen der Imagines .

S p e n d e r l a r v e n bei der T r a n s p l a n t a t i o n 24 ~tunden ]i~nger als W i r t s l a r v e n .

Transplantationsalter des

Spenders Wirtes in Stunden in Stunden

38--40 62--64

~ro des VCeibehens

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14

DotterhShe der jeweils gr5i3ten Eikammer in 10/~-Einheiten

1. ovar 2. Ovar

l l 11 11 16 14 14 14 14 14 14

�9 1 4 3 5 14 38 14 40 14 43 16 16 16 16 16 40 30 49 38 43

3. ovar

14 46 14 19 19 46 43 46 49 40 43 40 49 49

Abb. 4b!). 3 weitere F~lte waren yon besonderem Interesse, da sie als Bindeglied zwischen den beiden Ext remen, der Cystenbi ldung und der normalen Eierstocksentwicklung, aufgefaflt werden kSnnen. I n diesen F~llen ha t t en die Imp lan ta t e ann~hernd die Form normaler EierstOeke, n u t enthiel ten sie fast kugelige Eikammern , in denen es aueh zur Dotter- bfldung gekommen war, die aber h in ter der DotterhShe der E i ka mme r n der Wir tsovar ien zuriickstand.

Die Versuchsergebnisse zeigen also, daft Ovartransplantationen innerhalb melanogaster, bei denen die Spenderlarven im Augenblick der Trans- plantation 48 Stunden jiinger als die Wirtslarven sind, nicht mehr mit einer normalen Eierstoclcsentwicklung beantwortet werden ; Bind die STender-

der Ringdriise yon Drosol)hih~ funebris lind Drosophila m(da,logaster. 5[{5

larven nur 24 Stunden ~iinger als die Wirtslarven, so kommt es dagegen meistens zu einer normalen Eierstocksentwicklung, die der Entwicklung der Wirtsovarien anndhernd angeglichen ist.

Die Tatsache der weitgehenden Angleichung der Entwicklung implantierter EierstScke andersalteriger Spenderlarven mit der Entwick- lung der Wirtsovarien in der eben besehriebenen Weise ist meines Wissens bei Drosophila noch nicht beobachtet worden. Es l~Bt sich daher fiber die Natur der synchronisierenden Faktoren noch nichts aussageu. Es

Abb. 4a u n d 4b. Ova r i en derselben bei tier T r a n s p l a n t a t i o n 38- -40 S tunden a l ten mel.- Spender l a rve . a I n e inem 48 S tunden glteren mel . -~ ' i r ts t ler en twicke l t : C)-s tenbi ldung C b I n e i n e m 24 S tunden dlteren mel.- 'Wirtstier en twicke l t : no rma le E ie r s tocksen twick lung ,

synch ron irtit den XVirtsovarien. 20:1 .

erseheint in diesem Zusammenhang nur erw~hnenswert, dab BYTINSKI- S~LZ (1933) bei Ovartransplantationen in Lepidopteren eine mit dem Wirt 8ynchrone Ausdifferenzierung beschreibt. In FKllen, in denen die Wirtspuppe ohne zu iiberwintern als Falter sehliipfte, enthielt das implantierte Ovar reffe Eier; iiberwinterte die Wirtspuppe dagegen, so bheb das Ovar auf dem Puppenstadium und bildete erst beim Schliipfen des Falters reife Eier. Vielleicht dfirften die urs~chlichen Faktoren ftir die Synchronisierung der Eierstocksentwicklung bei den Lepidopt2xen ~hnliche wie bei den Dipteren sein.

Schlufl/olgerungen aus den intraspezi/ischen Implantationen.

Fragen wir uns jetzt, wieweit uns die Ergebnisse der intraspezifischen Ovarimplantationen einer Erkli~rung ffir das Verhalteu in /un.-Wirte transplantierter mel.-Ovarien n~her bringen, so erscheinen uns infolge der langsameren Entwicklung yon /unebris gegeniiber melanogaster vor ahem die Transplantationen yon Ovarien dlterer Spenderlarven in ~i~ngere Wirtslarven yon Bedeutung. Werden mel.-Ovarien verpuppungsreifer

536 Marguerite Yogi: Zur Ursache der unterschiedlichen gonadotropen Wirkung

Larven in ebenfalls verpuppungsreife/un.-Larven injiziert, so schliipfen die /un.-Fliegen durchschnittlich 30 Stunden sparer als die mel.-Fliegen. Versuchsreihe 2 hat uns aber gezeigt, dab selbst eine Entwicklungs- verzSgerung yon 48 Stunden innerhalb derselben Art mit einer normalen Eierstocksentwicklung beantwortet wird. Ws die Hemmung der Ovarentwicklung yon melanogaster in/un.-Wirten dutch eine langsamere Reifung der/un.-Ringdrfise bedingt, so miil~te der Unterschied im En~- wickhmgsgrad der Ringdrfisen beider Arten einen Unterschied yon mehr als 48 Sttmden, bezogen auf mel.-Entwick[ung, betragen. Dieses scheint mir sehr lmwahrscheinlich, obgleich nicht vSllig ausgeschlossen werden kann, dab die zeitliche Korrelation zwischen verschiedenen ontogeneti- schen Prozessen in beiden Arten keine identische ist.

