Insekten

Vielfalt und Grundmerkmale

Insekten (wissenschaftlich: Insecta) sind die artenreichste Klasse der Gliederfüßer und zugleich die artenreichste Tierklasse. Vor 2017 waren bereits über eine Million Arten wissenschaftlich beschrieben; jährlich kommen etwa 7.000 Arten hinzu. Nach Einschätzung von Entomologen sind aber erst 10 bis 20 Prozent der tatsächlich lebenden Insekten entdeckt und klassifiziert. Mehr als die Hälfte der etwa 2,16 Millionen beschriebenen Tierarten sind Insekten; aus Deutschland waren 2022 etwa 34.000 Arten bekannt.

Alle Insekten besitzen ein äußeres Skelett, das Exoskelett, aus Chitin und dem verfestigenden Protein Sklerotin. Ihr Körper ist meist deutlich in Kopf (Caput), Brustabschnitt (Thorax) und Hinterleib (Abdomen) gegliedert. Kennzeichnend sind genau drei Beinpaare. Die meisten Arten sind 1 bis 20 Millimeter groß. Die kleinsten bekannten Männchen von Dicopomorpha echmepterygis erreichen 0,14 bis 0,24 mm, während Stabschrecken etwa 33 Zentimeter Körperlänge erreichen können.

Äußerer Körperbau und Sinne

Körpersegmente besitzen meist eine Rückenplatte (Tergit), Bauchplatte (Sternit) und Seitenplatten (Pleurite). Dehnbare Intersegmentalhäute zwischen den Segmenten ermöglichen Bewegung sowie Volumenänderungen, etwa bei Nahrungsaufnahme oder Eiproduktion. Die Cuticula, die äußere Schicht des Körpers, wird von der darunterliegenden Epidermis gebildet. Sie kann Haare, Borsten, Schuppen, Dornen oder Höcker tragen und durch Pigmente oder lichtbrechende Oberflächen gefärbt sein.

Der Kopf trägt Facettenaugen, meist drei Punktaugen (Ocellen) zur Hell-Dunkelwahrnehmung, Antennen und Mundwerkzeuge. Die Antenne besteht aus Scapus, Pedicellus und Geißel. Im Pedicellus liegt das Johnstonsche Organ, das Erschütterungen und Schall wahrnimmt; die Geißel dient besonders dem Riechen. Haarsensillen am Körper reagieren unter anderem auf Schwingungen, Gerüche, Feuchtigkeit und Temperatur. Insekten können Schwingungen von 1 Hz bis 100.000 Hz wahrnehmen.

Der Grundtyp der Mundwerkzeuge ist kauend-beißend: Mandibeln dienen vor allem dem Beißen und Kauen, Maxillen und Labium helfen bei Nahrungsaufnahme sowie Geschmacks- und Geruchswahrnehmung. Daraus entstanden beispielsweise leckend-saugende Mundwerkzeuge vieler Fliegen und stechend-saugende Mundwerkzeuge von Mücken und Wanzen.

Der Thorax besteht aus Prothorax, Mesothorax und Metathorax. Er trägt sechs Beine. Jedes Bein besteht aus Coxa, Trochanter, Femur, Tibia, Tarsus und Praetarsus; dieser besitzt meist zwei Krallen zum Festhalten. Bei Fluginsekten tragen Meso- und Metathorax je ein Flügelpaar. Felsenspringer und Fischchen sind ursprünglich ungeflügelt; Flügel entstanden erst innerhalb der Fluginsekten.

Das Abdomen bestand ursprünglich aus elf Segmenten. Es trägt keine echten Beine, aber umgewandelte Extremitäten wie Cerci sowie Gonopoden. Gonopoden bilden bei Männchen Begattungsorgane und bei Weibchen den Legeapparat (Ovipositor). Im Hinterleib liegen die meisten inneren Organe.

Innere Anatomie und Physiologie

Das Nervensystem besitzt einen paarigen Bauchmarkstrang mit Nervenknoten, den Ganglien. Im Kopf sind Ganglien zum Oberschlundganglion, dem Gehirn, und zum Unterschlundganglion verschmolzen. Das Gehirn verarbeitet unter anderem Informationen der Facettenaugen, Ocellen und Antennen. Große Thoraxganglien versorgen Beine und Flügel. Juvenilhormon beeinflusst bei der Häutung das nächste Entwicklungsstadium; das Hormon Ecdyson löst die Häutung aus.

