TY  - THES
A1  - Herzner, Gudrun
T1  - Evolution of the pheromone communication system in the European Beewolf Philanthus triangulum F. (Hymenoptera: Crabronidae)
T1  - Die Evolution des Pheromonkommunikationssystems des Europäischen Bienenwolfs Philanthus triangulum F. (Hymenoptera: Crabronidae)
N2  - Darwin’s theory of sexual selection explains the evolution of flamboyant male traits through female choice. It does not, however, address the question why males typically court and females choose. This asymmetry is now thought to be the result of the dichotomy in reproductive expenditures: Females invest primarily in parental care and males invest predominantly in mate attraction or competition. Based on this view, several hypotheses for the origin and maintenance of female preferences have been proposed. They include the classical sexual selection models, i.e. female choice for direct and indirect benefits as well as the more recent concepts of female choice for genetic compatibility and receiver bias models. The complementary choice scenario assumes that females choose mates with regard to genetic compatibility. The receiver bias concept views male traits and female preferences within the framework of communication theory and encompasses various more or less distinct models, two of which are sensory exploitation and sensory trap. Both models postulate that male signals evolved in response to pre-existing perceptual biases of females. The sensory trap hypothesis additionally emphasizes that pre-existing female preferences for certain cues evolved in non-sexual contexts, like e.g. foraging. Males that mimic these cues and elicit a favourable out-of-context response by females may increase their reproductive success. This thesis examines the evolution of the pheromone communication in the European Beewolf Philanthus triangulum. Beewolf females are specialized hunters of honeybees and provision their progeny with paralyzed prey. Male beewolves establish and scent mark territories with a pheromone from a head gland to court females. The concordant occurrence of the otherwise rare alcohol (Z)-11-eicosen-1-ol in the male pheromone and in the alarm pheromone of honeybees, the exclusive prey of the females, suggests a sensory trap process as an explanation for the evolution of the male pheromone in P. triangulum. According to this hypothesis, we tested three predictions: First, foraging honeybees should emit eicosenol. Via chemical analysis we could show that honeybee workers in fact smell of eicosenol during foraging. The occurrence of eicosenol on the cuticle and in the headspace of honeybees is a new finding. Second, beewolf females should use eicosenol as a cue for prey detection or identification. Using behavioural assays, we demonstrated that prey recognition in beewolf females is accomplished by olfactory cues and that eicosenol is an essential cue in this process. The sensory sensitivity of beewolf females to eicosenol must be extremely high, since they perceive the trace amounts present in the head space of honeybees. This sensitivity may be due to specialized olfactory receptors on the antennae of beewolf females. An inventory of the flagellar sensilla of both sexes showed that females carry one type of sensillum that is missing in males, the large sensillum basiconicum. This chemo-sensitive sensillum most likely plays a role in prey recognition. The third prediction is that beewolf males incorporate bee-like substances, including eicosenol, into their pheromone, and possibly catch females in a sensory trap. A reanalysis of the male pheromone revealed, among others, eicosenol and several alkanes and alkenes as pheromonal compounds. Our own analyses of the chemical profiles of honeybee workers and beewolf pheromone disclosed a surprisingly strong resemblance between the two. Eight of the eleven substances of the male pheromone are also present on the cuticle and in the headspace of honeybees. Notwithstanding this similarity, the male pheromone does not function as a sensory trap for females. Nevertheless, the extensive congruence between the odour bouquets of the females’ prey and the male pheromone strongly suggests that the male signal evolved to exploit a pre-existing female sensory bias towards bee odour, and, thus represents a case of sensory exploitation. In addition to the above described scenario concerning mostly the ‘design’ of the male pheromone, we addressed possible indirect benefits female beewolves may gain by basing their mating decisions on signal ‘content’. We show that the pheromone of male beewolves varies between families and may, thus, contain information about the degree of relatedness between the female and a potential mate. Females could use this information to choose genetically complementary males to avoid inbreeding and the production of infertile diploid sons. Collectively, our results provide strong evidence for a receiver bias process in the evolution of the male pheromone of P. triangulum. They further indicate that the pheromone composition may subsequently have been influenced by other natural or sexual selection pressures, like e.g. complementary female choice.