Bei dieser nicht vollst~ndigen Kli~rung der Bedeutung des Ent- wicklungsunterschiedes beider Arten ffir die unterschiedliche Wirkung ihrer Ringdrfisen wurde daher versucht, dieser Frage yon der Seite interspezifischer Transplantationen n~her zu kommen.

II. Interspezifisehe 0vartransplantationen yon D. mel~nogaster in D. funebris.

1. Transplantation von Ovarien verpuppungsrei/er mel:-Larven in verpuppungsrei/e /un.-Larven.

Zuerst seien an Hand yon Tabelle 7 jene ersten Versuche besprochen, die den Beweis ffir die Bedeutung der Gegenwart der arteigenen l~ingdriise bei interspezifischen Transplantationen zwischen D. melanogaster und ]unebris erbrachten, d~ sie in meiner vorls Mitteilung ohne ausfiihrliche Belege gebracht wurden.

Tabelle 7. Entwicklungsgrad t ransplant ie r te r mel.-Ovarien in /un.- bei Transplanta t ion 86~88 Stunden alt (verpuppungsreif),

N r .

der Versuchs-

reihe

Zusammen mit dem mel.-Ovar injizierte Organe reifer Larven

Kontrollen 1--2 /un.- Gehirnringdriisen-

komplexe mel.-Auge

mel.-Gehirn mel.- Gehirnringdriisenkomplex

3--4 mel.-Ringdrfisen

keine isolierbaren_ Eikammern

. J m m

Entwieklungsgrad

1-6 ~

46 1 10

19 9 37 2 19 3 19 7

DotterhShe

Alle Transplantationen dieser Versuchsserie wurden durchgeftihrt, als sowohl die mel.-Spenderlarven als auch die /un.-Wirtslarven verpuppungsrei] waren. In Spalte 2 yon Tabclle 7 sind die vcrschiedenen Org~nc gleichalter Larvcn angefiihr~, die je zusammen mit einem mel.-Ovar in die /un.-Larven implantiert wurden. Dabei wurden die Implantationen immer so gehandhabt, dab das erste Ovar der-

der l~ingdriise yon Drosophila funebris und Drosophila melanogaster. 5 37

selben Spenderlarve allein oder m i t einem anderen Organ als das zweite Ovar trans- plantiert wurde. Auf diese Weise ist ein direkter Vergleich der Versuchsreihen 1--6 erlaubt. Die ]un..Fliegen wurden 48 Stunden nach dem Schlfipfen der Imagines seziert, da sich ergeben hatte, dab die mel.-Ovarien bei alleiniger Implantation auch in 7 Tage alten/un.-Fliegen genau so unterentwickelt blieben. Als MaB ffir den Entwicklungsgrad der transplantierten Ovarien wurde wie bei den intraspezifischen Transplantationen die Dotterh6he der jeweils gr6Bten Eikammer benutzt. Da die reifen /un.-Eier vierfi~dig und die reifen meL-Eier zweifiidig sind, 1leBen sich auch in den F/~llen, in denen die mel.-Ovarien ausreiften, Spender- und Wirts- ovarien sicher unterscheiden.

Versuchsreihe 1 der Tabelle 7 zeigt den Entwicklungsgrad, den mel.- Ovarien bei aUeiniger In jekt idn in ]un.-Wirte erreichen. Er l~Bt sich etwa mit dem Entwieklungsgrad der Ovarien 3 - -12 Stunden alter reel.- Imagines vergleiehen. I m Gegensatz zu den E ikammern normaler mel.- EierstScke ~allen die dotterhaltigen Eikammern interspezifisch trans- plant ier ter mel.-Ovarien durch ihre Schmalheit auf. I n vielen Fs erreieht der Ls das Dreifache des Breitendurehmessers. Die ji ingsten noch dot terffeien E ikammern weisen dagegen immer ein durchaus normales Aussehen auf. I n den oben besehriebenen intraspezifisehen Transplanta t ionen ka m es in manchen Fi~llen bei einem sehr grol~en Altersuntersehied zwisehen Spender- und Wirtslarve zu abnorm breiten Eikammern . Dieser Unterschied in der l~eaktionsweise der mel.- Eikammern weist vielleicht auch schon auf eine verschiedene _~tiologie fiir die abnorme Eikammerentwicklung in beiden F~llen hin.