Insekten atmen überwiegend durch ein Tracheensystem: Starre, chitinverstärkte Röhren führen Luft direkt bis zu Organen und einzelnen Zellen. Sie öffnen sich über Stigmen nach außen. Die Atmung ist vor allem passiv, kann aber durch die Steuerung der Stigmen und durch Ventilation verstärkt werden. Manche Wasserinsekten halten eine Luftblase als „physikalische Kieme“, besitzen ein Plastron oder Atemrohre. Wasserlebende Larven können Sauerstoff über Tracheenkiemen oder die Haut aufnehmen.

Der Blutkreislauf ist offen: Die Organe liegen im Haemocoel, einem Körperhohlraum mit Hämolymphe. Ein Rückengefäß pumpt die Hämolymphe vom Herz im Abdomen über die Aorta zum Kopf. Die Hämolymphe macht 20 bis 40 Prozent des Körpergewichts aus. Sie transportiert Nährstoffe, Hormone, Kohlendioxid und Exkrete, unterstützt Osmoregulation und Körperinnendruck und enthält Zellen zur Abwehr von Krankheitserregern und Wundreparatur. Anders als bei Wirbeltieren dient sie meist nicht der Atmung. Hämoglobin kommt jedoch bei fast allen Insekten grundsätzlich vor, besonders in Kiemen und anderen Atmungsorganen; auch Hämocyanin wurde bei zahlreichen Ordnungen nachgewiesen.

Der Darm gliedert sich in Vorder-, Mittel- und Enddarm. Im Mitteldarm werden Verdauungsenzyme gebildet und Nährstoffe aufgenommen. Endosymbiotische Mikroorganismen können etwa beim Abbau von Cellulose helfen. Malpighische Gefäße entziehen der Hämolymphe stickstoffhaltige Exkrete; im Enddarm wird Wasser zurückgewonnen. Fettkörper im Abdomen speichern Nährstoffe und bilden unter anderem Fette und Glykogen.

Lebensräume und Lebensweise

Insekten leben in fast allen Lebensräumen der Erde. Die Ozeane bilden eine große Ausnahme: Dort gibt es keine dauerhaft im Meer lebenden Insekten, nur etwa 100 Arten auf der Meeresoberfläche. Die größte Artenvielfalt liegt in den Tropen; in Polarregionen, Hochgebirgen und auf Meeresoberflächen leben wenige, besonders angepasste Arten. Beispiele sind die Zuckmücke Belgica antarctica in der Antarktis, Meerwasserläufer und Larven der Zuckmückengattung Clunio im Gezeitenwatt.

Stenöke Arten sind auf bestimmte Lebensräume spezialisiert, euryöke Arten können viele Lebensräume nutzen. Einige durch Menschen verbreitete Arten wurden zu Kosmopoliten, etwa bestimmte Schaben, Ameisen, Termiten und Honigbienen. Viele Insekten leben im Boden, an Pflanzen oder in Pflanzen. Sie können Pflanzenfresser, Räuber, Pilzfresser, Nektar- und Pollensammler, Zersetzer oder Parasiten sein. Zersetzer tragen wesentlich zur Remineralisierung organischer Stoffe bei; Bestäuber ermöglichen bei vielen Pflanzen die Fruchtbildung.

Staatenbildende Insekten wie Termiten, Ameisen, Bienen und Wespen leben in Insektenstaaten mit Arbeitsteilung. Häufig gibt es Kasten wie Arbeiter, Soldaten und Nestpfleger. Die Fortpflanzung übernehmen nur wenige Geschlechtstiere, manchmal eine einzige Königin. Viele Insekten können fliegen; Fluginsekten sind die artenreichste Gruppe des Tierreichs und besitzen meist zwei Flügelpaare.

Fortpflanzung und Entwicklung

Die meisten Insekten sind getrenntgeschlechtlich; wenige Arten sind Zwitter oder vermehren sich durch Parthenogenese, also ohne Befruchtung. Männchen bilden Spermien in paarigen Hoden, Weibchen Eizellen in paarigen Eierstöcken. Spermien können ursprünglich als Spermatophoren, also Spermienpakete, übertragen werden. Bei weiter entwickelten Gruppen erfolgt die direkte Übertragung bei der Kopulation. Weibchen können Spermien im Receptaculum seminis, der Samentasche, speichern.

