TY  - JOUR
A1  - Keller, Alexander
A1  - Grimmer, Gudrun
A1  - Steffan-Dewenter, Ingolf
T1  - Diverse Microbiota Identified in Whole Intact Nest Chambers of the Red Mason Bee Osmia bicornis (Linnaeus 1758)
JF  - PLoS One
N2  - Microbial activity is known to have profound impact on bee ecology and physiology, both by beneficial and pathogenic effects. Most information about such associations is available for colony-building organisms, and especially the honey bee. There, active manipulations through worker bees result in a restricted diversity of microbes present within the colony environment. Microbial diversity in solitary bee nests remains unstudied, although their larvae face a very different situation compared with social bees by growing up in isolated compartments. Here, we assessed the microbiota present in nests and pre-adults of Osmia bicornis, the red mason bee, by culture-independent pyrosequencing. We found high bacterial diversity not comparable with honey bee colonies. We identified a variety of bacteria potentially with positive or negative interactions for bee larvae. However, most of the other diverse bacteria present in the nests seem to originate from environmental sources through incorporated nest building material and stored pollen. This diversity of microorganisms may cause severe larval mortality and require specific physiological or symbiotic adaptations against microbial threats. They may however also profit from such a diverse environment through gain of mutualistic partners. We conclude that further studies of microbiota interaction in solitary bees will improve the understanding of fitness components and populations dynamics.
KW  - bacteria
KW  - bacterial pathogens
KW  - bees
KW  - gut bacteria
KW  - honey bees
KW  - larvae
KW  - Pollen
KW  - Polymerase chain reaction
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97305
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Beier, Hildburg
A1  - Gätschenberger, Heike
A1  - Azzami, Klara
A1  - Tautz, Jürgen
T1  - Antibacterial Immune Competence of Honey Bees (Apis mellifera) Is Adapted to Different Life Stages and Environmental Risks
JF  - PLoS ONE
N2  - The development of all honey bee castes proceeds through three different life stages all of which encounter microbial infections to a various extent. We have examined the immune strength of honey bees across all developmental stages with emphasis on the temporal expression of cellular and humoral immune responses upon artificial challenge with viable Escherichia coli bacteria. We employed a broad array of methods to investigate defence strategies of infected individuals: (a) fate of bacteria in the haemocoel; (b) nodule formation and (c) induction of antimicrobial peptides (AMPs). Newly emerged adult worker bees and drones were able to activate efficiently all examined immune reactions. The number of viable bacteria circulating in the haemocoel of infected bees declined rapidly by more than two orders of magnitude within the first 4–6 h post-injection (p.i.), coinciding with the occurrence of melanised nodules. Antimicrobial activity, on the other hand, became detectable only after the initial bacterial clearance. These two temporal patterns of defence reactions very likely represent the constitutive cellular and the induced humoral immune response. A unique feature of honey bees is that a fraction of worker bees survives the winter season in a cluster mostly engaged in thermoregulation. We show here that the overall immune strength of winter bees matches that of young summer bees although nodulation reactions are not initiated at all. As expected, high doses of injected viable E.coli bacteria caused no mortality in larvae or adults of each age. However, drone and worker pupae succumbed to challenge with E.coli even at low doses, accompanied by a premature darkening of the pupal body. In contrast to larvae and adults, we observed no fast clearance of viable bacteria and no induction of AMPs but a rapid proliferation of E.coli bacteria in the haemocoel of bee pupae ultimately leading to their death.
KW  - escherichia coli infections
KW  - honey bees
KW  - bees
KW  - antimicrobials
KW  - bacterial pathogens
KW  - larvae
KW  - pupae
KW  - winter
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96895
ER  - 
TY  - THES
A1  - Steckel, Juliane
T1  - Effects of landscape heterogeneity and land use on interacting groups of solitary bees, wasps and their flying and ground-dwelling antagonists
T1  - Effekte von Landschaftsheterogenität und Landnutzung auf interagierende Gruppen solitärer Bienen, Wespen und ihrer fliegenden und bodenlebenden Gegenspieler
N2  - Die Heterogenität unserer heutigen Landschaften und Habitate ist geprägt und von jahrzehntelanger Landnutzungsintensivierung. Die daraus hervorgegangene Verarmung von weiträumigen Arealen führte zu einer zeitlich und räumlich stark eingeschränkten Verfügbarkeit von Nistmöglichkeiten und Nahrungsressourcen für Wildbienen und Wespen. Die Folgen sich verändernder Ressourcenverfügbarkeit für Wildbienen und Wespen war und ist eine Gefährdung der Artenvielfalt und der Ökosystemprozesse, die diese Arten in Gang halten. Konsequenzen für diese wichtigen Bestäuber und Prädatoren sind kaum erforscht, genauso wenig wie für ihre Gegenspieler als natürliche Top-Down-Regulatoren. Nisthilfen für Wildbienen, Wespen und ihre natürlichen Gegenspieler eignen sich hervorragend um diese Wissenslücken zu füllen, da sie wertvolle Einblicke gewähren in ansonsten verborgene trophische Interaktionen, wie Parasitierung und Prädation, aber auch in Ökosystemprozesse wie Bestäubung und Reproduktion. Somit stellten wir uns in Kapitel II zunächst die Frage, wie die Abundanz von stängelnistenden Bienen und Wespen im Grünland von dessen Bewirtschaftung abhängt. Außerdem untersuchten wir, wie Landnutzung die Effektivität der Top-Down-Regulation von Wildbienen und Wespen durch zwei verschiedene Gruppen von Gegenspielern beeinflusst. Dazu haben wir einer der beiden Gruppen, den bodenlebenden Gegenspielern, den Zugang zu den Nisthilfen vorenthalten. In einer großangelegten Feldstudie, die sich über drei verschiedene Regionen Deutschlands erstreckte, installierten wir 760 Nisthilfen auf 95 Grünlandflächen. Der Versuchsplan beinhaltete gemähte und nicht gemähte Versuchsplots, sowie Plots mit und ohne Ausschluss von Bodenprädatoren. Wildbienen und Wespen besiedelten die Nisthilfen unabhängig davon, ob Bodenprädatoren nun Zugang zu den Nisthilfen hatten oder nicht. Allerdings erhöhte sich die Rate der von fliegenden Gegenspielern gefressenen und parasitierten Brutzellen (Fressrate) sobald bodenlebende Gegenspieler ausgeschlossen wurden. Diese Fressrate war vom experimentellen Mähen unabhängig. Jedoch wiesen ungemähte Versuchsplots marginal signifikant mehr Brutzellen von Wespen auf. Beide Manipulationen, das Mähen und der Prädatorausschluss, interagierten signifikant. So wurden auf gemähten Plots, auf denen Bodenprädatoren ausgeschlossen waren, höhere Fressraten der fliegenden Gegenspieler beobachtet, während dieser Effekt auf der ungemähten Plots ausblieb. Das Thema in Kapitel III ist der relative Einfluss lokaler Grünlandnutzung, Landschaftsdiversität und Landschaftsstruktur auf Artenvielfalt und –abundanz von Wildbienen, Wespen und ihrer fliegenden Gegenspieler. Dazu kartierten wir Landnutzungstypen innerhalb konzentrischer Kreise um die Versuchsplots. Mithilfe der digitalisierten Landschaftsdaten berechneten wir Indices als Maße für Landschaftsdiversität und –struktur für acht Radien bis 2000 m. Der negative Effekt lokaler Landnutzung auf die Wirtsabundanz war nur marginal signifikant. Jedoch stellten wir einen positiven Effekt der Landschaftsdiversität innerhalb kleiner Radien auf die Artenvielfalt und –abundanz der Wirte fest. Die fliegenden Gegenspieler allerdings profitierten von einer komplexen Landschaftsstruktur innerhalb großer Radien. Die letzte Studie, vorgestellt in Kapitel IV, behandelt die Bedeutung von Ressourcenverfügbarkeit für die Dauer von Fouragierflügen und die sich daraus ergebenen Konsequenzen für den Reproduktionserfolg der Roten Mauerbiene. Dazu beobachteten wir nistenden Bienen auf 18 Grünlandflächen in zwei der Untersuchungsregionen in Deuschland. Wir ermittelten die lokale Landnutzungsintensität, lokale Blütendeckung sowie Landschaftsdiversität und –struktur als wichtige potentielle Einflussfaktoren. Jede Grünlandfläche wurde mit acht Nisthilfen und 50 weiblichen Bienen ausgestattet. Verschiedene Nestbau-Aktivitäten, wie Fouragierflüge für Pollen und Nektar, wurden aufgenommen. Wir stellten fest, dass Fouragierflüge für Pollen und Nektar in komplexen, strukturreichen Landschaften signifikant kürzer waren, dass jedoch weder lokale Faktoren, noch Landschaftsdiversität eine Rolle spielten. Wir konnten keinen Zusammenhang zwischen der Dauer von Fouragierflügen und Reproduktionserfolg feststellen. Um eine räumlich und zeitlich konstante Versorgung von Nahrungs- und Nistressourcen zu gewährleisten und damit biotische Interaktionen, Diversität und Besiedlungserfolg von Wildbienen, Wespen und ihrer Gegenspieler zu unterstützen, empfehlen wir Maßnahmen, die sowohl die lokale Landnutzung als auch unterschiedliche Landschaftsfaktoren berücksichtigen.