Versuchsreihe 5 bringt die Entwicklung der mel.-Ovarien, die gleiehzeitig mit einem mel.-Gehirnringdri~senlcomplex implantier t wurden 1. In 14 yon 41 Fi~llen kam es zur Bildung reifer zweif~diger Eier ; in 4 weiteren F~llen liel~ sich ebenfalls eine fSrdernde Wirkung des mitinjizierten

Wi r t en , 48 S t u n d e n n a c h d e m S c h l f i p f e n d e r I m a g i n e s . S p e n d e r l a r v e n W i r t s l a r v e n 158--161 S t u n d e n al t (verpuppungsreif ) .

der implantierten meL-Ovarien

dor jeweils :rOitten Eikammer in 10/J-Einheiten n reifes Ei

, 13--18 19--24 7 ~ 37- -42 43--48 I

- - 75 18

35 4 47 8 1 14 41

2 6 35

mel.-Gehirnringdriisenkomplexes erkennen, da die Dot terhbhe 1/3 bis 2/3 der normalen EihShe erreiehte (s. fe t tgedruckte Zah]en), eine HShe,

1 Bei allen Gehirn- und Gehirnringdrtiseninjektionen wurde immer nur das Oberschlundganglion injiziert.

538 Marguerite Vogt- Zur Ursache der untersehiedlichen gonadotropen Wirkung

die deutlich auBerhalb der normalen Variationsbreite der DotterhShe in aUein injizierten mel.-Ovarien liegt.

DaB die f6rdernde Wirkung des mel.-Gehirnringdri~enkomplexes auf der Anwesenheit der Ringdri~se beruht, ergibt der Vergleich der Ver- suchsreihen 3, 4 und 6. Wurden mel.-Augen oder mel.-Gehirne mit dem �9 mel.-Ovar in ]un.-Larven injiziert, so kam es in keinem Fall zur Bildung reifer Eier; eine geringe f6rdernde Wirkung der implantierten Gehirne konnte allerdings in 4 F~llen beobachtet werden (in 2 F~.llen waren je

2 Gehirne injiziert worden). Ihre Deutung m6chte ieh bis zur Be- sprechung der letzten Transplan- tationsexperimente aufschieben. Ganz anders fielen dagegen die Ergebnisse der Versuchsreihe aus, in denen das me/.-Ovar mit 3- -4 Ringdri~en ohne Gehirn implantiert worden war. ~eben 3 F~llen, in denen nur eine geringe f6rdernde Wirkung festzustellen war, ent- hietten in 6 yon weiteren 32 F~tllen die me/.-Ovarien reife Eier. 2 yon diesen Ovarien erreichten eine

.~bb.5.0varien(/)eines2TagealtenD.lunebris- GrS~e, wie sie auch bei Injektion ~Veibchens und implantiertes Over (m) yon D. eines mel.-Gehirnringdri~senlcom- melanogaster bei gleichzeitiger Implantation yon 3 Ringdrfisen weiblicher mel.-Larven. 20 : 1. plexe8 nie beobaehtet wurde. Ab-

bfldung 5 zeigt eines dieser beiden Ovarien. Links in der Abbildung sieht man 2 miteinander verschmolzene Ovarien, von denen das untere, das gleichzeitig mit dem Efleiter verbunden ist, das implantierte mel.-Ovar (nt), das obere eines der Wirtsov~rien (/) ist. In diesem Fallenthielt das me/.-Ovar 8 zweif~dige Eier normaler GrSl]e.

Es ist hiermit die Bedeutung der Ringdri~se ]i2r die Eirei]ung in den implantierten mel.-Ovarien erwiesen 1.

Der geringe Prozentsatz de r positiven F~lle bei alleiniger Ringdrfisen- injektion im Verh~ltnis zu den Injektionen yon Gehirnringdrfisenkom- plexen diirfte auf der viel leichteren Verletzbarkeit isoliert injizierter Ringdrfisen beruhen.

1 Erst w~hrend der Drucklegung dieser Arbeit erhielt ich die in diesem Zusammen- h~ng besonders interessante Arbeit yon E. TttOMSEN (Relation between Corpus allatum and Ovaries in Adult Flies. Nature, Ldn. 145, 1940). Nach THOMSEN ist die Ringdriise yon Musca, Lucilia und Calliphora in reifen weiblichen Imagines bedeutend grSl~er als in ffisch geschliipften weiblichen Imagines. Ferner bleiben bei Exstirpation der Ringdrfise von frisch geschlfipften Lucilia- oder Calliphora-Ima- gines die EierstScke in einem hohen Prozentsatz unentwiekelt. Es scheint also die Ringdriise bei den Musciden im Imaginalleben (zumindest in der ersten) Zeit ein Hormon zu produzieren, das ffir die Eireifung notwendig ist.

d c r l~ ing(h ' i i se vou ] ) roso l~hi la f u n c b r i s u m l 1) rosol )h i la mc lanogas t , c r . 5 3 , ()

in Versuchsreihe 2 sind ferner noch Experimente angeffihrt, in denen zusammen mit dem mel.-Ovar 1--2 zus/~tzliche ]un.-Gehirndriisenkomplexe injiziert wurden. Hier erfolgte keine F6rderung des mel.-Ovars.

