@phdthesis{Lehenberger2022,
  author    = {Lehenberger, Maximilian},
  title     = {Ecology and Evolution of symbiotic microbial communities in fungus farming ambrosia beetles},
  publisher = {Fungal Ecology, Frontiers in Microbiology, Deutsche Gesellschaft f{\"u}r allgemeine und angewandte Entomologie},
  doi       = {10.25972/OPUS-24154},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-241546},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Within my PhD project I gained several novel insights into the poorly investigated symbiotic world of fungus farming ambrosia beetles and their bark beetle ancestors, where I especially focused on physiological interactions and capabilities of associated fungal symbionts. Here, (i) I could confirm the association of mutualistic Phialophoropsis fungi with the ambrosia beetle genus Trypodendron and found hints for a possible new Phialophoropsis species in T. signatum and T. domesticum. Moreover, I could show that mutualistic fungi of Trypodendron ambrosia beetles are able to decompose major woody polysaccharides such as cellulose and xylan. Additionally, (ii) I provided the first images using micro-computed tomography (µCT) of the formerly unknown structure of the mycetangium of Trypodendron leave. (iii) I could confirm a general tolerance towards ethanol in mutualistic ambrosia beetle fungi, while antagonistic fungi as well as most examined fungal bark beetle associates (e.g. possibly tree-defense detoxifying species) were highly sensitive to even low concentrations of ethanol. Further, (iv) I found that natural galleries of ambrosia beetles are highly enriched with several biologically important elements (such as N, P, S, K, Mg) compared to the surrounding woody tissue and suggest that mutualistic fungi are translocating and concentrating elements from the immediate surrounding xylem to the beetles galleries. Furthermore, (v) I could show that various fungi associated with bark and ambrosia beetles (mutualists, possibly beneficial symbionts) are emitting several volatile organic compounds mostly within aliphatic and aromatic alcohols and esters, while non-mutualistic and free living species were generally emitting a lower number and amount of volatiles. Finally, especially bark and ambrosia beetle fungi were found to incorporate several amino acids, from which some are especially important for the production of certain volatile organic compounds. Amino acid content also indicated a higher nutritional value for certain species. Here, I propose that especially volatile organic compounds are widespread key players in maintaining various symbioses between fungi and beetles, as already proven by a recent study on the bark beetle Ips typographus (as well as for some other bark beetle-fungus symbioses, see summary in Kandasamy et al. 2016) and also suggested for ambrosia beetles.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kupper2016,
  author    = {Kupper, Maria},
  title     = {The immune transcriptome and proteome of the ant Camponotus floridanus and vertical transmission of its bacterial endosymbiont Blochmannia floridanus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142534},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {The evolutionary success of insects is believed to be at least partially facilitated by symbioses between insects and prokaryotes. Bacterial endosymbionts confer various fitness advantages to their hosts, for example by providing nutrients lacking from the insects' diet thereby enabling the inhabitation of new ecological niches. The Florida carpenter ant Camponotus floridanus harbours endosymbiotic bacteria of the genus Blochmannia. These primary endosymbionts mainly reside in the cytoplasm of bacteriocytes, specialised cells interspersed into the midgut tissue, but they were also found in oocytes which allows their vertical transmission. The social lifestyle of C. floridanus may facilitate the rapid spread of infections amongst genetically closely related animals living in huge colonies. Therefore, the ants require an immune system to efficiently combat infections while maintaining a "chronic" infection with their endosymbionts. In order to investigate the immune repertoire of the ants, the Illumina sequencing method was used. The previously published genome sequence of C. floridanus was functionally re-annotated and 0.53\% of C. floridanus proteins were assigned to the gene ontology (GO) term subcategory "immune system process". Based on homology analyses, genes encoding 510 proteins with possible immune function were identified. These genes are involved in microbial recognition and immune signalling pathways but also in cellular defence mechanisms, such as phagocytosis and melanisation. The components of the major signalling pathways appear to be highly conserved and the analysis revealed an overall broad immune repertoire of the ants though the number of identified genes encoding pattern recognition receptors (PRRs) and antimicrobial peptides (AMPs) is comparatively low. Besides three genes coding for homologs of thioester-containing proteins (TEPs), which have been shown to act as opsonins promoting phagocytosis in other insects, six genes encoding the AMPs defesin-1 and defensin-2, hymenoptaecin, two tachystatin-like peptides and one crustin-like peptide are present in the ant genome. Although the low number of known AMPs in comparison to 13 AMPs in the honey bee Apis mellifera and 46 AMPs in the wasp Nasonia vitripennis may indicate a less potent immune system, measures summarised as external or social immunity may enhance the immune repertoire of C. floridanus, as it was discussed for other social insects. Also, the hymenoptaecin multipeptide precursor protein may be processed to yield seven possibly bioactive peptides. In this work, two hymenoptaecin derived peptides were heterologously expressed and purified. The preliminary antimicrobial activity assays indicate varying bacteriostatic effects of different hymenoptaecin derived peptides against Escherichia coli D31 and Staphylococcus aureus which suggests a functional amplification of the immune response further increasing the antimicrobial potency of the ants. Furthermore, 257 genes were differentially expressed upon immune challenge of C. floridanus and most of the immune genes showing differential expression are involved in recognition of microbes or encode immune effectors rather than signalling components. Additionally, genes coding for proteins involved in storage and metabolism were downregulated upon immune challenge suggesting a trade-off between two energy-intensive processes in order to enhance effectiveness of the immune response. The analysis of gene expression via qRT-PCR was used for validation of the transcriptome data and revealed stage-specific immune gene regulation. Though the same tendencies of regulation were observed in larvae and adults, expression of several immune-related genes was generally more strongly induced in larvae. Immune gene expression levels depending on the developmental stage of C. floridanus are in agreement with observations in other insects and might suggest that animals from different stages revert to individual combinations of external and internal immunity upon infection. The haemolymph proteome of immune-challenged ants further established the immune-relevance of several proteins involved in classical immune signalling pathways, e.g. PRRs, extracellularly active proteases of the Toll signalling pathway and effector molecules such as AMPs, lysozymes and TEPs. Additionally, non-canonical proteins with putative immune function were enriched in immune-challenged haemolymph, e.g. Vitellogenins, NPC2-like proteins and Hemocytin. As known from previous studies, septic wounding also leads to the upregulation of genes involved in stress responses. In the haemolymph, proteins implicated in protein stabilisation and in the protection against oxidative stress and insecticides were enriched upon immune challenge. In order to identify additional putative immune effectors, haemolymph peptide samples from immune-challenged larvae and adults were analysed. The analysis in this work focussed on the identification of putative peptides produced via the secretory pathway as previously described for neuropeptides of C. floridanus. 