N2  - Within the last decades, land use intensification reduced the heterogeneity of habitats and landscapes. The resulting pauperization led to habitats and landscapes that are spatially or temporally limited in food and nesting resources for solitary bees and wasps. Hence, biodiversity and ecosystem processes are seriously threatened. The impacts of changing resource conditions for valuable pollinators and (pest) predators remain poorly studied as well as their top-down regulation by natural enemies. Further, the reproductive success of solitary bees as response to changed resource distribution within foraging ranges is rarely examined. We considered trap-nesting bees, wasps and their antagonists as suitable model organisms to fill these gaps of knowledge, since trap nests provide insight into otherwise hidden trophic interactions, like parasitism and predation, as well as ecological processes, like pollination and reproduction. Moreover, trap-nesting species are established as essential biodiversity indicator taxa. Thus, we first asked in Chapter II how the reproduction of cavity-nesting bees and wasps in grasslands depends on local management Moreover, we tested land use effects on the effectiveness of two groups of antagonists in regulating bee and wasp populations by excluding ground-dwelling antagonists. We characterized nest closure type to determine their protective function against antagonist attacks. In a highly replicated, large-scaled study, we provided 95 grassland sites in three geographic regions in Germany with 760 trap-nests. The full factorial design comprised mown and unmown plots as well as plots with and without access of ground-dwelling predators to the trap nests. The colonization of bees and wasps was unaffected by ground-dwelling antagonists. However, excluding ground-dwellers enhanced the attack rate of flying antagonists. Experimental mowing marginally affected the colonization of wasps but not attack rates. Nevertheless, both treatments – mowing and predator exclusion – significantly interacted. The exclusion of ground-dwellers on mown plots resulted in higher attack rates of flying antagonists, whereas on unmown plots this effect of ground-dweller-exclusion on the attack rate of flying antagonists was not visible. Further, attack rates were determined by nest closure material, local abundance of different nest closure types as well as closure-associated antagonist species. In Chapter III, we studied the relative impact of local land use intensity, landscape composition and configuration on the species richness and abundance of bees, wasps and their antagonists. We analysed abundances and species numbers of hosts and their antagonists as well as parasitism rate and conducted a comprehensive landscape mapping. The digitized landscape data were the basis for further calculations of landscape metrics, like landscape composition and configuration within eight spatial scales ranging from 250 to 2,000 m radii. We used a compound, additive index of local land use intensity. Host abundance was only marginally negatively affected by local land use intensity. However, landscape composition at small spatial scales enhanced the species richness and abundance of hosts, while species richness and abundance of antagonists was positively related to landscape configuration at larger spatial scales. In the last study, presented in Chapter IV, we observed nesting bees on a selection of 18 grassland sites in two of the three research regions. We estimated the importance of resource distribution for pollen-nectar trips and consequences for the reproductive success of the solitary Red Mason Bee (Osmia bicornis). Local land use intensity, local flower cover as well as landscape composition and configuration were considered as critical factors of influence. We equipped each grassland site with eight trap nests and 50 female bees. Different nest building activities, like foraging trips for pollen and nectar, were measured. After the nesting season, we calculated measures of reproductive success. Foraging trips for pollen and nectar were significantly shorter in spatially complex landscapes but were neither affected by local metrics nor landscape composition. We found no evidence that the duration of pollen-nectar trips determines the reproductive success. Thus, to maintain trophic interactions and biodiversity, local land use as well as landscape diversity and spatial complexity should be accounted for to create spatial and temporal stability of food and nesting resources within small spatial scales. Concrete steps to support pollinator populations include hedges, sown field margins or other linear elements. These measures that enhance the connectivity of landscapes can also support flying antagonists.
KW  - Wildbienen
KW  - Landnutzung
KW  - Prädation
KW  - Parasitismus
KW  - Nisthilfe
KW  - Wespen
KW  - Trophische Interaktionen
KW  - Landschaftskonfiguration
KW  - Landschaftskomposition
KW  - Pollensammelzeiten
KW  - Reproduktionserfolg
KW  - Trophic interactions
KW  - Landscape configuration
KW  - Landscape composition
KW  - foraging trip durations
KW  - reproduction success
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87900
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pielström, Steffen
T1  - On the Role of Local Information in the Spatial Organisation of Collective Nest Digging in the Leaf-Cutting Ant Atta vollenweideri (Forel, 1893)
T1  - Über die Rolle lokaler Information in der räumlichen Organisation des kollektiven Nestgrabeverhaltens bei der Blattschneiderameise Atta vollenweideri (Forel, 1893)
N2  - Many ant species excavate underground nests. One of the most impressive examples is the Chaco leaf-cutting ant Atta vollenweideri from the Gran Chaco region in South America. The nests excavated by the workers of that species are among the largest insect-built structures on the planet. They are ecavated over years possibly involving millions of working individuals. However, the mechanisms underlying the organisation of collective nest digging in ants remain largely unknown. Considering the sheer dimensions of the nest in comparison to the size and presumably limited perceptual and cognitive abilities of the single worker, the assumption can be made that organising mechanisms are mostly based on responses of individuals to local stimuli within their perceptual range. Among these local stimuli that guide nest digging we can expect environmental variables, stimuli that relate to the requirements of the colony, and stimuli related to the spatial coordination of collective effort. The present thesis investigates the role of local stimuli from these three categories in the organisation of collective digging behaviour in the Chaco leaf-cutting ant. It describes experiments on (1) how workers respond in the context of digging to differences in soil moisture, which comprises an important environmental variable; (2) how available nest space influences nest enlargement; (3) and how the spatial coordination of excavating workers is implemented by responding to stimuli arising from nest mates while engaged in digging behaviour. The experiments on soil water content show that workers prefer to dig in moist materials that allow for fast excavation and transport rates. Accordingly, an unequal distribution of water in the soil around a nest can influence how the nest shape develops. On the other hand, results also indicate that workers strongly avoid excavating in extremely moist materials. Regarding the abundant occurrence of flooding events in the Gran Chaco region, the latter can be interpreted as an adaptation to avoid water inflow into the nest. In the experiments on the effect of nest space, the ants excavated less when presented with larger nests. When a large amount of space was suddenly added to the nest during the digging process, excavation rates decreased according to the new volume. These observations confirm the hypothesis that digging activity is regulated according to space requirements, possibly because crowding conditions inside the nest influence excavation behaviour. However, observations also indicate an intrinsic decrease of digging motivation with time. Moreover, excavation rates correlate with nest size only when comparing nests of similar shape. Distributing a similar nest volume to three smaller chambers, instead of one, resulted in drastically decreased digging rates. A possible explanation for that observation lies in the distribution of workers inside the nest that may vary according to nest geometry: a different distribution of individuals can lead to in different local crowding conditions in similar nest volumes. Furthermore, two different stimuli are described that are used in the spatial coordination of collective digging effort. First, fresh soil pellets deposited close to the digging site on their way from the surface increase the probability that arriving workers join excavation efforts at the same site. The deposition of pellets on the way is a consequence of sequential task partitioning during soil transport. The pellets are carried in transport chains that closely resemble the modalities of leaf transport observed at the surface. Second, workers stridulate while digging. The short-ranged vibrational signals produced thereby also attract nest mates to excavate at the same location. Accordingly, two mutually complementing mechanisms are described that allow to concentrate excavators at one location. In both cases, a local stimulus that is generated by current close-by excavation activity increases the probability of the stimulus receiver to dig close to other excavators. In an environment otherwise poor in digging stimuli, these mechanisms can be especially important to give collective digging efforts a common direction. As a consequence it can be argued that the spatial organisation of collective digging is based on choice copying. Individuals copy nest mate decisions on where to excavate by responding to local stimuli provided by nest mate digging activity. Taken together, responses to local stimuli can determine the direction of nest growth, aid in preventing the inflow of surface water into the nest, guide the adjustment of nest size to colony requirements and spatially coordinate collective digging efforts. Even though it cannot be ruled out that digging responses based e.g. on spatial memory or long-term experience exist, the results presented here clearly demonstrate that responses to local information account for many important aspects of nest development.
