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Characterization of a reduced-eye mutant of the grasshopper Melanoplus sanguinipes Emery, Derek John 1983

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831-UBC_1983_A6_7 E54.pdf [ 8.99MB ]
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C H A R A C T E R I Z A T I O N OF A R E D U C E D - E Y E MUTANT OF T H E GRASSHOPPER MELANQPLLJS SANBLJINIPES By DEREK JOHN EMERY B . S c , T h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1982 A T H E S I S SUBMITTED IN P A R T I A L F U L F I L L M E N T OF T H E REQUIREMENTS FOR T H E DEGREE OF MASTER OF S C I E N C E in THE F A C U L T Y OF GRADUATE S T U D I E S DEPARTMENT OF ZOOLOGY We a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d THE U N I V E R S I T Y OF B R I T I S H COLUMBIA A u g u s t 1983 © Derek John Emery, 1983 i > In p r e s e n t i n g t h i s t h e s i s i n p a r t i a l f u l f i l m e n t of the requirements f o r an advanced degree at the U n i v e r s i t y o f B r i t i s h Columbia, I agree t h a t the L i b r a r y s h a l l make i t f r e e l y a v a i l a b l e f o r r e f e r e n c e and study. I f u r t h e r agree t h a t p e r m i s s i o n f o r e x t e n s i v e copying of t h i s t h e s i s f o r s c h o l a r l y purposes may be granted by the head o f my department or by h i s or her r e p r e s e n t a t i v e s . I t i s understood t h a t copying or p u b l i c a t i o n of t h i s t h e s i s f o r f i n a n c i a l g a i n s h a l l not be allowed without my w r i t t e n p e r m i s s i o n . Department of Zoology The U n i v e r s i t y of B r i t i s h Columbia 1956 Main Mall Vancouver, Canada V6T 1Y3 Date August 24. 1983 DE-6 (3/81) ABSTRACT A r e d u c e d — e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r o f M e l a n o p l . y s s a n g u i n i ^ e s was f i r s t i s o l a t e d b y C h a p c o (1980) and i s c h a r a c t e r i z e d b y s m a l l f l a t compound e y e s l a c k i n g f a c e t s . T h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s h a v e t h e same b o d y p l a n ( i e . s i z e and s h a p e ) a s w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . E x a m i n a t i o n o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t h e a d s b y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y c o n f i r m s C h a p c o ' s (1980) o b s e r v a t i o n s t h a t t h e compound e y e s o f t h e m u t a n t l a c k f a c e t s . T h e y a l s o show t h a t t h e m u t a n t l a c k s l a t e r a l o c e l l i a n d h a s o n l y a r e m n a n t o f t h e m e d i a l o c e l l u s . B e h a v i o u r a l o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e m u t a n t h a s e s s e n t i a l l y t h e same m o t o r c a p a b i l i t i e s a s a w i l d t y p e a n i m a l . Reduced—eye m u t a n t s a r e a b l e t o w a l k , j u m p , f l y a n d f e e d i n a n o r m a l m a n n e r . E l e c t r o m y o g r a m s o f h i n d l e g e x t e n s o r t i b i a e m u s c l e s a n d t h o r a c i c f l i g h t m u s c l e s show t h a t t h e m u s c l e a c t i v i t y p a t t e r n s f o r w a l k i n g a n d f l y i n g a r e i d e n t i c a l i n b o t h m u t a n t s a n d w i l d t y p e s . One n o t a b l e d i f f e r e n c e i s t h e l a c k o f e s c a p e r e s p o n s e s t o t h r e a t e n i n g v i s u a l a n d a u d i t o r y s t i m u l i , h o w e v e r , j u m p i n g c a n b e e v o k e d b y t a c t i l e s t i m u l i . T h i s s u g g e s t s t h a t t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r may be b l i n d a n d d e a f . E x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s f r o m t h e v e n t r a l n e r v e c o r d o f r e d u c e d - e y e m u t a n t s v e r i f y t h a t t h e r e i s n o n e u r a l a c t i v i t y i n r e s p o n s e t o v i s u a l a n d a u d i t o r y i n p u t s , y e t t h e m u t a n t s do p e r c e i v e t a c t i l e s t i m u l a t i o n . E l e c t r o r e t i n o g r a m s s u p p o r t t h e i i b e h a v i o u r a l o b s e r v a t i o n s t h a t t h e m u t a n t i s b l i n d a n d i n d i c a t e t h a t t h e p r i m a r y l o c u s -For t h e s e n s o r y d e f i c i t may b e w i t h i n t h e r e t i n a o f t h e compound e y e s . H o w e v e r , a t t e m p t s t o b a c k f i l l n e u r o n s i n t h e o p t i c l o b e f r o m t h e compound e y e w i t h c o b a l t , i n a d d i t i o n t o g r o s s b r a i n d i s s e c t i o n s , a l s o u n c o v e r e d t h e f a i l u r e o f t h e r e t i n u l a c e l l s t o p r o j e c t i n t o t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m . F u r t h e r m o r e , t h e o p t i c l o b e s a r e s u b s t a n t i a l l y r e d u c e d i n s i z e a n d t h e r e i s no e v i d e n c e o f a n y o c e l l a r n e r v e s . H i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n c o n f i r m s t h e f a i l u r e o f t h e compound e y e s t o i n n e r v a t e t h e o p t i c l o b e s a n d r e v e a l s o t h e r a b n o r m a l i t i e s w i t h i n t h e compound e y e s a n d o p t i c l o b e s . T h e r e t i n a o f t h e m u t a n t f a i l s t o d i f f e r e n t i a t e i n t o o m m a t i d i a . T h e o p t i c l a m i n a , w h i c h u n d e r l i e s t h e r e t i n a , i s m i s s i n g a s i s t h e o u t e r c h i a s m , w h i c h c o n n e c t s t h e l a m i n a t o t h e o p t i c m e d u l l a i n w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . T h e m e d u l l a a n d l o b u l a o f t h e o p t i c l o b e a r e p r e s e n t i n t h e m u t a n t , h o w e v e r , t h e n e u r o p i l o f t h e m e d u l l a l a c k s t h e c h a r a c t e r i s t i c a x o n a l p r o j e c t i o n p a t t e r n s o f w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . C o m p a r i s o n o f 60 a n d 85% e m b r y o s a n d n y m p h a l i n s t a r s i n d i c a t e t h a t t h e a l t e r a t i o n s i n t h e r e d u c e d - e y e v i s u a l s y s t e m a r e t h e r e s u l t o f a b n o r m a l d i f f e r e n t i a t i o n i n t h e e m b r y o , s p e c i f i c a l l y o f c e l l s i n t h e r e t i n a and t h e o u t e r o p t i c a n l a g e . T h e o u t e r a n l a g e d e v e l o p s i n t o t h e l a m i n a and m e d u l l a o f t h e o p t i c l o b e . C e l l d e g e n e r a t i o n i s a l s o e v i d e n t . E v e n t h o u g h t h e r e i s c l e a r e v i d e n c e o f m o r p h o l o g i c a l a l t e r a t i o n s i n some i n t e r n e u r o n s , o n e h i g h e r o r d e r i n t e r n e u r o n , t h e d e s c e n d i n g c o n t r a l a t e r a l movement d e t e c t o r (DCMD) , h a s a soma and a x o n o f a p p r o x i m a t e l y t h e same s i z e . I n t h i s i n s t a n c e , t h e c o m p l e t e d e p r i v a t i o n o f s e n s o r y i n p u t d o e s n o t a p p e a r t o a l t e r c e l l u l a r d e v e l o p m e n t . I t i s h o p e d t h a t t h i s r e d u c e d - e y e m u t a n t w i l l b e u s e f u l f o r s u b s e q u e n t s t u d i e s o f i n s e c t v i s u a l s y s t e m d e v e l o p m e n t , a s w e l l a s i n t h e n e u r o n a l a n a l y s i s o f b e h a v i o u r s n o r m a l l y d e p e n d e n t on v i s u a l i n p u t . i v T A B L E OF CONTENTS A b s t r a c t i i A c k n o w l e d g e m e n t s i x I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . 1 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s 8 A n i m a l s a n d r e a r i n g c o n d i t i o n s 8 S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y 8 A x o n a l f i l l i n g w i t h c o b a l t 9 H i s t o l o g y 10 E x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g 12 E l e c t r o m y o g r a m s . . . . 1 3 E l e c t r o r e t i n o g r a m s 14 S u r g i c a l i n t e r v e n t i o n . . . . . 1 4 R e s u l t s 16 B e h a v i o u r a l o b s e r v a t i o n s and p h y s i o l o g y 16 E x t e r n a l a n a t o m y 20 A x o n a l f i l l i n g w i t h c o b a l t 21 I n t e r n a l a n a t o m y and h i s t o l o g y 21 D e v e l o p m e n t o f t h e r e t i n a 25 D e v e l o p m e n t o f t h e o p t i c l o b e . 2 6 E m b r y o n i c d e v e l o p m e n t 27 DCMD f i l l s 29 V a r i a b i l i t y b e t w e e n a n i m a l s o f t h e same s t r a i n . . . 3 0 v D i s c u s s i o n • 3 2 F i g u r e s • 4 3 R e f e r e n c e s • 7 9 v i L I S T OF F I G U R E S F i g u r e F a c i n g P a g e 1. P i c t o r i a l r e p r e s e n t a t i o n o f t h e s t a g e s i n v o l v e d i n j u m p i n g . 4 3 2 . V e n t r a l n e r v e c o r d r e s p o n s e s t o h e i g h t , s o u n d and t a c t i l e s t i m u l i 45 3 . E l e c t r o r e t i n o g r a m s of t h e compound e y e s 47 4 . E l e c t r o m y o g r a m s of e x t e n s o r t i b i a and t h o r a c i c f l i g h t m u s c l e s 49 5 . S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h s of t h e h e a d s . . . . . 51 6. S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h s o f t h e compound e y e s 53 7 . D i a g r a m s o f d i s s e c t e d b r a i n s . . . . . . . . . . 5 5 8 . P h o t o m i c r o g r a p h s o f h o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e r e t i n a s 57 9 . H i g h m a g n i f i c a t i o n p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e r e t i n a 59 1 0 . P h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e r e t i n a s a n d o p t i c l o b e s 61 v i i 11. High magnification photomicrograph of the medullas... 63 12. Photomicrographs of the anterior end of the re t i n a s 65 13. Photomicrographs of the r e t i n a and optic lobe i n f i r s t i n s t a r s ......67 14. Photomicrographs of the outer anl ages. 69 15. Diagrams of the external features of 60% and 85% embryos 71 16. Photomicrographs of horizontal sections of the retinas and optic lobes at 60% of embryonic development 73 17. Photomicrographs of horizontal sections of r e t i n a s and optic lobes at 85% of embryonic development. .73 18. Diagrams of DCMD f i l l s 77 v i i i ACKNOWLEDGEMENTS I w o u l d l i k e t o t h a n k a l l t h o s e whose h e l p h a s b e e n i n s t r u m e n t a l i n t h e p r e p a r a t i o n o-f t h i s t h e s i s . T h a n k s t o C a r o l A n d e r s o n f o r d r a w i n g many e x c e l l e n t d i a g r a m s a n d f e e d i n g t h e a n i m a l s . T h a n k s t o Sam G o p a u l f o r a s s i s t a n c e i n a n i m a l c a r e . Roy M c G r o a r t y was o f g r e a t a s s i s t a n c e i n t h e u s e o f t h e S E M . J i m Weimann p r o v i d e d g r e a t l y n e e d e d h e l p w i t h t h e p h o t o g r a p h s . T h a n k s t o Hugh B r o c k f o r p r o v i d i n g a d v i c e a n d e n c o u r a g e m e n t . K a t h y B e l l h a s p l a y e d an i n t e g r a l p a r t i n a l l t h e r e s e a r c h d o n e o n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s a n d h e r h e l p i s g r e a t l y a p p r e c i a t e d . J o h n S t e e v e s h a s p r o v i d e d me w i t h a d v i c e , g u i d a n c e and most o f a l l w i t h t h e r i g h t w o r k i n g c o n d i t i o n s . INTRODUCTION O v e r t h e y e a r s , t h e i n s e c t compound e y e and u n d e r l y i n g o p t i c l o b e s h a v e p r o v e n t o b e a p a r t i c u l a r l y g o o d s y s t e m -for t h e s t u d y o f c e l l u l a r i n t e r a c t i o n s a n d d e v e l o p m e n t ( S h e l t o n , 1976 ; M e i n e r t z h a g e n , 1973 , 1 9 7 7 ; H a u s e n , 1977 ; S t e n t , 1 9 8 1 ) . T h e compound e y e i s v e r y c o m p l e x i n s t r u c t u r e y e t a t t h e same t i m e b o t h v e r y p r e d i c t a b l e a n d r e g u l a r i n i t s a r r a n g e m e n t ( S h e l t o n , 1 9 7 6 ) . T h i s p r e c i s i o n o f g e o m e t r y b o t h i n s p a t i a l a r r a n g e m e n t o f c o n s t i t u e n t c e l l s and i n t h e p a t t e r n o f n e u r o n a l c o n n e c t i o n s makes t h e e y e a g o o d s y s t e m f o r t h e s t u d y o f s p e c i f i c n e u r o n a l i n t e r a c t i o n s . A n o t h e r a d v a n t a g e o f compound e y e s i s t h a t t h e y c o n t i n u e t o d e v e l o p p o s t e m b r y o l o g i c a l l y ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 ) . T h i s makes i t e a s y t o f o l l o w t h e d e v e l o p m e n t i n d e t a i l a s w e l l a s a l l o w i n g f o r t h e m e c h a n i c a l a l t e r a t i o n o f t h e s y s t e m w h i l e i t i s s t i l l d e v e l o p i n g . T h e i n s e c t v i s u a l s y s t e m i s a l s o w e l l s u i t e d f o r t h e s t u d y o f i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g i n v i s u a l l y g u i d e d b e h a v i o u r s , t h e a n a l y s i s o f w h i c h a l l o w s p r e d i c t i o n s a b o u t t h e f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s o f t h e u n d e r l y i n g n e u r o n a l c i r c u i t r y . T h e i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g o c c u r s i n t h r e e s u c c e s s i v e , s p a t i a l l y o r i e n t a t e d n e u r o p i l s o f t h e o p t i c l o b e : t h e l a m i n a , t h e m e d u l l a a n d t h e l o b u l a ( H a u s e n , 1 9 7 7 ) . T o e x a m i n e t h e r o l e o f a n i n d i v i d u a l c e l l , o r a g r o u p o f c e l l s , i n t h e t r a n s m i s s i o n o r p r o c e s s i n g o f s e n s o r y i n f o r m a t i o n , t h e p e r f o r m a n c e o f m o t o r b e h a v i o u r s , o r t h e d e v e l o p m e n t o f n e u r a l c o n n e c t i o n s , i t i s o f t e n d e s i r a b l e t o a l t e r t h e s y s t e m a n d e x a m i n e t h e e f f e c t s o f t h e a l t e r a t i o n . S u r g i c a l i n t e r v e n t i o n i s a common way o f a l t e r i n g t h e n e r v o u s s y s t e m a n d o n e w h i c h w o r k s 1 w e l l w i t h i n v e r t e b r a t e s . T h i s p r o c e d u r e h a s b e e n u s e d s u c c e s s f u l l y i n s e v e r a l s t u d i e s i n i n s e c t s . F o r e x a m p l e , A n d e r s o n ( 1 9 7 8 , a , b ) h a s d o n e a s e r i e s o f t r a n s p l a n t s t u d i e s i n v o l v i n g t h e r e t i n a o f l o c u s t s i n o r d e r t o g a i n a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e " r u l e s " g o v e r n i n g t h e d e v e l o p m e n t o f i n s e c t v i s u a l s y s t e m s . S i m i l a r s t u d i e s h a v e b e e n d o n e b y t r a n s p l a n t i n g l o c u s t w i n d s e n s i t i v e h a i r s t o d i f f e r e n t l o c a t i o n s i n t h e c u t i c l e t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t on a x o n a l p r o j e c t i o n p a t t e r n s o f s e n s o r y a f f e r e n t s ( A n d e r s o n and B a c o n , 1 9 7 9 ) . M u r p h e y e t a l . (1975) h a v e s u r g i c a l l y r e m o v e d s p e c i f i c m e c h a n o r e c e p t o r s on c r i c k e t s t o s t u d y t h e e f f e c t o f d e a f f e r e n t a t i o n on t h e m o r p h o l o g y o f p o s t s y n a p t i c n e u r o n s . A l l o f t h e s e s t u d i e s h a v e p r o v i d e d some i m p o r t a n t i n s i g h t s i n t o t h e d e v e l o p m e n t o f n e u r o n a l p a t t e r n f o r m a t i o n i n i n s e c t s . T h e r e a r e , h o w e v e r , many i n s t a n c e s i n w h i c h s u r g e r y c a n n o t b e u s e d d u e t o a n a t o m i c a l c o n s t r a i n t s . T h e i n s e c t n e r v o u s s y s t e m i s v e r y c o m p a c t , w i t h e a c h n e u r o n h a v i n g many f i n e a n d i n t r i c a t e p r o c e s s e s . T h i s makes i t i m p o s s i b l e , i n many c a s e s , t o r e m o v e o n e s t r u c t u r e o r g r o u p o f c e l l s w i t h o u t s e v e r e l y d a m a g i n g a d j o i n i n g c e l l s . F o r i n s t a n c e , i t i s n o t p o s s i b l e t o r e m o v e t h e compound e y e f r o m a l o c u s t o r g r a s s h o p p e r w i t h o u t d a m a g i n g t h e u n d e r l y i n g o p t i c l o b e ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a , b ) . F u r t h e r m o r e t h e f r a g i l e n a t u r e o f i n s e c t e m b r y o s d o e s n o t a l l o w f o r p r e c i s e s u r g i c a l a l t e r a t i o n s w i t h m e c h a n i c a l m e t h o d s . A s an a l t e r n a t i v e , s i n g l e g e n e m u t a t i o n s i n v o l v i n g t h e n e r v o u s s y s t e m may p r o v i d e a l e s i o n a t t h e c e l l l e v e l w h i c h i s p r e s e n t t h r o u g h o u t d e v e l o p m e n t a n d i n v o l v e s n o s u r g i c a l i n t e r f e r e n c e ( B e n t l e y , 1 9 7 5 , P a l k a , 1979 , S t e n t , 1 9 8 1 ) . I d e n t i f i e d n e r v o u s s y s t e m m u t a n t s a r e q u i t e r a r e a n d t h u s t h e i r v a l u e i n t h e u n d e r s t a n d i n g o f a n a t o m y , p h y s i o l o g y a n d d e v e l o p m e n t o f t h e n e r v o u s s y s t e m i s l a r g e l y u n e x p l o r e d ( F i s c h b a c h a n d H e i s e n b u r g , 1 9 8 1 ) . T h e r e h a v e , h o w e v e r , b e e n a number o f n e r v o u s s y s t e m m u t a n t s i s o l a t e d i n Drgsgp.hi . l . a ( K r a f k a , 1924 ; R i c h a r d s a n d F u r r o w s , 1 9 2 5 ; P o w e r , 1 9 4 3 ; Pak e t a l . , 1969 ; H o t t a a n d B e n z e r , 1969 ; H e i s e n b e r g e t a l . 