N2  - Darwins Theorie der Sexuellen Selektion deutet die Evolution übersteigerter Männchenmerkmale als Ergebnis der Weibchenwahl. Sie erklärt jedoch nicht, warum Männchen in der Regel um Weibchen werben und Weibchen unter den werbenden Männchen wählen. Man glaubt heute, daß dies auf eine Asymmetrie im reproduktiven Aufwand zwischen den Geschlechtern zurückzuführen ist: Weibchen investieren überwiegend in elterliche Fürsorge, Männchen v.a. in Balzsignale. Hierauf basierend wurden mehrere Hypothesen zur Evolution von Präferenzen bei weiblicher Partnerwahl vorgeschlagen. Dazu gehören die klassischen Modelle der Sexuellen Selektion, wie ‚direct’ und ‚indirect benefit’ sowie die neueren Konzepte der Weibchenwahl aufgrund genetischer Kompatibilität und die 'Receiver Bias' Modelle. Letztere betrachten Männchenmerkmale und Weibchenpräferenzen im Rahmen der Kommunikationstheorie und umfassen mehrere ähnliche Modelle wie z.B. 'Sensory Exploitation' und 'Sensory Trap'. Sie postulieren, daß das Design von Männchensignalen in Anpassung an existierende Präferenzen der Weibchen entsteht. Die 'Sensory Trap' Hypothese betont zudem, daß diese sensorischen Präferenzen der Weibchen für bestimmte Signale in einem der natürlichen Selektion unterliegenden (nicht sexuellen) Kontext entstanden, so z.B. zum Auffinden von Nahrung. Männchen imitieren diese Signale um vorteilhafte Reaktionen der Weibchen auszulösen und so ihren Reproduktionserfolg zu erhöhen. Die vorliegende Dissertation untersucht die Evolution der Pheromonkommunikation des Europäischen Bienenwolfs. Bienenwolfweibchen sind spezialisierte Jäger der Honigbiene und versorgen ihre Nachkommen mit gelähmter Beute. Bienenwolfmännchen etablieren Reviere und markieren diese mit einem Pheromon um Weibchen anzulocken. Das übereinstimmende Vorkommen des sonst sehr seltenen Alkohols (Z)-11-Eicosen-1-ol sowohl im Pheromon der Männchen als auch im Alarmpheromon der Honigbienen, der ausschließlichen Beute der Weibchen, deutete darauf hin, daß es sich bei dem Pheromon um eine 'Sensory Trap' für Weibchen handeln könnte. Entsprechend dieser Hypothese testeten wir drei Vorhersagen: Erstens, furagierende Honigbienen sollten nach Eicosenol riechen. Mit Hilfe chemischer Analysen konnten wir erstmals zeigen, daß Honigbienensammlerinnen nach Eicosenol riechen. Zweitens sollten Bienenwolfweibchen Eicosenol für die Identifikation ihrer Beute nutzen. Wie wir in unseren Verhaltenstests zeigen konnten, verlassen sich die Weibchen für die Beuteerkennung auf Duftsignale. Hierbei ist Eicosenol eine notwendige Komponente für die Identifizierung der Honigbienen. Die sensorische Empfindlichkeit der Weibchen für Eicosenol scheint extrem hoch zu sein, da sie diese nur in Spuren im Luftraum um Honigbienen vorhandene Substanz, wahrnehmen können. Die hohe sensorische Empfindlichkeit der Weibchen könnte durch spezialisierte olfaktorische Rezeptoren bedingt sein. Die Analyse der antennalen Sensillen zeigte, daß Weibchen einen Sensillentyp besitzen, der bei Männchen nicht vorkommt: die großen Sensilla basiconica. Diese chemosensitiven Sensillen könnten eine entscheidende Rolle bei der Beuteerkennung spielen. Die dritte Vorhersage ist, daß Bienenwolfmännchen die für Honigbienen typischen Substanzen, darunter auch Eicosenol, in ihr Pheromon integrieren, um Weibchen in einer 'Sensory Trap' zu fangen. Eine Neuanalyse des Männchenpheromons zeigte, u.a. Eicosenol und einige Alkane und Alkene als Pheromonbestandteile. Unsere Analysen zeigten eine überraschende Übereinstimmung der chemischen Profile von Honigbienen und Bienenwolfmännchen. Acht der elf Substanzen des Pheromons finden sich auch im Duft der Honigbiene. Trotz dieser erstaunlichen Ähnlichkeit fungiert das Männchenpheromon nicht als 'Sensory Trap' für Weibchen. Die ausgeprägte Kongruenz der Düfte von