567 regulated peptides derived from 39 proteins were identified in the larval haemolymph, whereas 342 regulated peptides derived from 13 proteins were found in the adult haemolymph. Most of the peptides are derived from hymenoptaecin or from putative uncharacterised proteins. One haemolymph peptide of immune-challenged larvae comprises the complete amino acid sequence of a predicted peptide derived from a Vitellogenin. Though the identified peptide lacks similarities to any known immune-related peptide, it is a suitable candidate for further functional analysis. To establish a stable infection with the endosymbionts, the bacteria have to be transmitted to the next generation of the ants. The vertical transmission of B. floridanus is guaranteed by bacterial infestation of oocytes. This work presents the first comprehensive and detailed description of the localisation of the bacterial endosymbionts in C. floridanus ovaries during oogenesis. Whereas the most apical part of the germarium, which contains the germ-line stem cells, is not infected by the bacteria, small somatic cells in the outer layers of each ovariole were found to be infected in the lower germarium. Only with the beginning of cystocyte differentiation, endosymbionts are exclusively transported from follicle cells into the growing oocytes, while nurse cells were never infected with B. floridanus. This infestation of the oocytes by bacteria very likely involves exocytosis-endocytosis processes between follicle cells and the oocytes. A previous study suggested a down-modulation of the immune response in the midgut tissue which may promote endosymbiont tolerance. Therefore, the expression of several potentially relevant immune genes was analysed in the ovarial tissue by qRT-PCR. The relatively low expression of genes involved in Toll and IMD signalling, and the high expression of genes encoding negative immune regulators, such as PGRP-LB, PGRP-SC2, and tollip, strongly suggest that a down-modulation of the immune response may also facilitate endosymbiont tolerance in the ovaries and thereby contribute to their vertical transmission. Overall, the present thesis improves the knowledge about the immune repertoire of C. floridanus and provides new candidates for further functional analyses. Moreover, the involvement of the host immune system in maintaining a "chronic" infection with symbiotic bacteria was confirmed and extended to the ovaries.},
  subject      = {Camponotus floridanus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gloeckner2013,
  author    = {Gl{\"o}ckner, Volker},
  title     = {Untersuchungen zur Diversit{\"a}t, Abundanz und vertikalen Weitergabe von Bakterien in marinen Schw{\"a}mmen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79327},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Marine Schw{\"a}mme (Phylum Porifera) geh{\"o}ren mit ihrem ersten Auftreten im Pr{\"a}kambrium vor ungef{\"a}hr 580 Millionen Jahren zu den {\"a}ltesten Vertretern der Metazoen weltweit. {\"A}hnlich lange leben sie wahrscheinlich schon in Symbiose mit Mikroorganismen. In der vorliegenden Doktorarbeit soll der karibische Schwamm Ectyoplasia ferox als Modellsystem zur Erforschung der Schwamm-assoziierten mikrobiellen Konsortien, deren Weitergabe und Interaktionen mit dem Schwamm, vorgestellt werden. Mit Hilfe von 16S rRNA-Genbanken sowie der denaturierenden Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE) konnte gezeigt werden, dass Symbionten aus sechs der in E. ferox gefundenen acht Phyla sowie der „sponge-associated unclassified lineage" SAUL vertikal an die n{\"a}chste Schwammgeneration weitergegeben werden. Mittels phylogenetischer Analysen wurden insgesamt 21 „vertical transmission" (VT) Cluster identifiziert, von denen 19 in „sponge specific" Cluster (SSC) bzw. „sponge coral" Clustern (SCC) lagen. Daraus kann man schließen, dass ein Großteil des mikrobiellen Konsortiums von E. ferox {\"u}ber die reproduktiven Stadien weitergegeben wird. Auch konnten zwei Cyanobakterien identifiziert werden, die nicht in den reproduktiven Stadien vorhanden waren und h{\"o}chstwahrscheinlich horizontal aus dem umgebenden Meerwasser aufgenommen wurden. Eine Reduzierung von 50\% der Symbionten im Mesohyl nach dem „spawning" zeigte erstmalig experimentell auf, dass Schwammsymbionten aus dem Schwamm in das umgebende Meerwasser gelangen k{\"o}nnen. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal der „presence vs. activity"-Vergleich zur Feststellung der metabolischen Aktivit{\"a}t von Bakterien auf die DGGE-Methode {\"u}bertragen. Es konnte gezeigt werden, dass die meisten mikrobiellen Symbionten im Adult-Schwamm, Embryo- sowie Larvalstadium metabolisch aktiv waren. Erste Versuche die Anzahl von Symbionten in den Larven von E. ferox mittels Antibiotika zu reduzieren, verliefen positiv. So wiesen die mit Antibiotika behandelten Larven in der DGGE eine deutliche Reduzierung der Bandenintensit{\"a}t auf. Die Verf{\"u}gbarkeit aller reproduktiver Stadien von E. ferox sowie die M{\"o}glichkeit die Larven im Labor experimentell zu manipulieren, machen E. ferox zu einem geeigneten Modellschwamm f{\"u}r zuk{\"u}nftige Studien bez{\"u}glich der vertikalen Weitergabe von Symbionten.},
  subject      = {Meeresschw{\"a}mme},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kamke2013,
  author    = {Kamke, Janine},