1 9 7 8 ) . M e y e r o w i t z and K a n k e l (1978) h a v e made u s e o f n C 9 5 9 E b i I l } m u t a n t s , i n w h i c h t h e n o r m a l a x o n a l p a t t e r n o f t h e e y e , t h e l a m i n a a n d t h e m e d u l l a was p e r t u r b e d , t o s t u d y v i s u a l s y s t e m d e v e l o p m e n t . U t i l i z i n g m o s a i c t e c h n i q u e s d e v e l o p e d f o r DC.QSQrjhi.l_a, t h e y were a b l e t o g e n e r a t e a n i m a l s w i t h a m u t a n t r e t i n a a n d w i l d t y p e o p t i c l o b e , a s w e l l a s t h e c o n v e r s e a r r a n g e m e n t . T h e y f o u n d t h a t m u t a n t r e t i n a o v e r l y i n g g e n e t i c a l l y w i l d t y p e o p t i c l o b e l e a d s t o a p h e n o t y p i c a l l y m u t a n t o p t i c l o b e . H o w e v e r , i f a g e n e t i c a l l y w i l d t y p e r e t i n a o v e r l i e s a m u t a n t o p t i c l o b e , t h e o p t i c l o b e a n d r e t i n a a r e p h e n o t y p i c a l l y n o r m a l . T h i s h a s l e d t o t h e c o n c l u s i o n t h a t r e t i n a l d e v e l o p m e n t i s i n d e p e n d e n t o f t h e o p t i c l o b e , y e t o p t i c l o b e d e v e l o p m e n t i s d e p e n d e n t u p o n t h e r e t i n a . A l t h o u g h Drgso__hi_l_a 0>el_anggaster o f f e r s the a d v a n t a g e o f e a s y g e n e t i c m a n i p u l a t i o n , t h e y make p o o r s u b j e c t s f r o m a n e u r o b i o l o g i c a l p o i n t o f v i e w . M o s t n e u r o p h y s i o l o g i c a l s t u d i e s o f D r g s g g h i . l a s e n s o r y s y s t e m s h a v e b e e n r e s t r i c t e d t o e x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g t e c h n i q u e s ( e g . e l e c t r o r e t i n o g r a m s ) ( R u c k , 1 9 6 1 , 1964) b e c a u s e t h e n e u r o n a l s t r u c t u r e s o f t h e o m m a t i d i a a n d t h e o p t i c l o b e a r e t o o s m a l l f o r i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s . U n f o r t u n a t e l y t h e e l e c t r o r e t i n o g r a m p r o v i d e s l i t t l e i n f o r m a t i o n o n t h e r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f s i n g l e o m m a t i d i a o r t h e p r o c e s s i n g w h i c h o c c u r s w i t h i n t h e o p t i c l o b e . L i k e w i s e , s t u d i e s o n t h e n e u r o p h y s i o l o g y o f m o t o r b e h a v i o u r s i n Drgsgp.hi_l.a h a v e b e e n r e s t r i c t e d t o i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s f r o m m u s c l e f i b e r s and m o t o r n e u r o n s (Wyman, 1 9 7 0 , L e v i n e a n d Wyman, 1 9 7 3 ; K o e n i g a n d I k e d a , 1 9 B 3 a f b ) . A l t h o u g h t h e s e s t u d i e s p r o v i d e a g e n e r a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f m o t o r o u t p u t p a t t e r n s , t h e y d o n o t p r o v i d e a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e i n t e r n e u r o n a l m e c h a n i s m g e n e r a t i n g t h e b e h a v i o u r . T o a c c o m p l i s h t h i s t a s k i t i s n e c e s s a r y t o r e c o r d i n t r a c e l l u l a r l y f r o m n e u r o n s c o m p r i s i n g t h e c e n t r a l p a t t e r n g e n e r a t o r . E v e n w i t h t h e b e s t o f p r e s e n t d a y i n t r a c e l l u l a r t e c h n i q u e s and e q u i p m e n t , t h e s m a l l s i z e o f D r g s g p h i . l.a i n t e r n e u r o n s ( l e s s t h a n 5 um) h a v e b e e n e l u s i v e t o i n t r a c e l l u l a r p e n e t r a t i o n . By c o m p a r i s o n , t h e l a r g e s i z e o f t h e O r t h o p t e r a n n e r v o u s s y s t e m i s i d e a l f o r b o t h n e u r o p h y s i o l o g i c a l a n d n e u r o a n a t o m i c a l s t u d i e s . I t c o n t a i n s many l a r g e n e u r o n s (up t o 100 um i n d i a m e t e r ) w h i c h a r e " e a s i l y " i m p a l e d w i t h m i c r o e l e c t r o d e s . T h e compound e y e s a n d o p t i c l o b e s a r e q u i t e l a r g e a n d h a v e b e e n s u b j e c t e d t o s e v e r a l p h y s i o l o g i c a l ( H o r r i d g e , 1 9 6 5 , Shaw, 1965) a n d a n a t o m i c a l s t u d i e s ( C a j a l a n d S a n c h e z , 1915 ; H o r r i d g e , 1965 ; M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 , 1 9 7 7 ; A n d e r s o n , 1 9 7 8 a ; S t r a u s f e l d a n d N a s s e l , 1 9 8 1 ) . I n a d d i t i o n , t h e O r t h o p t e r a n v e n t r a l n e r v e c o r d i s e a s i l y a c c e s s i b l e f o r b o t h e x t r a c e l l u l a r a n d i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s ( c f . P e a r s o n e t a l . 1980 , 1 9 8 1 ; S t e e v e s a n d P e a r s o n , 1 9 8 2 ) . T h i s h a s a l l o w e d t h e i d e n t i f i c a t i o n o f s e v e r a l n e u r o n s , 4 b o t h i n s e n s o r y a n d m o t o r s y s t e m s . F o r i n s t a n c e t h e n e u r o n a l c i r c u i t r y f o r l o c u s t f l i g h t ( T y r e r e t a l . , 1979 ; P e a r s o n e t a l . , 1983 ) a n d j u m p i n g ( P e a r s o n e t a l . , 1 9 8 0 ; R o b e r t s o n a n d P e a r s o n , 1981) h a v e b e e n w e l l c h a r a c t e r i z e d . F u r t h e r m o r e , O r t h o p t e r a n s h a v e a l s o b e e n a v a l u a b l e a s s e t i n t h e s t u d y o f n e u r o n a l d e v e l o p m e n t (Goodman, 1 9 8 2 ) . T h e e m b r y o n i c g r a s s h o p p e r n e r v o u s s y s t e m i s made up o f l a r g e a c c e s s i b l e n e u r o n s a n d p r e c u r s o r n e u r o b l a s t c e l l s , b o t h o f w h i c h a r e h i g h l y a c c e s s i b l e a n d c o n s t a n t i n number a n d p o s i t i o n f r o m e m b r y o t o e m b r y o . I n d i v i d u a l c e l l b o d i e s and e a r l y f i b r e p a t h w a y s c a n be v i s u a l i z e d u s i n g N o r m a r s k i i n t e r f e r e n c e c o n t r a s t o p t i c s a n d c a n b e r e a d i l y p e n e t r a t e d b y m i c r o e l e c t r o d e s i n t h e d i s s e c t e d e m b r y o . U n f o r t u n a t e l y t h e g e n e t i c s o f t h e O r t h o p t e r a n s i s n o t a s e a s y t o m a n i p u l a t e a s t h a t o f D r o s o p . h i . l a and t h u s a l t e r a t i o n o f n e u r o n a l s y s t e m s h a s b e e n l i m i t e d t o m e c h a n i c a l means ( A n d e r s o n 1978 a , b , 1 9 7 9 ; M u r p h e y e t a l . 1975 ; M a t s u m o t o a n d M u r p h e y , 1 9 7 8 ) . N o n e t h e l e s s , t h e r e h a v e b e e n some s i n g l e g e n e m u t a n t s i s o l a t e d i n O r t h o p t e r a n s . B e n t l e y (1975) h a s i s o l a t e d a c r i c k e t m u t a n t w h i c h i s m i s s i n g t h e f i l i f o r m h a i r s on t h e c e r c i . T h e s e h a i r s a r e a s e n s o r y a p p a r a t u s w h i c h p r o v i d e a m a j o r a f f e r e n t i n p u t t o t h e m e d i a l and l a t e r a l g i a n t i n t e r n e u r o n s o f t h e v e n t r a l n e r v e c o r d . T h e s e i n t e r n e u r o n s a r e t h o u g h t t o p l a y a r o l e i n t h e e s c a p e r e s p o n s e o f c r i c k e t s . I n t h e s e m u t a n t s d e n d r i t e s o f t h e m e d i a l g i a n t i n t e r n e u r o n a r e n o t i c e a b l y w i t h e r e d a n d s h r i v e l e d . B e n t l e y u s e s t h i s a s e v i d e n c e t h a t n o r m a l a f f e r e n t s y n a p t i c i n p u t i s n e c e s s a r y f o r n o r m a l d e n d r i t i c d e v e l o p m e n t i n i n t e r n e u r o n s . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e a l t e r e d f o r m o f t h e m e d i a l g i a n t i n t e r - n e u r o n i s d u e t o a d i r e c t e f f e c t o f t h e m u t a t i o n i t s e l f . S t u d i e s i n v o l v i n g t h e r e m o v a l o f f i l i f o r m h a i r s show a s i m i l a r e f f e c t o n t h e m o r p h o l o g y o f t h e m e d i a l g i a n t i n t e r n e u r o n ( M u r p h e y e t a l . 1 9 7 5 ) , s u g g e s t i n g t h a t B e n t l e y ' s (1975) f i n d i n g s w e r e n o t d u e t o a d i r e c t a f f e c t o f t h e m u t a t i o n . A l t h o u g h c r i c k e t s make r e a s o n a b l y g o o d s u b j e c t s f o r n e u r o p h y s i o l o g i c a l s t u d y , t h e d e v e l o p m e n t , s t r u c t u r e and f u n c t i o n o f t h e i r n e r v o u s s y s t e m s i s n o t a s w e l l known a s t h a t o f g r a s s h o p p e r s a n d l o c u s t s . A m o r p h o l o g i c a l m u t a n t o f t h e g r a s s h o p p e r MeJLang____us s a n g u i . n i . g e s h a s b e e n r e c e n t l y i s o l a t e d b y W. C h a p c o o f t h e U n i v e r s i t y o f R e g i n a ( C h a p c o , 1 9 8 0 ) . T h i s r e d u c e d - e y e m u t a n t i s t h e f i r s t m o r p h o l o g i c a l m u t a n t t o be d e s c r i b e d i n a n a c r i d i d . C h a p c o ' s (1980) g e n e t i c s t u d i e s s u g g e s t t h a t t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t i s a s i n g l e g e n e , a u t o s o m a l r e c e s s i v e m u t a t i o n . He d e s c r i b e s t h e compound e y e s o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t a s s e v e r e l y r e d u c e d i n s i z e ( t o a b o u t f o r t y p e r c e n t t h a t o f a n o r m a l e y e ) , l a c k i n g f a c e t s , a n d l y i n g f l a t a g a i n s t t h e h e a d r a t h e r t h a n p r o t r u d i n g o u t w a r d s , l i k e w i l d t y p e e y e s . C h a p c o a l s o o b s e r v e d t h a t t h e m u t a n t l a c k s o c e l l i a n d i s u n r e s p o n s i v e t o h a n d o r p e n c i l t h r u s t s t o w a r d s t h e h e a d . T h i s i n i t i a l d e s c r i p t i o n o f t h e e y e s a n d t h e a n i m a l ' s l a c k o f r e s p o n s e t o q u i c k movement s i n i t s v i s u a l f i e l d i n d i c a t e s t h a t t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t m i g h t b e b l i n d . S i n c e i t i s v e r y d i f f i c u l t t o s u r g i c a l l y a l t e r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e compound e y e s a n d o p t i c l o b e s i n a p r e c i s e m a n n e r , i t i s p o s s i b l e t h a t t h i s r e d u c e d - e y e m u t a n t may p r o v i d e a more e x a c t i n g g e n e t i c a l t e r a t i o n o f t h i s p r o c e s s . T h i s w o u l d be v e r y b e n e f i c i a l f o r t h e e l u c i d a t i o n o f t h e m e c h a n i s m s u n d e r l y i n g 6 t h e d e v e l o p m e n t o f i n s e c t v i s u a l s y s t e m s . Many i n s e c t m o t o r b e h a v i o u r s ( e g . f l y i n g a n d j u m p i n g ) a r e v e r y d e p e n d e n t o n s e n s o r y s i g n a l s , i n c l u d i n g v i s u a l i n p u t s . T h u s t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t m i g h t b e u s e f u l i n d i s c e r n i n g t h e r e l a t i v e r o l e o f v i s u a l s i g n a l s i n t h e i n t e g r a t i o n a n d p r o c e s s i n g o f m o t o r o u t p u t p a t t e r n s . B e f o r e t h i s m u t a n t c a n be u s e d f o r f u r t h e r p h y s i o l o g i c a l o r d e v e l o p m e n t a l s t u d i e s i t must b e c h a r a c t e r i z e d i n a more c o m p l e t e m a n n e r . One must know how t h e m u t a n t d i f f e r s f r o m t h e w i l d t y p e a n i m a l i n b o t h a n a n a t o m i c a l a n d a f u n c t i o n a l s e n s e . T h i s s t u d y d e s c r i b e s t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t o f t h e g r a s s h o p p e r M e l a n g i i t i s S£Q9yLQL9 .ss, and c o m p a r e s t h i s m u t a n t w i t h w i l d t y p e a n i m a l s o f t h e same s p e c i e s . T h i s p a p e r c o n c e n t r a t e s u p o n t h e compound e y e s a n d o p t i c l o b e s a s w e l l a s some r e l a t e d n e u r o n a l s y s t e m s . A p r e v i o u s t h e s i s ( B e l l , 1983) p r o v i d e s a d e t a i l e d s t u d y o f t h e a n a t o m i c a l a n d p h y s i o l o g i c a l d e f i c i t s o f t h e m u t a n t o c e l l a r s y s t e m w h i c h w i l l n o t b e c o n s i d e r e d h e r e . 7 M A T E R I A L S AND METHODS ANIMALS AND REARING CONDITIONS R e d u c e d e y e m u t a n t a n d w i l d t y p e Mel.anop.l .us s angui .n i .Qes g r a s s h o p p e r s w e r e o r i g i n a l l y o b t a i n e d -from W. C h a p c o o-f t h e U n i v e r s i t y o f R e g i n a . T h e s e a n i m a l s w e r e r a i s e d i n c r o w d e d c o n d i t i o n s a t a p p r o x i m a t e l y 2 5 " C and 70'/. r e l a t i v e h u m i d i t y w i t h a l i g h t / d a r k c y c l e o f 16 t o 8 h o u r s r e s p e c t i v e l y . T h e a n i m a l s w e r e f e d wheat s e e d l i n g s , l e t t u c e and a b r a n / p o w d e r e d m i l k m i x t u r e . E g g s w e r e c o l l e c t e d i n j a r s o f m o i s t s a n d o r v e r m i c u l i t e and k e p t c o v e r e d a t 2 5 ° u n t i l h a t c h i n g . A l l p h y s i o l o g i c a l and a n a t o m i c a l s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d on b o t h r e d u c e d - e y e m u t a n t and w i l d t y p e a n i m a l s . E x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s w e r e t h e same i n a l l c a s e s . SCANNING E L E C T R O N MICROSCOPY T h e d e t a i l s o f t h e e x t e r n a l m o r p h o l o g y o f t h e g r a s s h o p p e r s were e x a m i n e d w i t h a s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e . E a c h a d u l t o r i n s t a r h e a d was f i x e d i n 2.5% g l u t a r a l d e h y d e ( b u f f e r e d t o pH 7 . 0 ) and t h e n washed i n 70% e t h a n o l . T h e t i s s u e was t h e n c r i t i c a l -p o i n t d r i e d and m o u n t e d on a l u m i n u m s t u b s w i t h P e l c o C o l l o i d a l m e t a l l i c p a i n t . S u b s e q u e n t l y i t was c o a t e d w i t h g o l d u s i n g a vacuum e v a p o r a t o r . A l l p h o t o g r a p h s o f t h e e x t e r n a l m o r p h o l o g y w e r e t a k e n u s i n g a C a m b r i d g e S t e r e o s c a n 250T s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e . 8 AXONAL F I L L I N G WITH COBALT T h e compound e y e s o-f b o t h w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t s w e r e - f i l l e d i.n v i v o w i t h c o b a l t i n o r d e r t o d e t e r m i n e i f t h e y h a d a n y n e u r o n a l c o n n e c t i o n s w i t h t h e b r a i n . T h e a n i m a l s were a n a e s t h e t i z e d by c o o l i n g and p i n n e d t o a p i e c e o r c o r k . A c u p o f beeswax was f o r m e d a r o u n d o n e o f t h e compound e y e s a n d f i l l e d w i t h 57. c o b a l t c h l o r i d e . T h e l e n s o f t h e e y e was t h e n p u n c t u r e d w i t h a n e e d l e , t o a l l o w t h e c o b a l t t o d i f f u s e t h r o u g h t o t h e n e u r o n s o f t h e r e t i n a . T h e c o b a l t c h l o r i d e was c o v e r e d w i t h p e t r o l e u m j e l l y t o p r e v e n t e v a p o r a t i o n . T h e e n t i r e p r e p a r a t i o n was t h e n p l a c e d i n a m o i s t c h a m b e r a t 4° C f o r a p e r i o d o f 12 t o 18 h o u r s . F o l l o w i n g t h e f i l l i n g p e r i o d t h e b r a i n was e x p o s e d by a d o r s a l d i s s e c t i o n . T h e h e a d was t h e n p l a c e d i n 2V. ammonium s u l p h i d e f o r f i v e m i n u t e s i n o r d e r t o p r e c i p i t a t e t h e c o b a l t . N e u r o n s w h i c h a r e f i l l e d w i t h c o b a l t s t a i n d a r k b l a c k . T h e h e a d was f i x e d i n a l c o h o l i c B o u i n ' s ( P a n t i n , 1969) f o r o n e h o u r . F o l l o w i n g f i x a t i o n t h e b r a i n , c o m p l e t e w i t h o p t i c l o b e s , was c a r e f u l l y r e m o v e d f r o m t h e h e a d . T h e b r a i n was d e h y d r a t e d i n an e t h a n o l s e r i e s and c l e a r e d i n m e t h y l s a l y c i l a t e . Wholemount p r e p a r a t i o n s w e r e p l a c e d on a d e p r e s s i o n s l i d e i n m e t h y l s a l y c i l a t e and v i e w e d u n d e r a compound m i c r o s c o p e . T h e d e s c e n d i n g c o n t r a l a t e r a l movement d e t e c t o r (DCMD) n e u r o n ( c f . R o w e l l , 1971) was f i l l e d i.n v i t r o . T h e b r a i n and v e n t r a l n e r v e c o r d w e r e r e m o v e d ( i n t a c t ) f r o m t h e a n i m a l b y a d o r s a l d i s s e c t i o n . A f t e r r e m o v i n g a l l s u p e r f i c i a l t r a c h e a and o t h e r n o n n e u r a l t i s s u e , o n e o f t h e c o n n e c t i v e s was s e v e r e d i m m e d i a t e l y a n t e r i o r t o t h e m e s o t h o r a c i c g a n g l i a . T h e s e v e r e d c o n n e c t i v e was t h e n d i p p e d i n a p o o l o f c o b a l t c h l o r i d e ( c o n c e n t r a t i o n b e t w e e n 3 and 57.) w h i l e t h e b r a i n and g a n g l i a were l e f t s i t t i n g i n a p o o l o f i s o t o n i c g r a s s h o p p e r s a l i n e ( P e a r s o n and Goodman, 1 9 8 1 ) . T h e