N2  - Viele Ameisenarten graben unterirdische Nester. Eines der wohl eindrucksvollsten Beispiele ist die Chaco-Blattschneiderameise Atta vollenweideri aus der Gran Chaco Region in Südamerika. Die Nester dieser Art gehören zu den größten von Insekten gebauten Strukturen auf unserem Planeten, und an ihrer Konstruktion sind vermutlich Millionen von Individuen über mehrere Jahre beteiligt. Die Mechanismen, die der Organisation des kollektiven Nestgrabeverhaltens zu Grunde liegen, sind weitgehend unbekannt. Berücksichtigt man allerdings allein die Dimensionen des gebauten Nestes im Vergleich zur Größe, und den vermutlich begrenzten Sinnes- und Kognitionsleistungen der einzelnen Arbeiterin, so liegt die Vermutung nahe, daß den Organisationsmechanismen überwiegend Reaktionen auf lokale Reize innerhalb der Wahrnehmungsreichweite zu Grunde liegen. Zu diesen lokalen Reizen gehören vermutlich Umweltvariablen, Reize, die mit den Bedürfnissen der Kolonie zusammenhängen, und Reize, die der räumlichen Koordination gemeinsamer Bemühungen dienen. Die vorliegende Dissertation untersucht die Rolle lokaler Reize in der Organisation des kollektiven Grabeverhaltens bei Atta vollenweideri auf diesen drei Ebenen. Sie beschreibt Experimente (1) zur Reaktion grabender Arbeiterinnen auf Unterschiede in der Bodenfeuchte, die in diesem Zusammenhang eine wichtige Umweltvariable darstellt, (2) zum Einfluß der verfügbaren Nestgröße auf die Nesterweiterung und (3) zur räumlichen Koordination grabender Arbeiterinnen durch Reize, die von anderen grabenden Arbeiterinnen ausgehen. Die Versuche zur Bodenfeuchte zeigen eine Präferenz für feuchte Materialen, die hohe Grabe- und Transportraten ermöglichen. Demzufolge kann die Verteilung des Wassers im Boden um ein Nest erheblichen Einfluß auf die Entwicklung der Nestform haben. Andererseits zeigen die Ergebnisse aber auch, daß Arbeiterinnen vermeiden, in extrem nassen Materialen zu graben. In Anbetracht der regelmäßigen Überflutungen in der Gran Chaco Region lässt sich diese Ablehnung als eine Adaptation interpretieren, die hilft, Wassereinbrüche ins Nest zu vermeiden. In den Experimenten zum Einfluß der Nestgröße gruben die Ameisen weniger, wenn ihnen ein größeres Nest zur Verfügung stand. Wenn das Nest im Laufe des Grabeprozesses künstlich schlagartig vergrößert wurde, passte sich die Graberate dem neuen Volumen an. Diese Beobachtungen bestätigen die Hypothese, daß die Grabeaktivität abhängig vom Platzbedarf reguliert wird, vermutlich, weil die Individuendichte im Nest das Grabeverhalten beeinflusst. Andererseits zeigen die Beobachtungen aber auch eine zeitabhängige, intrinsische Abnahme der Motivation zu graben. Zudem korreliert die Graberate nur dann mit der Nestgröße, wenn Nester von vergleichbarer Form in Betracht gezogen werden. Die Verteilung eines ähnlichen Nestvolumens auf drei kleinere Kammern statt einer größeren führte zu deutlich niedrigeren Graberaten. Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung liegt in der Verteilung der Arbeiterinnen im Nestinnern, die möglicherweise mit der Nestgeometrie variiert. Unterschiede in der Verteilung der Individuen können bei gleichem Nestvolumen unterschiedliche lokale Individuendichten zur Folge haben. Des weiteren werden zwei verschiedene Stimuli beschrieben, die zur räumlichen Koordination des kollektiven Grabeverhaltens genutzt werden. Zum einen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, daß eine ankommende Arbeiterin sich den Grabearbeiten an einer bestimmten Stelle anschließt, wenn auf dem Weg dorthin, nahe der betreffenden Stelle, frisch ausgegrabene Bodenpartikel, sogenannte pellets, abgelegt wurden. Das passiert in Folge der sequentiellen Arbeitsteilung beim Transportieren der Erde, denn der Transport der pellets erfolgt in Arbeitsketten, ähnlich wie der Transport von Blattfragmenten an der Oberfläche. Zum anderen stridulieren die Arbeiterinnen beim Graben und erzeugen dadurch Vibrationssignale von kurzer Reichweite, die ebenfalls Nestgenossinnen zum Graben an derselben Stelle motivieren. Es werden also zwei sich gegenseitig ergänzende Mechanismen beschrieben, die es erlauben, grabende Arbeiterinnen an einer bestimmten Stelle zu konzentrieren. In beiden Fällen erhöht ein Reiz, der durch aktuelle Grabeaktivität in unmittelbarer Nähe generiert wird, die Wahrscheinlichkeit, daß der Reizempfänger in der Nähe anderer grabender Arbeiterinnen zu Graben beginnt. Besonders in einem ansonsten, in Bezug auf das Grabeverhalten reizarmen Umfeld können derartige Mechanismen wichtig sein, um den kollektiven Grabebemühungen eine gemeinsame Richtung zu geben. Dementsprechend lässt sich argumentieren, daß die räumliche Organisation des Grabeverhaltens auf der Nachahmung von Entscheidungen basiert. Individuen kopieren die Entscheidungen ihrer Nestgenossinnen, wo gegraben wird, indem sie auf Reize reagieren, die von der Grabeaktivität anderer Arbeiterinnen ausgehen.