  title     = {Single-cell genomics of the candidate phylum Poribacteria},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85042},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Marine sponges are the most ancient metazoans and of large ecological importance as drivers of water and nutrient flows in benthic habitats. Furthermore marine sponges are well known for their association with highly abundant and diverse microbial consortia. Microorganisms inhabit the extracellular matrix of marine sponges where they can make up to 35\% of the sponge's biomass. Many microbial symbionts of marine sponges are highly host specific and cannot, or only in very rare abundances, be found outside of their host environment. Of special interest is the candidate phylum Poribacteria that was first discovered in marine sponges and still remains almost exclusive to their hosts. Phylogenetically Poribacteria were placed into the Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae superphylum and similarly to many members of this superphylum cell compartmentation has been proposed to occur in members of the Poribacteria. The status as a candidate phylum implies that no member of Poribacteria has been obtained in culture yet. This restricts the investigations of Poribacteria and their interactions with marine sponges to culture independent methods and makes functional characterisation a difficult task. In this PhD thesis I used the novel method of single-cell genomics to investigate the genomic potential of the candidate phylum Poribacteria. Single-cell genomics enables whole genome sequencing of uncultivated microorganisms by singularising cells from the environment, subsequent cell lysis and multiple displacement amplification of the total genomic DNA. This process yields sufficient amounts of DNA for whole genome sequencing and genome analysis. This technique and its relevance for symbiosis studies are discussed in this PhD thesis. Through the application of single-cell genomics it was possible to increase the number of single-amplified genomes of the candidate phylum Poribacteria from initially one to a total of six. Analyses of these datasets made it possible to enhance our understanding of the metabolism, taxonomy, and phylum diversity of Poribacteria and thus made these one of the best-characterised sponge symbionts today. The poribacterial genomes represented three phylotypes within the candidate phylum of which one appeared dominant. Phylogenetic and phylogenomic analyses revealed a novel phylogenetic positioning of Poribacteria distinctly outside of the Planctomycete, Verrucomicorbia, Chlamydiae superphylum. The occurrence of cell compartmentation in Poribacteria was also revisited based on the obtained genome sequences and revealed evidence for bacterial microcompartments instead of the previously suggested nucleotide-like structures. An extensive genomic repertoire of glycoside hydrolases, glycotransferases, and other carbohydrate active enzymes was found to be the central shared feature between all poribacterial genomes and showed that Poribacteria are among those marine bacteria with the largest genomic repertoire for carbohydrate degradation. Detailed analysis of the carbohydrate metabolism revealed that Poribacteria have the genomic potential for degradation of a variety of polymers, di- and monosaccharaides that allow these symbionts to feed various nutrient sources accessible through the filter-feeding activities of the sponge host. Furthermore the poribacterial glycobiome appeared to enable degradation of glycosaminoglycan chains, one of the main building blocks of extracellular matrix of marine sponges. Different lifestyles resulting from the poribacterial carbohydrate degradation potential are discussed including the influence of nutrient cycling in sponges, nutrient recycling and scavenging. The findings of this thesis emphasise the long overlooked importance of heterotrophic symbionts such as Poribacteria for the interactions with marine sponges and represent a solid basis for future studies of the influence heterotrophic symbionts have on their sponge hosts.},
  subject      = {Bakterien},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Angermeier2011,
  author    = {Angermeier, Hilde Gabriele},
  title     = {Molecular and ecological investigations of Caribbean sponge diseases},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56855},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {W{\"a}hrend gewinnbringende Assoziationen von Schw{\"a}mmen mit Mikroorganismen in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten haben, wurde weit weniger in die Interaktion von Schw{\"a}mmen mit m{\"o}glicherweise pathogenen Mikroben investiert. Somit war es das Ziel dieser Studie zwei ausgew{\"a}hlte Karibische Schwammkrankheiten namens „Sponge Orange Band" und „Sponge White Patch" mittels {\"o}kologischer und molekularer Methoden zu untersuchen. Die Sponge Orange Band (SOB) Erkrankung bef{\"a}llt den bedeutenden karibischen Fass-Schwamm Xestospongia muta, der zu den bakterienhaltigen (HMA) Schw{\"a}mmen gez{\"a}hlt wird, w{\"a}hrend die Sponge White Patch (SWP) Erkrankung den h{\"a}ufig vorkommenden Seil-Schwamm Amphimedon compressa betrifft, der zu den bakterienarmen (LMA) Schw{\"a}mmen geh{\"o}rt. F{\"u}r beide Karibischen Schwammkrankheiten konnte ich einen Krankheitsverlauf beschreiben, der mit massiver Gewebszerst{\"o}rung und dem Verlust charakteristischer mikrobieller Signaturen einhergeht. Obwohl ich zeigen konnte, dass zus{\"a}tzliche Bakterienarten die gebleichten Schwammbereiche kolonisieren, lieferten meine Infektionsversuche in beiden F{\"a}llen keinen Beweis f{\"u}r die Beteiligung eines mikrobiellen Pathogens als Krankheitserreger. Somit liegen die eigentlichen Ausl{\"o}ser der Erkrankungen Sponge Orange Band als auch Sponge White Patch noch immer im Dunkeln.},
  subject      = {Meeresschw{\"a}mme},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Siegl2009,
  author    = {Siegl, Alexander},
  title     = {Einzelzell-basierte Methoden zur Charakterisierung Schwamm-assoziierter Bakterien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37443},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Schw{\"a}mme (Phylum Porifera) sind der {\"a}lteste rezente Tierstamm der Erde. Insbesondere marine Vertreter dieser sessilen Invertebraten sind oftmals mit einem mikrobiellen Konsortium assoziiert, welches hochgradig wirtsspezifisch und phylogenetisch divers ist. Die Biomasse dieser Mikroflora kann dabei rund die H{\"a}lfte der Masse eines Schwamms ausmachen. Die Komplexit{\"a}t des Konsortiums sowie der Mangel an kultivierbaren Vertretern der Schwamm-spezifischen Kladen erschwert dabei eine gezielte funktionelle Charakterisierung. Von besonderem Interesse hierbei ist das exklusiv in marinen Schw{\"a}mmen vorzufindende Candidatus Phylum Poribacteria, f{\"u}r das bislang kein kultivierter Vertreter vorliegt. Die metabolisch aktiven und hochabundanten Poribakterien liegen in der extrazellul{\"a}ren Matrix des Schwammes vor und zeichnen sich durch das Vorhandensein einer Nukleoid-{\"a}hnlichen intrazellul{\"a}ren Struktur aus. Ziel dieser Promotionsarbeit war es, neue Einzelzell-basierte Methoden auf das Gebiet der funktionellen Charakterisierung von Bakterien anzuwenden, welche spezifisch mit dem mediterranen Schwamm Aplysina aerophoba assoziiert sind. Dabei wurden sowohl kultivierungs-abh{\"a}ngige, als auch kultivierungs-unabh{\"a}ngige Versuchsans{\"a}tze verfolgt. Das Hauptaugenmerk dieser Studien lag dabei auf dem Candidatus Phylum Poribacteria. W{\"a}hrend auf dem ‚dilution-to-extinction'-Prinzip beruhende Hochdurchsatz-Kultivierungen nicht zum Erhalt einer Schwammsymbionten-Reinkultur f{\"u}hrten, konnten durch eine Kombination aus FACS-Vereinzelung von Schwamm-assoziierten Bakterien und anschließenden Einzel-Genom-Amplifizierungen (‚whole genome amplifications') umfassende Einblicke in die metabolischen Kapazit{\"a}ten von Schwammsymbionten gewonnen werden. Ferner gelang durch die Anwendung dieser neuen kultivierungs-unabh{\"a}ngigen Methode eine spezifische Verkn{\"u}pfung von Phylogenie und Funktion Schwamm-assoziierter, nicht-kultivierbarer Bakterien. So konnte im Rahmen dieser Dissertation eine neue nicht-ribosomale Peptidsynthetase (NRPS) einem Vertreter einer Schwamm-spezifischen Chloroflexi-Klade zugewiesen werden. Ferner gelang die Zuordnung einer exklusiv in marinen Schw{\"a}mmen vorgefundenen Polyketidsynthase (Sup-PKS) zu den Poribacteria. Die Klonierung von hochmolekularer, Einzel-Genom-amplifizierter DNA in Cosmide gew{\"a}hrte zudem Einblicke in den genomischen Kontext dieser, mit dem bakteriellen Sekund{\"a}rmetabolismus assoziierten Gene. Die Pyrosequenzierung eines amplifizierten, von einem einzelnen Poribakterium abstammenden Genoms f{\"u}hrte zudem zum Erhalt von rund zwei Megabasen an genetischer Information {\"u}ber diese Schwammsymbionten. Dadurch wurden detaillierte Informationen {\"u}ber den poribakteriellen Prim{\"a}r- und Sekund{\"a}rstoffwechsel gewonnen. Die Auswertung der automatisch annotierten 454-Daten erlaubte die Rekonstruktion von Stoffwechselwegen, so z.B. der Glykolyse oder des Citratzyklus und best{\"a}tigte das Vorhandensein eines Sup-PKS-Gens im poribakteriellen Genom. Ferner konnten Gemeinsamkeiten mit den Schwesterphyla Planctomycetes, Chlamydiae und Verrucomicrobia gefunden werden. Zudem zeigte die vergleichende Analyse mit einem poribakteriellen Referenzklon aus einer bestehenden Metagenombank die genomische Mikroheterogenit{\"a}t innerhalb dieses Phylums. Nicht zuletzt konnte die Auswertung der poribakteriellen 454-Sequenzierung eine Reihe von m{\"o}glichen Symbiose-Determinanten aufdecken, die beispielsweise am Austausch von Metaboliten zwischen den Interaktionspartnern beteiligt sind. Die Ergebnisse dieser Dissertationsarbeit stellen die Basis f{\"u}r eine gezielte und detaillierte funktionelle Beschreibung einzelner Bakterien innerhalb komplexer mikrobieller Konsortien dar, wie sie in marinen Schw{\"a}mmen vorzufinden sind. Dieser Studie gew{\"a}hrte erstmalig umfassende Einblicke in das genomische Potential der nicht-kultivierten, Schwamm-assoziierten Poribacteria. Weiterf{\"u}hrende Einzelzell-basierte Experimente werden in Zukunft dazu beitragen, das Bild von der Interaktion zwischen Bakterien und eukaryontischen Wirten zu komplettieren.},
  subject      = {Genomik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stoll2009,
  author    = {Stoll, Sascha},
  title     = {Funktionelle Analyse von Blochmannia floridanus, dem prim{\"a}ren Endosymbionten der Rossameise Camponotus floridanus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37238},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Ameisen der Gattung Camponotus beherbergen bakterielle Symbionten der Gattung Blochmannia in spezialisierten Zellen des Mitteldarms (Blochmann, 1882; Buchner, 1965; Sauer, 2000; Schr{\"o}der et al., 1996). Die Genomsequenzierung dieser Symbionten zeigte, dass Blochmannia, {\"a}hnlich den Symbionten von Blattl{\"a}usen, haupts{\"a}chlich Gene der Aminos{\"a}urebiosynthese beibehalten hat (Degnan et al., 2005; Gil et al., 2003). Die Relevanz dieser nahrungsaufwertenden Funktion konnte experimentell best{\"a}tigt werden (Feldhaar et al., 2007). Ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Aufkl{\"a}rung der dynamischen Interaktion der beiden Partner w{\"a}hrend des komplexen Lebenszyklus des holometabolen Wirtes. Fr{\"u}here Studien deuteten darauf hin, dass die Symbiose vor allem w{\"a}hrend der Larven- und Puppenphasen von Bedeutung sein k{\"o}nnte (Feldhaar et al., 2007; Wolschin et al., 2004; Zientz et al., 2006). Mit fluoreszenter in situ Hybridisierung (FISH) und konfokaler Laserscanning Mikroskopie konnte in der vorliegenden Arbeit die Lokalisierung von B. floridanus w{\"a}hrend der wichtigsten Entwicklungsstadien aufgekl{\"a}rt werden. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Symbionten schon im ersten Larvenstadium in spezialisierten Zellen um den Darm angeordnet sind, aber in sp{\"a}teren Stadien nicht, wie bisher angenommen, auf diese Bakteriozyten beschr{\"a}nkt sind, sondern bis zum Schlupf der jungen Arbeiterinnen massiv andere Darmzellen infizieren. {\"U}bereinstimmend mit Bestimmungen der Zellzahl in den verschiedenen Wirtsstadien ist die Anzahl der Symbionten gegen Ende der Metamorphose am h{\"o}chsten. Die Symbiose degeneriert in sehr alten Arbeiterinnen, gut gef{\"u}llte Bakteriozyten werden jedoch noch monatelang beibehalten. Mit Macroarray- und qRT- PCR- basierten Transkriptomanalysen wurde die Expression der bakteriellen Gene in charakteristischen Entwicklungsstadien des Wirtes untersucht. Allgemein zeigen vor allem Gene f{\"u}r molekulare Chaperons und bestimmte bakterielle Grundfunktionen eine hohe Expression. Aber auch viele Gene, die m{\"o}glicherweise wichtige Funktionen in der Symbiose besitzen, wie die Biosynthese essentieller Aminos{\"a}uren und das Recycling von Stickstoffverbindungen, zeigen ein hohes absolutes Transkriptlevel. Zudem besteht eine positive Korrelation zwischen dem Expressionsniveau und dem GC- Gehalt der Gene, die in dem h{\"o}heren Selektionsdruck und damit einer geringeren Mutationsrate der essentiellen Gene begr{\"u}ndet liegt (Schaber et al., 2005). Durch Proteinanalysen konnte best{\"a}tigt werden, dass die Faktoren mit der h{\"o}chsten absoluten Transkription die dominanten Proteine der Symbionten darstellen. In den unterschiedlichen Entwicklungsstadien zeigen viele Gene eine deutliche Dynamik, deren Ausmaß aber, verglichen mit freilebenden Bakterien, gering ist. Aus den Expressionsprofilen aufeinanderfolgender Gene lassen sich m{\"o}gliche Transkriptionseinheiten ableiten, die teilweise auch experimentell best{\"a}tigt wurden. Oftmals zeigen auch Gene, die nicht in Transkriptionseinheiten angeordnet sind, aber verwandten Stoffwechselwegen angeh{\"o}ren, {\"a}hnliche Muster. Dies deutet auf das Vorhandensein grundlegender Genregulations-mechanismen hin, obwohl im Genom von B. floridanus nur noch sehr wenige Transkriptionsfaktoren codiert sind (Gil et al., 2003). Auf {\"u}bergeordneter Ebene zeigt sich, dass bei Symbionten aus sp{\"a}ten Puppenstadien viele symbioserelevante Gene im Vergleich zu Genen des Grundmetabolismus eine erh{\"o}hte Expression zeigen. Dies betrifft besonders die Biosynthese aromatischer und verzweigter Aminos{\"a}uren, die in diesen Stadien vom Wirt in hoher Menge ben{\"o}tigt werden, w{\"a}hrend die internen Reserven gleichzeitig zur Neige gehen. Dies {\"a}ußert sich auch im deutlichen Abfallen der Speicherproteinmenge des Wirts gegen Ende der Puppenphase. Die festgestellte Ver{\"a}nderung der Symbiontenzahl {\"u}bertrifft das geringe Ausmaß der Genregulation um ein Vielfaches. Die Bakterien liegen in jedem Stadium polyploid mit bis zu 100 Genomkopien vor, dieser Polyploidiegrad bleibt jedoch w{\"a}hrend der gesamten Wirtsentwicklung weitestgehend konstant. Somit scheint die Kontrolle des Wirts {\"u}ber die bakterielle Vermehrung der entscheidende Faktor dieser Symbiose zu sein. Die verbleibenden regulatorischen F{\"a}higkeiten der Bakterien stellen m{\"o}glicherweise eine Feinjustierung von optimierten Produktionseinheiten dar, deren Anzahl nach den Bed{\"u}rfnissen des Wirtes ver{\"a}ndert wird. Insgesamt konnten in der vorliegenden Arbeit neue Einblicke in das komplexe Zusammenleben von Blochmannia und Camponotus gewonnen werden, die zu einem besseren Verst{\"a}ndnis der biologischen Funktion und der grundlegenden Mechanismen dieser Symbiose f{\"u}hren. Eine der wichtigsten Fragestellungen nach dem Sinn einer nahrungsaufwertenden Symbiose f{\"u}r einen Nahrungsgeneralisten konnte mit starken Hinweisen auf eine stadienabh{\"a}ngige Relevanz der Symbiose beantwortet werden, die den enormen evolution{\"a}ren Erfolg dieser Ameisengattung erkl{\"a}ren k{\"o}nnte.\&\#8195;},