p o o l s o f c o b a l t c h l o r i d e and g r a s s h o p p e r s a l i n e w e r e i s o l a t e d f r o m e a c h o t h e r b y a w a l l o f p e t r o l e u m j e l l y . T h i s p r e v e n t e d c o b a l t f r o m s t a i n i n g a n y n e u r o n s i n t h e b r a i n e x c e p t t h r o u g h t h e c u t p r o - m e s o t h o r a c i c c o n n e c t i v e . T h e b r a i n and t h o r a c i c g a n g l i a were l e f t , i n t h i s m a n n e r , i n a m o i s t c h a m b e r a t room t e m p e r a t u r e f o r 8 t o 24 h o u r s . T h e c o b a l t was t h e n p r e c i p i t a t e d by p l a c i n g t h e g a n g l i a i n a d i s h c o n t a i n i n g 8ml o f s a l i n e and two d r o p s o f ammonium s u l f i d e f o r 10 m i n u t e s . T h e g a n g l i a was t h e n f i x e d i n a l c o h o l i c B o u i n s f o r o n e h o u r , d e h y d r a t e d i n an e t h a n o l s e r i e s a n d c l e a r e d i n m e t h y l s a l y c i l a t e . T h e f i l l e d a x o n and c e l l b o d y o f t h e DCMD c o u l d t h e n be v i e w e d b y l i g h t m i c r o s c o p y . HISTOLOGY: F i x a t i o n and E m b e d d i n g E a c h h e a d was c u t o f f and t h e mouth p a r t s e x c i s e d . O f t e n t h e h e a d was c u t i n h a l f t o f a c i l i t a t e f i x a t i o n i n a l c o h o l i c B o u i n ' s ( f o r a p p r o x i m a t e l y 12 h o u r s ) . T h e s p e c i m e n was t h e n t r a n s f e r r e d t o 707. i s o p r o p y l a l c o h o l f o r s e v e r a l d a y s , up t o a m o n t h , i n o r d e r t o s o f t e n t h e c u t i c l e . T h i s was f o l l o w e d b y d e h y d r a t i o n t h r o u g h an i s o p r o p y l a l c o h o l s e r i e s f r o m 70 t o 100/i . T h e s p e c i m e n was c l e a r e d i n m e t h y l s a l y c i l a t e f o r 30 m i n u t e s a n d p l a c e d i n b e n z e n e f o r 10 m i n u t e s . E m b e d d i n g i n p a r a f f i n was d o n e 1 0 under vacuum at 60" C with two changes of wax preceding the f i n a l embedding. Eight to ten micron sections were then cut, flattened on a warm water bath and placed on albuminized s l i d e s . A l l s l i d e s were then l e f t i n an oven at 5 0 s C overnight i n order t o ensure that the sections adhered to the s l i d e s . Embryos were fixed and embedded i n much the same way as adults and i n s t a r s . Eggs were separated from egg pods at the desired point in development, either 60 or 85 percent. The egg cases were cleared in a solution of two t h i r d s grasshopper s a l i n e (Pearson and Goodman, 1981) and one t h i r d bleach, making i t possible to examine the embryos under a dissecting microscope. The embryos of reduced-eye mutants were distinguished by the absence of o c e l l i and by the reduced s i z e of the eye f i e l d s . The desired embryos were then removed from the egg cases, decapitated and the heads fixed and embedded. Hematoxylin/Eosin Staining For hematoxylin/eosin staining, s l i d e s were deparaffinized ' in xylene and hydrated to water through an ethanol ser i e s . Sections were stained with D e l a f i e l d ' s Hematoxylin (Fisher Chemical) for 2 to 5 minutes, washed with running water, placed in Scott solution (Humason, 1979) rinsed in another running water bath and counterstained with Eosin Y for approximately 2 minutes. The sections were then dehydrated through an ethanol series followed by xylene to remove the ethanol. Cover s l i p s were aff i x e d with Permount (Fisher Chemical). 11 R e d u c e d S i l v e r S t a i n i n g R e d u c e d s i l v e r s t a i n i n g was d o n e i n o r d e r t o more f u l l y e l u c i d a t e t h e a x o n a l p a t t e r n s o f t h e o p t i c l o b e s . H o r i z o n t a l s e c t i o n s o f b o t h r e d u c e d e y e m u t a n t s and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s w e r e e x a m i n e d b y R o w e l l ' s r e d u c e d s i l v e r s t a i n i n g ( R o w e l 1 , 1 9 6 3 ) . D e p a r a f f i n i z e d s l i d e s w e r e h y d r a t e d t h r o u g h an e t h a n o l s e r i e s and t r e a t e d w i t h 20% s i l v e r n i t r a t e i n t h e d a r k f o r o n e h o u r . T h e s l i d e s were t h e n r i n s e d i n d i s t i l l e d w a t e r , p l a c e d i n i m p r e g n a t i n g f l u i d ( R o w e l 1 , 1963) a t 4 0 * C f o r 16 h o u r s , and washed i n d i s t i l l e d w a t e r . T h e s l i d e s were t r e a t e d w i t h 2V. s o d i u m s u l p h i t e f o r 2 m i n u t e s , washed i n d i s t i l l e d w a t e r and p l a c e d i n d e v e l o p e r (Rowel 1, 1963) a t 2 0 " C f o r a p p r o x i m a t e l y s e v e n m i n u t e s . T h e s l i d e s were " t o n e d " f o r 5 m i n u t e s i n 0.2"/. g o l d c h l o r i d e , r e d u c e d f o r 5 m i n u t e s in-2" / . o x a l i c a c i d and f i x e d i n 5% s o d i u m t h i o s u l p h a t e f o r 2 m i n u t e s . R i n s i n g w i t h d i s t i l l e d w a t e r t o o k p l a c e b e t w e e n e a c h o f t h e s t e p s f r o m " t o n i n g " t o s o d i u m t h i o s u l p h a t e . F i n a l l y s l i d e s w e r e t h o r o u g h l y washed i n r u n n i n g t a p w a t e r , d e h y d r a t e d i n an e t h a n o l s e r i e s and m o u n t e d w i t h c o v e r s l i p s . E X T R A C E L L U L A R RECORDING E x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s w e r e made o f t h e r e d u c e d - e y e and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r r e s p o n s e s t o l i g h t , a u d i t o r y and t a c t i l e s t i m u l a t i o n . A d o r s a l d i s s e c t i o n o f t h e a n i m a l s was d o n e a s d e s c r i b e d b y P e a r s o n e t . a l . ( 1 9 8 0 ) . A f t e r e x p o s i n g t h e m e t a -a n d m e s o t h o r a c i c g a n g l i a , s i l v e r hook e l e c t r o d e s w e r e p l a c e d 12 a r o u n d t h e p r o m e s o t h o r a c i c c o n n e c t i v e s . R e f e r e n c e e l e c t r o d e s w e r e t h e n p l a c e d i n t h e m u s c l e w a l l and i s o l a t e d f r o m t h e r e c o r d i n g e l e c t r o d e s b y s u r r o u n d i n g t h e l a t t e r w i t h p e t r o l e u m j e l l y . E l e c t r o d e s were c o n n e c t e d t o an a . c . a m p l i f i e r and t h e n e u r a l a c t i v i t y v i e w e d o n a 4 - c h a n n e l o s c i l l o s c o p e . An i n t e n s e f l a s h o f l i g h t a c t e d a s t h e v i s u a l s t i m u l u s . A u d i t o r y s t i m u l u s was a 60 dB p u l s e o f w h i t e n o i s e d e l i v e r e d b y a s p e a k e r p o s i t i o n e d 15 cm f r o m t h e l e f t s i d e o f t h e a n i m a l < 8 t e e v e s and P e a r s o n , 1 9 8 2 ) . In t h e i n s t a n c e s o f l i g h t and a u d i t o r y s t i m u l u s a d . c . o s c i l l o s c o p e t r a c e was t r i g g e r e d when t h e s t i m u l u s was t u r n e d o n . T a c t i l e s t i m u l a t i o n was g i v e n b o t h b y b l o w i n g on t h e a n i m a l and by b r u s h i n g t h e abdomen w i t h a p a i n t b r u s h . R e c o r d i n g s o f t h e e x t r a c e l l u l a r r e s p o n s e s were made w i t h a 35mm m o v i n g f i l m c a m e r a . ELECTROMYOGRAMS R e c o r d i n g s w e r e made f r o m t h e f l i g h t m u s c l e s o f b o t h r e d u c e d e y e and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . E a c h a n i m a l was s u s p e n d e d f r o m a wooden d o w e l a t t a c h e d t o t h e p r o t h o r a x by wax. A r e c o r d i n g e l e c t r o d e o f t h i n c o p p e r w i r e was t h e n i n s e r t e d i n t o t h e f l i g h t m u s c l e s and a g r o u n d e l e c t r o d e i n s e r t e d i n t o t h e a b d o m e n . Warm a i r (25 - 3 0 ™ ) was b l o w n o v e r t h e a n i m a l w i t h a h a i r d r i e r . E l e c t r o m y o g r a m s (EMGs) o f t h e f l i g h t m u s c l e s w e r e a m p l i f i e d and d i s p l a y e d on a t e k t r o n i x o s c i l l o s c o p e . P h o t o g r a p h s o f t h e s c r e e n w e r e t a k e n w i t h a 35mm m o v i n g f i l m c a m e r a . W a l k i n g m u s c l e a c t i v i t y was a l s o e x a m i n e d . EMGs were r e c o r d e d -from t h e e x t e n s o r t i b i a e m u s c l e s i n t h e h i n d l e g s o f b o t h r e d u c e d - e y e and w i l d t y p e a n i m a l s . Two t h i n c o p p e r w i r e s w e r e i n s e r t e d i n e a c h e x t e n s o r t i b i a e m u s c l e . T h e a n i m a l was t h e n a l l o w e d t o w a l k f r e e l y upon a s t y r o f o a m b a l l w h i c h t h e e x p e r i m e n t e r r o t a t e d . E M G ' s o f t h e l e g m u s c l e s were a m p l i f i e d , d i s p l a y e d and p h o t o g r a p h e d i n t h e same manner a s t h e f l i g h t m u s c l e E M G ' s . ELECTRORETINOGRAMS E l e c t r o r e t i n o g r a m s (ERGs) w e r e r e c o r d e d f r o m t h e compound e y e s o f b o t h r e d u c e d - e y e m u t a n t a n d w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . E a c h a n i m a l was f i x e d t o a p l a t f o r m and a s m a l l h o l e made i n t h e l e n s s u r f a c e o f a compound e y e . T h e r e c o r d i n g e l e c t r o d e was i n s e r t e d t h r o u g h t h e h o l e i n t h e e y e s u r f a c e , t h e r e f e r e n c e e l e c t r o d e was i n s e r t e d t h r o u g h a h o l e i n t h e t h o r a x . S i g n a l s were a m p l i f i e d and d i s p l a y e d on an o s c i l l o s c o p e w i t h s t o r a g e c a p a b i l i t i e s . An i n t e n s e f l a s h o f l i g h t a c t e d a s t h e s t i m u l u s . T h e r e c o r d e d t r a c e was p h o t o g r a p h e d w i t h a p o l a r o i d c a m e r a . SURGICAL INTERVENTION S u r g i c a l a l t e r a t i o n o f t h e compound e y e o f f i r s t a n d s e c o n d i n s t a r w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s was a t t e m p t e d . T h e a n i m a l s w e r e f i r s t a n e s t h e t i z e d by c o o l i n g on i c e f o r a b o u t t h i r t y m i n u t e s . I t h e n a t t e m p t e d t o r e m o v e t h e p r o l i f e r a t i o n z o n e a t t h e r o s t r a l m a r g i n o f o n e o f t h e compound e y e s u s i n g a f i n e s c a l p e l b l a d e . T h i s p r o v e d t o be i m p o s s i b l e a s t h e v e r y s l i g h t p r e s s u r e a p p l i e d 14 b y t h e k n i f e c r u s h e d t h e s o f t c u t i c l e o f t h e j u v e n i l e g r a s s h o p p e r h e a d s , r e s u l t i n g i n d e a t h o f t h e a n i m a l s . I a l s o a t t e m p t e d t h i s p r o c e d u r e upon s e c o n d i n s t a r l o c u s t s , w h i c h a r e l a r g e r and more d u r a b l e t h a n t h e M e l a n g e l _ y s . T h i s was more s u c c e s s f u l and many o f t h e a n i m a l s s u r v i v e d t o a d u l t h o o d . T h e compound e y e s and and o p t i c l o b e s o f t h e s e a d u l t a n i m a l s w e r e t h e n e x a m i n e d b y h i s t o l o g i c a l m e t h o d s . 15 R E S U L T S BEHAVIOURAL OBSERVATIONS AND PHYSIOLOSY When l e f t u n d i s t u r b e d , b o t h w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e t J § I § O Q E l y s s a n g u i n i p . e s b e h a v e i n e s s e n t i a l l y t h e same way . T h e m u t a n t g r a s s h o p p e r s a r e a b l e t o w a l k , j u m p , f l y and f e e d i n t h e same manner a s w i l d t y p e a n i m a l s . M u t a n t s h a v e t h e same a b i l i t y a s w i l d t y p e a n i m a l s t o r i g h t t h e m s e l v e s when t u r n e d o v e r on t h e i r b a c k s . T h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s a r e a b l e t o e n g a g e i n n o r m a l r e p r o d u c t i v e a c t i v i t y , h o w e v e r , t h e i r v i a b i l i t y i s l e s s t h a t 10 p e r c e n t t h a t o f w i l d t y p e s , ( C h a p c o , 1 9 8 0 ) . In t h e s t a n d a r d c o l o n y s i t u a t i o n t h e o n l y o b s e r v a b l e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e m u t a n t and w i l d t y p e a n i m a l s i s t h a t t h e m u t a n t s a r e g e n e r a l l y l e s s a c t i v e , t e n d i n g t o s t a y i n o n e p o s i t i o n much l o n g e r t h a n t h e w i l d t y p e s . When t h e g r a s s h o p p e r s a r e d i s t u r b e d t h e r e a r e c l e a r b e h a v i o u r a l d i f f e r e n c e s b e t w e e n m u t a n t s and w i l d t y p e s . When a h a n d i s waved i n f r o n t o f a w i l d t y p e g r a s s h o p p e r , o r a l o u d n o i s e i s made, t h e a n i m a l d i s p l a y s a j u m p i n g a n d / o r f l y i n g e s c a p e r e s p o n s e ( f i g u r e 1) t y p i c a l o f g r a s s h o p p e r s and l o c u s t s ( P e a r s o n e t a l . , 1 9 8 0 ) . T h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s d i s p l a y n o r e s p o n s e t o movements i n t h e i r v i s u a l f i e l d s , a s f i r s t o b s e r v e d b y C h a p c o ( 1 9 8 0 ) . I a l s o n o t e d t h a t t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s w e r e u n r e s p o n s i v e t o a n y l o u d n o i s e s . T a c t i l e s t i m u l a t i o n w i l l , h o w e v e r , e l i c i t a n e s c a p e r e s p o n s e f r o m b o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s . T h e l a c k o f r e s p o n s e t o movement s i n f r o n t o f t h e h e a d s u g g e s t s t h a t t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s a r e b l i n d . E x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s -from b o t h t h e r e t i n a (EROs) a n d t h e v e n t r a l n e r v e c o r d were made t o c o n - f i r m w h e t h e r t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s a r e b l i n d and d e a f . T h e v e n t r a l n e r v e c o r d o f l o c u s t s a n d g r a s s h o p p e r s c a r r i e s s e n s o r y ( v i s u a l , a u d i t o r y , t a c t i l e and p r o p r i o c e p t i v e ) and m o t o r i m p u l s e s b e t w e e n t h e b r a i n and t h e r e s t o f t h e b o d y . S p e c i f i c a l l y , a u d i t o r y i n f o r m a t i o n f r o m t h e t y m p a n a l o r g a n s , l o c a t e d on t h e s i d e s o f t h e r o s t r a l abdomen , e n t e r s t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m v i a t h e s i x t h n e r v e o f t h e m e t a t h o r a c i c g a n g l i o n and a s c e n d s t o t h e b r a i n v i a t h e v e n t r a l n e r v e c o r d ( c f . M i l l e r , 1 9 7 9 ) . S i m i l a r l y , t h e r e a r e s e v e r a l v i s u a l i n t e r n e u r o n s <eg. DCMD) w h i c h d e s c e n d t h r o u g h t h e v e n t r a l n e r v e c o r d t o t h e t h o r a c i c and a b d o m i n a l g a n g l i a ( c . f . B u l l o c k a n d H o r r i d g e , 1 9 6 5 ) . T h e v e n t r a l n e r v e c o r d i s e a s i l y a c c e s s i b l e by a d o r s a l d i s s e c t i o n and e x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s c a n be made f r o m i t w i t h o u t d a m a g i n g t h e a n i m a l ' s s e n s o r y o r m o t o r f u n c t i o n s . I made e x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s f r o m t h e p r o m e s o t h o r a c i c c o n n e c t i v e o f t h e v e n t r a l n e r v e c o r d i n b o t h w i l d t y p e a n d m u t a n t g r a s s h o p p e r s i n o r d e r t o more f u l l y e l u c i d a t e t h e o b s e r v e d b e h a v i o u r a l d i f f e r e n c e s . F i g u r e 2A shows t h e r e s p o n s e t o " l i g h t s o n " a n d " l i g h t s o f f " . T h e w i l d t y p e a n i m a l s show a s h a r p s y n c h r o n o u s n e u r a l d i s c h a r g e when t h e l i g h t s a r e t u r n e d on o r t u r n e d o f f , a s i s c h a r a c t e r i s t i c o f a l l g r a s s h o p p e r s and l o c u s t s s t u d i e d t o d a t e ( c . f . B u l l o c k and H o r r i d g e , 1 9 6 5 ) . T h e w i l d t y p e a n i m a l shows g e n e r a l a s y n c h r o n o u s n e u r a l a c t i v i t y when e x p o s e d t o p r o l o n g e d p e r i o d s o f e i t h e r l i g h t o r d a r k . T h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s do n o t show a n y n e u r a l d i s c h a r g e i n r e s p o n s e t o t u r n i n g t h e l i g h t s on o r o f f . F i g u r e 2B shows v e n t r a l n e r v e c o r d r e s p o n s e s o f m u t a n t and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s t o an a u d i t o r y s t i m u l u s . T h e w i l d t y p e t ! § I ^ D 9 B l y i l s Q 9 y l Q l B H g r a s s h o p p e r shows a s y n c h r o n o u s s p i k e d i s c h a r g e i n r e s p o n s e t o an a u d i t o r y s t i m u l i . T h e r e d u c e d e y e m u t a n t s h o w s n o r e s p o n s e t o a u d i t o r y s t i m u l i , s u p p o r t i n g t h e s u g g e s t i o n t h a t t h e a n i m a l i s d e a f . B o t h t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t and t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r a p p e a r t o h a v e b e h a v i o u r a l 1 y f u n c t i o n a l t a c t i l e r e c e p t o r s <eg. w i n d s e n s i t i v e h a i r s ) and e x h i b i t e s c a p e r e s p o n s e s t o t a c t i l e s t i m u l i . T h u s I d i d n o t e x