TY  - THES
A1  - Stegmann, Ulrich E.
T1  - Brutpflege, Lebensgeschichte und Taxonomie südostasiatischer Membraciden (Insecta: Homoptera)
T1  - Parental care, life-history, and taxonomy of Southeast Asian membracids (Insecta: Homoptera)
N2  - Diese Arbeit untersucht die systematische Verbreitung der Brutpflege bei südostasiatischen Buckelzirpen (Homoptera: Membracidae) sowie verhaltensökologische Aspekte dieses Verhaltens bei Pyrgauchenia tristaniopsis. Ergänzend dazu wurden Aspekte der Taxonomie, Lebensgeschichte, Reproduktionsbiologie und Morphometrie dieser Art untersucht, deren Kenntnis für die Interpretation des Brutpflegeverhaltens erforderlich waren. Die Ergebnisse (1) widersprechen der starken Version der Semelparitie-Hypothese (ein Fortpflanzungsereignis pro Fortpflanzungsperiode als Voraussetzung für Brutpflege bei Insekten), und sie zeigen, dass (2) Brutpflege bei altweltlichen Centrotinae - entgegen früherer Vermutungen - keine Ausnahme ist. Außerdem konnten erstmals einige grundlegende Aspekte der Biologie eines südostasiatischen Vertreters der Familie Membracidae geklärt werden. Aufsammlungen in der bodennahen Vegetation wurden in 16 Untersuchungsgebieten in West-Malaysia und Sabah (Borneo) von 1996-1998 durchgeführt. Weibliche Brutfürsorge in Form von Gelegebewachung wurde bei 11 Arten aus folgenden Gattungen gefunden: Pyrgauchenia, Pyrgonota, Hybandoides, Gigantorhabdus (Hypsaucheniini), Centrochares (Centrocharesini), Ebhul (Ebhuloidesini). Larven dieser Arten lebten in Aggregationen zusammen. Drei Arten werden neu beschrieben (Pyrgauchenia biuni, P. pendleburyi, P. tristaniopsis). Zwei nominelle Arten (P. angulata Funkhouser und P. brunnea Funkhouser) sind Junior-Synonyme von P. colorata Distant. Die Arbeiten zu Pyrgauchenia tristaniopsis fanden im unteren Montanregenwald des Kinabalu Nationalparks (Borneo) statt. Diese Art wurde nur dort gefunden (zwischen 1350 m und 1650 m ü. NN), und sie war polyphag (alle Entwicklungsstadien auf 11 Pflanzenarten aus 8 Familien). Es gab fünf Larvenstadien, deren Entwicklungszeit zusammen 63-83 Tage betrug (Embryonalentwicklung: 22 Tage). Larven lebten aggregierend und wurden von Ameisen besucht (insgesamt 4 Morphospecies). Es gab Hinweise, dass frisch gehäutete Imagines noch etwa 10 Tage in der Aggregation verblieben. Spätestens 5 bzw. 10 Tage nach der Imaginalhäutung waren Weibchen bzw. Männchen zu einer Erstkopulation bereit. Bei der Paarung kletterte das Männchen nach der Kontaktaufnahme auf das Weibchen und blieb dort im Median 138 Sekunden sitzen (Präkopula), worauf eine im Median 116-minütige Kopulation folgen konnte. Während der Präkopula sandte das Männchen Vibrationssignale aus. Die Art war promiskuitiv, und manche Weibchen paarten sich während der Gelegebewachung. Das Geschlechterverhältnis war zum Zeitpunkt der Imaginalhäutung ausgeglichen. Die Eimortalität aufgrund einer Kohortenanalyse betrug 35 Prozent. Prädatoren der Larven und Imagines waren besonders Springspinnen (Salticidae). Die Eier wurden von Brachygrammatella sp. (Trichogrammatidae) parasitiert. Eier wurden als Gelege ins Gewebe von Wirtspflanzenzweigen gelegt (Unterseite). Die Anzahl Eier pro Gelege (etwa 57) nahm mit der Bewachungsdauer des Weibchens zu. Bevorzugungen von Gelegepositionen ober- oder unterhalb bereits vorhandener Gelege waren nicht festzustellen. Im Median wurden 3-4 (1998er, 1997er Zensus) Gelege zusammen auf einem Zweig gefunden. Bei einem Wiederfangversuch legte mindestens die Hälfte aller Weibchen während ihres Lebens mindestens zwei Gelege. Zwischen Verlassen des ersten Geleges (auf dem ein Weibchen gefunden wurde) und der Oviposition ihres Folgegeleges vergingen im Median 5 Tage. Folgegelege wurden meist auf derselben Wirtspflanze wie das erste Gelege abgelegt. Der Fettkörper vergrößerte sich wieder nach der Oviposition, aber noch während der Bewachung des aktuellen Geleges. Weibchen saßen 26-28 Tage lang (nach Beginn der Oviposition) auf ihrem Gelege, d.h. bis zum 5.