  subject      = {Intrazellul{\"a}re Symbiose},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Menzel2009,
  author    = {Menzel, Florian},
  title     = {Mechanisms and adaptive significance of interspecific associations between tropical ant species},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37251},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Aggression between ants from different colonies or species is ubiquitous. Exceptions to this rule exist in the form of supercolonies (within a species) and interspecific associations (between species). Probably the most intimate interspecific association is the parabiosis, where two ant species live together in a common nest. They keep their brood separate but jointly use trails and often share food resources. Parabioses are restricted to few species pairings and occur in South American and Southeast Asian rainforests. While the South American parabioses have been studied, albeit poorly, almost nothing is known about their Southeast Asian counterparts. My PhD project focuses on Southeast Asian parabioses between the myrmicine Crematogaster modiglianii Emery 1900 and the considerably larger formicine Camponotus rufifemur Emery 1900. The two species frequently nest together in hollow trees in the tropical lowland rainforest of Borneo. The basic question of my PhD project is why these two species live together. I investigated both proximate and ultimate aspects of this question. For comparative purposes, I included studies on a trail-sharing association in the same habitat. On the proximate level, I investigated which mechanisms facilitate tolerance towards hetero-spe¬ci¬fic nestmates. Ants generally discriminate nestmates from non-nestmates via cuticular hydro¬carbons that function as colony recognition cues. I studied the specificity of nestmate recognition within and between the two parabiotic species. Using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), I analyzed the cuticular substances in both ant species to find potential differences to non-parabiotic species, and to estimate the substance overlap among the two species. A high substance overlap would e.g. suggest that interspecific tolerance is caused by chemical mimicry. Finally, bioassays were conducted to evaluate the function of different cuticular compounds. Interspecific tolerance in the two parabiotic species was species-specific but not colony-specific. Ca. rufifemur tolerated all Cr. modiglianii individuals, even those from foreign colonies, but strongly attacked workers of other Crematogaster species. Cr. modiglianii, in turn, tolerated Ca. rufifemur workers of certain foreign colonies but attacked those of others. Chemical analyses revealed two sympatric, chemically distinct Ca. rufifemur varieties ('red' and 'black') with almost no hydrocarbon overlap. Cr. modiglianii only tolerated foreign Ca. rufifemur workers if they belonged to the same chemical variety as their own Ca. rufifemur partner. It also attacked other, non-parabiotic Camponotus species. Thus, reciprocal interspecific tolerance was restricted to the species Cr. modiglianii and Ca. rufifemur. Ca. rufifemur frequently tolerated conspecific non-nestmates of the same chemical variety. Minor workers were more often tolerated than majors, possibly because they possess two to three times lower hydrocarbon quantities per body surface than majors. In contrast, Cr. modiglianii nearly always attacked conspecific non-nestmates. Both species possessed hydrocarbons with considerably higher chain lengths than congeneric, non-parabiotic ant species. Long-chain hydrocarbons are less volatile than shorter ones and thus harder to perceive. They may thus considerably facilitate interspecific tolerance. Moreover, up to 98\% of the cuticular hydrocarbons in Ca. rufifemur were methylbranched alkenes, which are highly unusual among insect cuticular hydrocarbons. Cr. modiglianii and Ca. rufifemur had almost no hydrocarbons in common, refuting chemical mimicry as a possible cause of interspecific tolerance. The only hydrocarbons common to both species were two methylbranched alkenes, which constituted 89\% of the 'red' Ca. rufifemur hydrocarbon profile and also occurred in those Cr. modiglianii colonies that lived together with this Ca. rufifemur variety. Cr. modiglianii presumably acquired these two compounds from its red Ca. rufifemur partner. Cr. modiglianii was significantly less aggressive towards foreign Cr. modiglianii workers that were associated with the same Ca. rufifemur variety than to those associated with the respective other one. Hence, this species seemed to use recognition cues acquired from its parabiotic partner. Apart from hydrocarbons, both species possessed a set of hitherto unknown substances on their cuticle. The quantitative composition of the unknown compounds varied between parabiotic nests but was similar among the two species of a nest. They are probably produced in the Dufour glanf of Cr. modiglianii and transferred to their Ca. rufifemur partner. Possible transfer mechanisms include interspecific trophallaxis and 'mounting behaviour', where Cr. modiglianii climbed onto Ca. rufifemur workers without being displaced. Although the composition of the unknown compounds greatly varied between nests, they did not function as nestmate recognition cues since both species used hydrocarbons for nestmate recognition. However, the unknown compounds significantly reduced aggression in Ca. rufifemur. The ultimate, i.e. ecological and evolutionary aspects of my PhD research deal with potential costs and benefits that Cr. modiglianii and Ca. rufifemur may derive from the parabiotic association, their interactions with other species, and population genetic analyses. Additional studies on a trail-sharing association between three other ant species deal with two possible mechanisms that may cause or facilitate trail-sharing. Whether parabioses are parasitic, commensalistic, or mutualistic, is largely unknown and depends on the costs and benefits each party derives from the association. I therefore investigated food competition (as one of the most probable costs), differentiation of foraging niches (which can reduce competition), and several potential benefits of the parabiotic way of life. Besides, I studied interactions between the ant species and the hemiepiphyte Poikilospermum cordifolium. The foraging niches of the two species differed regarding foraging range, daily activity pattern, and food preferences. None of the two species aggressively displaced its partner species from baits. Thus, interference competition for food seemed to be low or absent. For both ant species, a number of benefits from the parabiotic lifestyle seem possible. They include interspecific trail-following, joint nest defence, provision of nest space by the partner species, food exchange via trophallaxis, and mutual brood care. If an ant species follows another species' pheromone trails, it can reach food resources found by the other species. As shown by artificial extract trails, Ca. rufifemur workers indeed followed trails of Cr. modiglianii but not vice versa. Thus, Ca. rufifemur benefited from Cr. modiglianii's knowledge on food sources (informational parasitism). In turn, Cr. modiglianii seemed to profit from nest defence by Ca. rufifemur. Ca. rufifemur majors are substantially larger than Cr. modiglianii workers. Although Cr. modiglianii often effectively defended the nest as well, it seemed likely that this species derived a benefit from its partner's defensive abilities. In neotropical parabioses (ant-gardens), mutualistic epiphytes play an important role in providing nest space. The neotropical Camponotus benefits its Crematogaster partner by planting epiphyte seeds, for which Crematogaster is too small. Similarly, the Bornean parabioses often were inhabited by the hemiepiphyte Poikilospermum cordifolium (Barg.