p e c t t h e m u t a n t t o h a v e a b n o r m a l i t i e s i n t h e n e u r o n a l c i r c u i t r y f o r t h i s s e n s o r y i n p u t . V e n t r a l n e r v e c o r d r e c o r d i n g s o f t h e r e s p o n s e t o a t a c t i l e s t i m u l u s w e r e made t o c o n f i r m t h i s ( f i g u r e 2 c ) . B o t h t h e w i l d t y p e and r e d u c e d e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s e x h i b i t a s y n c h r o n o u s s p i k e d i s c h a r g e i n r e s p o n s e t o t a c t i l e s t i m u l i . ERGs o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r w e r e made i n o r d e r t o d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t t h e r e t i n a o f t h e compound e y e s r e s p o n d t o l i g h t . T h i s p r o v i d e s i n f o r m a t i o n on w h e t h e r t h e p h o t o r e c e p t o r s a r e f u n c t i o n i n g i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t o r w h e t h e r t h e l a c k o f a l i g h t r e s p o n s e i s t h e r e s u l t o f a b n o r m a l c o n n e c t i o n s w i t h i n t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m . F i g u r e 3 shows ERGs o f w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t s . T h e ERGs i n d i c a t e t h a t t h e p h o t o r e c e p t o r s o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t do n o t r e s p o n d t o l i g h t . T h e e l e c t o p h y s i o l o g i c a l r e c o r d i n g s f r o m b o t h t h e v e n t r a l n e r v e c o r d and t h e r e t i n a c o n f i r m t h a t t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t i s b l i n d and s u g g e s t t h a t t h i s may be d u e t o a b n o r m a l i t i e s 18 a t t h e p h o t o r e c e p t o r l e v e l . H i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n was c a r r i e d o u t t o f u r t h e r e l u c i d a t e t h e a b n o r m a l i t i e s p r e s e n t i n t h e compound e y e and d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t t h e r e w e r e a n y a b n o r m a l i t i e s i n t h e s t r u c t u r e o f t h e o p t i c l o b e . EMGs f r o m e x t e n s o r t i b i a e m u s c l e s o f t h e m e t a t h o r a c i c l e g a n d t h e t h o r a c i c f l i g h t m u s c l e s w e r e made i n o r d e r t o d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t t h e r e a r e s u b t l e d i f f e r e n c e s i n l o c o m o t o r p a t t e r n s b e t w e e n t h e m u t a n t and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r , w h i c h c o u l d n o t be d e t e c t e d b y b e h a v i o u r a l o b s e r v a t i o n . F i g u r e 4A shows EMGs r e c o r d e d f r o m t h e e x t e n s o r t i b i a e o f t h e r i g h t and l e f t m e t a t h o r a c i c l e g s i n m u t a n t and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s r e s p e c t i v e l y . When f r e e l y w a l k i n g , l o c u s t s and g r a s s h o p p e r s move w i t h an a l t e r n a t i n g t r i p o d g a i t ( B u r n s , 1973 , Graham 1 9 8 3 ) . T h i s r e s u l t s i n t h e m e t a t h o r a c i c l e g s m o v i n g i n a r o u g h l y a l t e r n a t i n g f a s h i o n ( i e . 180 d e g r e e s o u t o f p h a s e w i t h e a c h o t h e r ) . T h i s p a t t e r n h o l d s t r u e f o r b o t h t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t and w i l d t y p e Me!angp_l.us s a n g u i . n i . p e s . F i g u r e 4B shows EMGs o b t a i n e d f r o m t h e f l i g h t m u s c l e s o f m u t a n t and w i l d t y p e a n i m a l s . In b o t h c a s e s t h e f l i g h t m u s c l e s a r e c o n t i n u o u s l y a n d s y n c h r o n o u s l y a c t i v a t e d w h i l e t h e a n i m a l s a r e i n s i m u l a t e d f l i g h t . T h u s t h e r e were no d e t e c t a b l e l o c o m o t o r d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e two s t r a i n s o f a n i m a l s . 19 E X T E R N A L ANATOMY T h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s h a v e t h e same g e n e r a l b o d y p l a n , s h a p e a n d s i z e a s w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . C l o s e e x a m i n a t i o n b y means o f s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h s r e v e a l s e x t e r n a l m o r p h o l o g i c a l d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e m u t a n t s and t h e w i l d t y p e s . F i g u r e 5 shows a l o w m a g n i f i c a t i o n v i e w o f t h e h e a d s o f b o t h r e d u c e d e y e and w i l d t y p e M e L § n g g l u s s a n g u i . n i g . e s . T h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r h a s two l a r g e f a c e t e d compound e y e s ( f i g u r e 6 A ) , two l a t e r a l o c e l l i a n d o n e m e d i a n o c e l l u s on t h e f r o n s . T h e e y e s o f t h e m u t a n t g r a s s h o p p e r a r e s e v e r e l y r e d u c e d i n s i z e , t o a b o u t o n e t h i r d t h a t o f t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r and l a c k t h e n o r m a l f a c e t s ( f i g u r e 6 B ) . T h e e y e s o f t h e m u t a n t do n o t b u l g e o u t a s do t h e w i l d t y p e s , b u t r a t h e r l a y f l a t a g a i n s t t h e h e a d . T h e m u t a n t g r a s s h o p p e r l a c k s l a t e r a l o c e l l i and h a s o n l y a r e m n a n t o f t h e m e d i a n o c e l l u s . W i n d s e n s i t i v e h a i r s a r e f o u n d on t h e h e a d s o f b o t h t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e f i n d i n g t h a t t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s e x h i b i t a n o r m a l r e s p o n s e t o t a c t i l e s t i m u l i s u c h a s m o v i n g a i r c u r r e n t s . T h e s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h s c o n f i r m t h e o b s e r v a t i o n s o f C h a p c o ( 1 9 8 0 ) . T h e a b n o r m a l i t i e s o b s e r v e d i n t h e compound e y e s i n d i c a t e t h a t t h e r e c o u l d be f u r t h e r a n a t o m i c a l a n d p h y s i o l o g i c a l d i f f e r e n c e s w i t h i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t v i s u a l s y s t e m . T h i s was i n v e s t i g a t e d w i t h f u r t h e r a n a t o m i c a l t e c h n i q u e s . 2 0 AXONAL F I L L I N G WITH COBALT T h e c o b a l t f i l l s o f t h e compound e y e s i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t a n d w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e no n e u r o n a l c o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e e y e s and o p t i c l o b e s o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t . In t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s t h e o p t i c l o b e t u r n e d c o m p l e t e l y b l a c k a s a r e s u l t o f t h e c o b a l t i o n s b e i n g t r a n s p o r t e d a l o n g t h e a x o n s o f t h e r e t i n u l a c e l l s and t r a n s s y n a p t i c a l l y i n t o s e c o n d o r d e r n e u r o n s o f t h e o p t i c l o b e . T h e n e u r o n s i n t h e o p t i c l o b e o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t showed no t r a c e o f c o b a l t when t h e r e t i n a was f i l l e d (Goodman, 1 9 7 6 ) . T h i s p r o c e d u r e i n d i c a t e s t h a t t h e r e t i n u l a c e l l s o f t h e r e t i n a f a i l t o p r o j e c t a x o n s i n t o t h e o p t i c l o b e . INTERNAL ANATOMY AND HISTOLOGY D i s s e c t i o n s o f t h e b r a i n s o f w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s w e r e made t o d e t e r m i n e i f t h e r e a r e g r o s s m o r p h o l o g i c a l d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e m . D i a g r a m s o f t h e two b r a i n s a r e shown i n f i g u r e 7 . T h e b r a i n o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t i s s u b s t a n t i a l l y r e d u c e d i n s i z e ( a p p r o x i m a t e l y 15%), e s p e c i a l l y t h e o p t i c l o b e s ( a p p r o x i m a t e l y 40'/ .) . T h e m e d i a n and l a t e r a l o c e l l a r n e r v e t r a c t s a r e a b s e n t i n t h e m u t a n t . T h e s e o b s e r v a t i o n s o f g r o s s b r a i n s t r u c t u r e i n d i c a t e t h a t t h e r e may be u n d e r l y i n g n e u r o n a l d i f f e r e n c e s . T h i s was i n v e s t i g a t e d by h i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n . H o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e compound e y e s and o p t i c l o b e s o f w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t M e l a n o p l u s sangui .ni ._ ies a r e shown i n f i g u r e s 8 t o 14 . T h e n e u r o n a l s t r u c t u r e s o f t h e compound e y e 21 a n d o p t i c l o b e o f t h e w i l d t y p e a n i m a l a r e e s s e n t i a l l y t h e same a s t h a t d e s c r i b e d f o r t h e l o c u s t , S c h i ^ s t o c e r c a g r e g a r i a ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a ) . T h e n o r m a l a d u l t r e t i n a ( f i g u r e 8A) i s c o m p o s e d o f t h o u s a n d s o f o m m a t i d i a , o n e b e h i n d e a c h f a c e t , m a k i n g up t h e e n t i r e s u r f a c e o f t h e compound e y e . E a c h o m m a t i d i u m i s made up o f an o u t e r c o r n e a l l e n s c o v e r i n g a c r y s t a l l i n e c o n e , b e n e a t h w h i c h i s t h e p h o t o r e c e p t o r l a y e r ( f i g u r e 9 A ) . T h e c r y s t a l l i n e c o n e i s c o m p o s e d o f f o u r c o n e c e l l s w h i c h a c t t o d i r e c t l i g h t o n t o t h e u n d e r l y i n g p h o t o r e c e p t o r s , t h e r e t i n u l a c e l l s ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a ) . T h e p h o t o r e c e p t o r l a y e r c o n s i s t s o f a c e n t r a l r h a b d o m made up o f o v e r l a p p i n g p r o c e s s e s ( r h a b d o m e r e s ) p r o j e c t i n g i n w a r d f r o m t h e r e t i n u l a c e l l a x o n s . S i x o f t h e r e t i n u l a c e l l s e x t e n d f r o m t h e c r y s t a l l i n e c o n e t o t h e l a m i n a o f t h e o p t i c l o b e , w h i l e t h e o t h e r two r e t i n u l a c e l l s a r e r e s t r i c t e d t o t h e b a s a l t h i r d o f t h e o m m a t i d i u m and e x t e n d t o t h e m e d u l l a o f t h e o p t i c l o b e , ( A n d e r s o n 1 9 7 8 a ) . A l l e i g h t r e t i n u l a c e l l a x o n s o f t h e o m m a t i d i u m p a s s o u t o f t h e r e t i n a i n a b u n d l e , ( f i g u r e 8 A ) . T h e r e a r e a l s o two l a r g e p r i m a r y p i g m e n t c e l l s , c o n t a i n i n g many l a r g e p i g m e n t g r a i n s , s u r r o u n d i n g t h e c r y s t a l l i n e c o n e . Many s m a l l s e c o n d a r y p i g m e n t c e l l s s u r r o u n d t h e e n t i r e o m m a t i d i u m a n d a c t t o p r e v e n t t h e p a s s a g e o f r e f r a c t e d l i g h t b e t w e e n o m m a t i d i a . T h e compound e y e o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t ( f i g u r e 8B) i s much s m a l l e r t h a n t h a t o f t h e w i l d t y p e and d o e s n o t a p p e a r t o be d i v i d e d i n t o d i s t i n c t f a c e t e d o m m a t i d i a ( f i g u r e 9 B ) . T h e m u t a n t s l a c k t h e c r y s t a l l i n e c o n e ( f i g u r e 9 B ) . I t i s n o t p o s s i b l e t o d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t a n y o f t h e r e t i n u l a c e l l s a r e p r e s e n t u s i n g l i g h t m i c r o s c o p y , s i n c e t h e c e l l s i n t h e m u t a n t r e t i n a a p p e a r r e l a t i v e l y u n d i f f e r e n t i a t e d . F u r t h e r m o r e , t h e r h a b d o m d o e s n o t a p p e a r t o be p r e s e n t . T h e r e a r e n o b u n d l e s o f r e t i n u l a a x o n s l e a v i n g t h e m u t a n t r e t i n a , a s t h e r e a r e i n t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r . T h e r e a r e p i g m e n t c e l l s p r e s e n t i n t h e m u t a n t r e t i n a , h o w e v e r , t h e y a p p e a r t o be s c a t t e r e d r a n d o m l y t h r o u g h o u t t h e b a s a l two t h i r d s o f t h e r e t i n a . T h e p r e s e n c e o f c h r o m a t i c g r a n u l e s ( f i g u r e BB) i n d i c a t e t h a t c e l l d e g e n e r a t i o n h a s b e e n t a k i n g p l a c e ( W i g g l e s w o r t h , 1 9 4 2 ) . T h i s d e g e n e r a t i o n a p p e a r s t o h a v e o c c u r r e d i n t h e o p t i c l a m i n a u n d e r l y i n g t h e r e t i n a , a s w e l l a s i n t h e r e t i n a i t s e l f . I t may i n d i c a t e t h a t d e g e n e r a t i o n o f r e t i n u l a c e l l s h a s t a k e n p l a c e , s u g g e s t i n g t h a t much o f t h e a b n o r m a l s t r u c t u r e p r e s e n t i n t h e a d u l t m u t a n t may be due t o d e g e n e r a t i o n r a t h e r t h a n a b n o r m a l d e v e l o p m e n t . T h e g e n e r a l p l a n o f t h e o p t i c l o b e i n w i l d t y p e d f l a n g e l u s s a n g u i Q i p . e s ( f i g u r e 10A) i s t h e same a s t h a t d e s c r i b e d f o r l o c u s t s a n d many o t h e r i n s e c t s ( M e i n e r t z h a g e n , 1973 , S h e l t o n , 1 9 7 6 ) . T h e o p t i c l o b e l i e s d i r e c t l y b e n e a t h t h e r e t i n a . In n o r m a l o r t h o p t e r a n s i t i s made up o f t h r e e d i s t i n c t o p t i c n e u r o p i l s . F r o m t h e r e t i n a i n w a r d s t h e s e a r e , t h e l a m i n a , t h e m e d u l l a and t h e l o b u l a . E a c h n e u r o p i l i s made up o f n e r v e f i b r e s s u r r o u n d e d b y a c o r t e x o f p a r e n t c e l l b o d i e s . T h e l a m i n a i s d i r e c t l y i n n e r v a t e d by r e t i n u l a a x o n s w h i c h , t o g e t h e r w i t h g r o u p s o f i n t e r n e u r o n s , f o r m r e p e a t i n g s t r u c t u r a l u n i t s c a l l e d c a r t r i d g e s ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 , 1 9 7 7 ) . Two o f t h e r e t i n u l a c e l l a x o n s a n d f i v e l a m i n a g a n g l i o n c e l l a x o n s l e a v e t h e c a r t r i d g e a s a b u n d l e and p a s s t o t h e m e d u l l a . A x o n s p r o j e c t i n g f r o m t h e l a m i n a t o t h e m e d u l l a c r o s s o v e r i n t h e h o r i z o n t a l p l a n e ( p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f t h e compound e y e ) f o r m i n g t h e o u t e r o p t i c c h i a s m . A x o n s p r o j e c t i n g f r o m t h e m e d u l l a t o t h e l o b u l a c r o s s o v e r i n t h e h o r i z o n t a l p l a n e f o r m i n g t h e i n n e r o p t i c c h i a s m . T h e o p t i c l o b e o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t d i f f e r s m a r k e d l y f r o m t h a t i n t h e w i l d t y p e a n i m a l ( f i g u r e 1 0 ) . T h e l a m i n a a n d o u t e r o p t i c c h i a s m a r e m i s s i n g i n t h e m u t a n t a n d t h e r e a r e no n e u r o n a l c o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e r e t i n a and t h e b r a i n . T h e m e d u l l a , i n n e r o p t i c c h i a s m and l o b u l a a r e p r e s e n t i n t h e r e d u c e d -e y e m u t a n t ( f i g u r e 1 0 ) , h o w e v e r , t h e y d i f f e r a g r e a t d e a l f r o m t h a t i n t h e w i l d t y p e a n i m a l . T h e m e d u l l a o f t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r i s o b l o n g i n s h a p e and i s h i g h l y s t r a t i f i e d ( f i g u r e 1 1 A ) . T h e l a y e r s a p p e a r t o c o r r e s p o n d t o t h e d i s t r i b u t i o n o f n e u r o n a l p r o c e s s e s and s y n a p s e s ( S t r a u s f e l d and B l e s t , 1 9 7 0 ) . T h e most d i s t i n c t l a y e r i s o n e o f t a n g e n t i a l f i b r e s , t h e s e r p e n t i n e l a y e r , w h i c h d i v i d e s t h e m e d u l l a i n t o two s e c t i o n s ( B t r a u s f e l d and N a s s e l , 1 9 8 1 ) . T h e o u t e r s e c t i o n c o n t a i n s a few c e l l b o d i e s , some o f whose a x o n s p r o j e c t t o t h e l a m i n a . A l s o p r e s e n t w i t h i n t h e o u t e r s e c t i o n a r e t a n g e n t a l f i b r e s and p a l l i s a d e s o f a x o n s p r o j e c t e d f r o m t h e l a m i n a . T h e i n n e r s e c t i o n c o n t a i n s t h e d e n d r i t e s o f T o r Y s h a p e d n e u r o n s w h i c h p r o j e c t a x o n s t o t h e l o b u l a ( S t r a u s f e l d a n d N a s s e l , 1 9 8 1 ) . T h e m e d u l l a o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t i s more r o u n d e d i n s h a p e t h a n t h a t o f t h e w i l d t y p e a n i m a l , and i s t o t a l l y a m o r p h o u s i n f i b r e c o m p o s i t i o n ( f i g u r e 1 1 B ) . T h e r e i s n o e v i d e n c e o f a s e r p e n t i n e l a y e r o f t a n g e n t i a l a x o n s . F u r t h e r m o r e , t h e m u t a n t m e d u l l a d o e s n o t e x h i b i t t h e s t r i a t e d and l a y e r e d a p p e a r a n c e w h i c h i s f o u n d i n t h e o u t e r and i n n n e r s e c t i o n s o f t h e w i l d t y p e m e d u l l a . I n many h i s t o l o g i c a l s e c t i o n s t h e r e a r