Es sei kurz an dieser Stelle auf das allgemeine Aussehen der reel.. Ovarien eingegangen, in denen es in ]un.-Wirten zur Bildung reifer Eier kam. W~hrend die reifen Eier, die durehsehnittlieh in Ein- bis Dreizahl auftraten, normal aussahen (nut in 2 F~llen land sieh au6erdem die leere Hiille eines zweif/~digen Eies), konnten in den Eikammern mittlerer Gr6Be die verschiedensten Stufen der Degeneration beobachtet werden. In den fortgesehrittensten Stadien waren die N~hrzellen in der oberen H/~lfte der Eikammer unter dem Binokular nieht mehr zu erkennen (vgl. dagegen die gute Erkennbarkeit tier N/~hrzellen in den 3 linken Eikammern der Ab- bildung I b), sondern die Eikammer war in ihrer ganzen L/s von einer kSrnigen weigen Masse erfiillt. Die leiseste Beriihrung brachte die Ei- kammern zum v6lligen Zerfall. In Abb. 6 ist ein Eierstoek abgebildet, ~bb. 6. ~ o d e n (H) eines 2 Tage a l ten D.funebris-

~/~nnchens u n d imp lan t i e r t e s Ovar einer reel.- i n dem sich neben 7 normalen Larve bei g le ichzei t iger I m p l a n t a t i o n yon ~, reifen Eiern in der oberen H/s Ringdrtisen m~nnlicher me/.-Larven. In ItShe

des Pfei ls degener ier te E i k a m m e r n . des Eierstocks viele degenerierte sv. Spermapnmpe. 20:1. Eikammern mittlerer HShe befanden (s. ~'). W/~hrend sonst der obere Pol eines Eierstockes durehsichtig erscheint durch den Gehalt an jiingsten noeh dotterfreien Eikammern, wirkte er bier durch die wei6e Masse der degenerierten Eikammern teilweise weiI~ (auf der Photographic schwarz). Es sei ausdriicklich betont, dab auch dieser Eierstock noch zahlreiehe ]iingste Eikammern enthielt, die ein v611ig normales Aussehen aufwiesen. Dieser Befund wird, wie wir sehen werden, ffir unsere SchluBfolgerungen yon besonderer Wichtigkei~ sein. Es waren in diesem Fall 4 m/innliche t~ingdriisen injiziert worden.

Es scheint also die arteigene Ringdriise au/ hormonalem Wege die Ent- wicklung der mel.-Ovarien bib zu einem bestimmten Zeitpunkt zu ]6rdern und danach in ihrer Wirkung nachzulassen. Dieser Befund 1/~Bt sich am besten durch die Annahme der allm~hlichen Degeneration der implantierten mel.-Ringdrfise erkl/s

Die noch nicht abgeschlossene histologische Untersuchung der implantierten mel.-Gehirnringdrfiseukomplexe ergab regelm~$ig eine starke Schrumpfung der Kerne der Ringdriisenzellen im Vergleich zur KerngrOfle der larvalen Ringdriise. Bisher wurde erst ein Fall einer imaginalen mel.-t~ingdriise untersucht und auch


hier waren die Drfisenkerne gr613er als in den Implantaten. Dieselbe Kernschrump- lung wurde oft in den Ringdriisen in/un.-Wirte implantierter/un.-Gehb'nring- driisenkomplexe gefunden. Es laBt sich nicht entscheiden, ob diese Degeneration der Ringdriise auf eine Sch~digung durch die Implantation oder auf eine ttemmung durch hormonelle Wechselwirkungen innerhalb des Wirtes zurfickzufiihren ist.

Es sei endlich als interessanter Nebenbefund vermerkt, da~ die implantierten mel.-Gehirne sich schon bei der Sektion unter dem Binokular dureh ihre weiBe Farbe und ihre Flachheit yon den in ]un.-Wirte implantierten/un.-Gehirnen unter- schieden. Bei der histologischen Untersuchung ergab sich ausnahmslos in den mel.-Gehirnimplantaten eine stgrkste Vakuolisierung des Neuropilems, w~hrend diese in den /un.-Gehirnimplantaten nur sehr selten und in ganz geringem Umfange beobaehtet wurde.

2. Interspezifische Transplantation yon mel.-Ovarien ]unger Larven in verpuppungsrei/e ]un.-Larven.

Tr i t t die gonadot rope W i r k u n g der /un.-Ringdrfise im Verhi~ltnis zur mel.-Ringdrfise ers t sparer auf, so konn te es m6glich sein, dal3 mel . -Ovarien ]i~ngerer L a r v e n bei I m p l a n t a t i o n in dltere ]un.-Larven sich besser entwickel ten . Es wurden daher mel..Ovarien 62- -64 S tunden a l te r La rven (etwa 28 S tunden vor der Pupa r iumbi ldung) in r e i f e / un . - La rven (etwa 6 S tunden vor der Pupa r iumbi ldung ) implan t i e r t . I )as Ergebnis war v511ig entgegengesetz t (siehe Tabel le 8, Versuchsreihe 1).