-8. Tag nach Schlupfbeginn der Larven (die Larven schlüpften sukzessiv, erst 9 Tage nach Schlupfbeginn waren die meisten LI geschlüpft). Weibchen kehrten nach experimenteller Vertreibung vom Gelege auf dieses zurück. In Wahlversuchen wurde aber das eigene Gelege gegenüber einem fremden nicht präferiert. Weibchen wichen bei Störungen stets zur Seite aus und begannen ihre Suche immer mit Seitwärtsbewegungen. Experimentell herbeigeführter Kontakt mit dem Eiparasitoid Brachygrammatella sp. genügte, um die Beinabwehr bewachender Weibchen zu erhöhen. Die Häufigkeit von Beinbewegungen war nicht nur vom Vorhandensein eines Geleges, sondern auch von der Tageszeit abhängig. Gelegebewachung förderte das Überleben der Eier: Die Eimortalität stieg mit experimenteller Verkürzung der weiblichen Bewachungsdauer an (unabhängig von der Gelegegröße). Gelegebewachung verzögerte die Ablage von Folgegelegen, wie durch experimentelles Verkürzen der Bewachungsdauer aktuell bewachter Gelege gezeigt wurde. Abgebrochene pronotale Dorsaldornen minderten nicht die Paarungswahrscheinlichkeit: Die Häufigkeit kopulierender Männchen und Weibchen mit abgebrochenem Dorn wich nicht von ihrer jeweiligen Häufigkeit in der Population ab. Bei 52 Prozent aller Gelege bewachenden Weibchen war der Dorsaldorn abgebrochen. Weibchen waren länger und schwerer als Männchen, und einige pronotale Merkmale (z.B. der Caudaldorn) waren ebenfalls bei den Weibchen länger. Dorsaldorn und Distallobus waren dagegen bei Männchen länger, und zwar bei gleicher Körpergröße. Geschwister ähnelten sich besonders hinsichtlich Gewicht sowie Körper- und Dorsaldornlänge, was durch große Heritabilität, gleiche Umweltbedingungen und Inzucht erklärt werden könnte.
N2  - This study explores (i) the systematic distribution of maternal care in Southeast Asian treehoppers (Homoptera: Membracidae) and (ii) the behavioral ecology of maternal care in Pyrgauchenia tristaniopsis. In addition, its taxonomy and features of its life-history, reproductive biology and morphometry necessary for interpreting data on maternal care were studied. The results (1) do not support the strong version of the semelparity-hypothesis (one reproductive event per reproductive season is a precondition for maternal care in insects) and show (ii) that, contrary to previous suggestions, maternal care in Old World Centrotinae is no ecxeption. Also, basic biological features of a Southeast Asian species of the family Membracidae were studied for the first time. Vegetation was sampled from 1996-1998 in 16 rainforest plots in West-Malaysia and Sabah (Borneo). Maternal care (egg-guarding) was present in 11 species from the genera Pyrgauchenia, Pyrgonota, Hyandoides, Gigantorhabdus (Hypsaucheniini), Centrochares (Centrocharesini), and Ebhul (Ebhuloidesini). Their nymphs lived gregariously. Three new species are described (Pyrgauchenia biuni, P. pendleburyi, P. tristaniopsis). Two nominal species (P. angulata Funkhouser und P. brunnea Funkhouser) are placed as junior synonyms of P. colorata Distant. Pyrgauchenia tristaniopsis was studied in the lower montane forest of Kinabalu National Park (Borneo). This species was found only there (between 1350 m and 1650 m a.s.l.). It was polyphagous with all developmental stages occurring on 11 plant species from 8 families. There were 5 nymphal stages taking together 63-83 days to develop (22 days for development of eggs). Nymphs lived gregariously and were tended by ants (total of 4 morphospecies). Circumstantial evidence suggests that adults stayed in aggregations for about 10 days after ecdysis. After ecdysis, it took females and males not more than 5 and 10 days, respectively, to copulate for the first time. To initiate mating, a male settled on a female for 138 sec (median, precopula) and sometimes mated with her taking 116 minutes (median) for one copulation. The male produced vibrational signals while in precopula. P. tristaniopsis was promiscous with some females copulating while guarding eggs. At ecdysis, sex ratio was even. From a cohort analysis, egg-mortality was estimated to be 35 per cent. Salticid spiders were the most frequent predators on nymphs and adults. Eggs were parasitized by Brachygrammatella sp. (Trichogrammatidae). Eggs were placed in clutches into the tissue of host plant twigs. Egg numbers per clutch (about 57) increased with duration of maternal egg-guarding. Females were not found to prefer the part above or below an egg clutch for oviposition. As a mean, 3 and 4 (1998 and 1997, respectively) clutches occurred together on one twig. In a mark-recapture experiment, at least half the females produced at least two clutches during their lifetime. Oviposition of second clutches found with females started 5 days (mean) after leaving the first clutch found. Usually, "second" clutches were placed on the same host plant individual as was the "first". The females' fat bodies increased again after oviposition while guarding a clutch. After oviposition, mothers sat for 26-28 days on their egg clutch, i.e., 5-8 days after the onset of egg hatch (first-instar nymphs hatched successively with the majority of instars having hatched only 9 days after the first had hatched). Upon removal, females returned onto their clutches. In a choice experiment, however, females did not prefer their own egg clutch to that of conspecifics. When disturbed, guarding females always retreated sideways and started their relocation search with movements to the sides. Experimentally arranged contact with the egg parasitoid Brachygrammatella sp. sufficed to increase the frequency of leg-scraping by females. The frequency of leg scrapes depended on daytime and on whether females guarded eggs. Egg-guarding improved egg survival: egg mortality increased when the duration of female egg-guarding was shortened experimentally (independent of egg number per clutch). Egg-guarding postponed oviposition of a second clutch, as shown by experimentally shortening the time of egg-guarding of the present clutch. Breaking of the dorsal pronotal process did not reduce mating probability: the frequency of copulating males and females with broken processes equalled their frequency in the population. The dorsal process was broken off in 52 per cent of all egg-guarding females. Females were longer and heavier than males as were some pronotal characters, e.g., the posterior process. Males of the same body length, however, had longer dorsal processes and distal lobes than females. Siblings were similar in their weight, body length and length of dorsal process. This may be explained by large heritabilities, similar environments, and/or inbreeding.
KW  - Südostasien
KW  - Kinabalu National Park
KW  - Buckelzirpen
KW  - Pyrgauchenia tristaniopsis
KW  - Brutpflege
KW  - Systematik
KW  - Brutpflege
KW  - Buckelzirpen
KW  - Brutfürsorge
KW  - Malaysia
KW  - Borneo
KW  - Pyrgauchenia
KW  - Insekt
KW  - Reproduktion
KW  - Semelparitie
KW  - Sexualdimorphismus
KW  - Parental care
KW  - treehoppers
KW  - Malaysia
KW  - Borneo
KW  - Pyrgauchenia
KW  - insect
KW  - reproduction
KW  - semelparity
KW  - sexual dimorphism
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2365
ER  - 
TY  - THES
A1  - Menzel, Florian
T1  - Mechanisms and adaptive significance of interspecific associations between tropical ant species
T1  - Mechanismen und adaptive Bedeutung interspezifischer Assoziationen zwischen tropischen Ameisenarten
N2  - 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.
