@phdthesis{Fronhofer2013,
  author    = {Fronhofer, Emanuel Alexis},
  title     = {Beyond classical metapopulations: trade-offs and information use in dispersal ecology},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85816},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {All animal and plant species must disperse in order to survive. Although this fact may seem trivial, and the importance of the dispersal process is generally accepted, the eco-evolutionary forces influencing dispersal, and the underlying movement elements, are far from being comprehensively understood. Beginning in the 1950s scientists became aware of the central role of dispersal behaviour and landscape connectivity for population viability and species diversity. Subsequently, dispersal has mainly been studied in the context of metapopulations. This has allowed researchers to take into account the landscape level, e.g. for determining conservation measures. However, a majority of theses studies classically did not include dispersal evolution. Yet, it is well known that dispersal is subject to evolution and that this process may occur (very) rapidly, i.e. over short ecological time-scales. Studies that do take dispersal evolution into account, mostly focus on eco-evolutionary forces arising at the level of populations - intra-specific competition or Allee effects, for example - and at the level of landscapes - e.g. connectivity, patch area and fragmentation. Yet, relevant ecological and evolutionary forces can emerge at all levels of biological complexity, from genes and individuals to populations, communities and landscapes. Here, I focus on eco-evolutionary forces arising at the gene- and especially at the individual level. Combining individual-based modelling and empirical field work, I explicitly analyse the influence of mobility trade-offs and information use for dispersal decisions - i.e. individual level factors - during the three phases of dispersal - emigration, transfer and immigration. I additionally take into account gene level factors such as ploidy, sexual reproduction (recombination) and dominance. Mobility-fertility trade-offs may shape evolutionarily stable dispersal strategies and lead to the coexistence of two or more dispersal strategies, i.e. polymorphisms and polyphenisms. This holds true for both dispersal distances (chapter 3) and emigration rates (chapter 4). In sessile organisms - such as trees or corals - maternal investment, i.e. transgenerational trade-offs between maternal fertility and propagule dispersiveness, can be the cause of bimodal and fat-tailed dispersal kernels. However, the coexistence of two or more dispersal strategies may be critically dependent on gene level factors, such as ploidy or dominance (chapter 4). Passively dispersing individuals may realize such multimodal dispersal kernels by mixing different dispersal vectors. Active choice of these vectors allows to optimize the kernel. As most animals have evolved some kind of memory and sensory apparatus - chemical, acoustic or optical sensors - it is obvious that these capacities should be used for dispersal decisions. Chapter 5 explores the use of chemical cues for vector choice in passively dispersed animals. I find that the neotropical phoretic flower mites Spadiseius calyptrogynae non-randomly mix different dispersal vectors, i.e. one short- and one long-distance disperser, in order to achieve fat-tailed dispersal kernels. Such kernels allow an optimal exploitation of patchily distributed habitats. In addition, this strategy increases the probability of successful immigration as the short-distance dispersal vectors show directed dispersal towards suitable habitats. Results from individual-based simulations support and explain my empirical findings. The use of memory and sensory apparatus in dispersal is also the main topic of chapter 6 which strives to bridge the gap between dispersal and movement ecology. In this part of my thesis I develop a model of non-random, memory-based animal movement strategies. Extending the movement ecology paradigm of Nathan (2008a) I postulate that four elements may be relevant for the emergence of efficient movement strategies: perception, memory, inference and anticipation. Movement strategies including these four elements optimize search efficiency at two scales: within patches and between patches. This leads to a significantly increased search efficiency over a comparable area restricted search strategy. These four chapters are completed by a general analysis of metapopulation dynamics (chapter 2). I find that although the metapopulation concept is very popular in theoretical ecology, classical metapopulations can be predicted to be rare in nature, as suggested by lacking empirical evidence. This is especially the case when gene level factors, such as ploidy and sex, are taken into account. In summary, my work analyses the effects of ecological and evolutionary forces arising at the gene- and individual level on the evolution of dispersal and movement strategies. I highlight the importance of including these limiting factors, mechanisms and processes and show how they impact the evolution of dispersal in spatially structured populations. All chapters demonstrate that these forces may have dramatic effects on resulting ecological and evolutionary dynamics. If we intend to understand animal and plant dispersal or movement, it is crucial to include eco-evolutionary forces emerging at all levels of complexity, from genes to communities and landscapes. This endeavour is certainly not purely academic. Particularly nowadays, with rapidly changing landscape structures and anticipated drastic shifts of climatic zones due to global change, dispersal is a factor that cannot be overestimated.},