e c h r o m a t i c g r a n u l e s a t t h e o u t e r e d g e o f t h e m u t a n t m e d u l l a ( f i g u r e 1 1 B ) , i n d i c a t i v e o f c e l l d e g e n e r a t i o n . T h e p o s s i b i l i t y t h a t t h e a b s e n c e o f t h e l a m i n a a n d t h e o u t e r o p t i c c h i a s m i s due t o p o s t e m b r y o n i c d e g e n e r a t i o n was i n v e s t i g a t e d b y f o l l o w i n g t h e d e v e l o p m e n t o f t h e v i s u a l s y s t e m i n b o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t s . DEVELOPMENT OF THE R E T I N A T h e O r t h o p t e r a n r e t i n a g r o w s p o s t - e m b r y o n i c a l l y by t h e a d d i t i o n o f new o m m a t i d i a t o t h e a n t e r i o r e d g e s and t h u s t h e a d u l t e y e i s t h e sum o f t h e l a r v a l i n c r e m e n t s , ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 ) . A n d e r s o n (1978a) h a s shown t h a t t h e new o m m a t i d i a grow b y r e c r u i t m e n t o f e p i d e r m a l c e l l s f r o m t h e a n t e r i o r e d g e . In t h e f i r s t i n s t a r o f w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s ( f i g u r e 12A) b o t h a p r o l i f e r a t i o n z o n e and a d i f f e r e n t i a t i o n z o n e c a n be d i s t i n g u i s h e d i n t h e a n t e r i o r p o r t i o n o f t h e r e t i n a . T h e p r o l i f e r a t i o n z o n e i s o n e o f h i g h m i t o t i c a c t i v i t y ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a ) ; h e r e t h e c e l l s a r e d e n s e l y p a c k e d and e l o n g a t e d ( f i g u r e 1 2 A ) . In t h e d i f f e r e n t i a t i o n z o n e t h e n u c l e i become s t r a t i f i e d and t h e o m m a t i d i a b e g i n t o t a k e on t h e i r a d u l t a p p e a r a n c e . M e i n e r t z h a g e n (1976) h a s d e t e r m i n e d t h e d e v e l o p m e n t a l s e q u e n c e i n t h e r e t i n a . In t h e o u t e r p a r t o f t h e d i f f e r e n t i a t i o n z o n e f o u r o f t h e n u c l e i d i f f e r e n t i a t e i n t o t h e c r y s t a l l i n e c o n e ; b e n e a t h t h i s t h e r e t i n u l a c e l l s f o r m t h e r h a b d o m . T h e f o u r p r i m a r y p i g m e n t c e l l s d o n o t a p p e a r u n t i l t h e l a s t s t a g e s o f d i f f e r e n t i a t i o n . T h e r e t i n a o-f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t g r o w s w i t h s u c c e s s i v e i n s t a r s a s d o e s t h e w i l d t y p e . T h e r e a p p e a r s t o be a s m a l l p r o l i f e r a t i o n z o n e i n t h e m u t a n t , h o w e v e r , t h e r e a p p e a r s t o be n o d i f f e r e n t i a t i o n i n t o o m m a t i d i a ( f i g u r e 1 2 B ) . W i t h i n t h e d i f f e r e n t i a t i o n z o n e t h e r e i s no e l o n g a t i o n o r s t r a t i f i c a t i o n , a s c a n be s e e n i n t h e w i l d t y p e r e t i n a ( f i g u r e 1 2 ) . T h e r e a l s o a p p e a r t o be p i g m e n t c e l l s p r e s e n t i n t h e m u t a n t r e t i n a . DEVELOPMENT OF THE O P T I C LOBE T h e n o r m a l o p t i c l o b e a l s o g r o w s d u r i n g s u c c e s s i v e i n s t a r s ; h o w e v e r , c e l l s a r e a d d e d f r o m a s t e m c e l l p o p u l a t i o n o f n e u r o b l a s t s r a t h e r t h a n b y r e c r u i t m e n t o f a n o t h e r c e l l t y p e , a s i n t h e r e t i n a ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 ) . T h e r e a r e two p o p u l a t i o n s o f n e u r o b l a s t s f r o m w h i c h t h e o p t i c l o b e i s d e r i v e d , t h e o u t e r o p t i c a n l a g e a n d t h e i n n e r o p t i c a n l a g e . T h e l a m i n a a n d t h e o u t e r t h i r d o f t h e m e d u l l a f o r m f r o m t h e o u t e r a n l a g e w h i l e t h e l o b u l a and t h e i n n e r two t h i r d s o f t h e m e d u l l a f o r m f r o m t h e i n n e r o p t i c a n l a g e ( S t r a u s f e l d , 1 9 7 6 ) . F i g u r e 14A shows t h e o u t e r o p t i c a n l a g e o f t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r . T h e n e u r o b l a s t s o f t h i s a n l a g e a r e d i s t i n g u i s h e d b y t h e i r l a r g e n u c l e i and by t h e i r a b u n d a n c e o f l i g h t c o l o u r e d c y t o p l a s m ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a ) . T h e o u t e r o p t i c a n l a g e i s a f o l d e d s t r u c t u r e w h i c h i s l o c a t e d b e n e a t h t h e p r o l i f e r a t i o n z o n e o f t h e r e t i n a a n d e x t e n d s a l o n g t h e d o r s o - v e n t r a l e d g e o f t h e o p t i c l o b e . T h e n e u r o b l a s t s o f t h e a n l a g e d i v i d e a s y m m e t r i c a l l y t o f o r m a n o t h e r n e u r o b l a s t and a g a n g l i o n m o t h e r c e l l , ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a ) . T h e g a n g l i o n m o t h e r c e l l s t h e n d i v i d e t o -form t h e g a n g l i o n c e l l s o f t h e l a m i n a a n d o u t e r m e d u l l a . A s t h e g a n g l i o n c e l l s a r e p r o d u c e d t h e y d i s p l a c e t h e o l d e r c e l l s f u r t h e r f r o m t h e a n l a g e (Nowel a n d S h e l t o n , 1 9 8 1 ) . N e w l y f o r m e d r e t i n u l a c e l l a x o n s g row t o t h e a r e a o f n e w l y f o r m e d l a m i n a g a n g l i o n c e l l s a d j a c e n t t o t h e o u t e r o p t i c a n l a g e , ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 ) . A s t h e n e w l y f o r m e d l a m i n a l i e s i m m e d i a t e l y u n d e r n e a t h t h e n e w l y f o r m e d r e t i n a , n e w l y g r o w i n g r e t i n u l a c e l l s w i l l e n c o u n t e r a l i m i t e d number o f new g a n g l i o n c e l l s . In t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t t h e o u t e r o p t i c a n l a g e i s p r e s e n t a s i n d i c a t e d by t h e n e u r o b l a s t s ( f i g u r e 1 4 B ) . T h e r e a p p e a r t o be g a n g l i o n c e l l s p o s t e r i o r t o t h e o u t e r o p t i c a n l a g e b e n e a t h t h e r e t i n a . I f t h e s e a r e i n d e e d g a n g l i o n c e l l s t h e y do n o t p o s s e s s a x o n s , a s t h e r e i s no l a m i n a o r o u t e r o p t i c c h i a s m . Nor a r e t h e r e a n y r e t i n u l a a x o n s p r o j e c t i n g f r o m t h e r e t i n a i n t h e m u t a n t i n s t a r s o r a d u l t s . EMBRYONIC DEVELOPMENT T h e e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t o f t h e compound e y e and o p t i c l o b e o f O r t h o p t e r a n s h a s n o t b e e n w e l l s t u d i e d . M o s t o f t h e s t u d i e s h a v e c o n c e n t r a t e d upon p o s t e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t and h a v e u s e d i n s e c t s o t h e r t h a n O r t h o p t e r a n s a s t h e i r p r i m a r y s p e c i m e n s ( M e i n e r t z h a g e n 1973 , 1975 ; S t r a u s f e l d , 1 9 7 6 ) . In o r d e r t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e a b n o r m a l i t i e s p r e s e n t i n t h e p o s t e m b r y o n i c s t a g e s o f t h e m u t a n t a r e due p r i m a r i l y t o d e g e n e r a t i o n o r w h e t h e r t h e y c a n be a t t r i b u t e d t o i n i t i a l a b n o r m a l d e v e l o p m e n t , I made s e c t i o n s o f e m b r y o s a t 60 a n d 85 p e r c e n t o f d e v e l o p m e n t . T h e s e e m b r y o s were s t a g e d b o t h c h r o n o l o g i c a l l y -from t h e d a t e t h e e g g s w e r e l a i d and q u a l i t a t i v e l y b y t h e m e t h o d o f B e n t l e y e t a l . ( 1 9 7 9 ) . B o t h o f t h e s e m e t h o d s o f s t a g i n g c o n c u r r e d w i t h r e s p e c t t o t h e d e g r e e o f e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t e x a m i n e d . A t 60 p e r c e n t o f d e v e l o p m e n t i t i s p o s s i b l e t o d i s c e r n r u d i m e n t s o f t h e r e t i n a , l a m i n a and m e d u l l a i n t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s ( f i g u r e 1 6 A ) . None o f t h e o m m a t i d i a h a v e f u l l y d i f f e r e n t i a t e d a t t h i s s t a g e o f d e v e l o p m e n t , h o w e v e r , t h e r e a p p e a r t o be some a x o n s l e a v i n g t h e p o s t e r i o r s e c t i o n o f t h e r e t i n a ( f i g u r e 1 6 A ) . A v e r y s m a l l l a m i n a i s p r e s e n t a n d a p p e a r s t o h a v e a c o l u m n a r s t r u c t u r e , s i m i l a r t o t h a t i n t h e p o s t e m b r y o n i c a n i m a l . T h e m e d u l l a i s o b l o n g i n s h a p e , h a v i n g an a m o r p h o u s a p p e a r a n c e i n w h i c h i t i s i m p o s s i b l e t o d i s t i n g u i s h a n y l a y e r s o r c o l u m n s . In t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t e m b r y o a t 60 p e r c e n t d e v e l o p m e n t a r u d i m e n t a r y r e t i n a a n d m e d u l l a a r e p r e s e n t ( f i g u r e 1 6 B ) . T h e m u t a n t r e t i n a i s much s m a l l e r t h a n t h a t i n a w i l d t y p e a t t h e same d e v e l o p m e n t a l s t a g e and a p p e a r s o n l y a s a t h i n l a y e r o f c e l l s . T h e r e i s no e v i d e n c e o f a n y a x o n s l e a v i n g t h i s r e t i n a n o r i s t h e r e a n y e v i d e n c e o f a l a m i n a b e i n g p r e s e n t . T h e m e d u l l a o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t i s v e r y s i m i l a r t o t h a t i n t h e w i l d t y p e e m b r y o , h a v i n g t h e same o b l o n g s h a p e and a m o r p h o u s a p p e a r a n c e . A t 85 p e r c e n t o f d e v e l o p m e n t , t h e compound e y e and o p t i c l o b e o f t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r a r e much more f u l l y d e v e l o p e d t h a t t h a t o f t h e 60 p e r c e n t w i l d t y p e g r a s s h o p p e r ( f i g u r e 1 7 A ) . T h e r e t i n a h a s b e g u n t o f o r m i n t o f u l l y d i f f e r e n t i a t e d o m m a t i d i a and a x o n s c a n be c l e a r l y s e e n t o p e n e t r a t e t h e l a m i n a . T h e m e d u l l a 28 h a s t a k e n on a more s t r u c t u r e d a p p e a r a n c e . I t i s p o s s i b l e t o d i s t i n g u i s h t h e s e r p e n t i n e l a y e r a n d s e c t i o n s on e i t h e r s i d e h a v e a l a y e r e d c o l u m n a r o r g a n i z a t i o n s i m i l a r t o t h a t -found i n t h e a d u l t . In c o n t r a s t t o t h e g r e a t c h a n g e s s e e n b e t w e e n t h e 60 and 85 p e r c e n t w i l d t y p e e m b r y o s , t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t e m b r y o s h a v e c h a n g e d l i t t l e w i t h r e s p e c t t o t h e d e v e l o p m e n t o f t h e compound e y e and o p t i c l o b e ( f i g u r e 1 7 B ) . T h e r e t i n a h a s n o t f o r m e d i n t o d i s t i n c t o m m a t i d i a . T h e r e a p p e a r t o be some c h r o m a t i c g r a n u l e s p r e s e n t i n t h e p o s t e r i o r h a l f o f t h e r e t i n a , i n d i c a t i n g t h a t some c e l l d e g e n e r a t i o n h a s t a k e n p l a c e . T h e r e i s no e v i d e n c e o f a n y a x o n s l e a v i n g t h i s r e t i n a and t h e r e i s no l a m i n a . T h e m e d u l l a h a s become more r o u n d e d i n s h a p e and l a c k s t h e c o l u m n a r t e x t u r e o f t h e w i l d t y p e m e d u l l a . T h e r e a p p e a r t o be some a x o n s p r o j e c t i n g o u t w a r d s f r o m t h e m e d u l l a t o w a r d s t h e a b s e n t l a m i n a . I t i s n o t p o s s i b l e t o d i s c e r n t h e c e l l b o d i e s w h i c h t h e s e a x o n s p r o j e c t f r o m i n t h e h e m a t o x y l i n / e o s i n s t a i n e d s e c t i o n s . In w i l d t y p e a n i m a l s a x o n s i n t h i s a r e a c o m p r i s e t h e o u t e r o p t i c c h i a s m and c o u l d a r i s e f r o m c e l l b o d i e s o f e i t h e r t h e m e d u l l a o r t h e l a m i n a . T h e s e d e v e l o p m e n t a l o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e a l t e r e d s t r u c t u r e s o f t h e r e d u c e d - e y e v i s u a l s y s t e m a r e p r i m a r i l y d u e t o a b n o r m a l d e v e l o p m e n t w i t h l a t e r d e g e n e r a t i o n o f some c e l l g r o u p s . DCMD F I L L S T h e DCMD n e u r o n i s a h i g h e r o r d e r i d e n t i f i e d i n t e r n e u r o n w h i c h r e c e i v e s s t r o n g v i s u a l i n p u t and h a s b e e n w e l l c h a r a c t e r i z e d <cf . R o w e l l , 1971? O ' S h e a e t a l . , 1 9 7 4 ) . I i n v e s t i g a t e d i t s s t r u c t u r e i n o r d e r t o d e t e r m i n e w h e t h e r o r n o t t h e r e were a l t e r a t i o n s i n t h e g e n e r a l m o r p h o l o g y o f i n t e r n e u r o n s d u e t o a l a c k o f p r e s y n a p t i c ( v i s u a l ) i n p u t . C o b a l t f i l l s o f t h e DCMD i n t e r n e u r o n r e v e a l e d t h a t t h e s h a p e and s i z e o f t h e c e l l b o d y , a x o n a n d a r b o r i z a t i o n s w i t h i n t h e b r a i n w e r e v e r y s i m i l a r i n t h e w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t s ( f i g u r e 1 8 ) . T h e s t r u c t u r e o f t h e a x o n a l b r a n c h e s i n t h e t h o r a c i c g a n g l i a was n o t e x a m i n e d . V A R I A B I L I T Y BETWEEN ANIMALS OF THE SAME S T R A I N A l l p h y s i o l o g i c a l a n d a n a t o m i c a l o b s e r v a t i o n s w e r e d o n e on s e v e r a l g r a s s h o p p e r s o f b o t h t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t and w i l d t y p e s t r a i n s . T h e p h y s i o l o g i c a l r e s p o n s e s m e a s u r e d w e r e e s s e n t i a l l y a l l o r n o n e . T h e a n i m a l e i t h e r r e s p o n d e d t o l i g h t o r i t d i d n o t , l i k e w i s e w i t h t h e a u d i t o r y and t a c t i l e r e s p o n s e s . T h u s t h e r e w e r e no p h y s i o l o g i c a l d i f f e r e n c e s d e t e c t a b l e b e t w e e n e a c h o f t h e m u t a n t a n i m a l s o r b e t w e e n e a c h o f t h e w i l d t y p e a n i m a l s . T h e h i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n i n d i c a t e m i n o r d i f f e r e n c e s b e t w e e n a n i m a l s o f t h e same s t r a i n . S e c t i o n s o f t h e e y e and o p t i c l o b e show some d i f f e r e n c e s i n t h e s i z e and s h a p e o f s t r u c t u r e s . T h i s v a r i a b i l i t y was f o u n d b e t w e e n a n i m a l s o f b o t h t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t and w i l d t y p e s t r a i n s . I do n o t c o n s i d e r t h e s e d i f f e r e n c e s t o be s i g n i f i c a n t . T h e g r e a t e s t d i f f e r e n c e s i n s i z e a n d s h a p e c a n b e a t t r i b u t e d t o s l i g h t d i f f e r e n c e s i n t i s s u e s h r i n k a g e d u r i n g p r o c e s s i n g a n d / o r i n t h e o r i e n t a t i o n o f t h e s p e c i m e n s w i t h i n t h e p a r a f f i n b l o c k when t h e y w e r e c u t . S m a l l d i f f e r e n c e s i n t h e s i z e o f s t r u c t u r e s i n t h e o p t i c l o b e may a l s o b e d u e t o d i f f e r e n c e s i n t h e s i z e o f t h e a n i m a l s , o f w h i c h t h e r e i s some v a r i a b i l i t y . F i n a l l y , t h e r e w e r e no s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s , i n e i t h e r t h e a n a t o m y o r p h y s i o l o g y , b e t w e e n h e t e r o z y g o t e and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . DISCUSSION T h e r e d u c e d - e y e m u t a n t M e l a n g p . l u s s a n 9 u i n i p . e s g r a s s h o p p e r e x h i b i t s d e f i n i t e a n a t o m i c a l a n d p h y s i o l o g i c a l d i f f e r e n c e s f r o m t h e w i l d t y p e a n i m a l . T h e m u t a n t i s b l i n d , a s shown b y t h e l a c k o f a l i g h t r e s p o n s e i n t h e e x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s ( f i g u r e 4 ) . T h e f a c t t h a t t h e r e t i n a d o e s n o t r e s p o n d t o l i g h t ( f i g u r e 5) s h o w s t h a t t h i s l a c k o f v i s i o n c o u l d be a t t r i b u t e d t o a b n o r m a l i t i e s w i t h i n t h e p h o t o r e c e p t o r s . H o w e v e r , t h e h i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n ( f i g u r e 7B) s h o w s t h a t t h e r e a r e n o a x o n a l c o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e p h o t o r e c e p t o r s and t h e u n d e r l y i n g o p t i c l o b e . T h i s d e f i c i t w o u l d a l s o a c c o u n t f o r t h e l a c k o f a l i g h t r e s p o n s e a s r e c o r d e d i n t h e v e n t r a l n e r v e c o r d ( f i g u r e 2A) . In t h e m u t a n t , t h e l a t e r a l o c e l l i a r e a l s o a b s e n t a n d t h e m e d i a l o c e l l u s a p p e a r s o n l y a s a s m a l l v e s t i g i a l lump o n t h e f r o n s . T h e r e f o r e i t w o u l d a p p e a r u n l i k e l y t h a t t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m o f t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t p e r