Weibchenbeute und Männchenpheromon deutet aber darauf hin, daß bei der Evolution des Männchenpheromons vermutlich eine bereits existierende sensorische Präferenz der Weibchen für Bienenduft ausgenutzt wurde, d.h. daß es sich dabei um 'Sensory Exploitation' handelt. Das oben beschriebene Szenario für die Evolution des Männchenpheromons betrifft hauptsächlich das Design des Männchensignals. Darüber hinaus haben wir den möglichen Informationsgehalt des Pheromons untersucht. Das Pheromonmuster variiert beim Europäischen Bienewolf mit der Familienzugehörigkeit. Das Pheromon könnte somit Information über den Verwandtschaftsgrad zwischen einem Weibchen und einem potentiellen Paarungspartner enthalten. Weibchen könnten diese Information nutzen um sich nur mit genetisch kompatiblen Männchen zu paaren und auf diese Weise Inzucht zu vermeiden. Die vorliegenden Ergebnisse liefern starke Evidenzen für einen 'Receiver Bias' Prozess bei der Evolution des Pheromons von P. triangulum. Sie deuten außerdem darauf hin, daß die Zusammensetzung des Pheromons in der Folge durch weitere Selektionsdrücke, wie z.B. Weibchenwahl für genetische Kompatibilität, beeinflusst wurde.
KW  - Philantus
KW  - Pheromon
KW  - Sexuelle Selektion
KW  - Evolution
KW  - Evolution
KW  - Pheromon
KW  - Sexuelle Selektion
KW  - Sensory Exploitation
KW  - Sensory Exploitation
KW  - Evolution
KW  - Pheromone
KW  - Sexual selection
KW  - Sensory exploitation
KW  - Sensory trap
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11651
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hübner, Stefanie
A1  - Wissemann, Volker
T1  - Morphometrische Analysen zur Variabilität von Prunus spinosa L. - Populationen(Prunoideae, Rosaceae) im mittleren Saaletal, Thüringen
T1  - Morphometric analysis on the variability of Prunus spinosa L. - populations(Prunoideae, Rosaceae) in the central valley of the river Saale, Thuringia
N2  - Prunus spinosa L. (Rosaceae) is one of the most widespread members of the genus Prunus in middle europe. Its morphological plasticity resulted in a number of described taxa at subspecific level. Since the early neolithic times, drupes of the plum family are recorded and exhibit already a remarkable diversity in size and form. Here we present a short historical account to the use of P. spinosa and an overview of the different taxonomic treatments. We examined distribution patterns in general and in particular in the central valley of the river Saale (Thuringia) with respect to ecological, edaphic and climatic factors. We assessed within 16 populations the variability of 22 metric and 10 qualitative morphological characters at 7 different locations. Population sites included forest-, way- and fieldsides, as well as lightish pine forests. Pollen fertility did not increase during the flowering period, all flowers were directly fully fertile from the beginning. In contrast, glucose content varied significantly depending of the status of fertilization. Epicuticular wax structure was without variation amongst the populations. P. spinosa leaves are covered with a smooth layer of slightly striated wax. Morphological characters were scored on 270 branches and 506 fruits. Most of the characters showed enormous variability among and within populations such as metrics of leaves, thorns and character states of flower morphology. The lowest variability among populations and therefore not dependend of modificatory factors was found in fruit characters. Since kernel morphology seems to be genetically rather than modificatory controlled, we applied the 3 taxonomical concepts of Werneck, Kühn and Scholz u. Scholz to identify evolutionary units at subspecific levels. However, population variability was still so high, that from our study here we can not support an infraspecific classification of Prunus spinosa L.
