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Brutpflege, Lebensgeschichte und Taxonomie südostasiatischer Membraciden (Insecta: Homoptera)

Parental care, life-history, and taxonomy of Southeast Asian membracids (Insecta: Homoptera)

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-2365
  • 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 proDiese 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.show moreshow less
  • 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 showThis 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.show moreshow less

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Metadaten
Author: Ulrich E. Stegmann
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-2365
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2000/11/15
Language:German
Year of Completion:2000
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Südostasien; Kinabalu National Park; Buckelzirpen; Pyrgauchenia tristaniopsis; Brutpflege; Systematik
Tag:Borneo; Brutfürsorge; Brutpflege; Buckelzirpen; Insekt; Malaysia; Pyrgauchenia; Reproduktion; Semelparitie; Sexualdimorphismus
Borneo; Malaysia; Parental care; Pyrgauchenia; insect; reproduction; semelparity; sexual dimorphism; treehoppers
Release Date:2002/08/26
Advisor:Prof. Dr. Karl Eduard Linsenmair