-Petr.) Merr (Cecropiaceae). P. cordifolium seedlings, saplings and sometimes larger indivi¬duals abundantly grew at the entrances of parabiotic nests. However, P. cordifolium provides no additional nest space and, apart from nutritive elaiosomes, perianths, and extrafloral nectar probably plays a less important role for the ants than the neotropical epiphytes. In conclusion, the parabiosis is probably beneficial to both species. The main benefits seem to be nest defence (for Cr. modiglianii) and interspecific trail-following (for Ca. rufifemur). However, Ca. rufifemur seems to be more dependent on its partner than vice versa. For both parabiotic species, I analyzed mitochondrial DNA of ants from different regions in Borneo. My data suggest that there are four genetically and chemically distinct, but closely related varieties of Camponotus rufifemur. In contrast, Crematogaster modiglianii showed high genetic differentiation between distant populations but was not differentiated into genetic or chemical varieties. This argues against variety-specific cocladogenesis between Cr. modiglianii and Ca. rufifemur, although a less specific coevolution of the two species is highly likely. In Bornean rainforests, trail-sharing associations of Polyrhachis (Polyrhachis) ypsilon Emery 1887 and Camponotus (Colobopsis) saundersi Emery 1889 are common and often include further species such as Dolichoderus cuspidatus Smith 1857. I investigated a trail-sharing association between these three species and studied two mechanisms that may cause or facilitate these associations: interspecific trail-following, i.e. workers following another species' pheromone trail, and differential inter¬specific aggression. In trail-following assays, D. cuspidatus regularly followed extract trails of the other two species, thus probably parasitizing on their information on food sources. In contrast, only few P. ypsilon and Ca. saundersi workers followed hetero¬speci¬fic extract trails. Hence, the association between P. ypsilon and Ca. saundersi cannot be ex¬plained by foragers following heterospecific trails. In this case, trail-sharing may originate from few scout ants that do follow heterospecific pheromone trails and then lay their own trails. Interspecific aggression among P. ypsilon, Ca. saundersi and D. cuspidatus was strongly asymmetric, Ca. saundersi being submissive to the other two species. All three species discriminated between heterospecific workers from the same and a distant trail-sharing site. Thus, it seems likely that the species of a given trail-sharing site habituate to one another. Differential tolerance by dominant ant species may be mediated by selective habituation towards submissive species, and thereby influence the assembly of trail-sharing associations.},
  subject      = {Ameisen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bohn2007,
  author    = {Bohn, Holger Florian},
  title     = {Biomechanik von Insekten-Pflanzen-Interaktionen bei Nepenthes-Kannenpflanzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26101},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Interaktionen zwischen Insekten und Pflanzen k{\"o}nnen auf chemischen oder mechanischen Faktoren beruhen. Mechanische Faktoren spielen eine besonders wichtige Rolle bei den Fallen karnivorer Pflanzen. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle mechanischer Faktoren in der Interaktion zwischen der Kannenpflanze Nepenthes bicalcarata und der Ameise Camponotus schmitzi aufzukl{\"a}ren, bei der Ameisen Gegenanpassungen zu spezialisierten pflanzlichen Fangstrukturen entwickelt haben. Im Rahmen meiner Arbeit habe ich mich mit den Fragen besch{\"a}ftigt, 1) welche Kannenstrukturen und welche Mechanismen f{\"u}r den Fang von Arthropoden wichtig sind und 2) welche speziellen Anpassungen C. schmitzi-Ameisen f{\"u}r das Leben auf ihrer karnivoren Wirtspflanze besitzen. Bisher wurde angenommen, dass Nepenthes-Kannen Tiere mit Hilfe von rutschigen Wachskristallschichten fangen. Ich konnte zeigen, dass ein weiterer, bisher unbekannter Fangmechanismus existiert, welcher auf speziellen Oberfl{\"a}cheneigenschaften des Kannenrandes (Peristom) und "Insekten-Aquaplaning" basiert. Das Peristom besitzt eine regelm{\"a}ßige Mikrostruktur, welche daf{\"u}r sorgt, dass die Oberfl{\"a}che vollst{\"a}ndig mit Wasser benetzbar ist, so dass sie bei feuchter Witterung von homogenen Fl{\"u}ssigkeitsfilmen {\"u}berzogen ist. Auf dem trockenen Peristom k{\"o}nnen Ameisen ohne Schwierigkeiten laufen und Nektar von den am inneren Peristomrand gelegenen Nektarien ernten. Wird die Oberfl{\"a}che aber beispielsweise durch Regen nass, rutschen die meisten Tiere ab und st{\"u}rzen in die Kanne. Messungen der Reibungskr{\"a}fte von Weberameisen (Oecophylla smaragdina) auf dem Peristom von N. bicalcarata zeigten, dass Fl{\"u}ssigkeitsfilme auf der Oberfl{\"a}che die Anhaftung der Haftorgane (Arolien) verhindern, und dass die Mikrostruktur des Peristoms auch den Einsatz der Krallen unterbindet. Versuche an Nepenthes alata zeigten dar{\"u}ber hinaus, dass dieser Fangmechanismus des Peristoms auch f{\"u}r Nepenthes-Arten mit wachsbereifter Kanneninnenwand essentiell, und die Wachsschicht eher f{\"u}r die Retention gefangener Tiere wichtig ist. Zur Analyse der {\"o}kologischen Auswirkungen des "Aquaplaning"-Fangmechanismus habe ich die Peristomfeuchte von Nepenthes rafflesiana var. typica-Kannen zeitgleich mit meteorologischen Daten im Feld kontinuierlich aufgezeichnet und mit Experimenten zur Beurteilung der Fangeffizienz der Kannen kombiniert. Die Ergebnisse dieser Versuche zeigen, dass die Kannen abh{\"a}ngig vom Befeuchtungsgrad des Peristoms zeitweise sehr effiziente Fallen mit Fangraten von 80\% sein k{\"o}nnen, w{\"a}hrend sie zu anderen Zeiten vollkommen ineffizient sind. Die Variation der Peristomfeuchte wird durch Regen, Kondensation und von den Peristomnektarien sezerniertem Nektar verursacht. Es ist zu vermuten, dass die nur zeitweise und unvorhersehbare Aktivierung der Nepenthes-Kannenfallen durch N{\"a}sse der Evolution von Vermeidungsstrategien bei Beutetieren entgegenwirkt. Im Rahmen der Untersuchungen, welche mechanischen Anpassungen C. schmitzi-Ameisen f{\"u}r das Leben auf N. bicalcarata besitzen habe ich mich auf die Fragen konzentriert, wie es den Ameisen gelingt den Peristom-Fangmechanismus zu umgehen und welche Anpassungen sie besitzen um in der Kannenfl{\"u}ssigkeit tauchend und schwimmend nach Nahrung zu suchen. Im Gegensatz zu generalistischen Arten st{\"u}rzen C. schmitzi-Ameisen auf dem nassen Peristom nicht ab. Durch selektive Manipulation der tarsalen Haftstrukturen konnte ich demonstrieren, dass die Arolien f{\"u}r die Peristomlauff{\"a}higkeit der C. schmitzi-Ameisen eine wesentliche Rolle spielen. F{\"u}r das Furagieren in der Kannenfl{\"u}ssigkeit verf{\"u}gen C. schmitzi-Ameisen {\"u}ber