Skip to main content

The regulation of metabolism at different temperatures in growing and adultLocusta migratoria L

Die Regulation des Stoffwechsels bei verschiedenen Temperaturen durch wachsende und adulteLocusta migratoria L

Kurzfassung

Es wird die Ansicht vertreten, daß Veränderungen der Umgebungstemperatur den Stoffwechsel poikilothermer Tiere beeinflussen durch den Mechanismus der Temperaturperzeption sowie durch zentralnervöse Integration, Hormonausschüttung und schließlich Hormonwirkung auf die Körperzellen. Daß eine hormonelle Regulation stattfindet, geht aus folgenden Experimenten hervor. Wenn man das Frontalganglion entfernt, hört das Körperwachstum auf und die Ovarien reifen nicht. Stichproben mit dem Elektrophorese-Verfahren ergaben, daß das Blut kein Protein enthält. Ähnliche Resultate erhält man nach Durchschneiden der posterioren Pharyngealnerven oder der Frontalkonnektive. Zytologische Untersuchungen am Neuroendokrinen-System operierter Wanderheuschrecken zeigen, daß eine Akkumulation neurosekretorischen Materials in den Nervi corpori cardiaci I stattfindet und daß das Corpus cardiacum abnormal ist. Experimente, in denen aus Fettkörper und Flugmuskeln isolierte Mitochondrien benutzt werden, ergaben, daß eine vermehrte Sauerstoffaufnahme eintritt, wenn den Präparaten frische Corpora allata zugesetzt werden. Um nun zu entscheiden, ob diese hormonale Kontrolle des Stoffwechsels die Reaktionen auf veränderte Umweltbedingungen tatsächlich beeinflußt, wurde der Stoffwechsel intakter Ganztiere gemessen, und zwar indem die Veränderungen der Körpertemperatur unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen registriert und als Indikator der Stoffwechselrate interpretiert wurden. Der Vorteil dieser Methode liegt vor allem darin, daß Veränderungen fast augenblicklich nachgewiesen werden können. Nach einer Erhöhung der Umgebungstemperatur von 20° auf 40° C hinkte die Körpertemperatur zunächst hinterher; dann stieg sie gleich schnell mit der Umgebungstemperatur an und übertraf diese schließlich. Die resultierende Kurve ist komplexer, als man nach den Wärmediffusionstheorien annehmen sollte; sie läßt sich in Einklang bringen mit Veränderungen, wie man sie für eine neuroendokrin kontrollierte Reaktion postulieren würde. Der Kurvenverlauf konnte durch Injektionen mit 2:4 Dinitrophenol noch stärker zum Ausdruck gebracht und durch Injektionen mit subletalen Kaliumzyanid-Dosen abgeschwächt werden. Dieser Sachverhalt und ähnliche Ergebnisse, welche mit zwei anderen Apparaturen erhalten wurden, zeigen, daß metabolische Reaktionen eine wichtige Rolle beim Zustandekommen der erwähnten Kurve spielen.

Summary

1. It is suggested that the locust's metabolism is at all times under the control of the neuroendocrine system and that metabolic response to a temperature change is mediated through temperature receptors, central nervous system, and hormonal release, followed by cellular metabolic response.

2. The mechanism of the control of post embryonic growth of the locust via pharyngeal stretch receptors, posterior, pharyngeal nerves, frontal ganglion, frontal connectives, and hormonal release from the corpus cardiacum is described.

3. In the absence of neurosecretory material being released it is postulated that there is a failure in protein synthesis.

4. Attention is called to the stimulating effect of the corpus allatum hormone on metabolism, as shown by an increase in the oxygen consumption of mitochondria prepared from locust muscle and fat body when corpora allata are added to the preparation.

5. To help to decide whether this hormonal control of metabolism influences the response the locust makes to changing environmental temperatures the metabolism of the animal must be measured under these conditions. The problems of measuring metabolism in whole animals are discussed.

6. It is suggested that the pre-experimental treatment most likely to reduce variation amongst the population is that of rearing the animal under controlled conditions in the presence of abundant food, and selecting from the population those of average growth rate.

7. The limitations of indirect methods of measuring metabolism for the problem in hand are discussed, as also are limitations of determining heat output by ordinary calorimetric methods.

8. A solution is suggested of using the insect's body as its own calorimeter and interpreting the changes of body temperature as reflecting changes in metabolism. The advantage of this method lies in the speed with which a response can be detected, and the ease with which environmental conditions can be kept either constant or programmed for any change.

9. The curve of body temperature obtained when environmental temperature is raised from 20–40° C shows features not seen in the non-living objects tested. This curve is more in accordance with the theory postulated, than with those depending upon simple heat diffusion into the animal.

10. The characteristics of this curve can be changed by injections of 2:4 dinitrophenol and sub-lethal doses of potassium cyanide, indicating that the raising of body temperature is largely due to metabolic reactions.

11. In conclusion it is suggested that Claude Bernard's dictum might be modified to ‘a controlled response to the environment is a condition of free life’.

Literature cited

  1. Clarke, K. U., 1957. The relationsship of oxygen consumption to age and weight during the post-embryonic growth ofLocusta migratoria L.J. exp. Biol. 34, 29–41.

    Google Scholar 

  2. —— 1960. Studies on the relationship between air temperature and the internal body temperature ofLocusta migratoria.J. Ins. Physiol. 5, 23–36.

    Google Scholar 

  3. -- 1960. Studies on the relationship between metabolism and temperature inLocusta migratoria L. andSchistocerca gregaria Forsk.XI. Int. Kongr. Entomologie, Wien, 706–711.

  4. Clarke, K. U. &Baldwin, R. W., 1960. The effect of insect hormones and of 2:4 dinitrophenol on the mitochondria ofLocusta migratoria L.J. Ins. Physiol. 5, 37–46.

    Google Scholar 

  5. Clarke, K. U. &Langley, P. A., 1963. Effect of the removal of the frontal ganglion on the development of the gonads inLocusta migratoria L.Nature, Lond. 198, 811–812.

    Google Scholar 

  6. -- 1963. Studies on the initiation of growth and moulting inLocusta migratoria migratorioides R. & F. I. The time and nature of the initiating stimulus; 287–292. II. The role of the stomatogastric system; 263–373. III. The role of the frontal ganglion; 411–421. IV. The relationship between the stomatogastric nervous system and neurosecretion; 423–430.J. Ins. Physiol. 9.

  7. Thomsen, E. &Møller, I., 1963. Influence of neurosectory cells and of corpus allatum on intestinal protease activity in the adultCalliphora erythrocephala Meig.J. exp. Biol. 40, 301–321.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Affiliations

Authors

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Clarke, K.U. The regulation of metabolism at different temperatures in growing and adultLocusta migratoria L. Helgolander Wiss. Meeresunters 9, 133–140 (1964). https://doi.org/10.1007/BF01610028

Download citation

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01610028

Keywords

  • Hormonal Release
  • Potassium Cyanide
  • Corpus Allatum
  • Neurosecretory Material
  • Corpus Cardiacum