N2  - Aggression zwischen Ameisen verschiedener Kolonien oder Arten ist allgegenwärtig. Ausnahmen von dieser Regel bilden Superkolonien (innerhalb einer Art) sowie inter-spezifische Assoziationen (zwischen Arten). Wohl die engste dieser Assoziationen ist die Parabiose, bei der zwei Ameisenarten in einem gemeinsamen Nest leben. Sie halten ihre Brut getrennt, nutzen jedoch gemeinsam Pfade und oftmals auch Nahrungsressourcen. Parabiosen sind auf Assoziationen einiger weniger Artkombinationen beschränkt und kommen nur in südamerikanischen und südostasiatischen Regenwäldern vor. Während jedoch die südamerikanischen Parabiosen bereits untersucht wurden – wenn auch spärlich –, ist fast nichts über ihre südostasiatischen Pendants bekannt. Der Schwerpunkt meiner Doktorarbeit liegt auf südostasiatischen Parabiosen zwischen der myrmicinen Ameise Crematogaster modiglianii Emery 1900 und der deutlich größeren Formicine Camponotus rufifemur Emery 1900. Die beiden Arten nisten häufig gemeinsam in hohlen Bäumen im tropischen Tieflandregenwald Borneos. Die grundlegende Frage meiner Doktorarbeit ist, warum diese beiden Arten zusammenleben. Ich untersuchte sowohl proximate als auch ultimate Aspekte dieser Frage. Zu Vergleichszwecken führte ich Studien über eine trail sharing-Assoziation im selben Lebensraum durch. Auf proximater Ebene untersuchte ich, welche Mechanismen die Toleranz heterospezifischer Nestgenossinnen fördern. Im allgemeinen können Ameisen Nestgenossinnen von fremden Artgenossen mit Hilfe kutikulärer Kohlenwasserstoffen unterscheiden, die als Kolonie-Erkennungssignale dienen. Ich untersuchte Kolonieerkennung innerhalb und zwischen den beiden parabiotischen Arten. Mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) analysierte ich daneben die kutikulären Substanzen beider Ameisenarten, um etwaige Unterschiede zu verwandten, nichtparabiotischen Arten zu finden, und um abzuschätzen, wie stark die Substanzen beider Arten sich überschneiden. Eine starke Überschneidung würde z.B. dafür sprechen, daß inter¬spezifische Toleranz durch chemische Mimikry verursacht wird. Außerdem untersuchte ich anhand von Biotests die Funktion zweier verschiedener kutikulärer Substanzklassen. Die interspezifische Toleranz zwischen den beiden parabiotischen Arten war artspezifisch, aber nicht koloniespezifisch. Ca. rufifemur tolerierte alle Cr. modiglianii-Arbeiterinnen, auch von fremden Kolonien, attackierte aber Arbeiterinnen anderer Crematogaster-Arten. Cr. modiglianii dagegen duldete Ca. rufifemur-Arbeiterinnen von bestimmten fremden Kolonien, attackierte jedoch diejenigen bestimmter anderer Kolonien. Wie chemische Analysen ergaben, kommt Ca. rufifemur in zwei sympatrischen, chemisch verschiedenen Morphen (‚rote’ und ‚schwarze’ Morphe) vor, die praktisch keine Kohlenwasserstoffe gemeinsam haben. Cr. modiglianii duldete nur diejenigen Ca. rufifemur-Arbeiterinnen, die zur gleichen Morphe gehörten wie ihr eigener Partner. Cr. modiglianii attackierte auch weitere, nichtparabiotische Camponotus-Arten. Gegenseitige interspezifische Toleranz war also auf die Arten Cr. modiglianii und Ca. rufifemur beschränkt. Ca. rufifemur duldete häufig koloniefremde Artgenossen derselben Morphe. Die kleineren Arbeiterinnenkasten wurden eher geduldet als große Arbeiterinnen (Soldaten), möglicher¬weise weil sie 2-3-fach kleinere Kohlenwasserstoffmengen pro Körperoberfläche besitzen als letztere. Im Gegensatz dazu attackierte Cr. modiglianii fast stets koloniefremde Artgenossen. Die Kohlenwasserstoffe beider Arten waren deutlich langkettiger als bei nichtparabiotischen Arten der gleichen Gattungen. Langkettige Kohlenwasserstoffe sind aufgrund ihrer geringeren Flüchtigkeit schwerer wahrzunehmen als kürzerkettige und fördern deshalb vermutlich interspezifische Toleranz. Auffällig war weiterhin, daß die kutikulären Kohlenwasserstoffe bei Ca. rufifemur zu bis zu 98% aus Methylalkenen bestanden, die als kutikuläre Substanzen bei Insekten höchst ungewöhnlich sind. Cr. modiglianii und Ca. rufifemur besaßen fast keine gemeinsamen Kohlenwasserstoffe, es lag also keine chemische Mimikry vor. Die einzigen gemeinsamen Kohlenwasserstoffe in