Tabelle 8. E n t w i c k l u n g s g r a d t r a n s p l a n t i e r t e r mel.-Ovarien in /un.- bei T r a n s p l a n t a t i o n 62--64 S t u n d e n a l t , W i r t s l a r v e n

]~ntwicklungsgrad der

Versuchs- reihe

1

2

3

4

Zusammen ]nit dem mel.-Ovar injizierte Larvenorgane

mel.-Auge von 62--64 Stunden alten Spenderlarven

meL-Auge yon 86--88 Stunden alten Spenderlarven

mel.-Gehirnringdriisenkomplex yon 62--64 Stunden alten

Spenderlarven mel.-Gehirnringdriisenkomplex

von 86--88 Stunden alten Spenderlarven

keine isolierbaren Eikammern

24 2

7

4

0

32 11

8

2

Dotterh6he

1--6 7- t2

2

9

14

15

Die I m p l a n t a t e s t anden in bezug auf ihre Gr6•e h in te r den im- p l an t i e r t en mel..Ovarien verpuppungsrei/er L a r v e n deut l ich zurfick; in vielen Fa l l en war sogar das Auff inden de r I m p l a n t a t e dadurch sehr erschwert . Yerner wiesen in keinem Fall die Eikammern der Implantate Dotter au]. I n den k le ins ten Ovar ien lieBen sieh die E i k a m m e r n n icht mehr isolieren.

Es ergibt 8ich also, daft belm Versuch, den Entwicklungsunterschied zwischen /unebris und melanogaster dutch Implantation yon Ovarien

der Ringdrfise yon Drosophila funebris und Drosophila melanogaster. 54]

]i~ngerer mel.-Larven in ~iltere ]un.-Larven mehr auszugleichen, die mel.- Ovarien sich noch schlechter entwickeln. Auf die Ursache dieses Befundes soll erst nach Besprechung weiterer Versuche eingegangen werden.

Es sei nur befl~ufig bemerkt, dab die mel.-Ovarien 62---64 Stunden alter Larven, wenn sie in ]i~ngere /un.-Larven implantiert wurden, die sich etwa 30 und 54 Stunden vor der Pupariumbildung befanden, ein gleiches Aussehen batten. Die schlechtere Entwicklung der in ~iltere /un.-Wirte implantierten me/.-Ovarien ]unger Larven ist also nicht durch die Injektion in einen zu alten ]un.-Wh't zu erkl~ren.

In weiteren Versuchen wurde gepriift, ob die Zufuhr yon mel.-Ring- driisenhormon auch auf die Eie~stocksentwicklung dieser ]ungen mel.- Larven in ]un.-Wirten fSrdernd wirke. Es wurde daher gleiehzeitig mit den mel.-Ovarien ]unger Larven ein Gehirndriksenlcomplex gleieh- alteriger oder 24 Stunden ~lterer me/.-L~rven in verpuppungsreife ]un.- Larven injiziert (Tabelle 8, Versuehsreihe 4 und 5). In durchschnittlich 80% der F~lle hat ten die implantierten mel..Ovarien in ihren Eikammern Dotter ausgebildet, wi~hrend soleher in den allein implantierten mel.- Ovarien hie beobaehtet wurde. Zur Bildung eines reifen Eies kam es d~gegen nur in einem Ovar; in 2 weiteren Owrien befand sich ein fast

Wirten, 48 S t u n d e n n a c h d e m S c h l i i p f e n d e r I m a g i n e s . Spender larven 158--161 Stunden al t (verpuppungsreif).

der i m p l a n t i e r t e n mel . -Ovarien P r o z e n t

der jeweils g r S ~ t e n E i k a m m e r i n 10 # , E i n h e i t e n de r F~lle m i t n ~ 19-~-~- 25-~- ~ D0tterbildun 0,0 56

13,3 15

40,0 25

2 1 76,0 25

2 1 1 1 88,9 27

reifes Ei. Abb. 7b (0) zeigt eins dieser 20var ien . Abb. 7~ (0) zeigt gleichzeitig das Kontrollovar derselben Spenderlarve, das allein in e inen/un.- Wirt injiziert wurde.

Es wir]ct also der mel.-Gehirnrinydri~senkomplex eben/alls ]6rdernd au/ die Entwicklung implantierter mel.-Ovarien ]unger Larven. Dabei wird aber eine v61lige Eirei/ung in einem weir geringeren Prozentsatz er. reicht. Auf die Ursache dieses hi~ufigen Unterbleibens der Eireifung wird sparer eingegangen werden.

542 Marguerite Vogt: Zur Ursache der unterschiedliehen gonadotropen Wirkung

Es I~llt im Gegensatz zu den Versuchen, in denen me/.-Ovarien verpulopungsrei/er Larven implantiert wurden, bei dieser Versuehsserie der hohe Prozentsatz einer F6rderung der implantierten mel.-Ovarien durch die Mitimplantation eines Gehirnringdriisenkomplexes auf. Dieser Unterschied ist folgendermal~en zu erkls Bei der Injektion verpuppungsreifer me/.-Ovarien mugte als Kriterium fiir die f6rdernde Wirkung durch den mitimplantierten Gehirnringdriisenkomplex die Entstehung relier Eier benutzt werden, weft es aueh bei alleiniger Injektion der mel.-Ovarien zu einer gewissen Dotterbildung kam. Bei alleiniger

Abb. 7a u n d 7b. Ovar i en (O) derselben bei der T r a n s p l a n t a t i o n 6~--66 S t u n d e n a l ten me/ . -Spender la rve , a AlIein in e inem m~nnl ichen ]un.-Wirt. b Zusammen mit einem

mel.-Gehirndri~senkomplex (G) in e inem weibl ichon ]un.-Wirt en twicke l t . 20 :1 .