Meist werden Eier abgelegt (Oviparie). Bei Ovoviviparie bleiben Eier bis zur Schlupfreife im Körper; bei Larviparie werden Larven und bei Pupiparie Puppen geboren. Einige Arten pflanzen sich nur einmal im Leben fort; dies heißt Semelparität. Bei manchen Arten kommt sexueller Kannibalismus vor: Das Weibchen frisst das Männchen während oder nach dem Paarungsversuch.

Bei hemimetabolen Insekten entwickeln sich Larven oder Nymphen ohne Puppenstadium schrittweise zur Imago, dem erwachsenen Tier. Nymphen von Heuschrecken oder Wanzen ähneln oft bereits den Erwachsenen, besitzen aber noch keine Flügel. Holometabole Insekten durchlaufen dagegen die Metamorphose Ei – Larve – Puppe – Imago. Larve und Imago können dabei völlig verschieden aussehen, unterschiedliche Nahrung fressen und verschiedene Lebensräume nutzen. Jede Häutung wirft die alte Cuticula ab; viel Juvenilhormon führt zur nächsten Larvenhäutung, wenig Juvenilhormon zur Entwicklung zur Imago.

Fossilien, Systematik und Bedeutung

Insektenähnliche Fossilien wurden für das Devon vor 385 Millionen Jahren nachgewiesen. Rhyniognatha hirsti aus dem Unterdevon ist etwa 407 Millionen Jahre alt, könnte nach neueren Untersuchungen aber auch ein Myriapode gewesen sein. Sichere fossile Fluginsekten sind etwa 95 Millionen Jahre jünger und stammen von der Grenze Unterkarbon–Oberkarbon. In Zeiten hohen Sauerstoffgehalts gab es Rieseninsekten: Meganeura monyi erreichte 63 cm Flügelspannweite, Meganeuropsis permiana möglicherweise 71 cm. Die meisten modernen Insektenordnungen erschienen im Perm; holometabole Insekten wurden erst ab der Trias besonders vielfältig.

Springschwänze, Doppelschwänze und Beintastler gelten heute nicht mehr als eigentliche Insekten, sondern gehören gemeinsam mit ihnen zu den Sechsfüßern (Hexapoda). Klassisch werden Insekten in Felsenspringer, Fischchen und Fluginsekten gegliedert. Die phylogenetische Systematik ordnet Gruppen nach tatsächlicher Verwandtschaft, gestützt auf Anatomie, Fossilien und Vergleiche homologer DNA-Sequenzen. Manche traditionelle Gruppen sind paraphyletisch, umfassen also nicht alle Nachfahren eines gemeinsamen Vorfahren: Schaben in Bezug auf Termiten, Staubläuse in Bezug auf Tierläuse sowie Schnabelfliegen in Bezug auf Flöhe. Viele Verwandtschaftsverhältnisse bleiben umstritten.

Insekten sind für Menschen sowohl nützlich als auch schädlich. Honigbienen, Schlupfwespen, Seidenspinner und verschiedene Speiseinsekten werden genutzt. Weltweit sind über 2.000 essbare Insektenarten dokumentiert; in der EU und der Schweiz sind Mehlkäferlarven, Hausgrillen und Europäische Wanderheuschrecken in bestimmten Formen zugelassen. Insekten bestäuben Pflanzen, dienen als Futtermittel, liefern etwa Karmin und Schellack und werden in Medizin, Forschung und Forensischer Entomologie eingesetzt.

Andere Arten schädigen Pflanzen, Holz und Vorräte oder übertragen Krankheiten: Rattenflöhe können Pest, Anopheles-Mücken Malaria und Tsetsefliegen Schlafkrankheit übertragen. Seit Ende der 1980er Jahre bezeichnet „Insektensterben“ den Rückgang von Artenzahl, Biomasse und Individuenzahlen. Eine Metastudie von 2019 wertete 73 Studien aus und berichtete eine massive Abnahme von Biomasse und Biodiversität in den vorangegangenen Jahrzehnten. Insektenschutz bezeichnet deshalb auch Maßnahmen gegen diesen Rückgang.