größeren Mengen waren zwei Methylalkene, die bei der roten Ca. rufifemur-Morphe ca. 89% des Kohlenwasserstoffprofils ausmachten und auch bei den Cr. modiglianii-Kolonien vorkam, die mit dieser Morphe zusammenlebten. Vermutlich übernahmen diese Cr. modiglianii-Kolonien die beiden Substanzen von ihren roten Ca. rufifemur-Partnern. Cr. modiglianii-Arbeiterinnen waren signifikant weniger aggressiv gegenüber fremden Artgenossinnen, wenn diese mit derselben Ca. rufifemur-Morphe assoziiert waren wie sie selbst. Diese Art schien demnach die Kohlenwasserstoffe, die sie von ihrem Parabiosepartner übernommen hatte, als Erkennungssignale zu nutzen. Neben den Kohlenwasserstoffen kam auf der Kutikula beider Ameisenarten eine Reihe bisher unbekannter Stoffe vor. Die quantita¬tive Zusammen¬setzung dieser Substanzen variierte zwischen parabiotischen Nestern, ähnelte sich aber jeweils zwischen den beiden Arten eines Nests. Sie werden wahrscheinlich in der Dufourdrüse von Cr. modiglianii produziert und auf den Ca. rufifemur-Partner übertragen werden. Als mögliche Übertragungsmechanismen kommen interspezifische Trophallaxis sowie ‚Besteigeverhalten’ in Betracht, bei dem Cr. modiglianii auf Ca. rufifemur-Arbeiterinnen klettert, ohne von diesen vertrieben zu werden. Obwohl die Zusammensetzung der unbekannten Substanzen stark zwischen parabiotischen Nestern variierte, dienten sie – im Gegensatz zu den Kohlenwasserstoffen – nicht der Kolonieerkennung. Sie reduzierten jedoch signifikant die Aggressivität von Ca. rufifemur. Die ultimaten, also ökologischen und evolutionären Aspekte meiner Doktorarbeit beschäftigen sich mit potentiellen Kosten und Nutzen, die Cr. modiglianii und Ca. rufifemur aus ihrer parabiotischen Lebensweise ziehen könnten, mit ihren Interaktionen zu weiteren Arten sowie populationsgenetischen Analysen. Meine Untersuchungen zu einer trail sharing-Assoziation zwischen drei anderen Ameisenarten beschäftigen sich mit zwei Mechanismen, die trail sharing verursachen oder fördern könnten. Ob Parabiosen parasitisch, kommensalistisch oder mutualistisch sind, ist weitgehend unbekannt und hängt von den Kosten und Nutzen ab, die beiden Partnern durch die Parabiose entstehen. Ich untersuchte deshalb Nahrungskonkurrenz (als eine der wahrscheinlichsten Kosten), Nischendifferenzierung in bezug auf die Nahrungssuche (was die Konkurrenz verringern könnte), sowie mehrere etwaige Nutzen aus der parabiotischen Lebensweise. Darüber hinaus untersuchte ich Interaktionen zwischen den Ameisen und dem Hemiepiphyten Poikilospermum cordifolium. Die Nischen der beiden Arten in bezug auf Fouragierdistanz vom Nest, tageszeitliche Aktivitätsspanne und Nahrungspräferenzen. Keine der beiden Arten vertrieb die Partnerart gewaltsam von Ködern, so daß keine direkte Konkurrenz erkennbar war. Für beide Ameisenarten sind eine Reihe von Vorteilen aus der parabiotischen Lebensweise denkbar. Darunter fallen interspezifisches Spurfolgeverhalten, gemeinsame Nestverteidigung, Bereitstellung von Nistraum durch die Partnerart, Nahrungsaustausch mittels Trophallaxis und gegenseitige Brutfürsorge. Wenn eine Ameisenart der Pheromonspur einer anderen Art folgt, erreicht sie Nahrungsressourcen, die die andere Art gefunden hat. Wie durch künstliche Pheromonspuren gezeigt wurde, folgte Ca. rufifemur tatsächlich Spuren von Cr. modiglianii, jedoch nicht umgekehrt. Ca. rufifemur profitierte damit vom Wissen ihrer Partnerart über Nahrungsressourcen (informationaler Parasitismus). Cr. modiglianii wiederum schien von der Nestverteidigung durch Ca. rufifemur zu profitieren. Ca. rufifemur-Soldaten sind deutlich größer als Cr. modiglianii-Arbeiterinnen. Obwohl Cr. modiglianii oft ebenfalls effektiv das Nest verteidigte, erscheint es wahrscheinlich, daß diese Art einen Nutzen aus der Nestverteidigung durch Ca. rufifemur zieht. In neotropische Parabiosen (Ameisengärten) spielen mutualistische Epiphyten durch die Bereitstellung von Nistraum eine große Rolle. Die neotropische Camponotus-Art nützt ihrem Crematogaster-Partner, indem sie Epiphytensamen pflanzt, wozu Crematogaster zu klein ist. Die Parabiosen Borneos waren ebenfall oft von dem Hemiepiphyten Poikilospermum cordifolium (Barg.