Implantation yon mel.-Ovarien ]unger Larven kam es dagegen niemals zu ciner Dotterbildung. Ich konnte daher als Kriterium einer FSrderung durch den Gehirnringdriisenkomplex das erste A uJtreten von Dotter benutzen und erhielt so einen viel ]eineren Indikator [iir den Nachweis einer FSrde. rung der Eierstocksentwicklung. Die Empfindlichkeit dieses Indikators bedingt auch den Ausfall der Versuche, in denen mel.-Augen zusammen mi~ mel.-Ovarien ]unger Larven in ]un.-Larven injiziert wurden (Tabelle 8, Versuehsreihe 2 und 3). Hier kam es bei Implantation junger Augen in 13% und alter Augen in 40% zu den ersten Anf~ngen der Dotter- bfldung. Die ]_njektion yon Augen zusammen mit mel.-Ovarien verpuppungsrei[er Larven braehte (s. Tabe]le 7, Versuehsreihe 3 !) dagegen keine statistisch gesicherte F6rderung.

Dabei mSehte ieh annehmen, dag die geringe Wirkung mitimplan- tierter mel.-Augen ebenso wie die in den friiheren Experimenten be- sehriebene geringe Wirkung mitinjizierter mel.-Gehirne (s. o.) nur auf :~litiibertragung gespeieherten Ringdrtisenhormons und nicht auf eigener Produktion dutch diese Organe zuriickzufiihren ist. Dieses ist um so

der Ringdriisc von Drosophila funel)ris uud Drosophila mclanogaster. 543

wahrscheinlicher, wenn man die unmittelbare Nachbarschaft dcr Ring- drfise zu diesen Organen im Larvenstadium in Betracht zieht.

Schlufl/olgerungen aus den interspezi/ischen Transplantationen. Werden mel.-Ovarien verpuppungsrei/er Larven in /un.-Larven in-

jiziert, so kommt es h/s in den mel.-Ovarien zu den ersten Anf/ingen der Dotterbildung. Werden dagegen die mel.-Ovarien junger Larven in /un.-Larven implantiert, so bleiben die Implantate sehr klein und bflden nie dotterhaltige Eikammern. Zur Erkl/irung dieses Befundes miissen folgende Tatsachen herangezogen werden. ])as Verhalten der implantierten mel.-Ovarien junger Larven war sofort ein anderes, wenn gleichzeitig ein mel.-Gehirnringdriisenkomplex implantiert wurde. So zeigten fast 90% der meL-Ovarien der Versuchsreihe 5 (Tabelle 8) einen geringenDottergehaltihrer Eikammern. I)iemel.-Ovarienjunger Spender- larven erreichen also dutch die Zu/uhr yon mel.-Ringdri~senhormon den Entwicldungszustand implantierter mel.-Ovarien verpuppungsrei/er Spen- derlarven. (In einigen F~llen ging ihre Entwicklung sogar noch weiter.) Es mfissen also die mel.-Ovarien verpuppungsrei/er Larven auf dem Stadium der Transplantation schon etwas (oder mehr) Ringdrfisen- hormon enthalten! Die gonadotrope Wirkung der Ringdriise beginnt also schon mindestens einige Stunden vor der Pupariumbildung. I-Iiermit ergibt sich auch gleichzeitig eine Erkl/irung ffir das seltene Auftreten reifer Eier in den mel.-Ovarien ~unger Larven trotz Lnjektion eines mel.- Gehirnringdriisenkomplexes. Da die mel.-Ovarien verpuppungsrei/er Lar- yen im Gegensatz zu den Ovarien ~unger Larven schon etwas (oder mehr) Ringdrfisenhormon enthalten, reicht die Wirkung des' implantierten aber nach einiger Zeit degenerierenden Gehirnringdrfisenkomplexes in diesem Falle 5fter zur Eireifung aus.

Es sei an dieser Stelle erw/~hnt, daft K ~ I s (1931) bei Aufstellung der Wachstumskurve der weibliehen und m/innlichen Gonaden yon mel.-Larven beobachtete, daft die Waehstumsgeschwindigkeit der weiblichen Gonaden im ~etzten Drittel des Larvenstadiums im Gegensatz zum Verlauf normaler Wachstumskurven zunimmt. KE~KIs /iuftert die Ver- mutung, daft der larvale Eierstock am Ende des Larvenstadiums unter ,,einigen Einfli~ssen steht, die das Bild der normalen Wachstumskurve entstelten" (fibersetzt). Es ist denkbar, daft das starke Wachstum der weiblichen Gonaden im letzten I)rittel des Larvenstadiums unter dem Einflu6 der Ringdriise erfolgt.