c e i v e s l i g h t i n p u t f r o m a n y s e n s o r y m o d a l i t y . T h e r e d u c e d e y e m u t a n t a l s o a p p e a r s t o be d e a f . I n n o r m a l O r t h o p t e r a n s a u d i t o r y i n f o r m a t i o n c a r r i e d f r o m t h e t y m p a n a l o r g a n t o t h e b r a i n c a n be d e t e c t e d b y r e c o r d i n g e x t r a c e l l u l a r l y f r o m t h e v e n t r a l n e r v e c o r d ( R e h b e i n , 1 9 7 6 ) . T h e l a c k o f an a u d i t o r y r e s p o n s e i n t h e v e n t r a l n e r v e c o r d o f t h e m u t a n t c o u l d be a t t r i b u t a b l e t o e i t h e r a b n o r m a l i t i e s i n t h e t y m p a n a l o r g a n a n d / o r i n t h e n e u r o n a l c o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e t y m p a n a l o r g a n and t h e b r a i n . A d e t a i l e d h i s t o l o g i c a l s t u d y o f t h e t y m p a n a l o r g a n s o f t h e two s t r a i n s o f g r a s s h o p p e r s w o u l d i n d i c a t e w h e t h e r o r n o t t h e m u t a n t tympanum i s n o r m a l i n s t r u c t u r e . C a r e f u l i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g f r o m n e r v e s l e a d i n g d i r e c t l y o u t o f t h e tympanum m i g h t h e l p e l u c i d a t e w h e t h e r o r n o t t h i s o r g a n f u n c t i o n s . T h i s w o u l d a l s o i n d i c a t e w h e t h e r t h e d e f i c i t i s l o c a l i z e d t o t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m . T h e r e d u c e d e y e m u t a n t s a p p e a r t o s e n s e t a c t i l e i n f o r m a t i o n i n t h e same way a s w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . T h i s i s shown b y t h e e l i c i t a t i o n o f a jump o r f l i g h t r e s p o n s e t o t a c t i l e s t i m u l i . T h e s y n c h r o n o u s s p i k e d i s c h a r g e i n t h e v e n t r a l n e r v e c o r d a s a r e s u l t o f w i n d o v e r t h e h e a d a l s o s u p p o r t s t h i s c o n t e n t i o n ( f i g u r e 2C> . T h e s e o b s e r v a t i o n s c o n f i r m t h a t t h e w i n d s e n s i t i v e h a i r s o f t h e r e d u c e d e y e m u t a n t s a r e f u n c t i o n a l . T h i s i s s u p p o r t e d b y t h e o b s e r v a t i o n b y m y s e l f a n d o t h e r s t h a t f u n c t i o n a l w i n d s e n s i t i v e h a i r s a r e e s s e n t i a l f o r s u s t a i n e d f l i g h t i n l o c u s t s ( W e i s F o g h , 1 9 4 9 , T y r e r e t a l . , 1 9 7 9 ) . T h e n e u r o n a l p r o j e c t i o n s o f t h e w i n d s e n s i t i v e h a i r s o f t h e r e d u c e d - e y e and w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s h a v e n o t b e e n i n v e s t i g a t e d i n t h i s s t u d y a n d t h u s I c a n n o t s t a t e w h e t h e r t h e y d i f f e r i n t h e two s t r a i n s o f g r a s s h o p p e r . T h i s i s s u e c o u l d b e r e s o l v e d b y c o b a l t b a c k f i l l i n g t h e n e u r o n a l p r o j e c t i o n s o f t h e h a i r s a n d b y i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g a n d s t a i n i n g o f i n t e r n e u r o n s r e c e i v i n g i n p u t f r o m w i n d s e n s i t i v e h a i r s . T h e o b s e r v a t i o n t h a t t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t d o e s n o t p e r c e i v e v i s u a l a n d a u d i t o r y i n f o r m a t i o n b u t d o e s p e r c e i v e t a c t i l e i n f o r m a t i o n , o p e n s up t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h i s m u t a n t c a n b e u s e d t o s t u d y t h e r e l a t i v e r o l e s o f t h e s e i n p u t s i n c e r t a i n b e h a v i o u r s . F o r e x a m p l e many a n i m a l s , i n c l u d i n g l o c u s t s a n d g r a s s h o p p e r s , d i s p l a y c h a r a c t e r i s t i c e s c a p e r e s p o n s e s t o a v o i d c a p t u r e . T h e n e u r o n a l c i r c u i t r y f o r t h e l o c u s t jump h a s b e e n w o r k e d o u t ( P e a r s o n e t a l . , 1980 ; R o b e r t s o n a n d P e a r s o n , 1981 ; S t e e v e s a n d P e a r s o n , 1 9 8 2 ) . T h e jump i s t r i g g e r e d b y t h e s u d d e n i n h i b i t i o n o f a c t i v i t y i n h i n d l e g f l e x o r t i b i a m o t o n e u r o n s j u s t p r i o r t o t h e r a p i d i s o t o n i c c o n t r a c t i o n o f t h e h i n d l e g e x t e n s o r t i b i a e m u s c l e s . T h e s t r o n g i n h i b i t o r y i n p u t t o t h e f l e x o r t i b i a e m u s c l e i s d u e t o m o n o s y n a p t i c i n h i b i t o r y p o s t s y n a p t i c p o t e n t i a l s f r o m an i d e n t i f i e d " t r i g g e r " i n t e r n e u r o n w i t h i n t h e m e t a t h o r a c i c g a n g l i o n c a l l e d t h e M n e u r o n . T h e s e t r i g g e r n e u r o n s a r e o n l y a c t i v a t e d b y t h e c o m b i n e d d e p o l a r i z i n g i n p u t f r o m h i n d l e g p r o p r i o c e p t o r s a n d some e x t e r n a l v i s u a l , a u d i t o r y o r t a c t i l e s t i m u l u s . T h e b a l l i s t i c jump r e s p o n s e c a n b e t r i g g e r e d i n w i l d t y p e M l L s Q Q B L y s sangui.ni_D.es b y s u d d e n movements w i t h i n t h e a n i m a l ' s v i s u a l f i e l d , l o u d n o i s e s , o r t a c t i l e s t i m u l i . T h e m u t a n t ' s l a c k o f a n e s c a p e b e h a v i o u r i n r e s p o n s e t o l i g h t and a u d i t o r y i n p u t c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e i r i n a b i l i t y t o p e r c e i v e l i g h t a n d s o u n d . T h e p r e s e n c e o f an e s c a p e r e s p o n s e i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s when s t i m u l a t e d b y t a c t i l e i n p u t s u g g e s t s t h a t t h e n e u r o n a l c i r c u i t r y f o r t h i s m o t o r p a t t e r n i s s t i l l i n t a c t ( f i g u r e s 1 and 2 C ) . I t i s n o t p o s s i b l e t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e M n e u r o n i n t h e m u t a n t i s f u n c t i o n i n g i n t h e same manner a s t h a t i n w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . T h i s i s p r i m a r i l y b e c a u s e i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g f r o m t h i s n e u r o n i s d e p e n d a n t u p o n o n e ' s a b i l i t y t o i d e n t i f y t h e M n e u r o n b y i t s c h a r a c t e r i s t i c l i g h t a n d a u d i t o r y i n p u t s . F l i g h t i s a n o t h e r m o t o r b e h a v i o u r t h a t c a n b e m o d u l a t e d by a v a r i e t y o f s e n s o r y i n p u t s . L o c u s t f l i g h t h a s b e e n shown t o be 34 i n f l u e n c e d b y i n p u t f r o m t a c t i l e ( w i n d s e n s i t i v e h a i r s ) , v i s u a l (compound e y e s a n d o c e l l i ) a n d p r o p r i o c e p t i v e ( w i n g s t r e t c h r e c e p t o r ) m o d a l i t i e s ( W e i s - F o g h , 1 9 4 9 , 1 9 5 6 ; T y r e r e t a l . , 1979 ; T a y l o r , 1 9 8 1 ; R o b e r t s o n a n d P e a r s o n , 1982 ; Rowel1 a n d P e a r s o n , 1983 ; P e a r s o n a t a l . , 1983 ; B i c k e r and P e a r s o n , 1 9 8 3 ) . F u r t h e r m o r e , r e s t r a i n e d and d i s s e c t e d l o c u s t s c a n b e i n d u c e d t o f l y " f i c t i v e l y " b y b l o w i n g a i r o v e r t h e h e a d o f t h e a n i m a l ( R o b e r t s o n a n d P e a r s o n , 1 9 8 2 ) . T h e n e u r o n a l a c t i v i t y i n v o l v e d i n f l y i n g c a n b e s i m u l t a n e o u s l y a n a l y s e d b y r e c o r d i n g i n t r a c e l l u l a r l y f r o m i d e n t i f i e d n e u r o n s w i t h i n t h e t h o r a c i c g a n g l i a . U n i t s i d e n t i f i e d a s f l i g h t g e n e r a t o r n e u r o n s c o u l d t h e n be t e s t e d f o r t h e i r r e s p o n s e s t o a v a r i e t y o f s e n s o r y i n p u t s . T h i s t y p e o f a n a l y s i s w o u l d b e f e a s i b l e i n b o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d — e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s s i n c e t h e y a r e b o t h c a p a b l e o f f l i g h t ( f i g u r e 4B) a n d u n d o u b t e d l y p o s s e s s t h e same n e u r o n a l n e t w o r k s f o r f l i g h t a s l o c u s t s . T h e s e s t u d i e s m i g h t e l u c i d a t e t h e r e l a t i v e i m p o r t a n c e o f t a c t i l e a n d p r o p r i o c e p t i v e i n p u t s i n t h e a b s e n c e o f v i s i o n a n d i n d i c a t e w h e t h e r t h e r e i s a n y c o m p e n s a t i o n f o r t h e l o s s o f a m a j o r s e n s o r y m o d a l i t y . N e v e r t h e l e s s , i t must be p o i n t e d o u t t h a t a l t h o u g h t h e m o t o r s y s t e m s i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t a p p e a r t o f u n c t i o n n o r m a l l y , t h i s may n o t be t h e c a s e . E v e r y c e l l o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t i s a m u t a n t c e l l a n d i t c a n n o t be c o n c l u s i v e l y s t a t e d t h a t i t f u n c t i o n s l i k e a n o r m a l c e l l . I t i s p o s s i b l e t h a t c o n t r o l o f f l i g h t a n d j u m p i n g i n t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t i s d i f f e r e n t f r o m t h a t i n a w i l d t y p e a n i m a l . What c a n b e l e a r n e d a b o u t m o t o r c o n t r o l i n t h i s s y s t e m may b e a u s e f u l g u i d e t o f u r t h e r s t u d i e s i n w i l d t y p e a n i m a l s . I f m o t o r c o n t r o l i s d i f f e r e n t i n t h e two s t r a i n s , f u r t h e r s t u d y may p r o v i d e i n s i g h t i n t o b a s i c n e u r o n a l m e c h a n i s m s c o m p e n s a t i n g f o r s e n s o r y d e f i c i t s . T h e h i s t o l o g i c a l s e c t i o n s o f t h e r e d u c e d - e y e and w i l d t y p e d § * L a n g p _ l _ u s s a n g u i n i p . e s g r a s s h o p p e r s e l u c i d a t e t h e g e n e r a l n e u r o n a l d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e two s t r a i n s . F i g u r e 8 shows t h a t t h e r e t i n a o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t h a s n o t d i f f e r e n t i a t e d i n t o n o r m a l a d u l t f o r m . I t a p p e a r s t h a t t h e c e l l s h a v e n e v e r become g r o u p e d i n t o o m m a t i d i a . T h e r e t i n a o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t g r o w s w i t h s u c c e s s i v e i n s t a r s i n d i c a t i n g t h a t p r o l i f e r a t i o n o c c u r s . T h a t i s , e p i d e r m a l c e l l s a p p e a r t o b e r e c r u i t e d t o f o r m e y e t i s s u e . H o w e v e r , t h e d i f f e r e n t i a t i o n o f t h e s e c e l l s i n t o t h e c o m p o n e n t s o f t h e o m m a t i d i a d o e s n o t o c c u r . T h e r e i s no c r y s t a l l i n e c o n e and n o t h i n g w h i c h c a n b e i d e n t i f i e d a s r e t i n u l a c e l l s . T h e r e a r e many u n d i f f e r e n t i a t e d c e l l s , some o f w h i c h c o u l d b e p i g m e n t c e l l s . S h e l t o n (1976) f e e l s t h a t t h e s e p i g m e n t c e l l s may be r e l a t i v e l y u n s p e c i a l i z e d c e l l s w h i c h f i l l i n t h e s p a c e s i n e a c h o m m a t i d i u m n o t o c c u p i e d b y o t h e r c e l l s . G e n e t i c m o s a i c s t u d i e s i n D r o s o p h i l a ( B e n z e r , 1973) i n d i c a t e t h a t c e l l s f o r m i n g e a c h o m m a t i d i u m a r e n o r m a l l y d e r i v e d f r o m s e v e r a l u n r e l a t e d c e l l s r a t h e r t h a n c l o n a l l y f r o m a s i n g l e c e l l . I t i s n o t known e x a c t l y when t h e c e l l s a r e d e t e r m i n e d . H o w e v e r , t h e i r f a t e must d e p e n d u p o n t h e p o s i t i o n t h e y o c c u p y i n t h e ommatidum ( S h e l t o n , 1 9 7 6 ) . S h e l t o n (1976) p o i n t s o u t t h a t t h e r e a r e c o n s i d e r a b l e a d v a n t a g e s t o t h e i n t e r a c t i v e m e c h a n i s m o f d e v e l o p m e n t . In s t r u c t u r e s w h i c h d e v e l o p v i a a m i t o t i c l i n e a g e f r o m a s i n g l e n e u r o b l a s t , e r r o r s a r i s i n g d u r i n g a n e a r l y s t a g e o f t h e p r o c e s s may h a v e a d r a s t i c e f f e c t u p o n t h e f i n a l p a t t e r n . I n t h e compound e y e , c e l l s a r e a r r a n g e d w i t h g r e a t p r e c i s i o n a n d i t may be s i g n i f i c a n t t h a t u n r e l a t e d n e r v e c e l l s a r e g r o u p e d t o g e t h e r a n d f u n c t i o n a l l y d e t e r m i n e d a t t h e l a s t p o s s i b l e moment. T r a n s p l a n t a t i o n e x p e r i m e n t s ( A n d e r s o n 1978A) show t h a t t h e o m m a t i d i a o f t h e r e t i n a c a n g row a n d d i f f e r e n t i a t e i n d e p e n d e n t l y o f a n y n e r o n a l c o n n e c t i o n s w i t h t h e o p t i c l o b e . I n h e r s t u d y ( A n d e r s o n , 1978a) r e t i n a t r a n s p l a n t e d t o t h e p r o t h o r a x d u r i n g t h e s e c o n d i n s t a r s t a g e c o n t i n u e d t o g row a n d d i f f e r e n t i a t e i n s u b s e q u e n t i n s t a r s . M o s a i c e x p e r i m e n t s u s i n g D r o s o p h i l a ( M e y e r o w i t z a n d K a n k e l , 1978) show t h a t a w i l d t y p e r e t i n a o v e r l y i n g a m u t a n t o p t i c l o b e w i l l g r o w a n d d i f f e r e n t i a t e n o r m a l l y . T h e s e e x p e r i m e n t s i n d i c a t e t h a t g r o w t h o f t h e i n s e c t r e t i n a i s i n d e p e n d e n t o f n e u r a l c o n n e c t i o n s w i t h t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m . I f t h i s i s t h e c a s e , i t i s l i k e l y t h e r e d u c e d -e y e m u t a n t r e t i n a i s t h e d i r e c t r e s u l t o f t h e m u t a t i o n r a t h e r t h a n t h e p l e i o t r o p i c c o n s e q u e n c e o f an a l t e r e d o p t i c l o b e . T h i s m i g h t b e c l a r i f i e d b y t r a n s p l a n t i n g a m u t a n t r e t i n a t o a w i l d t y p e h e a d . H o r i z o n t a l s e c t i o n s ( f i g u r e 11) i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e n o n e u r a l c o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e r e t i n a a n d o p t i c l o b e i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s . T h e l a m i n a and o u t e r c h i a s m a r e m i s s i n g i n e v e r y d e v e l o p m e n t a l s t a g e e x a m i n e d , f r o m e m b r y o t o a d u l t . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e a x o n a l p a t h w a y s b e t w e e n t h e r e t i n a a n d t h e m e d u l l a a r e n e v e r c o m p l e t e d . H o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e BOV. e m b r y o show t h a t t h e r e a r e some a x o n s p r e s e n t i n t h e a r e a d i s t a l t o t h e r e d u c e d — e y e m e d u l l a . T h e s e f i b r e s c a n n o t b e s e e n i n a n y 37 o f t h e s e c t i o n s o f i n s t a r s o r a d u l t s . T h e c h r o m a t i c d r o p l e t s f o u n d i n t h e same a r e a i n i n s t a r a n d a d u l t t i s s u e s s u g g e s t t h a t t h e s e f i b r e s e v e n t u a l l y d e g e n e r a t e . In t h e w i l d t y p e a n i m a l f i b r e s i n t h i s a r e a c o u l d be p r o j e c t e d f r o m t h e l a m i n a t o t h e m e d u l l a , o r f r o m t h e m e d u l l a t o t h e l a m i n a . In t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t t h e l a m i n a i t s e l f i s n o t p r e s e n t , a l t h o u g h t h e s e f i b r e s c o u l d be p r o j e c t e d f r o m c e l l b o d i e s i n t h e a r e a o f t h e l a m i n a . T h i s i s u n l i k e l y a s d i f f e r e n t i a t i o n o f t h e s e c e l l s i s t h o u g h t t o b e d e p e n d e n t u p o n r e t i n a l i n n e r v a t i o n ( M e i n e r t z h a g e n , 1973 , 1 9 7 7 ) . I t i s q u i t e p o s s i b l e t h a t t h e s e f i b r e s a r e p r o j e c t e d f r o m c e l l b o d i e s o f t h e m e d u l l a , and t h a t t h e y d e g e n e r a t e u p o n f a i l i n g t o make c o n t a c t w i t h l a m i n a n e u r o n s . T h e o t h e r p o s s i b i l i t y i s t h a t t h e s e f i b r e s a r e some o f t h e o n e s t h a t a r e n o r m a l l y r e s t r i c t e d t o t h e n e u r o p i l o f t h e m e d u l l a i t s e l f . T h e o p t i c l a m i n a i n t h e w i l d t y p e Me.1 anop.l .us s a n g u i . n i . p e s g r a s s h o p p e r i s s i m i l a r t o t h a t f o u n d i n l o c u s t s s u c h a s S c n i s t g c e r e a g r e g a r i a . T h e l a m i n a i s d i r e c t l y i n n e r v a t e d b y r e t i n u l a c e l l a x o n s ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 ) . T h e s e a x o n s , t o g e t h e r w i t h g r o u p s o f l a m i n a i n t e r n e u r o n s f o r m r e p e a t i n g s t r u c t u r a l u n i t s c a l l e d c a r t r i d g e s . T h e r e i s a l w a y s o n e c a r t r i d g e a s s o c i a t e d w i t h e a c h o m m a t i d i u m a n d t h e a r r a n g e m e n t o f r e t i n u l a a x o n s w i t h i n t h e c a r t r i d g e i s t h e same a s t h e r o t a t i o n a l s e q u e n c e o f t h e i r c e l l b o d i e s i n t h e o m m a t i d i u m , ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 7 ) . T h u s t h e n e u r o n a l p r o j e c t i o n b e t w e e n r e t i n a a n d l a m i n a f o r m s a t o p o g r a p h i c a l map, p r o v i d i n g a p o i n t t o p o i n t r e p r e s e n t a t i o n o f t h e v i s u a l f i e l d on t h e l a m i n a . 