  subject      = {Metapopulation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hein2004,
  author    = {Hein, Silke},
  title     = {The survival of grasshoppers and bush crickets in habitats variable in space and time},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9140},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die zunehmende Nutzung von Landschaften f{\"u}hrt zu einer steigenden Fragmentierung sch{\"u}tzenswerter Fl{\"a}chen. Damit verbunden ist eine Zerschneidung von großen Populationen in Metapopulationen. In solchen F{\"a}llen bestimmt das Gleichgewicht zwischen Aussterben und Besiedlung von Habitaten die regionale {\"U}berlebenswahrscheinlichkeit von Arten. Um diese bestimmen, braucht man ein gutes Verst{\"a}ndnis der Habitatanspr{\"u}che der Arten, sowie Informationen {\"u}ber ihr Ausbreitungsverhalten. Ziel dieser Arbeit war es, geeignete Fl{\"a}chen f{\"u}r Heuschrecken in einer Landschaft identifizieren zu k{\"o}nnen, sowie einen Beitrag zur Quantifizierung der Erreichbarkeit einzelner Fl{\"a}chen durch Individuen zu leisten. Der erste Teil dieser Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Quantifizierung der Habitateignung von Fl{\"a}chen f{\"u}r Heuschrecken. Dazu habe ich statistische Habitateignungsmodelle mittels logistischer Regression erstellt, evaluiert und validiert. Es zeigte sich, dass die Habitatwahl der Heuschrecken auf einer mittleren r{\"a}umlichen Skalenebene erfolgt. Dies steht mit der beobachteten Ausbreitungsdistanz der Tiere im Einklang. Neben dem nur grob klassifizierten Landschaftsfaktor „Biotoptyp" korrelieren vor allem strukturelle Faktoren sowie abiotische Faktoren mit dem Vorkommen der Heuschreckenarten. Bei der Bestimmung eines gemeinsamen Models f{\"u}r alle drei Heuschreckenarten erwies sich das Model der Art S. lineatus mit den Parametern Biotoptyp und Vegetationsh{\"o}he als am besten geeignet zur Vorhersage der Vorkommen der anderen Heuschreckenarten. Um zu testen, ob auch die Vorkommen von Arten unterschiedlicher Tiergruppen mittels eines gemeinsamen Modells vorhergesagt werden k{\"o}nnen, habe ich sowohl die Heuschreckenmodelle zur Prognose von Faltervorkommen getestet, als auch Modelle f{\"u}r Falter auf Heuschrecken {\"u}bertragen. Dabei erwiesen sich die Heuschreckenmodelle zur Prognose der anderen Arten weniger geeignet als das Modell f{\"u}r das Widderchen Z. carniolica in das der Anteil an geeignetem Habitat sowie die Vorkommen der beiden Saugpflanzen C. jacea und S. columbaria einfließen. Diese Art wird als standorttreu eingestuft und repr{\"a}sentiert damit auch die anderen Arten, die typisch f{\"u}r S{\"a}ume und Halbtrockenrasen sind. Die erh{\"o}hte Mobilit{\"a}t von Z. carniolica im Vergleich zu den Heuschrecken garantiert gleichzeitig auch die Erreichbarkeit aller geeigneten Fl{\"a}chen im Gebiet und damit ein Modell, das nur unwesentlich durch Zufallseffekte bei der Besiedlung beeinflusst wird. Neben der Habitatqualit{\"a}t/-quantit{\"a}t spielt vor allem der Austausch zwischen Fl{\"a}chen eine entscheidende Rolle f{\"u}r das {\"U}berleben der Metapopulation. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich mich sowohl theoretisch als auch empirisch, mit dem Ausbreitungsverhalten von Heuschrecken besch{\"a}ftigt. In Freilandexperimenten konnte ich zeigen, dass die Annahme eines dichotomen Bewegungsverhaltens f{\"u}r Heuschrecken in einer realen Landschaft nicht zutrifft. Vielmehr wird die Bewegung in einer Fl{\"a}che besser als Kontinuum beschrieben das durch strukturelle Resistenz, Temperatur, Mortalit{\"a}tsrisiko und Ressourcenverf{\"u}gbarkeit bestimmt wird. Die jeweilige Kombination dieser Parameter veranlasst die Tiere dann zu einem entsprechenden Bewegungsmuster, das sich zwischen den beiden Extremen gerichteter und zuf{\"a}lliger Lauf bewegt. In Experimenten zum Grenzverhalten von Heuschrecken best{\"a}tigte sich dieses Ergebnis. F{\"u}r verschiedene Grenzstrukturen konnte ich unterschiedliche {\"U}bertrittswahrscheinlichkeiten nachweisen. Weiterhin konnte ich feststellen, dass Heuschrecken geeignete Habitate aus einer gewissen Entfernung detektieren k{\"o}nnen. Da das Ausbreitungsverhalten von Tieren in theoretischen Modellen eine wichtige Rolle spielt, k{\"o}nnen diese empirischen Daten zur Parametrisierung dieser Modelle verwendet werden. Zus{\"a}tzlich zum Einfluss des Laufmusters der Tiere auf die Erreichbarkeit geeigneter Habitate, zeigte sich in den von mir durchgef{\"u}hrten Simulationsstudien deutlich, dass der landschaftliche Kontext, in dem die Ausbreitung stattfindet, die Erreichbarkeit einzelner Habitate beeinflusst. Dieser Effekt ist zus{\"a}tzlich abh{\"a}ngig von der Mortalit{\"a}tsrate beim Ausbreitungsvorgang. Mit den Ergebnissen aus den Untersuchungen zur Habitateignung lassen sich die f{\"u}r Heuschrecken geeigneten Habitate in einer Landschaft identifizieren. Somit l{\"a}sst sich die potentielle Eignung einer Fl{\"a}che als Habitat, basierend auf Vorhersagen {\"u}ber die {\"A}nderung des Biotoptyps durch ein Managementverfahren, vorhersagen. Diese Information allein reicht aber nicht aus, um die regionale {\"U}berlebenswahrscheinlichkeit einer Art bestimmen zu k{\"o}nnen. Meine Untersuchungen zum Ausbreitungsverhalten zeigen deutlich, dass die Erreichbarkeit geeigneter Fl{\"a}chen von der r{\"a}umlichen Anordnung der Habitate und der Struktur der Fl{\"a}chen, die zwischen Habitaten liegen, abh{\"a}ngt. Zus{\"a}tzlich spielen individuenspezifische Faktoren wie Motivation und physiologische Faktoren eine ausschlaggebende Rolle f{\"u}r die Erreichbarkeit von geeigneten Fl{\"a}chen.},
  subject      = {Naturschutzgebiet Hohe Wann},
  language  = {en}
}