KW  - Blattschneiderameisen
KW  - Nestbau
KW  - Verhalten
KW  - Organisation
KW  - Stridulation
KW  - Transport
KW  - Boden
KW  - leaf-cutting ants
KW  - nest building
KW  - organisation
KW  - stridulation
KW  - transport
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-79118
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hoiß, Bernhard
T1  - Effects of climate change, extreme events and management on plants, pollinators and mutualistic interaction networks
T1  - Auswirkungen von Klimawandel, Extremereignissen und Management auf Pflanzen, Bestäuber und mutualistische Netzwerke
N2  - I. Climate change comprises average temperatures rise, changes in the distribution of precipitation and an increased amount and intensity of extreme climatic events in the last decades. Considering these serious changes in the abiotic environment it seems obvious that ecosystems also change. Flora and fauna have to adapt to the fast changing conditions, migrate or go extinct. This might result in shifts in biodiversity, species composition, species interactions and in ecosystem functioning and services. Mountains play an important role in the research of these climate impacts. They are hotspots of biodiversity and can be used as powerful natural experiments as they provide, within short distances, the opportunity to research changes in the ecosystem induced by different climatic contexts. In this dissertation two approaches were pursued: i) surveys of biodiversity, trait dominance and assembly rules in communities depending on the climatic context and different management regimes were conducted (chapters II and III) and ii) the effects of experimental climate treatments on essential ecosystem features along the altitudinal gradient were assessed (chapters IV, V and VI). II. We studied the relative importance of management, an altitudinal climatic gradient and their interactions for plant species richness and the dominance of pollination types in 34 alpine grasslands. Species richness peaked at intermediate temperatures and was higher in grazed grasslands compared to non-managed grasslands. We found the climatic context and also management to influence the distribution and dominance structures of wind- and insect-pollinated plants. Our results indicate that extensive grazing maintains high plant diversity over the full subalpine gradient. Rising temperatures may cause an upward shift of the diversity peak of plants and may also result in changed species composition and adaptive potential of pollination types. III. On the same alpine grasslands we studied the impact of the climatic context along an altitudinal gradient on species richness and community assembly in bee communities. Species richness and abundance declined linearly with increasing altitude. Bee species were more closely related at high altitudes than at low altitudes. The proportion of social and ground-nesting species, as well as mean body size and altitudinal range of bees, increased with increasing altitude, whereas the mean geographic distribution decreased. Our results suggest that community assembly at high altitudes is dominated by environmental filtering effects, while the relative importance of competition increases at low altitudes. We conclude that ongoing climate change poses a threat for alpine specialists with adaptations to cool environments but low competitive capacities. IV. We determined the impacts of short-term climate events on flower phenology and assessed whether those impacts differed between lower and higher altitudes. For that we simulated advanced and delayed snowmelt as well as drought events in a multi site experiment along an altitudinal gradient. Flower phenology was strongly affected by altitude, however, this effect declined through the season. The manipulative treatments caused only few changes in flowering phenology. The effects of advanced snowmelt were significantly greater at higher than at lower sites, but altitude did not influence the effect of the other treatments. The length of flowering duration was not significantly influenced by treatments. Our data indicate a rather low risk of drought events on flowering phenology in the Bavarian Alps. V. Changes in the structure of plant-pollinator networks were assessed along an altitudinal gradient combined with the experimental simulation of potential consequences of climate change: extreme drought events, advanced and delayed snowmelt. We found a trend of decreasing specialisation and therefore increasing complexity in networks with increasing altitude. After advanced snowmelt or drought networks were more specialised especially at higher altitudes compared to control plots. Our results show that changes in the network structures after climate manipulations depend on the climatic context and reveal an increasing susceptibility of plant-pollinator networks with increasing altitude. VI. The aim of this study was to determine the combined effects of extreme climatic events and altitude on leaf CN (carbon to nitrogen) ratios and herbivory rates in different plant guilds. We found no overall effect of climate manipulations (extreme drought events, advanced and delayed snowmelt) on leaf CN ratios and herbivory rates. However, plant guilds differed in CN ratios and herbivory rates and responded differently to altitude. CN ratios of forbs (legume and non-legume) decreased with altitude, whereas CN ratios of grasses increased with altitude. Further, CN ratios and herbivory rates increased during the growing season, indicating a decrease of food plant quality during the growing season. Insect herbivory rates were driven by food plant quality. Contrasting altitudinal responses of forbs versus grasses give reason to expect changed dominance structures among plant guilds with ongoing climate change. VII. This dissertation contributes to the understanding of factors that determine the composition and biotic interactions of communities in different climates. The results presented indicate that warmer climates will not only change species richness but also the assembly-rules for plant and bee communities depending on the species' functional traits. Our investigations provide insights in the resilience of different ecosystem features and processes towards climate change and how this resilience depends on the environmental context. It seems that mutualistic interactions are more susceptible to short-term climate events than flowering phenology and antagonistic interactions such as herbivory. However, to draw more general conclusions more empirical data is needed.
N2  - I. Das Klima ändert sich: die Durchschnittstemperaturen steigen, die Niederschlagsverteilung ändert sich und sowohl die Anzahl als auch die Intensität von klimatischen Extremereignissen hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen. In Anbetracht dieser beträchtlichen Veränderungen in der abiotischen Umwelt scheint es offensichtlich, dass sich auch die Ökosysteme verändern. Flora und Fauna müssen sich an die sich schnell verändernden Bedingungen anpassen, wandern oder sie sterben aus. Dies kann zu Veränderungen in der Biodiversität, der Artzusammensetzung, den Ökosystemfunktionen sowie von Ökosystemdienstleistungen führen. Gebirge spielen eine wichtige Rolle in der Erforschung dieser Klimafolgen. Sie sind Biodiversitäts-Hotspots und können als großräumige natürliche Experimente genutzt werden, da sie die Möglichkeit bieten, innerhalb kurzer Distanzen Veränderungen im Ökosystem unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zu untersuchen. In dieser Dissertation wurden zwei Ansätze verfolgt: i) Es wurden Untersuchungen zur Abhängigkeit von Biodiversität, der Dominanz von funktionalen Merkmalen sowie den Gesetzmäßigkeiten in der Zusammensetzung von Artengemeinschaften vom klimatischen Kontext sowie verschiedenen Management Regimen durchgeführt. ii) Die Effekte von Klimaexperimenten auf essentielle Ökosystemeigenschaften, biotische Interaktionen und Nahrungsnetze entlang eines Höhengradienten wurden untersucht. II. Die relative Bedeutung von Höhenlage, Bewirtschaftungsform sowie ihre Interaktionen für den Artenreichtum von Pflanzen und die Dominanz von Bestäubungstypen wurden in 34 alpinen Wiesen untersucht. Der Artenreichtum erreichte bei mittleren Temperaturen ein Maximum und war auf beweideten Flächen höher als auf nicht bewirtschafteten Wiesen. Wir stellten außerdem fest, dass sowohl der klimatische Kontext als auch die Bewirtschaftungsform die Verteilung und Dominanzstrukturen von wind- und insektenbestäubten Pflanzen beeinflusste. Unsere Ergebnisse zeigen, dass extensive Beweidung eine hohe Artenvielfalt über den gesamten subalpinen Gradienten erhält. Steigende Temperaturen könnten eine Verschiebung des Bereiches mit maximaler Artenvielfalt nach oben sowie veränderte Zusammensetzungen von Artengemeinschaften und Veränderungen in der Bedeutung von Bestäubungstypen als Anpassung verursachen. III. Auf den selben alpinen Wiesen untersuchten wir den Einfluss der klimatischen Gegebenheiten entlang des Höhengradienten auf die Artenzahl und die Gesetzmäßigkeiten in der Zusammensetzung von Wildbienen Artengemeinschaften. Die Artenzahl und Abundanz nahm mit zunehmender Höhe linear ab. Die Bienenarten in höheren Lagen waren näher miteinander verwandt als in niedrigen Lagen. Der Anteil sozialer, im Boden nistender Arten sowie die mittlere Körpergröße und Höhenverbreitung der Bienen nahm mit zunehmender Höhe zu, wohingegen die mittlere geographische Verbreitung der Arten abnahm. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Zusammensetzung von Artengemeinschaften in höheren Lagen primär vom Filtereffekt der Umwelt bestimmt wird, wohingegen der Einfluss von Konkurrenz in niedrigen Lagen an Bedeutung gewinnt. Wir folgern, dass der fortschreitende Klimawandel eine Gefährdung für alpine Spezialisten darstellt, die zwar Anpassungen an kühle Bedingungen aber oft eine nur geringe Konkurrenzfähigkeit aufweisen. IV. Wir untersuchten die Auswirkung von kurzzeitigen klimatischen Ereignissen auf die Blütenphänologie und analysierten, ob sich diese Auswirkungen zwischen hohen und tiefen Lagen unterscheiden. Dazu simulierten wir verfrühte und verspätete Schneeschmelze sowie Dürreereignisse in Experimenten auf multiplen Standorten entlang eines Höhengradienten. Die Blütenphänologie wurde von der Höhenlage stark beeinflusst, dieser Effekt nahm im Laufe der Saison allerdings ab. Die Manipulationen zeitigten nur wenige Effekte auf die Blühphänologie. Die Auswirkungen von verfrühter Schneeschmelze waren auf hohen Flächen signifikant höher als in niedrigen Lagen, es wurden jedoch keine Unterschiede für die anderen Behandlungen zwischen den Höhenstufen gefunden. Die Blühdauer wurde durch die Behandlungen nicht beeinflusst. Unsere Daten zeigen ein relativ geringes Risiko für die Blütenphänologie durch Dürreereignisse in den bayerischen Alpen auf. V. Veränderungen in der Struktur von Pflanzen-Bestäuber Netzwerken wurden entlang eines Höhengradienten in Kombination mit der experimentellen Simulation von potentiellen Konsequenzen des Klimawandels (extreme Dürre, verfrühte und verspätete Schneeschmelze) untersucht. Wir fanden einen Trend hin zu einem abnehmenden Spezialisierungsgrad und daher einer Zunahme der Komplexität in Netzwerken mit zunehmender Höhe. Die Netzwerke nach verfrühter Schneeschmelze und nach Dürre waren, insbesondere in höheren Lagen, stärker spezialisiert als in den Kontrollflächen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Veränderungen in den Netzwerkstrukturen nach Klimamanipulationen vom klimatischen Zusammenhang abhängen und zeigen auf, dass die Anfälligkeit von Pflanzen-Bestäuber Netzwerken mit der Höhe zunimmt. VI. Das Ziel dieser Studie war es die kombinierten Auswirkungen von kurzzeitigen klimatischen Ereignissen und Meereshöhe auf das CN (Kohlenstoff zu Stickstoff) Verhältnis in Blättern und den Blattfraß in verschiedenen Pflanzengruppen zu untersuchen. Wir fanden keinen Gesamteffekt der Klimamanipulationen (extremes Dürreereignis, verfrühte und verspätete Schneeschmelze) auf das CN Verhältnis und die Herbivorieraten. Die Pflanzengruppen unterschieden sich jedoch in ihrer Reaktion auf die Meereshöhe hinsichtlich ihres CN Verhältnisses und des Blattfraßes. Das CN Verhältnis in Gräsern nahm mit der Höhe zu, wohingegen das CN Verhältnis in den restlichen krautigen Pflanzen mit zunehmender Höhe abnahm. Außerdem nahmen CN Verhältnis und die Herbivorierate im Laufe der Saison zu, was auf eine Abnahme der Futterqualität im Saisonverlauf hindeutet. Die Herbivorieraten wurden von der Futterqualität der Pflanzen bestimmt. Die gegensätzlichen Muster von Gräsern und anderen krautigen Pflanzen über die Höhe lassen veränderte Dominanzstrukturen zwischen Pflanzengruppen mit fortschreitendem Klimawandel zu erwarten. VII. Diese Dissertation leistet einen Beitrag zur Identifikation von Gesetzmäßigkeiten in der Zusammensetzung von Artengemeinschaften unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen. Die präsentierten Ergebnisse weisen darauf hin, dass ein wärmeres Klima nicht nur den Artenreichtum, sondern auch diese Gesetzmäßigkeiten für Pflanzen- und Bienenvergesellschaftungen in Abhängigkeit von den funktionellen Merkmalen der Arten verändern wird. Unsere Untersuchungen liefern Erkenntnisse über die Stabilität verschiedener Ökosystemaspekte und -prozesse gegenüber dem Klimawandel und wie diese Stabilität vom Umweltkontext abhängt. Es scheint, dass mutualistische Interaktionen anfälliger sind für kurzfristige Klimaereignisse als die Phänologie von Blüten oder antagonistische Interaktionen wie die Herbivorie. Um allgemeinere Rückschlüsse ziehen zu können bedarf es jedoch dringend weiterer empirischer Daten.