ein sich wiederholendes, stereotypes Verhaltensmuster, welches aus einer Unterwasserlauf- und einer Oberfl{\"a}chenschwimmphase besteht. Meine Untersuchungen dieses Verhaltensmusters zeigten, dass die Ameisen am Ende der Unterwasserlaufphase mit Hilfe ihres stets vorhandenen Auftriebs zur Fl{\"u}ssigkeitsoberfl{\"a}che aufsteigen. Dabei taucht ein Teil ihres Hinterleibs aus der Kannenfl{\"u}ssigkeit auf, was den Ameisen die Sauerstoffaufnahme aus der Luft erm{\"o}glicht. Nach dem Auftauchen schwimmen C. schmitzi-Ameisen mittels schneller Beinbewegungen an der Oberfl{\"a}che der Kannenfl{\"u}ssigkeit. Dabei {\"a}hnelt die Bewegungskoordination ihrer Beine dem bei Ameisen f{\"u}r die Fortbewegung an Land typischen Dreifußgang. Ein Vergleich der Kinematik von schwimmenden und laufenden C. schmitzi-Ameisen hat gezeigt, dass schwimmende Ameisen ihre Beine in der Schlagphase mit einer h{\"o}heren Winkelgeschwindigkeit als in der R{\"u}ckholphase bewegen, w{\"a}hrend dies bei den laufenden Tieren genau umgekehrt ist. Ferner strecken schwimmende Ameisen ihre Beine w{\"a}hrend der Schlagphase weiter aus als in der R{\"u}ckholphase, wohingegen laufende Ameisen in beiden Bewegungsphasen vergleichbare Beinradien aufweisen. Dies l{\"a}sst den Schluss zu, dass die Schwimmkinematik der C. schmitzi-Ameisen eine abgewandelte Form ihrer Laufkinematik darstellt, welche f{\"u}r die Erzeugung von Vortrieb im Wasser optimiert wurde.},
  subject      = {Biomechanik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kaltenpoth2006,
  author    = {Kaltenpoth, Martin},
  title     = {Protective bacteria and attractive pheromones - symbiosis and chemical communication in beewolves (Philanthus spp., Hymenoptera, Crabronidae)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20867},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {BACTERIAL ENDOSYMBIONTS OF BEEWOLVES Symbiotic interactions between different species are ubiquitous and essential components of the natural world and have probably affected the evolution of every living organism. Insects are the most diverse metazoan class on earth, and they benefit from the extensive metabolic potential of microorganisms in a wide variety of symbiotic associations. The vast majority of well-studied insect-microbe symbioses to date are nutritional interactions in which the symbionts provide their hosts with essential nutrients. Some cases, however, have been described in which symbiotic bacteria play an important role in intraspecific olfactory communication or serve as a defense against pathogens or parasitoids. This thesis reports on a unique and highly specialized association between a digger wasp, the European beewolf (Philanthus triangulum, Hymenoptera, Crabronidae), and actinomycete bacteria. In contrast to all other known symbioses, the beewolf bacteria are cultivated in the reservoirs of unique antennal glands in female beewolves. The female secretes the bacteria into its subterranean brood cells prior to oviposition. Several days later, when the beewolf larva has finished feeding on the paralyzed honeybees that had been provisioned by the mother, it takes up the bacteria and applies them to the cocoon silk during the spinning process. On the cocoon, the symbionts play an important role in reducing the incidence of fungal infestation and thereby significantly enhance the survival probability of the larva in the cocoon during the long and potentially very dangerous inactive phase of hibernation in the underground brood cell. Observations of beewolf larvae as well as experiments in which female beewolf larvae were reared in the absence of the bacteria suggest that the symbionts are transmitted vertically from mothers to daughters. Presumably, the bacteria are taken up from the cocoon during eclosion and incorporated into the antennal gland reservoirs. Phylogenetic analyses of hosts and symbionts as well as artificial transfer experiments are necessary to investigate whether horizontal transmission of bacteria between beewolf species may occasionally occur. Genetic analyses revealed that the symbionts constitute an undescribed species of the genus Streptomyces within the eubacterial family Actinomycetaceae. 16S rDNA primers and an oligonucletide probe were designed for the specific detection of the Philanthus endosymbionts by PCR and fluorescence in-situ hybridization (FISH). By PCR-based screening, closely related endosymbionts were found in 28 Philanthus species and subspecies. By contrast, no symbionts could be detected in closely related genera of the subfamily Philanthinae (Aphilanthops, Clypeadon, Cerceris), indicating that the symbiosis might be restricted to the genus Philanthus. Based on almost complete 16S rRNA gene sequence data, the symbionts of all analyzed Philanthus species formed a monophyletic clade within the genus Streptomyces, indicating that the symbiosis is highly specific and most likely the product of a long history of coevolution and cospeciation. Sequence divergences among symbionts suggest an origin of the Philanthus- Streptomyces association about 26-67 million years ago, which may have coincided with the origin of the genus Philanthus. On the basis of 16S rDNA sequences and ultrastructural data, the new taxon 'Candidatus Streptomyces philanthi' is proposed for the antennal symbionts of Philanthus species, with symbionts from different host species being treated as ecotypes and named according to their hosts (e.g. 'Candidatus Streptomyces philanthi triangulum'). It is not yet clear how the bacteria benefit from the association with Philanthus species. Certainly, they obtain an unoccupied and presumably competition-free niche in the beewolf antennae and a reliable transmission route to the next generation. Additionally, several pieces of evidence suggest that they may also receive nutrients from their host: (1) Females secrete massive amounts of bacteria into each brood cell and sometimes construct several brood cells per day; thus, the bacteria have to grow quickly inside the antennal gland reservoirs to replenish the stock for further brood cells. (2) The reservoirs are surrounded by class 3 gland cells that may supply the bacteria with nutrients (e.g. amino acids). (3) One of the walls bordering the antennal gland is of a net-like structure, thus, possibly allowing hemolymph to enter the reservoir lumen and provide nutrients to the symbionts. This possibility is further substantiated by chemical analyses of the hydrocarbon profile of the antennal gland secretion and female hemolymph, which revealed very similar compositions. The beewolf-Streptomyces symbiosis constitutes the first known case of bacteria being cultivated in insect antennae and one of the few examples involving the pharmaceutically important group of actinomycete bacteria as insect endosymbionts. Further studies on ecological and evolutionary aspects of the symbiosis will provide valuable insights into the importance of actinomycete bacteria for pathogen defense in insects and may also identify novel secondary metabolites with antibiotic properties that might prove useful for human medicine. CHEMICAL COMMUNICATION AND MATE CHOICE IN THE EUROPEAN BEEWOLF Chemical signals constitute both the most ancient and the most common form of communication among organisms. In insects, pheromones play an essential role in mediating intraspecific communication. Many