KW  - Prunus
KW  - Rosengewächse
KW  - Systematik
KW  - Rosaceae
KW  - Prunus
KW  - Evolution
KW  - Morphology
KW  - Systematics
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35207
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kraft, Christian
T1  - Die Rolle von Mutation und Rekombination in der Mikroevolution von Helicobacter pylori
T1  - The role of mutation and recombination in the microevolution of Helicobacter pylori
N2  - Helicobacter pylori ist ein pathogenes Bakterium, das verantwortlich gemacht wird für verschiedene Erkrankungen des Magens und Duodenums, wie beispielsweise chronische Gastritis, peptische Ulzera und maligne Lymphome. Das Bakterium zeichnet sich durch eine hohe Rekombinationsrate aus und besitzt ein hohes Maß an genetischer Allelvielfalt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Rekombinationsrate und die Länge der rekombinerten DNA-Importe anhand von sequentiellen Isolaten, die zu definierten Zeitpunkten aus dem selben Patienten isoliert wurden, untersucht. Es wurden zehn Gene, darunter sieben 'housekeeping' Gene und drei virulenzassoziierte Gene, amplifiziert und sequenziert. Die Ergebnisse zeigten eine bis dahin noch nicht für Bakterien beschriebene Fragmentlänge der DNA-Importe von durchschnittlich lediglich 417 Basenpaaren. Die Rekombinationsrate war außergewöhnlich hoch. DNA-Microarray-Analysen konnten zeigen, dass es trotz dieser hohen Rekombinationsrate nur wenige Veränderungen in der genomischen Genausstattung gab. Jedoch hing das Auftreten von Rekombinationsereignissen direkt mit Veränderungen der Genausstattung zusammen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein neues in vitro-Transformationsmodell entwickelt, das die in vivo ermittelten Resultate nachvollziehen sollte. Das Modell konnte sowohl die in vivo gefundene Rekombinationsrate als auch den Import von kurzen DNA-Fragmenten bestätigen, die zu einem Allelmosaik zwischen DNA-Rezipient und Donor führten. Auffällig war eine stark verminderte Transformierbarkeit mit Donor-DNA aus asiatischen H. pylori-Stämmen. Um eine mögliche Beteiligung des Nukleotid-Excisions-Reparatur (NER) Mechanismus an der Rekombination zu ermitteln, wurden zwei Gene des Mechanismus ausgeschaltet. Die Ergebnisse der NER--Mutanten (uvrA-, uvrD-) zeigten eine starke Verminderung der Transformierbarkeit. Diese Verminderung hatte jedoch keinen Einfluss auf die Länge der rekombinierten DNA-Importe. Das Ausschalten des uvrA-Gens führte zudem zu einer erhöhten Sensibilität gegenüber UV-Licht. Der NER-Mechanismus ist bei H. pylori in einer noch nicht aufgeklärten Weise an der Rekombination beteiligt. In einem Rhesusaffen-Tiermodell wurde die initiale Besiedlung mit H. pylori untersucht. Die Tiere stellen einen natürlichen Wirt dar und zeigen ähnliche Krankheitssymptome wie menschliche Patienten. Die Rhesusaffen wurden experimentell mit zwei klinischen H. pylori-Isolaten infiziert. Die Reisolation zu bestimmten Zeitpunkten zeigte, dass sich nur einer der beiden Stämme im Affenmagen etablieren konnte und der zweite Stamm verdrängt worden war. In einem zweiten Versuchsansatz wurden die persistent infizierten Affen mit vier weiteren H. pylori-Stämmen infiziert, um eine transiente Koinfektion zu simulieren. Diese Stämme verdrängten jedoch den bereits etablierten Stamm, und es konnte keine in vivo-Rekombination festgestellt werden. Dennoch ist dieses Modell das Erste, in dem eine persistierende experimentelle H. pylori-Infektion in Rhesusaffen über einen Zeitraum von mehr als vier Jahren nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse liefern wichtige Hinweise auf den beim Menschen meist unentdeckten Anfang der H. pylori-Infektion. Die Untersuchungen an weiteren Spezies des Genus Helicobacter zeigten, dass die beschriebene Spezies Heelicobacter nemestrinae keine eigene Spezies darstellt, sondern der Spezies H. pylori zugeordnet werden konnte. Den damit nächsten 'Verwandten' stellt die Spezies H. acinonychis dar, deren Stämme sich untereinander wesentlich weniger stark unterscheiden als H. pylori-Stämme. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern wichtige Daten zum Verständnis der Evolution und Mikroevolution innerhalb eines Wirtes von H. pylori, die zu besseren Strategien in der Bekämpfung dieses pathogenen Bakteriums führen können.