KW  - Klimaänderung
KW  - Alpen
KW  - Biodiversität
KW  - Bestäubungsökologie
KW  - Mutualismus
KW  - climate change
KW  - land use
KW  - altitudinal gradient
KW  - elevation
KW  - life history traits
KW  - bees
KW  - vascular plants
KW  - alpine ecosystems
KW  - environmental filtering
KW  - Klimawandel
KW  - Extremereignisse
KW  - Management
KW  - Gefäßpflanzen
KW  - mutualistische Netzwerke
KW  - Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen
KW  - Höhengradient
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87919
ER  - 
TY  - THES
A1  - Streinzer, Martin
T1  - Sexual dimorphism of the sensory systems in bees (Hymenoptera, Apoidea) and the evolution of sex-specific adaptations in the context of mating behavior
T1  - Sensorischer Geschlechtsdimorphismus bei Bienen (Hymenoptera, Apoidea) und die Evolution geschlechtsspezifischer Anpassungen im Kontext des Paarungsverhaltens
N2  - Bees have had an intimate relationship with humans for millennia, as pollinators of fruit, vegetable and other crops and suppliers of honey, wax and other products. This relationship has led to an extensive understanding of their ecology and behavior. One of the most comprehensively understood species is the Western honeybee, Apis mellifera. Our understanding of sex-specific investment in other bees, however, has remained superficial. Signals and cues employed in bee foraging and mating behavior are reasonably well understood in only a handful of species and functional adaptations are described in some species. I explored the variety of sensory adaptations in three model systems within the bees. Females share a similar ecology and similar functional morphologies are to be expected. Males, engage mainly in mating behavior. A variety of male mating strategies has been described which differ in their spatiotemporal features and in the signals and cues involved, and thus selection pressures. As a consequence, males’ sensory systems are more diverse than those of females. In the first part I studied adaptations of the visual system in honeybees. I compared sex and caste-specific eye morphology among 5 species (Apis andreniformis, A. cerana, A. dorsata, A. florea, A. mellifera). I found a strong correlation between body size and eye size in both female castes. Queens have a relatively reduced visual system which is in line with the reduced role of visual perception in their life history. Workers differed in eye size and functional morphology, which corresponds to known foraging differences among species. In males, the eyes are conspicuously enlarged in all species, but a disproportionate enlargement was found in two species (A. dorsata, A. florea). I further demonstrate a correlation between male visual parameters and mating flight time, and propose that light intensities play an important role in the species-specific timing of mating flights. In the second study I investigated eye morphology differences among two phenotypes of drones in the Western honeybee. Besides normal-sized drones, smaller drones are reared in the colony, and suffer from reduced reproductive success. My results suggest that the smaller phenotype does not differ in spatial resolution of its visual system, but suffers from reduced light and contrast sensitivity which may exacerbate the reduction in reproductive success caused by other factors. In the third study I investigated the morphology of the visual system in bumblebees. I explored the association between male eye size and mating behavior and investigated the diversity of compound eye morphology among workers, queens and males in 11 species. I identified adaptations of workers that correlate with distinct foraging differences among species. Bumblebee queens must, in contrast to honeybees, fulfill similar tasks as workers in the first part of their life, and correspondingly visual parameters are similar among both female castes. Enlarged male eyes are found in several subgenera and have evolved several times independently within the genus, which I demonstrate using phylogenetic informed statistics. Males of these species engage in visually guided mating behavior. I find similarities in the functional eye morphology among large-eyed males in four subgenera, suggesting convergent evolution as adaptation to similar visual tasks. In the remaining species, males do not differ significantly from workers in their eye morphology. In the fourth study I investigated the sexual dimorphism of the visual system in a solitary bee species. Males of Eucera berlandi patrol nesting sites and compete for first access to virgin females. Males have enlarged eyes and better spatial resolution in their frontal eye region. In a behavioral study, I tested the effect of target size and speed on male mate catching success. 3-D reconstructions of the chasing flights revealed that angular target size is an important parameter in male chasing behavior. I discuss similarities to other insects that face similar problems in visual target detection. In the fifth study I examined the olfactory system of E. berlandi. Males have extremely long antennae. To investigate the anatomical grounds of this elongation I studied antennal morphology in detail in the periphery and follow the sexual dimorphism into the brain. Functional adaptations were found in males (e.g. longer antennae, a multiplication of olfactory sensilla and receptor neurons, hypertrophied macroglomeruli, a numerical reduction of glomeruli in males and sexually dimorphic investment in higher order processing regions in the brain), which were similar to those observed in honeybee drones. The similarities and differences are discussed in the context of solitary vs. eusocial lifestyle and the corresponding consequences for selection acting on males.