38 I t h a s b e e n s u g g e s t e d t h a t t h e d i f f e r e n t i a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f t h e l a m i n a a n d o u t e r o n e t h i r d o f t h e m e d u l l a i s d e p e n d a n t u p o n t h e i r i n n e r v a t i o n b y r e t i n u l a c e l l a x o n s ( M e i n e r t z h a g e n , 1 9 7 3 , 1 9 7 7 ) . In D a g h n i . a , a c r u s t a c e a n w a t e r f l e a , i t h a s b e e n shown t h a t g a n g l i o n c e l l s i n t h e l a m i n a do n o t d i f f e r e n t i a t e u n t i l t h e y h a v e b e e n c o n t a c t e d b y t h e p i o n e e r g r o w t h c o n e o f a r e t i n u l a c e l l a x o n ( L o p r e s t i e t a l . , 1 9 7 3 , 1 9 7 4 ) . T h u s f a r i t h a s n o t b e e n p o s s i b l e t o show t h i s i n i n s e c t s . H o w e v e r , e x p e r i m e n t s u s i n g Drosgghi_ l , a m o s a i c s h a v e shown t h a t a g e n e t i c a l l y m u t a n t r e t i n a o v e r l y i n g a g e n e t i c a l l y n o r m a l o p t i c l o b e r e s u l t s i n b o t h t h e r e t i n a a n d o p t i c l o b e b e i n g p h e n o t y p i c a l l y m u t a n t . O b s e r v a t i o n s o n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t M f ? l a n g g l y s s a n g u i . n i . g e s a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e p o s t u l a t i o n t h a t l a m i n a c e l l d i f f e r e n t i a t i o n i s d e p e n d a n t u p o n r e t i n u l a c e l l i n n e r v a t i o n . T h e m u t a n t h a s n e u r o b l a s t s i n t h e o u t e r o p t i c a n l a g e ( f i g u r e 14B) a n d l a m i n a g a n g l i o n c e l l s a p p e a r t o be p r o d u c e d . S i n c e n o r e t i n u l a c e l l a x o n s d e v e l o p i n t h e m u t a n t , t h e g a n g l i o n c e l l s a r e n o t i n n e r v a t e d , a n d t h u s t h e s e l a m i n a c e l l s may d e g e n e r a t e a n d d i e . T h e r e i s e v i d e n c e f o r d e g e n e r a t i o n o c c u r r i n g i n t h i s a r e a ( f i g u r e 8B) a s i n d i c a t e d b y t h e c h r o m a t i c g r a n u l e s ( W i g g l e s w o r t h , 1 9 4 2 ) . T h i s w o u l d a c c o u n t f o r t h e a b s e n c e o f t h e l a m i n a i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s . T h i s a l t e r a t i o n i n d e v e l o p m e n t c o u l d a l s o a c c o u n t f o r t h e a b n o r m a l s h a p e o f t h e m e d u l l a i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t . N o r m a l l y t h e o u t e r o n e t h i r d o f t h e m e d u l l a i s l a r g e l y c o m p o s e d o f f i b r e s p r o j e c t e d f r o m t h e l a m i n a a n d a s m a l l number o f c e l l s w h i c h a r e 39 d e r i v e d -from t h e o u t e r o p t i c a n l a g e ( S t r a u s f e l d , 1 9 7 6 ) . I f t h e c e l l s d e r i v e d f r o m t h e o u t e r o p t i c a n l a g e ( l a m i n a a n d o u t e r o n e t h i r d o f m e d u l l a ) n e e d t o b e i n n e r v a t e d b e f o r e t h e y c a n d i f f e r e n t i a t e t h e n t h e m e d u l l a w o u l d n o t d e v e l o p p r o p e r l y . T h i s i s s u p p o r t e d b y t h e o b s e r v a t i o n t h a t t h e m e d u l l a o f t h e r e d u c e d -e y e a n d w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s a r e v e r y s i m i l a r i n e a r l y (60%) e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t , p r i o r t o s i g n i f i c a n t r e t i n u l a a x o n i n n e r v a t i o n ( f i g u r e 1 6 ) . I t i s o n l y a f t e r l a r g e n u m b e r s o f r e t i n u l a c e l l a x o n s b e g i n t o i n n e r v a t e t h e c e l l s a r i s i n g f r o m t h e o u t e r o p t i c a n l a g e t h a t t h e m e d u l l a o f t h e w i l d t y p e g r a s s h o p p e r b e g i n s t o t a k e o n i t s n o r m a l a d u l t s t r u c t u r e . T h i s n e v e r o c c u r s i n t h e m u t a n t a n i m a l . I t h a s b e e n s u g g e s t e d t h a t c e l l d e a t h p l a y s a r o l e i n n o r m a l o p t i c l o b e d e v e l o p m e n t ( A n d e r s o n , 1 9 7 8 a , b , S t e n t , 1 9 8 1 ) . T h e r e may b e an i n i t i a l o v e r p r o d u c t i o n o f c e l l s i n t h e o u t e r o p t i c a n l a g e o f t h e w i l d t y p e a n i m a l . T h e s e c e l l s t h e n d e g e n e r a t e and d i e i f t h e y a r e n o t i n n e r v a t e d . What i s s e e n i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t may b e an e x t r e m e e x a m p l e o f t h i s p h e n o m e n o n . I t i s n o t p o s s i b l e t o c o n c l u s i v e l y s t a t e t h a t t h i s i s t h e c a s e i n t h e m u t a n t s i n c e t h e d i r e c t f o c u s o f t h e g e n e t i c m u t a t i o n i s n o t k n o w n . T h e m i s s i n g l a m i n a a n d d e f o r m e d m e d u l l a c o u l d be a d i r e c t r e s u l t o f t h e m u t a n t g e n e , r a t h e r t h a n a p l e i o t r o p i c e f f e c t d u e t o t h e l a c k o f i n n e r v a t i o n f r o m t h e r e t i n u l a c e l l s . T h e p o s t u l a t i o n t h a t i n n e r v a t i o n f r o m t h e r e t i n a i s n e c e s s a r y f o r p r o p e r f o r m a t i o n o f t h e l a m i n a a n d m e d u l l a i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t c o u l d be f u r t h e r i n v e s t i g a t e d t h r o u g h t r a n s p l a n t s t u d i e s . I n s e c t s a r e i d e a l f o r s u c h e x p e r i m e n t s . 40 A n d e r s o n ( 1 9 7 8 , A , B) h a s shown t h a t t h e r e t i n a l p r o l i f e r a t i o n z o n e c a n b e s u c c e s s f u l l y t r a n s p l a n t e d b e t w e e n l o c u s t s . I f t h e r e t i n a l p r o l i f e r a t i o n z o n e o f a w i l d t y p e g r a s s h o p p e r c o u l d be s u c c e s s f u l l y t r a n s p l a n t e d t o a m u t a n t i t may b e p o s s i b l e t o grow a n o r m a l r e t i n a o v e r t o p a m u t a n t o p t i c l o b e . I f t h e m u t a n t l a m i n a d e v e l o p e d i n r e s p o n s e t o i n n e r v a t i o n by a n o r m a l r e t i n a i t w o u l d s u p p o r t t h e i d e a t h a t i n n e r v a t i o n i s n e e d e d f o r t h e d i f f e r e n t i a t i o n o f c e l l s i n t h e l a m i n a a n d o u t e r o n e t h i r d o f t h e m e d u l l a , a s s u g e s t e d b y t h e m o s a i c e x p e r i m e n t s i n D r g s g p h i l a ( M y e r o w i t z a n d K a n k e l , 1 9 7 8 ) . I f m u t a n t l a m i n a d i d n o t b e g i n t o d e v e l o p n o r m a l l y , i n r e s p o n s e t o r e t i n u l a c e l l i n n e r v a t i o n , t h e n t h e a b n o r m a l o p t i c l o b e c o u l d b e a t t r i b u t e d t o a d i r e c t e f f e c t o f t h e g e n e t i c m u t a t i o n . T h e n e u r o n a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t Mf.LsQQE.iyg s a n g u i s n i _ E )eB i s f a r f r o m c o m p l e t e . I f t r a n s p l a n t a t i o n s t u d i e s s u p p o r t t h e i d e a t h a t t h e d i r e c t e f f e c t o f t h e m u t a t i o n i s c o n f i n e d t o p e r i p h e r a l s t r u c t u r e s o f c u t i c u l a r o r i g i n ( e g . r e t i n a ) , i t w o u l d b e i n t e r e s t i n g t o c a r r y o u t a n i n d e p t h s t u d y o n t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o f c e n t r a l i n t e r n e u r o n s n o r m a l l y r e c e i v i n g v i s u a l i n p u t . F o r e x a m p l e , what a r e t h e c o n s e q u e n c e s o f t h e l a c k o f i n n e r v a t i o n b y r e t i n u l a c e l l s on t h e m o r p h o l o g y o f i n t e r n e u r o n s i n t h e o p t i c m e d u l l a ? W o u l d t h e n e u r o n s b e p r e s e n t ? I f t h e y w e r e p r e s e n t , w o u l d t h e i r m o r p h o l o g y be a l t e r e d ? F i n a l l y , how w o u l d t h e y b e h a v e p h y s i o l o g i c a l l y ? D e t a i l e d a n a t o m i c a l s t u d i e s w i t h G o l g i t e c h n i q u e s w o u l d d e t e r m i n e w h e t h e r t h e n e u r o n s a r e p r e s e n t i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t a n d w h e t h e r t h e i r s t r u c t u r e h a s b e e n s i g n i f i c a n t l y a f f e c t e d . P r e l i m i n a r y a t t e m p t s t o 41 u n d e r t a k e s u c h a s t u d y h a v e b e e n u n s u c c e s s f u l d u e t o unknown p r o b l e m s w i t h t h e s u g g e s t e d G o l g i t e c h n i q u e o f C o l o n n i e r ( 1 9 6 4 ) . T h e b a c k f i l l s o f t h e DCMD i n t e r n e u r o n i n t h e b r a i n o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t s i n d i c a t e t h a t c e n t r a l n e u r o n s c a n d e v e l o p i n t h e a b s e n c e o f i n p u t f r o m t h e i r p r i m a r y s e n s o r y i n n e r v a t i o n ( v i s u a l , i n t h e c a s e o f D C M D ) . T h e soma a n d m a i n a x o n o f DCMD a r e t h e same s i z e i n t h e m u t a n t a s i n w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . DCMD i s known t o be h i g h l y v a r i a b l e i n i t s a x o n a l b r a n c h i n g p a t t e r n s w i t h i n t h e t h o r a c i c g a n g l i a (Goodman a n d P e a r s o n , 1979 ; S t e e v e s and P e a r s o n , 1983) e s p e c i a l l y t h o s e a x o n a l b r a n c h e s t h a t a r e known t o make f u n c t i o n a l l y weak (< 2 . 0 m i l l i v o l t s ) s y n a p t i c c o n n e c t i o n s . T h e r e f o r e , i f t h e r e i s a n y a l t e r a t i o n i n t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o f an i n t e r n e u r o n l i k e DCMD, p e r h a p s i t w o u l d b e i n i t i a l l y e v i d e n t a t t h e o u t p u t s i t e s ( a x o n a l b r a n c h e s ) o f t h e n e u r o n . T h i s i s s u p p o r t e d b y e x a m i n a t i o n o f t h e m o r p h o l o g y o f t h e m e d i a l g i a n t i n t e r n e u r o n (MGI) i n c r i c k e t s a f t e r i t h a s d e v e l o p e d w i t h o u t t h e b e n e f i t o f i t s p r i m a r y s e n s o r y i n p u t f r o m t h e c e r c u s . T h e o n l y a l t e r a t i o n t o MGI was a r e d u c t i o n i n t h e d e n s i t y o f t h e d e n d r i t i c a r b o r i z a t i o n s . ( S h a n k l a n d e t a l . , 1981 ; M u r p h e y e t a l . , 1 9 7 5 ) . P h y s i o l o g i c a l l y t h i s a p p e a r s t o be e x p r e s s e d a s a d e c r e a s e i n t h e e x c i t a b i l i t y o f MGI t o o t h e r d e p o l a r i z i n g i n p u t s ( M a t s u m o t o a n d M u r p h e y , 1 9 7 7 ) . F i g u r e 1. P i c t o r i a l r e p r e s e n t a t i o n o-f t h e s t a g e s i n v o l v e d i n j u m p i n g . T h e - f i r s t d i a g r a m shows t h e n o r m a l w a l k i n g s t a n c e o f t h e g r a s s h o p p e r . T h e s e c o n d s t a g e i s t h e p r e j u m p c r o u c h w h e r e t h e f l e x o r a n d e x s t e n s o r t i b i a m u s c l e s a r e c o — c o n t r a c t e d i n p r e p a r a t i o n f o r t h e j u m p . I n t h e t h i r d s t a g e t h e m e t a t h o r a c i c l e g s a r e e x t e n d e d a n d t h e w i n g s u n f o l d e d i n p r e p a r a t i o n f o r f l i g h t . F i g u r e 2 . E x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s f r o m t h e p r o m e s o t h o r a c i c c o n n e c t i v e s o f w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t M e l a n g p i u s sangmjriiD .es r e s p o n s e s t o l i g h t ( A ) , s o u n d ( B ) , a n d t a c t i l e ( C ) s t i m u l i . N o t e t h e l a c k o f r e s p o n s e t o " l i g h t s o n " , " l i g h t s o f f " a n d s o u n d s t i m u l i i n t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t . B o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r show t h e same r e s p o n s e t o t a c t i l e s t i m u l i . A b b r e v i a t i o n s : w i l d 2 3 w i l d t y p e , r e = r e d u c e d - e y e m u t a n t . 4 5 wild re L R on liL'1"'1' • - • ' • i ' - - " — • • • t,nnni t ifcuiil*"--^ ' off L HrtunimiHn '> » Ii j i l i i i * I l ^ i » i i l n M i 4 t > l l ^ l i n I I I W wmpiw -MImm»i iliiiw • mt w tf "< B wild re wild re L R L R 46 500 ms F i g u r e 3 . E l e c t r o r e t i n o g r a m s o f w i l d t y p e a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t !3§_l_angp_l_us sanguini_ges_ g r a s s h o p p e r compound e y e s . N o t e t h e l a c k o f a l i g h t r e s p o n s e i n t h e e y e o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t . A b b r e v i a t i o n : w i l d = w i l d t y p e , r e = r e d u c e d e y e m u t a n t . 47 1 s e c 4 8 F i g u r e 4 . E l e c t r o m y o g r a m s o f t h e e x t e n s o r t i b i a m u s c l e s o f t h e m e t a t h o r a c i c l e g s d u r i n g n o r m a l w a l k i n g (A) a n d t h e t h o r a c i c m u s c l e s d u r i n g f l i g h t (B) o f t h e w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t M_iLanoeLW_i s angu in i_p .e s . N o t e t h e a l t e r n a t i n g a c t i v i t y o f r i g h t and l e f t l e g s d u r i n g t h e w a l k i n g c y c l e i n b o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t g r a s s h o p p e r s . A l s o n o t e t h e c o n t i n u o u s a c t i v i t y o f t h e t h o r a c i c m u s c l e s i n b o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d -e y e m u t a n t s d u r i n g f l i g h t . A b b r e v i a t i o n s : w i l d = w i l d t y p e , r e = r e d u c e d — e y e , L= l e f t , R= r i g h t . 49 L — , ,i , , i <4|fl|h \"i1 i " tyftift hi I • : ' i II - • 'i L in HH^fcJV^ tn. H I i §WgLf i J , I M I I M t f r > ^ m i — ' , i .g u p — 1 s e c 50 F i g u r e 5 . S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h s o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t (B) nel . ang_il .us sangui .ni .g_fs h e a d s ( f r o n t a l v i e w ) . N o t e t h e r e d u c t i o n i n s i z e o f t h e compound e y e i n t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t . T h e m u t a n t a l s o l a c k s l a t e r a l o c e l l i a n d t h e m e d i a n o c e l l u s i s r e d u c e d i n s i z e . M i n d s e n s i t i v e h a i r s c a n be s e e n o n b o t h h e a d s . A b b r e v i a t i o n s : A= a n t e n n a , E= compound e y e , L0= l a t e r a l o c e l l u s , M O - m e d i a l o c e l l u s . C a l i b r a t i o n b a r = 500 m i c r o m e t e r s . 51 52 F i g u r e 6 . H i g h m a g n i f i c a t i o n s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h s o f t h e compound e y e s o f w i l d t y p e ( A ) and r e d u c e d - e y e m u t a n t ( B ) r J § | l s Q 5 B . l . y s s a n g u i . n i p . e s compound e y e s . N o t e t h e a b s e n c e o f f a c e t s i n t h e m u t a n t e y e a s w e l l a s t h e way i t l i e s f l a t a g a i n s t t h e h e a d r a t h e r t h a t p r o t r u d i n g o u t a s i n t h e w i l d t y p e e y e . A b b r e v i a t i o n s : A= a n t e n n a , E= compound e y e , L0= l a t e r a l o c e l l u s . C a l i b r a t i o n b a r = 200 m i c r o m e t e r s . F i g u r e 7 . D i a g r a m s o f d i s s e c t e d b r a i n s ( a n t e r i o r v i e w ) o f w i l d t y p e (A) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t (B) Mel_anggl_ys S § n g u i . n i r _ e s g r a s s h o p p e r s . N o t e t h e r e d u c t i o n i n s i z e o f t h e b r a i n , e s p e c i a l l y t h e o p t i c l o b e s , a n d t h e a b s e n c e o f m e d i a l a n d l a t e r a l o c e l l a r n e r v e t r a c t s i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t . C a l i b r a t i o n b a r = 400 m i c r o m e t e r s . 55 56 F i g u r e 8 . H o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e r e t i n a i n w i l d t y p e < A ) and r e d u c e d - e y e m u t a n t M e l a n g p l u s . s a n g u i n i . p e s ( h e m a t o x y l i n and e o s i n s t a i n e d ) . N o t e t h e r e d u c t i o n i n s i z e o f t h e r e t i n a a n d t h e d a r k mass o f c h r o m a t i c g r a n u l e s , i n t h e p o s t e r i o r e n d , o f t h e r e d u c e d -e y e m u t a n t r e t i n a . A b b r e v i a t i o n s : ANT= a n t e r i o r , L= l a m i n a , M= m e d u l l a , POS= p o s t e r i o r , R»= r e t i n a . C a l i b r a t i o n b a r = 100 m i c r o m e t e r s . 58 F i g u r e 9 . H i g h m a g n i f i c a t i o n p h o t o m i c r o g r a p h o f a h o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e r e t i n a s o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t ( B ) rJ€L§QQE.i.us sanguinLp_es ( r e d u c e d s i l v e r s t a i n e d ) . N o t e t h e l a c k o f d i s t i n c t o m m a t i d i a i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t r e t i n a . A b b r e v i a t i o n s : CC= c r y s t a l i n e c o n e , CCN= c r y s t a l l i n e c o n e c e l l n u c l e u s , L= l a m i n a , M= m e d u l l a , PPCL= p r i m a r y p i g m e n t c e l l l a y e r , R= r e t i n a , RH= r h a b d o m , SPC= s e c o n d a r y p i g m e n t c e l l . C a l i b r a t i o n b a r = 50 m i c r o m e t e r s . 