-Petr.) Merr (Cecropiaceae) besiedelt. Keimlinge und größere Individuen von P. cordifolium wuchsen häufig an parabiotischen Nesteingängen. P. cordifolium bietet jedoch keinen Nistraum und ist daher, abgesehen von der Bereitstellung nahrhafter Elaiosomen, Perianthe und extrafloralem Nektar, für die Ameisen von geringerer Bedeutung als die Epiphyten der Neotropen. Als Fazit erscheint die Parabiose für beide Ameisenarten vorteilhaft. Die wichtigsten Vorteile sind Nestverteidigung (für Cr. modiglianii) und interspezifisches Spurfolgen (für Ca. rufifemur). Allerdings scheint Ca. rufifemur stärker von seinem Partner abzuhängig zu sein als umgekehrt. Von beiden parabiotischen Arten analysierte ich mitochondriale DNA aus verschiedenen Regionen Borneos. Nach meinen Ergebnissen existieren vermutlich vier genetisch und chemisch verschiedene, aber nah miteinander verwandte Camponotus rufifemur-Morphen. Im Gegensatz dazu zeigte Crematogaster modiglianii hohe genetische Differenzierung zwischen entfernten Populationen, aber keine weitere Differenzierung in genetische oder chemische Morphen. Dieses Ergebnis spricht gegen eine morphen-spezifische Cocladogenese zwischen Cr. modiglianii und Ca. rufifemur, obwohl eine weniger spezifische Coevolution der beiden Arten sehr wahrscheinlich ist. In den Regenwäldern Borneos sind trail sharing-Assoziationen zwischen Polyrhachis (Polyrhachis) ypsilon Emery 1887 und Camponotus (Colobopsis) saundersi Emery 1889 weit verbreitet und schließen oft weitere Arten wie Dolichoderus cuspidatus Smith 1857 ein. Ich untersuchte eine trail sharing-Assoziation zwischen diesen drei Arten und erforschte zwei Mechanismen, die eine solche Assoziation eventuell fördern könnten: interspezifisches Spur-folgeverhalten und differentielle interspezifische Aggression. In Spurfolge¬versuchen folgte D. cuspidatus regelmäßig künstlichen Extraktpfaden der anderen beiden Arten. Auf diese Weise parasitierte D. cuspidatus wahrscheinlich auf deren Informationen über Nahrungsressourcen. Im Gegensatz dazu folgten nur wenige Arbeiterinnen von P. ypsilon und Ca. saundersi heterospezifischen Extraktpfaden. Die Assoziation zwischen P. ypsilon und Ca. saundersi kann folglich nicht dadurch erklärt werden, daß fouragierende Arbeiterinnen heterospezifischen Pheromonspuren folgen. In diesem Fall könnte trail sharing möglicherweise darauf beruhen, daß einige wenige scouts heterospezifischen Spuren folgen und anschließend ihre eigene Spur legen. Die interspezifische Aggression zwischen P. ypsilon, Ca. saundersi und D. cuspidatus war stark asymmetrisch, denn Ca. saundersi war gegenüber den anderen beiden Arten stark submissiv. Alle drei Arten unterschieden heterospezifische Arbeiterinnen von ihrem eigenen und einem fremden Standort. Es erscheint daher wahrscheinlich, daß die Arten eines trail sharing-Standorts sich aneinander gewöhnen. Differentielle Toleranz durch dominante Ameisenarten könnte zustande kommen, indem sich diese selektiv an bestimmte submissive Arten gewöhnen, sie dulden und auf diese Weise die Zusammensetzung von trail sharing-Assoziationen beeinflussen.
KW  - Ameisen
KW  - Mutualismus
KW  - Insekten
KW  - Symbiose
KW  - Borneo
KW  - Chemische Kommunikation
KW  - Interspezifische Assoziation
KW  - Kohlenwasserstoffe
KW  - Pheromone
KW  - Kolonieerkennung
KW  - Formicidae
KW  - Parabiose
KW  - Spurpheromone
KW  - interspecific association
KW  - hydrocarbons
KW  - pheromone
KW  - nestmate recognition
KW  - Formicidae
KW  - parabiosis
KW  - trail-sharing
KW  - trail pheromone
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37251
ER  - 
TY  - THES
A1  - Berghoff, Stefanie M.