Bespreehung der Ergebnisse. Nachdem in dieser Arbeit der Nachweis erbracht wurde, daft eine

Eirei/ung der transplantierten mel.-Ovarien in/un.-Wirten nut in Gegen- wart der arteigenen Ringdri~se er/olgt, sollte die Hauptaufgabe die Ent- scheidung sein, welcher N atur der Unterschied in der Wirkung der Ring- drfisen yon melanogaster und ]unebris ist.


Es sollen naeheinander folgende 3 MSglichkeiten diskutiert werden: 1. Es wird im ]un.-Wirt zu viel oder zu wenig gonadotropes Ring-

drtisenhormon produziert. 2. Die Produ_ktion des Ringdriisenhormons setzt im ]un.-Wirt zu spdit ein. 3. Das gonadotrope Hormon der /un.-Ringdriise unterscheidet sich

gualitativ ~on dem mel.-ttormon. 1. Zu einem guantitativen Unterschied in der Ringdriisenhormon-

menge zwischen ]unebris und melanogaster 1/~13t sich folgendes sagen. Sollte der ]un.-Wirt zu viel Hormon enthalten, so ws schwer zu ver- stehen, wieso bei noch st/~rker,r Vermehrung der Hormonmenge durch die Implantation yon mel.-Ringdriisen die Entwicklung der implantierten mel.-EierstScke gefSrdel~ wiirde. Die andere MSglichkeit, dal~ der ]un.-Wirt zu wenig Hormon enth~lt, ]/~l~t sich nur indirekt aus- sehlieBen. Die Wirkungslosigkeit der Injektion yon 1--2 zus/itzlichen ]un.-Gehirnringdrfisenkomplexen ist nieht beweisend, da diese Ver- mehrung noch lange nicht die Hormonmenge einer met.-Ringdriise zu erreiehen brauchte. Ein anderer Befund erscheint mir dagegen bewei- sender. Enthielten mel.-Wirte mehr Ringdriisenhormon als ]un..Wirte, so kSnnte man erwarten, dab sich ]un.-Ovarien bei Implantation in mel.-Wirte normal entwickeln. Dieses ist aber nieht der Fall. (Die Ver- suche sollen in einer sp/~teren Arbeit verSffentlicht werden.) Diese Tat- sachen diirften also einen quantitativen Unterschied in der Hormon- produktion der ]un.- und me/.-Ringdr/ise sehr unwahrscheinlich maehen.

2. Beziiglieh eines zeitlichen Untersehiedes im Beginn der gona~do- tropen Wirkung der Ringdriisen beider Arten kann folgendes bemerkt werden. An Hand yon intraspezifischen Transplantationen konnte gezeigt werden, dab ein Altersunterschied yon 48 Stunden zwischen Wirt und Spender (Spender dilter als Wirt) noch mit einer normalen Eier- stocksentwieklung beantwortet wird. Der Unterschied in der Entwick- lungsdauer zwisehen ]unebris und melanogaster betrug aber yon dem Zeitpunkt der Operation ab gerechnet nur etwa 30 Stunden. Diese Reehnungsweise ist zwar, wie ieh schon oben ausfiihrte, nicht vSllig beweisend, da die Ausbildung der gonadotropen Wirkung der ]un.- Ringdriise im Vergleich zu anderen Entwieklungsprozessen im ]un.-Wirt stark verzSgert sein kann. Ferner blieb der Versuch, in interspezifischen Transplantationen die 1/~ngere Entwicklungsdauer yon ]unebris dureh Injektion ]iingerer mel..Larven in iiltere ]un.-Larven auszugleichen, ohne Erfolg. Es entwickelten sich sogar die mel.-Ovarien in diesem Falle sehleehter 1. W/~hrend die bisher erw/ihnten Befunde einen Entwicklung-

1 Es konnte dabei gleichzeitig wahrseheinlich gemacht werden, dab die schlechtere Entwieklung der me/.-Ovarien ]unger Spenderlarven darauf beruht, dab die Ovarien ]unger mel.-Larven im Augenblick der Transplantation weniger (oder noch kein) mel.-Ringdrilsenhormon enthalten als die Ovarien verpuppungsrei/er mel.- Larven.

der Ringdriise von Drosophila funebris und Drosophila melanogaster. 545

unterschied in den Ringdriisen von [unebris und melanogaster als die Ursache ftir die Entwicklung implantierter mel.-Ovarien nicht v611ig ausschliel~en, scheint mir folgende (~berlegung dies weitgehend zu tun. In den F/~llen, in denen die mel.-Ovarien in den ]un.-Wirten infolge der Gegenwart der arteigenen Ringdrfise reife Eier ~]lden, wi~re zu erwarten, dab der Zeitunterschied zwischen dem Beginn der Hormonproduktion der beiden Arten durch die Gegenwart der me/.-Ringdrfise iiberbriiekt wfirde und somit die /un.-Ringdrfise nach Degeneration der mel.:Ring- driise ffir diese einspr/~nge. Mit dieser MOglichkeit ist um so mehr zu rechnen, da selbst zur Zeit der Sektion die in ]unebris implantierten mel.- Eierst6cke noch ~iingste Eikammern yon durchaus normalem Aussehen enthielten. Era" die Eikammern, in denen die Dotterbildung schon begonnen hatte, wiesen teilweise Degenerationserscheinungen auf. Es miiBte also sogar bei der Annahme eines sehr versp/iteten Beginns der gonadotropen Wirkung der /un.-Ringdrfise ein Augenblick kommen. in dem diese auf die jungen Ovocyten der mel.-Ovarien wirkt.