59 60 F i g u r e 10 . P h o t o m i c r o g r a p h s o-f h o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e r e t i n a and o p t i c l o b e o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t(B) M e l . a n g e L y s s a n g u i n i . g e s ( h e m a t o x y l i n e o s i n s t a i n e d ) . N o t e t h e a b s e n c e o f t h e l a m i n a i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t . A b b r e v i a t i o n s : A n t - a n t e r i o r , L= l a m i n a , l_B= l o b u l a , M= m e d u l l a , POS— p o s t e r i o r , R- r e t i n a . C a l i b r a t i o n b a r = 200 m i c r o m e t e r s . 61 62 F i g u r e 11. H i g h m a g n i f i c a t i o n p h o t o m i c r o g r a p h s s h o w i n g h o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e m e d u l l a o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d -e y e m u t a n t <B) Mel_anop_l u s sangui.ni.pe_s ( h e m a t o x y l i n e o s i n s t a i n e d ) . N o t e t h e a b s e n c e o f c o l u m n s a n d l a y e r s i n t h e a p p e a r a n c e o f t h e m e d u l l a i n t h e r e d u c e d — e y e m u t a n t . F i g u r e A shows t h e o u t e r o p t i c c h i a s m b e t w e e n t h e l a m i n a a n d m e d u l l a a s w e l l a s t h e s e r p e n t i n e l a y e r , b o t h o f w h i c h a r e m i s s i n g i n B . A b b r e v i a t i o n s : L= l a m i n a , M= m e d u l l a , R= r e t i n a , SL= s u r p e n t i n e l a y e r . C a l i b r a t i o n b a r = 50 m i c r o m e t e r s . 6 3 F i g u r e 12 . P h o t o m i c r o g r a p h s s h o w i n g t h e a n t e r i o r e n d o-f t h e r e t i n a s o-f w i l d t y p e (A) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t (B) M e l a n g p l . u s l e O a y i Q i B g s ( h o r i z o n t a l s e c t i o n s , h e m a t o x y l i n e o s i n s t a i n e d ) . N o t e t h e d e n s e l y p a c k e d n u c l e i o f t h e p r o l i f e r a t i o n z o n e i n b o t h w i l d t y p e a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t r e t i n a s . T h e r e d o e s n o t a p p e a r t o be a d i f f e r e n t i a t i o n z o n e i n t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t r e t i n a . A b b r e v i a t i o n s : ANT= a n t e r i o r , D I F = d i f f e r e n t i a t i o n z o n e , PRO= p r o l i f e r a t i o n z o n e . C a l i b r a t i o n b a r = 50 m i c r o m e t e r s . 65 66 F i g u r e 13 . P h o t o m i c r o g r a p h s o-f t h e r e t i n a and o p t i c l o b e i n - f i r s t i n s t a r w i l d t y p e ( A ) and r e d u c e d - e y e m u t a n t M e l a n o p l u s s a n g u i n i p . e s ( h o r i z o n t a l s e c t i o n s , h e m a t o x y l i n e o s i n s t a i n e d ) . N o t e t h e s e r p e n t i n e l a y e r r u n n i n g down t h e c e n t r e o f t h e w i l d t y p e m e d u l l a a n d t h e a m o r p h o u s a p p e a r a n c e o f t h e r e d u c e d - e y e m u t a n t m e d u l l a . I g n o r e t h e m i c r o t o m e k n i f e a r t i f a c t i n B . A b b r e v i a t i o n s : ANT= a n t e r i o r , L= l a m i n a , M= m e d u l l a , POS= p o s t e r i o r , R= r e t i n a . C a l i b r a t i o n b a r = 50 m i c r o m e t e r s . 6 7 68 F i g u r e 14 . P h o t o m i c r o g r a p h s o-f t h e o u t e r o p t i c a n l a g e i n w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t ( B ) - f i t h i n s t a r M e l a n o p l u s s a Q 9 y i . 0 i B l l ( h o r i z o n t a l s e c t i o n , r e d u c e d s i l v e r s t a i n i n g ) . N o t e t h e p r e s e n c e o-f n e u r o b l a s t s i n b o t h t h e w i l d t y p e and r e d u c e d -e y e m u t a n t a n l a g e n . T h e o t h e r c e l l s a r e g a n g l i o n c e l l s and m o t h e r g a n g l i o n c e l l s . A b b r e v i a t i o n s : N= n e u r o b l a s t s , QC= o p t i c c h i a s m . C a l i b r a t i o n b a r = 20 m i c r o m e t e r s . 6 9 70 Figure 15. Diagrams showing the external features of wild type a n d reduced-eye mutant Mel_aQQfjl_us sangui.ni.__es grasshoppers at 60 percent and 85 percent of embryonic development. Note the reduced s i z e of the compound eye i n both stages of the reduced-eye mutant. Abbreviations: re— reduced-eye mutant, wild= wild type. C a l i b r a t i o n bar= 1 cetimeter. 71 72 F i g u r e 1 6 . P h o t o m i c r o g r a p h s s h o w i n g h o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e r e t i n a a n d o p t i c l o b e o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t ( B ) Melangg l_us s a n g u i n i p . e s e m b r y o s a t 6 0 p e r c e n t o f e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t ( H e m a t o x y l i n e o s i n s t a i n i n g ) . N o t e t h e s i m i l a r a p p e a r a n c e o f t h e w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t m e d u l l a s . A b b r e v i a t i o n s : ANT= a n t e r i o r , L= l a m i n a , M= m e d u l l a , R= r e t i n a , P0S= p o s t e r i o r . C a l i b r a t i o n b a r = 50 m i c r o m e t e r s . F i g u r e 1 7 . P h o t o m i c r o g r a p h s s h o w i n g h o r i z o n t a l s e c t i o n s o f t h e r e t i n a a n d o p t i c l o b e o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t ( B ) M__IsQ2Blus s a n g u i n i p . e s e m b r y o s a t 85 p e r c e n t o f e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t . N o t e t h e l a y e r e d a p p e a r a n c e o f t h e w i l d t y p e m e d u l l a c o m p a r e d t o t h e a m o r p h o u s a p p e a r a n c e o f t h e r e d u c e d - e y e m e d u l l a . A l s o n o t e t h a t t h e l a m i n a i s a b s e n t i n t h e m u t a n t g r a s s h o p p e r . A b b r e v i a t i o n s : L= l a m i n a , M= m e d u l l a , R= r e t i n a . 75 76 F i g u r e 18 . D i a g r a m s o f t h e d e s c e n d i n g c o n t r a l a t e r a l movement d e t e c t o r (DCMD) n e u r o n o f w i l d t y p e ( A ) a n d r e d u c e d - e y e m u t a n t ( B ) Melanop . l .u s s a n g y l Q i e e s . N o t e t h e r e a r e n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s , i n t h e s h a p e o r s i z e o f t h i s n e u r o n , b e t w e e n t h e m u t a n t a n d w i l d t y p e g r a s s h o p p e r s . C a l i b r a t i o n bar— 400 mi c r o m e t e r s . 7 7 R E F E R E N C E S A n d e r s o n , H . 1 9 7 8 a . P o s t e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t o f t h e v i s u a l s y s t e m o f t h e l o c u s t S c h i s t g c e r c a g r e g a r i . a I . P a t t e r n s o f g r o w t h and d e v e l o p m e n t i n t e r a c t i o n s i n t h e r e t i n a and t h e o p t i c l o b e . J o u r n a l , o f Embry.gl.ggy. a n d E x g e r i . m e n t a l M g r p h g l g g y . . 4 5 : 5 5 - 8 3 . A n d e r s o n , H . 1 9 7 8 b . P o s t e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t o f t h e v i s u a l s y s t e m o f t h e l o c u s t , S c h i s t g c e r c a g r e g a r i a I I . An e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e f o r m a t i o n o f t h e r e t i n a - l a m i n a p r o j e c t i o n . J o u r n a l o f Embr.ygl .ggy and E x p e r i m e n t a l Mgr .ghgl .ggy. 4 6 : 1 4 7 - 1 7 0 . A n d e r s o n , H . , J o n B a c o n 1 9 7 9 . D e v e l o p m e n t a l d e t e r m i n a t i o n o f n e u r o n a l p r o j e c t i o n p a t e r n s f r o m w i n d s e n s i t i v e h a i r s i n t h e l o c u s t , S c h i s t g c e r c a g r e g a r i . a . D e y e i g g m e n t a l . B i g l _ g g y . 7 2 : 3 6 4 - 3 7 3 . A n d e r s o n , H . , J . E d w a r d s and J . P a l k a 1980 . D e v e l o p m e n t a l n e u r o b i o l o g y o f i n v e r t e b r a t e s . A n n u a l . R e v i e w g f N e y r o s c i e n c e . 3 : 4 7 - 7 4 . B e l l , K a t h r y n A . 1983 . A c o m p a r i s o n o f t h e o c e l l a r s y s t e m s i n w i l d t y p e and r e d u c e d - e y e m u t a n t s o f M e l a n g p i y s s a n g y i n i g e s . A B a c h e l o r o f S c i e n c e H o n o u r s T h e s i s , D e p a r t m e n t o f Z o o l o g y , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a . B e n t l e y , D . 1 9 7 6 a . D e v e l o p m e n t o f i n s e c t n e r v o u s s y s t e m s . I d e n t i f i e d N e u r o n s and B e h a v i o u r g f A r t n r g g g d s . e d . b y Graham H o y l e , New Y o r k : P l e n u m P r e s s . B e n t l e y , D . 1 9 7 6 b . G e n e t i c a n a l y s i s o f t h e n e r v o u s s y s t e m . S i m g i e r N e t w o r k s and B e h a v i o u r e d . by J o h n C . F e n t r e s . S o u t h e r l a n d : S i n a u e r and A s s o c i a t e s . B e n t l e y , D . 1 9 7 5 . S i n g l e - g e n e c r i c k e t m u t a n t s : e f f e c t s on b e h a v i o u r , s e n s i l l a , s e n s o r y n e u r o n s and i d e n t i f i e d i n t e r n e u r o n s . S c i e n c e . 1 8 7 : 7 6 0 - 7 6 4 . B e n t l e y , D . , H . K e s h i s h i a n , M . S h a n k l a n d and A . T o r o i a n - R a y m o n d . 1 9 7 9 . Q u a n t i t a t i v e s t a g i n g o f e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t o f t h e g r a s s h o p p e r , S c h i s t g c e r c a Q i t e n s . J g u r n a i o f E m b r y g l o g y and E ^ g e r i m e n t a l Mgr .ghgl .ggy. 5 4 : 4 7 - 7 4 . B e n z e r , Seymour 1 9 7 3 . G e n e t i c D i s s e c t i o n o f B e h a v i o r . S c i e n t i f i c A m e r i c a n - 2 2 9 : 2 4 - 3 7 . B i c k e r , G . a n d K . G . P e a r s o n 1983 . I n i t i a t i o n o f f l i g h t b y an i d e n t i f i e d w i n d s e n s i t i v e n e u r o n e (TCG) i n t h e l o c u s t . J g y C D l I g f E x g e r i m e n t a l B i o l o g y 1 0 4 : 2 8 9 - 2 9 3 . B u l l o c k , T . H . a n d 6 . A . H o r r i d g e 1 9 6 5 . S t r u c t u r e and F u n c t i g n g f t h e N e r v o u s S y s t e m s o f I D v e r t e g r a t e s . San F r a n c i s c o : W. H . F r e e m a n and Company . 79 Burns, M. D. 1973. 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A n i m a l T i s s u e T e c h n i g u e s . San F r a n c i s c o : W. H . F r e e m a n a n d C o m p a n y . K r a f k a , J . 1 9 2 4 . D e v e l o p m e n t o f t h e compound e y e o f D r g s g g n i l a Q?ll a n g g a s t e r and i t s b a r e y e d m u t a n t . i i g i g g i c a i B u l l e t i n -4 7 : 1 4 3 - 1 4 7 . L o p r e s t i , V . A . , E . R. Macagno a n d C . L e v e n t h a l 1974 . S t r u c t u r e and d e v e l o p m e n t o f n e u r o n a l c o n n e c t i o n s i n i s o g e n i c o r g a n i s m s , t r a n s i e n t gap j u n c t i o n s b e t w e e n g r o w i n g o p t i c a x o n s and l a m i n a n e u r o b l a s t s , P r o c e e d i n g s g f t h e N a t i o n a l Academy g f S c i e n c e s UiSiAj. 7 1 : 1 0 9 8 - 1 1 0 2 . L o p r e s t i , V . A . , E . R . Macagno and C . L e v e n t h a l 1973 . S t r u c t u r e and d e v e l o p m e n t o f n e u r o n a l c o n n e c t i o n s i n i s o g e n i c o r g a n i s m s : c e l l u l a r i n t e r a c t i o n s i n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e o p t i c l a m i n a o f D a g h n i a . P r o c e e d i n g s g f t h e N a t i o n a l Academy g f S c i e n c e s LLB._A i_ 7 0 : 4 3 3 - 4 3 7 . M a t s u m o t o , S . G . and R. K . M u r p h e y . 1977 . S e n s o r y d e p r i v a t i o n d u r i n g d e v e l o p m e n t d e c r e a s e s t h e r e s p o n s i v e n e s s o f c r i c k e t g i a n t i n t e r n e u r o n e s . J o u r n a l g f P h y s i g i g g y . 2 6 8 : 5 3 3 - 5 4 8 . M e i n e r t z h a g e n , I . A . 1 9 7 7 . D e v e l o p m e n t o f n e u r o n a l c i r c u i t r y i n t h e i n s e c t o p t i c l o b e . S o c i e t y f g r N e u r g s c i e n c e S y m p o s i a V o l 1 1 1 A g g r g a c h e s t o t h e C e l l B i g l g g y g f N e u r o n s . e d . by W. M a x w e l l Cowan a n d J . A . F e r e n d e l 1 i . M e i n e r t z h a g e n , I . A . 1 9 7 3 . D e v e l o p m e n t o f t h e compound e y e and o p t i c l o b e o f i n s e c t s . D e v e l o p m e n t a l . N e u r o b i o l o g y g f A r t g r g g g d s . e d . b y D . Y o u n g . M e y e r o w i t z , E l l i o t M . a n d D . R. K a n k e l 1978 . A g e n e t i c a n a l y s i s o f v i s u a l s y s t e m d e v e l o p m e n t i n P c g s g g b i l a . D e v e l o p m e n t a l B i g l g g y . 6 2 : 1 1 2 - 1 4 2 . M i c h e l , K . and M . P e t e r s o n , 1982 . D e v e l o p m e n t o f t h e t y m p a n a l o r g a n i n l a r v a e o f t h e m i g r a t o r y l o c u s t ( L o c u s t a m i g r a t g r i a ) . C e l l agd T i s s u e R e s e a r c h . 2 2 2 : 6 6 7 - 6 7 6 . M u r p h e y , R. K . , B . M e n d e n h a l l , J . P a l k a , J . S . E d w a r d s 1975 . D e a f f e r e n t a t i o n s l o w s t h e g r o w t h o f s p e c i f i c d e n d r i t e s o f i d e n t i f i e d g i a n t i n t e r n e u r o n s . J o u r n a l g f C o m p a r a t i v e 8 1 NeyCQiggy . . 1 5 9 : 4 0 7 - 4 1 8 . O ' S h e a , M . , C . H . F . Rowel1 and J . L . D . W i l l i a m s , 1974 . T h e a n a t o m y o-f a l o c u s t v i s u a l i n t e r n e u r o n e ; t h e d e s c e n d i n g c o n t r a l a t e r a l movement d e t e c t o r . J o u r n a l . Qf ExQQCL(n§iQta i Bi.gl.ggy.. 6 0 : 1 - 1 2 . N o w e l , Mark S . a n d P e t e r M . J . S h e l t o n 1 9 8 1 . A g o l g i - e l e c t r o n m i c r o s c o p i c a l s t u d y o-f t h e s t r u c t u r e a n d d e v e l o p m e n t o-f t h e l a m i n a g a n g l i o n a r i s o f t h e l o c u s t o p t i c l o b e . Qel.1 a n d T i s s u e R e s e a r c h . 2 1 6 : 3 7 7 - 4 0 1 . P a k , W. L . , J . G r o s s f i e l d and N . V . W h i t e . N o n p h o t o t a c t i c m u t a n t s i n a s t u d y o f v i s i o n o f D r g s g p h i i a - N a t u r e . 2 2 2 : 3 5 1 - 3 5 4 . P a l k a , J . 1 9 7 9 . M u t a n t s a n d m o s a i c s : t o o l s i n i n s e c t d e v e l o p m e n t a l n e u r o b i o l o g y . S o c i e t y g f N e u r o s c i e n c e S y m g g s i a . 4 : 2 0 9 - 2 2 7 . P a n t i n , C . F . A . 1969 . N o t e s on M i c r g s c g g g i c a l T e c h n i g u e f o r Z o o l o g i s t s . L o n d o n : C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s . P e a r s o n , K . 6 . , D . N . R e y e a n d R. M . R o b e r t s o n 1 9 8 3 . P h a s e -d e p e n d e n t i n f l u e n c e s o f w i n g s t r e t c h r e c e p t o r s on f l i g h t r h y t h m i n t h e l o c u s t . J o u r n a l ^ g f N e u r g g n y s i g i g g y . . 4 9 : 1 1 6 8 - 1 1 8 1 . P e a r s o n , K . G . and C . S . Goodman 1 9 8 1 . P r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n f r o m i d e n t i f i e d i n t e r n e u r o n s i n t h e l o c u s t c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m . J g u r n a i g f N e u r g g n y s i g i g g y . . 4 5 : 5 0 1 - 5 1 5 . P e a r s o n , K . G . , W. H . H e i t l e r and J . D . S t e e v e s 1980 . T r i g g e r i n g o f l o c u s t jump b y m u l t i m o d a l i n h i b i t o r y i n t e r n e u r o n s . J g u r n a i Qf. n e u r g g h y s i g l g g y . 4 3 : 2 5 7 - 2 7 8 . P o w e r , M . E . 1 9 2 5 . T h e e f f e c t o f r e d u c t i o n i n n u m b e r s o f o m m a t i d i a upon t h e b r a i n o f D r g s g g h i l a m e l a n g g a s t e r . J o u r n a l g f e x g e r i m e n t a l Z g g i g g y . 9 4 : 3 3 - 7 1 . R e h b e i n , H a n s g e o r g , 1976 . A u d i t o r y n e u r o n s i n t h e v e n t r a l n e r v e c o r d o f t h e l o c u s t : M o r p h o l o g i c a l and f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s . J g u r n a i Qf C o m p a r a t i v e P h y s i g i g g y A__ 1 1 0 : 2 3 3 - 2 5 0 . R i c h a r d s , M . H . a n d E . Y . F u r r o w 1925 . T h e e y e and o p t i d t r a c t i n n o r m a l and e y e l e s s D r g s g g h i l a . B i g l g g i c a l B u l l e t i n . 4 8 : 2 4 3 -2 5 7 . R o b e r t s o n , R. M . a n d K . G . P e a r s o n . 1 9 8 2 . A p r e p a r a t i o n f o r t h e i n t r a c e l l u l a r a n a l y s i s o f n e u r o n a l a c t i v i t y d u r i n g f l i g h t i n t h e l o c u s t . J g u r n a i Qf C g m g a r a t i y e P h y s i g i g g y . 1 4 6 : 3 1 1 - 3 2 0 . R o w e l 1 , C . H . F . a n d K . G . P e a r s o n . 1 9 8 3 . O c e l l a r i n p u t t o t h e f l i g h t m o t o r s y s t e m o f t h e l o c u s t : s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n . J g u r n a i Qf. E x g e r i m e n t a i B i g i g g y . 1 0 3 : 2 6 5 - 2 8 8 . 8 2 Rowel1, C. H. F. 1971. 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N a t u r e : 1 6 4 : 8 7 3 - 8 7 9 . W i g g l e s w o r t h , V . B . 1942 . T h e s i g n i f i c a n c e o f c h r o m a t i c d r o p l e t s i n t h e g r o w t h o f i n s e c t s . Q u a r t e r l y J o u r n a l o f M i c r g s c g g i c a l . S c i e n c e . 8 3 : 1 4 1 - 1 5 2 . 84 

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