T1  - Sociobiology of the hypogaeic army ant Dorylus (Dichthadia) laevigatus Fr. Smith
T1  - Soziobiologie der unterirdischen Treiberameise Dorylus (Dichthadia) laevigatus Fr. Smith
N2  - Originally renowned for their spectacular epigaeic raids, army ants have captured scientific attention for almost two centuries. They now belong to one of the best studied group of ants. However, most of our knowledge about army ants was derived from the study of the minority of specialized, epigaeicly active species. These species evolved probably rather recently from hypogaeic ancestors. The majority of army ant species still leads a hypogaeic life and is almost completely unknown in its entire sociobiology. It thus remained speculative, whether the assumed 'general' characteristics of army ants represent an adaptation to epigaeic activity or apply also to the majority of hypogaeic species. Based on the recent observation that the hypogaeic Asian army ant Dorylus (Dichthadia) laevigatus recruits predictably to palm oil baits, I developed and tested an oil-baiting method for the study of hypogaeic (army)ants. Prior to my study, nothing was known about the sociobiology of the assumed rare D. laevigatus. Throughout my work, I showed D. laevigatus to be very common and abundant in a wide range of habitats in West-Malaysia and on Borneo. Investigating its foraging behavior, I revealed D. laevigatus to differ from epigaeicly active species in several ways. Never demonstrated for any of the epigaeic species, D. laevigatus established stable trunk trail systems. Such a trail system contradicted the perception of army ant foraging, which was believed to be characterized by raids with constantly alternating trail directions. The trunk trail system further enabled a near omnipresence of D. laevigatus within its foraging area, which was also believed to be atypical for an army ant. Raids differed in structure and composition of participating workers from those of epigaeic species. Also, bulky food sources could be exploited over long periods of time. The foraging system of D. laevigatus resembled in several ways that of e.g. leaf-cutter and harvester ants. Likewise contrary to the assumptions, D. laevigatus had a wide food spectrum and showed only little effect on local arthropod communities, even falling itself prey to other ants. Strong aggressive behavior was observed only towards ant species with similar lifestyles, enabling me to provide the first detailed documentation of interspecific fights between two sympatric Dorylus species. Similar to foraging habits or ecological impact, nothing was known about colony size and composition, nesting habits, or worker polymorphism for D. laevigatus or any other hypogaeic Dorylus species prior to my work. By observing and eventually excavating a colony, I showed D. laevigatus to have a much smaller colony size and to lack the large sized workers of epigaeic Dorylus species. Similar to epigaeic Dorylinae, I showed D. laevigatus to have a non-phasic brood production, to emigrate rarely, and to alter its nest form along with habitat conditions. Detailed morphological and geographical descriptions give an impression of the Asian Dorylus species and are expected to aid other researchers in the difficult species identification. The genetic analysis of a male collected at a light trap demonstrated its relation to D. laevigatus. Confirming the male and queen associations, D. laevigatus is now one of five Dorylus species (out of a total of 61), for which all castes are known. In cooperation with D. Kistner, I provide a morphological and taxonomical description of nine Coleopteran beetles associated with D. laevigatus. Behavioral observations indicated the degree of their integration into the colony. The taxonomic position of the beetles further indicated that D. laevigatus emigrated from Africa to Asia, and was accompanied by the majority of associated beetles. The diversity of D. laevigatus guests, which included a number of unidentified mites, was rather low compared to that of epigaeic species. Overall, I demonstrated the developed baiting containers to effectively enable the study of hypogaeic ants. I showed several other hypogaeic ant species to be undersampled by other methods. Furthermore, the method enabled me to documented a second hypogaeic Dorylus species on Borneo. A detailed description of this species' morphology, ecology, and interactions with D. laevigatus is provided. My study indicated D. laevigatus to be an ecologically important species, able to influence soil structure and organisms of tropical regions in many ways. Relating the observed traits of D. laevigatus to epigaeicly active species, I conclude that our assumption of 'general' army ant behavior is erroneous in several aspects and needs to be changed. The oil-baiting method finally provides a tool enabling the location and study of hypogaeic (army)ant species. This opens a broad field for future studies on this cryptic but nonetheless important group of ants.