N2  - The human pathogen Helicobacter pylori colonizes the gastrointestinal tract and causes a long-term infection leading to several diseases such as gastritis, peptic ulcers and cancer. H. pylori is the most genetically diverse bacterial species known. Population genetic analysis has shown that the diversity is largely due to recombination between different H. pylori strains during mixed infection. To analyse the recombination rate in vivo, sequential isolates, taken from the same patient at different timepoints, were used. Fragments of seven housekeeping genes, the two flagellin genes and the vacuolating cytotoxin gene vacA, were sequenced and pairwisely compared to detect genetic changes that had occurred during chronic colonization. The recombination rate was unexpectedly high and the size of the imported DNA-fragments had an average of only 417 basepairs. DNA-imports of this extraordinarily short length were never found before in other bacterial species so far. A Microarray analysis showed a high stability of the genetic content in the paired isolates. The very few differences in this genetic content were mainly driven by recombination events. A new developed in vitro transformation model was able to measure the recombination frequency and the length of the imported DNA. The model confirmed the unusually high recombination frequency and the very short imported DNA fragments found in vivo in the sequential isolates. Interestingly, by using Asian strains as DNA donor, the recombination frequency was much lower compared to European and African strains. To answer the question whether the nucleotide-excision-repair (NER) mechanism was involved in the recombination process, knock out mutants of two key genes of the mechanism were used (uvrA-, uvrD-). The NER mutants showed a notable decrease in their transformation ability, but the length of the imported fragments was not affected. The NER mechanism seems to be involved in the recombination process, but it is still unknown in how far and in which way. A rhesus monkey model was developed to establish an experimentally persistent H. pylori infection and to investigate the initial infection steps. Macaques are natural hosts of H. pylori and develop similar disease. Two clinical isolates were chosen for infection, but only one strain survived in the stomach of the macaques. The second strain was outcompeted by the first one. In a second trial the macaques were infected with four new strains of H. pylori to simulate a transient co-colonisation. Only two of the new strains survived and the formerly established strain was outcompeted by the two new strains. No recombination events could be detected. Nevertheless, this is the first time that rhesus monkeys were experimentally persistently infected for more than four years with H. pylori. In this model the first steps of an new H. pylori infection can be investigated, which is not possible in humans. Investigations of other members of the genus Helicobacter showed, that the species Helicobacter nemestrinae was not an independent species, but represented a strain of H. pylori. The closest related species then was represented by Helicobacter acinonychis. Genetic analyses revealed a much more clonal genome between different H. acinonychis strains compared to H. pylori.
KW  - Helicobacter pylori
KW  - Evolution
KW  - Molekulargenetik
KW  - Helicobacter
KW  - Evolution
KW  - Helicobacter
KW  - evolution
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9757
ER  -