N2  - Bienen und Menschen verbindet eine lange andauernde und enge Beziehung. Diese enge Beziehung hat zu einem ausgeprägten Wissen über die Ökologie und das Verhalten geführt. Die am besten untersuchte Bienenart ist die westliche Honigbiene, Apis mellifera. Der ausgeprägte Kasten- und Sexualdimorphismus hat das Studium der Geschlechterunterschiede vereinfacht und vorangetrieben. Unser Wissen über geschlechtsspezifische Investitionen bei Bienen ist jedoch in vielerlei Hinsicht lückenhaft geblieben. Die Signale und Achtungssignale die im Paarungsverhalten eine Rolle spielen sind nur bei einer Handvoll Arten hinreichend bekannt und funktionelle Anpassungen an diese sind in wenigen Arten beschrieben. In dieser Arbeit habe ich sensorische Anpassungen an geschlechtsspezifische Verhaltensweisen in drei Bienengruppen genauer untersucht. Weibchen und Arbeiterinnen haben generell eine ähnliche Lebensweise. Männchen beschäftigen sich fast ausschließlich mit der Partnersuche. Infolgedessen, zeigt die Sensorik der Männchen eine größere Vielfalt an morphologischen und funktionellen Anpassungen als die der Weibchen. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit habe ich Anpassungen des visuellen Systems von 5 Honigbienenarten (Apis andreniformis, A. cerana, A. dorsata, A. florea, A. mellifera) untersucht. Ich finde eine deutliche Korrelation zwischen Körper- und Augengröße bei beiden weiblichen Kasten. Königinnen haben relativ kleinere Augen als Arbeiterinnen, was der verringerten Rolle visueller Wahrnehmung im Lebenszyklus dieser Kaste entspricht. Die Arbeiterinnen unterschieden sich sowohl in ihrer Augengröße als auch in der funktionellen Morphologie. Die Unterschiede passen jeweils zu der artspezifischen Ökologie. Drohnen aller Arten haben auffällig vergrößerte Augen, jedoch sind sie in zwei Arten (A. dorsata, A. florea) überproportional vergrößert. Zusätzlich zeige ich, dass bestimmte Augenparameter mit dem artspezifischen Paarungszeitpunkt korrelieren, und schlage vor, dass die Lichtintensität eine Rolle bei der Feststellung des richtigen Paarungszeitpunktes spielen könnte. In der zweiten Untersuchung habe ich die Augen von zwei Drohnenphänotypen von A. mellifera untersucht. Neben normalen Drohen werden in der Kolonie auch kleinere Drohnen aufgezogen, die unter einem geringeren Fortpflanzungserfolg leiden. Meine Ergebnisse zeigen, dass sich die Phänotypen vermutlich nicht in der räumlichen Auflösungsfähigkeit, jedoch in der Lichtempfindlichkeit der Augen von normalen Drohnen unterscheiden. In der dritten Untersuchung habe ich die Augenmorphologie bei 11 Hummelarten untersucht. Ich beschreibe in dieser Studie Anpassungen der Arbeiterinnen, die vermutlich mit der Habitatwahl im Zusammenhang stehen. Hummelköniginnen sind, im Gegensatz zu Königinnen der Honigbiene, in der ersten Zeit nach der Koloniegründung auf sich allein gestellt und müssen alle Aufgaben, die später von den Arbeiterinnen übernommen werden, selbst ausführen. Dementsprechend sind die Augen beider Weibchenkasten ähnlich in ihrer relativen Größe und funktionellen Morphologie. Vergrößerte Augen der Männchen können in Arten verschiedener Untergattungen gefunden werden und der Phänotyp ist im Laufe der Evolution mehrfach unabhängig entstanden, was ich mit phylogenetisch vergleichenden Methoden zeige. Die Augenmorphologie der vier untersuchten großäugigen Arten ist sehr ähnlich, was auf konvergente Evolution hinweist. Die Augenmorphologie der restlichen Arten unterscheidet sich hingegen nicht deutlich von jener der Weibchen. In der vierten Untersuchung habe ich mich dem Sexualdimorphismus der Solitärbienenart Eucera berlandi gewidmet. Männchen haben größere Augen und sowohl größere Facetten als auch eine höhere räumliche Auflösung im frontalen Gesichtsfeld als Weibchen. In einem Verhaltensversuch habe ich die Auswirkungen der Größe von Weibchendummies auf die Detektion getestet. In 3-D Rekonstruktionen der Weibchenverfolgung zeigte sich dass die Winkelgröße des Objektes, eine von der Distanz unabhängige Größe, eine wichtige Rolle spielt. Im Zusammenhang mit den gefundenen Daten diskutiere ich die Parallelen zu anderen Insektenarten. In der fünften Studie untersuche ich das olfaktorische System von E. berlandi. Männchen haben extreme lange Antennen. Um die anatomischen Grundlagen der geschlechtsspezifischen Antennenmorphologie zu untersuchen habe ich die Antennen beider Geschlechter im Detail studiert. Zusätzlich bin ich dem Dimorphismus entlang der olfaktorischen Bahn bis ins Gehirn gefolgt. Männchen zeige funktionelle Anpassungen (z.B. längere Antennen, eine höhere Anzahl an olfaktorischen Sensillen und Rezeptorneuronen, stark vergrößerte Glomeruli im Antennallobus, eine zahlenmäßige Reduktion der Glomeruli und geschlecherspezifische Investition in höhere Integrationszentren im Gehirn) an die Weibchendetektion.
KW  - Biene
KW  - Sinne
KW  - Verhalten
KW  - Neurobiologie
KW  - Geschlechtsunterschied
KW  - Biene
KW  - Hummel
KW  - Sinnesphysiologie
KW  - Evolution
KW  - bees
KW  - sensory ecology
KW  - evolution
KW  - visual system
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-78689
ER  - 
TY  - THES
A1  - Leingärtner, Annette
T1  - Combined effects of climate change and extreme events on plants, arthropods and their interactions
T1  - Kombinierte Effekte von Klimawandel und Extremereignissen auf Pflanzen, Arthropoden und ihre Interaktionen
N2  - I. Global climate change directly and indirectly influences biotic and abiotic components of ecosystems. Changes in abiotic ecosystem components caused by climate change comprise temperature increases, precipitation changes and more frequently occurring extreme events. Mediated by these abiotic changes, biotic ecosystem components including all living organisms will also change. Expected changes of plants and animals are advanced phenologies and range shifts towards higher latitudes and altitudes which presumably induce changes in species interactions and composition. Altitudinal gradients provide an optimal opportunity for climate change studies, because they serve as natural experiments due to fast changing climatic conditions within short distances. In this dissertation two different approaches were conducted to reveal species and community responses to climate change. First, species richness and community trait analyses along an altitudinal gradient in the Bavarian Alps (chapters II, III) and second, climate change manipulation experiments under different climatic contexts (chapters IV, V, IV). II. We performed biodiversity surveys of butterfly and diurnal moth species on 34 grassland sites along an altitudinal gradient in the National Park Berchtesgaden. Additionally, we analysed the dominance structure of life-history traits in butterfly assemblages along altitude. Species richness of butterflies and diurnal moths decreased with increasing altitude. The dominance of certain life-history-traits changed along the altitudinal gradient with a higher proportion of larger-winged species and species with higher egg numbers towards higher altitudes. However, the mean egg maturation time, population density and geographic distribution within butterfly assemblages decreased with increasing altitude. Our results indicate that butterfly assemblages were mainly shaped by environmental filtering. We conclude that butterfly assemblages at higher altitudes will presumably lack adaptive capacity to future climatic conditions, because of specific trait combinations. III. In addition to butterfly and diurnal moth species richness we also studied plant species richness in combination with pollination type analyses along the altitudinal gradient. The management type of the alpine grasslands was also integrated in the analyses to detect combined effects of climate and management on plant diversity and pollination type. Plant species richness was highest at intermediate altitudes, whereby the management type influenced the plant diversity with more plant species at grazed compared to mown or non-managed grasslands. The pollination type was affected by both the changing climate along the gradient and the management type. These results suggest that extensive grazing can maintain high plant diversity along the whole altitudinal gradient. With ongoing climate change the diversity peak of plants may shift upwards, which can cause a decrease in biodiversity due to reduced grassland area but also changes in species composition and adaptive potential of pollination types. IV. We set up manipulation experiments on 15 grassland sites along the altitudinal gradient in order to determine the combined effects of extreme climatic events (extreme drought, advanced and delayed snowmelt) and elevation on the nutritional quality and herbivory rates of alpine plants. The leaf CN (carbon to nitrogen) ratio and the plant damage through herbivores were not significantly affected by the simulated extreme events. However, elevation influenced the CN ratios and herbivory rates of alpine plants with contrasting responses between plant guilds. Furthermore, we found differences in nitrogen concentrations and herbivory rates between grasses, legumes and forbs, whereas legumes had the highest nitrogen concentrations and were damaged most. Additionally, CN ratios and herbivory rates increased during the growing season, indicating a decrease of food plant quality during the growing season. Contrasting altitudinal responses of grasses, legumes and forbs presumably can change the dominance structure among these plant guilds with ongoing climate change. V. In this study we analysed the phenological responses of grassland species to an extreme drought event, advanced and delayed snowmelt along the altitudinal gradient. Advanced snowmelt caused an advanced beginning of flowering, whereas this effect was more pronounced at higher than at lower altitudes. Extreme drought and delayed snowmelt had rather low effects on the flower phenology and the responses did not differ between higher and lower sites. The strongest effect influencing flower phenology was altitude, with a declining effect through the season. The length of flowering duration was not significantly influenced by treatments. Our data suggest that plant species at higher altitudes may be more affected by changes in snowmelt timing in contrast to lowland species, as at higher altitudes more severe changes are expected. However, the risk of extreme drought events on flowering phenology seems to be low. VI. We established soil-emergence traps on the advanced snowmelt and control treatment plots in order to detect possible changes in abundances and emergence phenologies of five arthropod orders due to elevation and treatment. Additionally, we analysed the responses of Coleoptera species richness to elevation and treatment. We found that the abundance and species richness of Coleoptera increased with elevation as well as the abundance of Diptera. However, the abundance of Hemiptera decreased with elevation and the abundances of Araneae and Hymenoptera showed no elevational patterns. The advanced snowmelt treatment increased the abundances of Araneae and Hymenoptera. The emergence of soil-hibernating arthropods was delayed up to seven weeks at higher elevations, whereas advanced snowmelt did not influence the emergence phenology of arthropods immediately after snowmelt. With climate change earlier snowmelt will occur more often, which especially will affect soil-hibernating arthropods in alpine regions and may cause desynchronisations between species interactions. VII. In conclusion, we showed that alpine ecosystems are sensitive towards changing climate conditions and extreme events and that many alpine species in the Bavarian Alps are endangered. Many alpine species could exist under warmer climatic conditions, however they are expected to be outcompeted by more competitive lowland species. Furthermore, host-parasite or predator-prey interactions can be disrupted due to different responses of certain guilds to climate change. Understanding and predicting the complex dynamics and potential risks of future climate change remains a great challenge and therefore further studies analysing species and community responses to climate change are needed.