N2  - Bekannt durch ihre spektakulären Massenraubzüge werden Treiberameisen seit fast 200 Jahren wissenschaftlich untersucht und sind nun eine der am besten untersuchten Ameisengruppen. Jedoch basiert unser Wissen über diese Tiere fast ausschließlich auf der Erforschung der kleinen Gruppe der oberirdisch fouragierenden Arten. Diese haben sich jedoch wahrscheinlich erst vor evolutionär relativ kurzer Zeit aus unterirdischen Arten entwickelt. Die weitaus größere Zahl der Arten lebt auch heute noch unterirdisch und ist in ihrer Soziobiologie praktisch unbekannt. Es blieb daher spekulativ, ob die als 'typisch' geltenden Treiberameisencharakteristika nur eine besondere Anpassung an ein oberirdisches Fouragieren darstellen, oder auch auf die unterirdische Mehrheit der Arten zutreffen. Basierend auf die Entdeckung dass die unterirdische asiatische Treiberameisenart Dorylus (Dichthadia) laevigatus voraussagbar an Palmöl-Köder rekrutiert habe ich verschiedene Köderbehälter entworfen und die Eignung der Ködermethode für die Erforschung unterirdischer (Treiber)ameisen untersucht. Vor meiner Arbeit war über die Soziobiologie der als selten geltenden D. laevigatus nichts bekannt. Meine Arbeit zeigte dagegen, dass D. laevigatus sehr häufig und verbreitet ist. Durch die genauere Untersuchung des Fouragierverhaltens konnte ich zeigen, dass sich D. laevigatus von den bekannten, oberirdisch aktiven Arten in mehreren grundlegenden Merkmalen unterscheidet. Das gefundene fest etablierte und lang genutzte Wegesystem von D. laevigatus wurde bisher nie für epigäische Arten gezeigt und widerspricht sogar dem bisherigen Bild des Lebenstyps Treiberameise, für den ständig wechselnde Wegrouten als typisch galten. Dieses Wegesystem verlieh D. laevigatus eine nahe Omnipräsenz in ihrem Fouragiergebiet. Weiterhin wichen Raubzüge in ihrer Struktur und Zusammensetzung der beteiligten Arbeiterinnen von denen oberirdischer Arten ab. Auch konnten große Futtermengen über längere Zeiträume hinweg genutzt werden. Das beobachtete Fouragierverhalten ähnelt daher zum Teil eher dem von Blattscheider- und Ernteameisen als dem oberirdisch jagender Treiberameisen. Ebenfalls entgegen den bisherigen Vermutungen hat D. laevigatus ein breites Nahrungsspektrum und zeigte nur geringen Einfluss auf lokale Bodengemeinschaften. Zum Teil wurde sie selbst zur Beute. Stark aggressives Verhalten konnte ich vor allem gegenüber Arten mit ähnlicher Lebensweise beobachten. Dies erlaubte mir die erste detaillierte Dokumentation interspezifischer Kämpfe zwischen zwei sympatrischen Dorylus Arten. Ähnlich den Fouragiergewohnheiten und des ökologischen Einflusses war bislang auch nichts über Koloniegröße, Nistgewohnheiten und Arbeiterinnen-Polymorphismus von D. laevigatus oder anderen unterirdischen Dorylus Arten bekannt. Nach der Beobachtung und Einsammlung eines Volkes konnte ich zeigen, dass eine D. laevigatus Kolonie bedeutend kleiner ist und ihr die großen Arbeiterinnen fehlen im Vergleich zu oberirdischen Dorylus Arten. Ähnlich den oberirdischen Dorylinae zeigte D. laevigatus eine nicht-phasische Brutproduktion, eher seltene Kolonieumzüge und eine mit dem Habitat variierende Nestform. Detaillierte morphologische und geographische Beschreibungen geben einen Überblick über die asiatischen Dorylus Arten und sollen nachfolgenden Wissenschaftlern bei der schwierigen Artbestimmung unterstützen. Die genetische Analyse eines am Licht gefangenen Männchens weist dies eindeutig D. laevigatus zu. Durch meine Arbeit zählt D. laevigatus nun zu einer von fünf Dorylus Arten (von insgesamt 61), von denen alle Kasten bekannt sind. In Kooperation mit D. Kistner liefere ich eine morphologische und taxonomische Beschreibung von neun mit D. laevigatus assoziierten Käferarten. Verhaltensbeobachtungen geben Aufschluss über den Grad der Assoziation. Die taxonomische Position der Käfer lässt ferner darauf schließen, dass die Ameisen aus Afrika nach Asien emigrierten und der Großteil der assoziierten Käfer dieser Wanderung folgte. Die entwickelten Köderbehälter erwiesen sich als effektiv und gut geeignet für die Untersuchung unterirdischer Ameisen. So konnte ich zeigen, dass unterirdische Ameisenarten in Studien mit anderen Sammelmethoden oft unterrepräsentiert sind. Auch fand ich mit Hilfe der Ködermethode eine zweite, auf Borneo bislang unbekannte Dorylus Art. Morphologie, Ökologie dieser Art sowie Interaktionen mit D. laevigatus werden beschrieben. Meine Studie weist D. laevigatus als eine ökologisch wichtige Art aus, die in vielfacher Weise Bodenstruktur und Bodenorganismen tropischer Regionen beeinflussen kann. Im Vergleich mit den bekannten oberirdisch lebenden Arten komme ich zu dem Schluss, dass unser bisheriges Bild von 'typischen' Treiberameiseneigenschaften in verschiedener Hinsicht nicht zutrifft und geändert werden muss.
KW  - Borneo
KW  - Dorylus
KW  - Nahrungserwerb
KW  - Boden
KW  - Ameise
KW  - Verhalten
KW  - Bodenökologie
KW  - Tropen
KW  - Borneo
KW  - behavior
KW  - soil
KW  - ecology
KW  - rainforest
KW  - Borneo
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5005
ER  -