3. Nachdem die bisher beschriebenen Befunde die beiden ersten 1V[Sglichkeiten, die eines quantitativen und die eines zeitl~chen Unterschiedes zwischen der Wirkung der ]un.- lind der mel.-Ringdrfise sehr unwahrscheinlich machen, ist es gegeben, einen qualitativen Unterschied al8 Ursache der unterschiedlichen Wirlcung der Ringdri~e beider Arten an- zunehmen, wobei dann diese artspezi/ische Di//erenzierung als einer der Mechanismen /is die Sterilitdt zwischen Arten anzusprechen w~ire. Diese Annahme findet auch eine Stfitze in den Beobachtungen yon MoNo1) und POVLSO~ ~ (s. oben!). Bei ihren Versuehen f i e lde r zeitliche Unter- schied als Ursache fort, da es sieh um Transplantationen in Wirte mit gleieher Entwicklungsgeschwindigkeit handelte. Es ist in diesem Zu- sammenhang auch yon Interesse, dab gerade ffir die Gruppe der Be- fruchtungsstoffe in manchen F/illen die Artspezifit/~t nachgewiesen worden ist (MOEWVS 1939).

Ist die SchluBfolgerung des Bestehens eines qualitativen Unterschiedes zwischen den Ringdrfisenhormonen yon melanogaster und /unebris richtig, dann ergibt sich mSglicherweise noch eine weitere. HADOR~ (l. e.) hat nachgewiesen, dab die Ringdriise ein artunspezi/isches Ver- puppungshormon produziert. Dieses land ich bei der Implantation yon ]~ingdrfisen alter mel.-Larven in junge/un.-Larven best/itigt. Es ergibt sich damit die Schlul~folgerung, daft die Ringdriise entweder zwei Hormone, ein Verpuppungshormon und ein gonadotropes Hormon, produzie~t, oder daft der Verpuppungsprozefl schon au/ ein unspezi/ischeres Hormon hin er/olgt als die Eierst.ocksentwicklung.

Zusammenfassung. 1. Intraspezifische Ovartransplantationen innerhatb D. melanogaster

ergaben: W. Roax" Arch. f. En twick lungsmechan ik . Bd. 140. 35

546 Vogt: Zur Ursache der unterschiedlichen gonadotropen WirkungderRingdriise.

a) DaB ein Altersunterschied von mindestens 48 Stunden zwischen Wirts- und Spenderlarven mit einer normalen Eierstocksentwicklung beantworte t wird, wenn die Spenderlarven dlter als die Wirts larven sind.

b) DaI] ein Altersuntersehied yon 24 Stunden meist mi t einer normalen Eierstoeksentwieklung beantwortet wird, wenn die Spenderlarven ]i~nffer als die Wirtslarven sind, dab dagegen bei einem Altersunterschied yon 48 Stunden (Spenderlarven ]i~nger als Wirtslarven) die implantierten Ovarien immer die Form yon Cysten aufweisen.

2. K a m es bei den intraspezifisehen Transplantat ionen innerhalb melanogaster zu einer normalen Eierstoeksentwicklung, so erfolgte die Entwicklung des implantierten Eierstoeks in weitgehendem MaBe synchron mit den Wirtsovarien, gleiehgiiltig, ob die Spenderlarven/f l ter oder jiinger als die Wirts larven waren.

3. Es wurde naehgewiesen, dab mel.-Ovarien bei Transplantat ion in [un..Larven nut in Gegenwart des arteigenen Ringdriisenhormones reifen.

4. Bei der Transplantat ion yon mel.-Ovarien junger Larven in /un.- Larven kam es zu einer sehleehteren Entwieklung der Implan ta te als bei Transplantat ion iilterer mel.-Ovarien. Dieses wurde dureh den grSBeren Gehalt an Ringdri isenhormon in den Ovarien alter mel..Larven im Gegensatz zu den ]i~ngeren Larven erkl/~rt. Es seheint also, dab die mel..Ringdrfise schon mindestens einige Stunden vorder Pupariumbildung gonadotropes Hormon produziert.

5. Naeh Diskussion der versehiedenen Erkl~rungsm6glichkeiten fiir den Unterschied in der Wirkung der Ringdr/isen yon ]unebris und melanogaster ergab sich ein qualitat~ver Untersehied in dem gonadotropen Hor- mon der Ringdriisen beider Drosophila-Arten als der wahrseheinliehste und damit einer der Mechanismen ffir die Sterilit~t zwischen Arten.

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Zur Ursache der unterschiedlichen gonadotropen Wirkung der Ringdrüse von Drosophila funebris und Drosophila melanogaster