N2  - I. Der globale Klimawandel beeinflusst direkt und indirekt biotische und abiotische Komponenten der Ökosysteme. Durch Klimawandel verursachte Veränderungen in den abiotischen Komponenten der Ökosysteme umfassen Temperaturanstiege, Veränderungen im Niederschlag und häufiger auftretende Extremereignisse. Als Folge dieser abiotischen Veränderungen, werden sich auch die biotischen Komponenten der Ökosysteme, die alle lebenden Organismen einschließen, verändern. Voraussichtliche Veränderungen bei Pflanzen und Tieren sind vorverlegte Phänologien und Verbreitungsverschiebungen in Richtung höherer Breitengrade und Höhenlagen, was möglicherweise Veränderungen von Interaktionen zwischen Arten und in der Artzusammensetzung verursacht. Höhengradienten bieten durch sich schnell verändernde klimatische Bedingungen innerhalb kurzer Distanzen eine optimale Möglichkeit für Klimawandelstudien im Freiland. In dieser Dissertation wurden zwei unterschiedliche Versuchsansätze genutzt, um die Reaktionen von Arten und Artengemeinschaften auf den Klimawandel zu untersuchen: erstens Analysen zum Artenreichtum und zu Merkmalen innerhalb von Artengemeinschaften entlang eines Höhengradienten in den Bayerischen Alpen (Kapitel II, III) und zweitens Manipulationsexperimente zur Simulation von Klimawandel bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen (Kapitel IV, V, VI). II. Wir haben Biodiversitätsaufnahmen von Schmetterlings- und tagaktiven Nachtfalterarten entlang eines Höhengradienten im Nationalpark Berchtesgaden durchgeführt. Zusätzlich haben wir die Dominanzstruktur von Life-History-Merkmalen in Schmetterlingsgesellschaften entlang des Höhengradienten analysiert. Der Artenreichtum von Schmetterlingen und tagaktiven Nachtfaltern nahm mit zunehmender Höhe ab. Die Dominanz von bestimmten Life-History-Merkmalen veränderte sich entlang des Höhengradienten. Zum Beispiel fanden wir einen höheren Anteil an Arten mit größeren Flügeln und eine größere Anzahl an Eiern in höheren Lagen. Die mittlere Eireifezeit, Populationsdichte und geographische Verbreitung von Schmetterlingsgesellschaften nahm mit steigender Höhe ab. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Schmetterlingsgesellschaften hauptsächlich durch den Filtereffekt der Umwelt geformt werden. Wir schlussfolgern, dass sich bestimmte Merkmalskombinationen von Schmetterlingsgesellschaften in höheren Lagen möglicherweise ungünstig auf die Anpassungskapazität an zukünftige klimatische Veränderungen auswirken. III. Zusätzlich zum Artenreichtum von Schmetterlingen und tagaktiven Nachtfaltern haben wir auch den Artenreichtum von Pflanzen in Kombination mit Analysen zu Bestäubungstypen entlang des Höhengradienten untersucht. Die Bewirtschaftungsform der alpinen Grasländer wurde in die Analysen integriert, um kombinierte Auswirkungen von Klima und Bewirtschaftungsform auf die Pflanzendiversität und den Bestäubungstyp zu erfassen. Der Artenreichtum von Pflanzen war auf mittleren Höhen am größten, wobei die Bewirtschaftungsform die Pflanzendiversität beeinflusste. Es kamen mehr Pflanzenarten auf beweideten im Vergleich zu gemähten oder nicht bewirtschafteten Wiesen vor. Der Bestäubungstyp wurde sowohl durch das sich verändernde Klima entlang des Gradienten als auch durch die Bewirtschaftungsform beeinflusst. Unsere Ergebnisse lassen vermuten, dass extensive Beweidung eine hohe Pflanzendiversität entlang des gesamten Höhengradienten erhalten kann. Mit fortschreitendem Klimawandel könnte sich der Bereich mit höchster Pflanzendiversität nach oben verschieben, was zu einem Biodiversitätsverlust durch eine Abnahme an Grasflächen führen könnte, aber auch zu Veränderungen in der Artenzusammensetzung und dem Anpassungspotential von Bestäubungstypen. IV. Wir simulierten Extremereignisse (extreme Dürre, frühere und spätere Schneeschmelze) auf 15 Grasflächen entlang des Höhengradienten, um kombinierte Effekte von extremen klimatischen Ereignissen und Höhenlage auf die Futterqualität und den Blattfraß von alpinen Pflanzen zu untersuchen. Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff (CN) in Blättern und die Fraßschäden durch Pflanzenfresser wurden durch die simulierten Extremereignisse nicht signifikant beeinflusst. Dagegen beeinflusste die Höhenlage das CN-Verhältnis und die Herbivorieraten von alpinen Pflanzen mit entgegengesetzten Reaktionen unter den Pflanzengruppen. Des Weiteren haben wir Unterschiede in den Stickstoffkonzentrationen und Herbivorieraten zwischen Gräsern, Leguminosen und krautigen Pflanzen gefunden, wobei die Leguminosen die höchsten Stickstoffkonzentrationen aufwiesen und am stärksten angefressen waren. Zusätzlich stiegen die CN-Verhältnisse und die Fraßschäden während der Vegetationsperiode an, was auf eine Abnahme der Futterqualität im Verlauf der Vegetationsperiode hindeutet. Entgegengesetzte Muster von Gräsern, Leguminosen und krautigen Pflanzen über die Höhe können möglicherweise die Dominanzstruktur zwischen diesen Pflanzengruppen mit fortschreitendem Klimawandel verändern. V. In dieser Studie haben wir die phänologischen Reaktionen von Graslandarten auf ein extremes Dürreereignis, eine frühere und eine spätere Schneeschmelze entlang des Höhengradienten, analysiert. Die frühere Schneeschmelze bewirkte einen früheren Blühbeginn, wobei dieser Effekt auf höheren Lagen ausgeprägter war als auf tieferen Lagen. Extreme Dürre und spätere Schneeschmelze hatten eher geringe Auswirkungen auf die Blühphänologie und die Auswirkungen unterschieden sich nicht zwischen höher und tiefer gelegenen Flächen. Am stärksten würde die Blühphänologie von der Höhenlage beeinflusst wobei sich der Effekt im Verlauf der Vegetationsperiode verringerte. Die Länge der Blühdauer wurde durch die Simulationen nicht signifikant beeinflusst. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Pflanzenarten in höheren Lagen stärker durch Veränderungen des Zeitpunktes der Schneeschmelze beeinflusst werden als Tieflandarten, weil in höheren Lagen stärkere Veränderungen erwartet werden. Das Risiko von extremer Dürre für die Blühphänologie scheint aber gering zu sein. VI. Wir untersuchten Effekte der Höhenlage und früherer Schneeschmelze auf Häufigkeiten und Schlupfphänologien fünf verschiedener Arthropodenordnungen. Dazu installierten wir Bodenphotoeklektoren auf Flächen mit früherer Schneeschmelze und Kontrollflächen. Außerdem analysierten wir die Auswirkungen der Höhenlage und der früheren Schneeschmelze auf den Artenreichtum von Coleoptera. Wir stellten fest, dass die Abundanz und der Artenreichtum von Coleoptera sowie die Abundanz der Diptera mit steigender Höhenlage zunahmen, während die Abundanz der Hemiptera mit steigender Höhe abnahm. Araneae und Hymenoptera zeigten keine Abundanzmuster entlang des Höhengradienten. Eine simulierte frühere Schneeschmelze ließ die Abundanz der Araneae und Hymenoptera ansteigen. Arthropoden, die im Boden überwinterten, schlüpften in höheren Lagen bis zu sieben Wochen später. Eine frühere Schneeschmelze beeinflusste die Schlupfphänologie der Arthropoden unmittelbar nach der Schneeschmelze jedoch nicht. Aufgrund des Klimawandels wird eine frühere Schneeschmelze häufiger auftreten, was vor allem Auswirkungen auf bodenüberwinternde Arthropoden in der Alpenregion haben kann und zu Desynchronisationen mit interagierenden Arten führen kann. VII. Abschließend lässt sich sagen, dass alpine Ökosysteme sensibel auf klimatische Veränderungen und Extremereignisse reagieren und dass viele alpine Arten in den Bayerischen Alpen gefährdet sind. Viele alpine Arten könnten unter wärmeren klimatischen Bedingungen existieren, aber vermutlich werden sie von konkurrenzstärkeren Tieflandarten verdrängt. Des Weiteren können Wirt-Parasit oder Räuber-Beute Interaktionen durch unterschiedliche Reaktionen von bestimmten Gruppen auf Klimawandel gestört werden. Es bleibt eine große Herausforderung die komplexen Dynamiken und möglichen Gefahren des zukünftigen Klimawandels zu verstehen und vorherzusagen. Wir empfehlen weitere Studien, die die Auswirkungen des Klimawandels auf Arten und Artengesellschaften untersuchen.