recent studies have investigated the importance of insect olfactory signals in the context of courtship and mating. However, since most of these studies have focused on female pheromones, male sex pheromones have as yet received little attention despite their potential ecological as well as evolutionary importance for mate attraction and mate choice. Male European beewolves establish and defend small territories that they mark with a secretion from cephalic glands. Presumably, the secretion acts as a sex pheromone and attracts receptive females to the territory. Since male territories are clumped around female nesting sites, females have the opportunity to choose among potential mates. The marking pheromone of male beewolves varies with kinship, and it is demonstrated here that geographic origin, age and size also affect the amount and/or composition of the pheromone. Thus, the marking secretion contains information on a variety of male characters that may be important in the context of female choice. Both genetic distance ("optimal outbreeding") and overall genetic quality ("good genes") of a male might influence female mating decisions in the European beewolf. Polymorphic microsatellite markers are presented for the European beewolf that facilitate female choice experiments by genetic paternity analysis.},
  subject      = {Philanthus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wehrl2006,
  author    = {Wehrl, Markus},
  title     = {Bakterielle Aufnahme, Selektivit{\"a}t und interne Prozessierung bei marinen Schw{\"a}mmen (Porifera)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21660},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Marine Schw{\"a}mme (Porifera) gelten als die evolution{\"a}r {\"a}ltesten Metazoen. Sie sind in allen Meeren verbreitet und tragen einen großen Anteil zur Invertebraten-Fauna bei. Ihrer Lebens-weise als Filtrierer entsprechend pumpen Schw{\"a}mme bis zu 23.000 l Seewasser Kg-1 Schwamm Tag-1. Das enthaltene Bakterioplankton wird mit hoher Effizienz ausgefiltert und dient als Nahrung. Gleichzeitig enthalten einige Schwammspezies eine sehr hohe Anzahl phylogenetisch diverser Bakterien extrazellul{\"a}r in der Mesohylmatrix, die bis zu 40\% der Gesamtbiomasse ausmachen. Die als Symbionten bezeichnete Bakteriengemeinschaft weist eine hochgradig spezifische phylogenetische Zusammensetzung auf, die bei unterschiedlichen Schwammspezies, jedoch nicht im Seewasser oder Sediment, gefunden wird. Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurden unterschiedliche Muster der Bakterien-haltigkeit mariner Schw{\"a}mme durch Elektronenmikroskopie beschrieben. Die Gruppe der bakterienhaltigen Schw{\"a}mme wies eine hohe Anzahl von Mikroben im Mesohyl auf. Aufgrund der bakteriellen Verteilung wurde zwischen stark und intermedi{\"a}r bakterienhaltigen Spezies unterschieden. Stark bakterienhaltige Schw{\"a}mme zeigten eine gleichm{\"a}ßig dichte Verteilung der Mikroben im Mesohyl, die Bakterienkonzentrationen lagen bei 109 - 1010 Zel-len g-1 Schwamm. Intermedi{\"a}r bakterienhaltige Schw{\"a}mme enthielten lokale Anh{\"a}ufungen von Mikroben, die in allen Stellen des Tieres gefunden wurden. Die Zellzahlen lagen bei 108 - 109 Bakterien g-1 Schwamm. Die Gruppe der bakterienarmen Schw{\"a}mme wurde durch ein mikroskopisch bakterienfreies Mesohyl charakterisiert, die Bakterienkonzentrationen betrugen ~106 Zellen g-1 Schwamm und waren damit vergleichbar zu nat{\"u}rlichem Seewasser. In Korrelation zum Bakteriengehalt wurden anatomische Unterschiede des Gewebes beider Schwammgruppen beobachtet. Die bakterielle Aufnahme von Schw{\"a}mmen wurde an einzelnen Individuen in Filtra-tionsexperimenten untersucht. Es wurde die Aufnahme des „Futterbakteriums" Vibrio sp. SB177 und des schwammspezifischen Symbiontenkonsortiums gemessen. Die bakterien-haltigen Schw{\"a}mme Aplysina aerophoba und Chondrosia reniformis wiesen im Vergleich zu „Futterbakterien" eine sehr stark verminderte Aufnahme gegen{\"u}ber ihren eigenen Symbionten auf, bei A. aerophoba sank die Filtrationsrate von rn = 2,76 x 106 auf 5,47 x 104 Bakterien g-1 Schwamm h-1. Die bakterienarmen Schw{\"a}mme Dysidea avara und Tethya aurantium zeigten eine effiziente und undifferenzierte Aufnahme gegen{\"u}ber allen Mikroben. Das nur bei bak-terienhaltigen Schw{\"a}mmen gefundene Muster der stark verminderten Aufnahme von Symbi-onten ist statistisch signifikant. Untersuchungen zum Einfluss abdaubarer bakterieller Zell-wandproteine und der bakteriellen Flagelle erbrachten keine Hinweise auf eine Beteiligung dieser Faktoren am bakteriellen Filtrationsprozess der Schw{\"a}mme. Zur Untersuchung einer m{\"o}glichen Filtrationsselektivit{\"a}t gegen{\"u}ber bestimmten bak-teriellen Vertretern des Seewasser- und des Symbiontenkonsortiums wurden Filtrationsexperi-mente durchgef{\"u}hrt. Proben des Inkubationswassers wurde w{\"a}hrend des Experiments entnom-men und die phylogenetische Zusammensetzung der Konsortien mittels Denaturierender Gradienten Gel Elektrophorese (DGGE) untersucht. Die Banden wurden anhand der St{\"a}rke {\"u}ber den zeitlichen Verlauf klassifiziert. Von den anf{\"a}nglich 40 nachweisbaren Banden des Seewasserkonsortiums wurden nach 300 Minuten experimenteller Dauer eine als konstant, 18 als reduziert und 21 als verschwindend eingeordnet. F{\"u}r das Symbiontenkonsortium wurden von den initial 65 Banden nach 300 Minuten 30 Banden als konstant, 19 als reduziert und 16 als verschwindend klassifiziert. W{\"a}hrend f{\"u}r das Seewasserkonsortium eine Aufnahme fast aller bakterieller Phylotypen {\"u}berwog, unterlagen nur wenige Phylotypen des Symbionten-konsortiums einer starken Aufnahme. Durch Sequenzierung und phylogenetische Zuordnung repr{\"a}sentativer Banden wurde gezeigt, dass f{\"u}r die bakterielle Aufnahme keine Selektivit{\"a}t gegen{\"u}ber einer bestimmten phylogenetischen Abstammungslinie besteht. So wurden z. B. Phylotypen der Chloroflexi als konstant, reduziert, als auch verschwindend beurteilt. Die interne Prozessierung und der Transport aufgenommener Partikel und Bakterien im Mesohyl wurde mikroskopisch untersucht. A. aerophoba transportierte große Aggregate aufgenommener Latex Beads in speziellen Schwammzellgruppen durch das Mesohyl. Es konnte keine Abgabe der Beads in die extrazellul{\"a}re Matrix (ECM) beobachtet werden. D. avara transportierte einzelne Beads durch das Mesohyl, nach 300 Minuten wurden zahlreiche Beads in der ECM gefunden. Die bakterielle Aufnahme wurde an dem GFP-exprimierenden „Futterbakterium" Vibrio sp. MMW1 visualisiert. Die Bakterien wurden mit hoher Effizienz von A. aerophoba aufgenommen, konnten jedoch nicht in tieferen Mesohylbereichen nach-gewiesen werden, was auf eine z{\"u}gige Lyse der Zellen hindeutete. Fluoreszenzmarkierte Symbiontenzellen wurden nicht von A. aerophoba aber, in {\"U}bereinstimung mit den Filtrationsexperimenten, von dem bakterienarmen D. avara aufgenommen. Die Ergebnisse belegen, dass bakerienhaltige Schw{\"a}mme {\"u}ber einen komplexen Mechanismus der bakteriellen Aufnahme verf{\"u}gen, durch den zwischen Futterbakterien und Symbionten unterschieden wird. Schw{\"a}mme stellen deshalb ein interessantes Modellsystem zur Untersuchung von Mechanismen der generellen Phagozytose und der gleichzeitigen Tolerierung von symbiontischen Bakterienzellen im Gewebe dar.},
  subject      = {Meeresschw{\"a}mme},
  language  = {de}
}