KW  - Insekten
KW  - Klimaänderung
KW  - Pflanzen
KW  - Höhenstufe
KW  - climate change
KW  - insects
KW  - altitudinal gradient
KW  - extreme events
KW  - Klimawandel
KW  - Insekten
KW  - Höhengradient
KW  - Extremereignisse
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87758
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Grafe, T. Ulmar
A1  - Preininger, Doris
A1  - Sztatecsny, Marc
A1  - Kasah, Rosli
A1  - Dehling, J. Maximilian
A1  - Proksch, Sebastian
A1  - Hödl, Walter
T1  - Multimodal Communication in a Noisy Environment: A Case Study of the Bornean Rock Frog Staurois parvus
JF  - PLoS One
N2  - High background noise is an impediment to signal detection and perception. We report the use of multiple solutions to improve signal perception in the acoustic and visual modality by the Bornean rock frog, Staurois parvus. We discovered that vocal communication was not impaired by continuous abiotic background noise characterised by fast-flowing water. Males modified amplitude, pitch, repetition rate and duration of notes within their advertisement call. The difference in sound pressure between advertisement calls and background noise at the call dominant frequency of 5578 Hz was 8 dB, a difference sufficient for receiver detection. In addition, males used several visual signals to communicate with conspecifics with foot flagging and foot flashing being the most common and conspicuous visual displays, followed by arm waving, upright posture, crouching, and an open-mouth display. We used acoustic playback experiments to test the efficacy-based alerting signal hypothesis of multimodal communication. In support of the alerting hypothesis, we found that acoustic signals and foot flagging are functionally linked with advertisement calling preceding foot flagging. We conclude that S. parvus has solved the problem of continuous broadband low-frequency noise by both modifying its advertisement call in multiple ways and by using numerous visual signals. This is the first example of a frog using multiple acoustic and visual solutions to communicate in an environment characterised by continuous noise.
KW  - call
KW  - dart-poison frog
KW  - animal communication
KW  - auditory masking
KW  - acoustic communication
KW  - anthropogenic noise
KW  - courtship displays
KW  - traffic noise
KW  - higher pitch
KW  - signals
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-133718
VL  - 7
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Cornelius, C.
A1  - Leingärtner, A.
A1  - Hoiss, B.
A1  - Krauss, J.
A1  - Steffan-Dewenter, I.
A1  - Menzel, A.
T1  - Phenological response of grassland species to manipulative snowmelt and drought along an altitudinal gradient
N2  - Plant communities in the European Alps are assumed to be highly affected by climate change since temperature rise in this region is above the global average. It is predicted that higher temperatures will lead to advanced snowmelt dates and that the number of extreme weather events will increase. The aims of this study were to determine the impacts of extreme climatic events on flower phenology and to assess whether those impacts differed between lower and higher altitudes. In 2010 an experiment simulating advanced and delayed snowmelt as well as drought event was conducted along an altitudinal transect ca. every 250m (600-2000 m a.s.l.) in the Berchtesgaden National Park, Germany. The study showed that flower phenology is strongly affected by altitude; however there were few effects of the manipulative treatments on flowering. The effects of advanced snowmelt were significantly greater at higher than at lower sites, but no significant difference was found between both altitudinal bands for the other treatments. The response of flower phenology to temperature declined through the season and the length of flowering duration was not significantly influenced by treatments. The stronger effect of advanced snowmelt at higher altitudes might be a response to differences in treatment intensity across the gradient. Consequently, shifts in the date of snowmelt due to global warming may affect species more at higher than at lower altitudes since changes may be more pronounced at higher altitudes. Our data indicate a rather low risk of drought events on flowering phenology in the Bavarian Alps.
KW  - Biologie
KW  - Advanced snowmelt
KW  - Alps
KW  - BBCH
KW  - Climate change
KW  - Delayed snowmelt
KW  - Flowering
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77969
N1  - ist zugleich: IV. Kapitel der Dissertation von Bernhard Hoiß
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schneider, Christof
T1  - Detecting the influence of different potential stress factors on the behavior of the honeybee Apis mellifera using Radiofrequency Identification (RFID)
T1  - Erfassung des Einflusses von unterschiedlichen Stressfaktoren auf das Verhalten der Honigbiene Apis mellifera mittels Radiofrequenz Identifikation (RFID)
N2  - This study was conducted to determine the influence of different stress factors on the honeybee Apis mellifera. The investigation was motivated by previous experiments that suggested the existence of an unspecific defense mechanism causing a generalized change of flight behavior after the onset of different diseases. This mechanism is thought to impede the ability of flight bees to return to their respective colonies thereby removing the disease from the colony over time. During the last years, the existence of such a “suicidal behavior” was supported by further studies. Thus, an unnoticed, potentially highly effective defense mechanism of social insects was revealed whose spectrum of activity and physiological basics require further investigation. Suggesting that the reaction by the bees is unspecific to different diseases as well as to other potential stress factors, this study was designed to investigate the influence of pathogens, insecticides, and different brood rearing temperatures on different parameters like lifespan, foraging activity, and foraging trip duration of worker bees.
N2  - Im Rahmen dieser Studie wurden Untersuchungen bezüglich der Auswirkungen von unterschiedlichen Belastungsfaktoren auf die Honigbiene Apis mellifera durchgeführt. Hintergrund waren Vermutungen, die nahe legten, dass Bienen auf Parasiten und Pathogene durch eine generalisierte Verhaltensänderung reagieren, die die Rückkehr der Bienen in das Volk behindert und damit Krankheit nach und nach aus dem Volk entfernt. Die Existenz eines solchen „suizidalen Verhaltens“ wurde zwischenzeitlich durch weitere Untersuchungen unterstützt. Hiermit wurde ein bislang unbeachteter und potentiell hochwirksamer Abwehrmechanismus sozialer Insekten gegen Pathogene und Parasiten aufgedeckt, dessen Wirkspektrum und physiologische Grundlagen noch erheblichen Aufklärungsbedarf haben. Es lag nun nahe, eine allgemeine und unspezifische Reaktion auf Stressfaktoren zu vermuten. In dieser Studie sollte daher der Einfluss von Pathogenen, Insektiziden sowie unterschiedlichen Brutaufzuchtbedingungen auf die Aktivität, das Flugverhalten und das Sammelverhalten messbar gemacht und untersucht werden.
KW  - Biene
KW  - Bienenkrankheit
KW  - Stress
KW  - Verhalten
KW  - Carnica-Biene
KW  - Nosema
KW  - Nosema apis
KW  - Imidacloprid
KW  - Bienenbrut
KW  - honey bee
KW  - imidacloprid
KW  - clothianidin
KW  - coumaphos
KW  - Nosema
KW  - brood development
KW  - behavioral change
KW  - RFID
KW  - radiofrequency identification
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71344
ER  -