TY - THES A1 - Mayr, Antonia Veronika T1 - Following Bees and Wasps up Mt. Kilimanjaro: From Diversity and Traits to hidden Interactions of Species T1 - Auf den Spuren von Bienen und Wespen auf den Kilimandscharo: Eine Studie über die Diversität, Merkmale und verborgenen Wechselwirkungen zwischen Arten N2 - Chapter 1 – General Introduction One of the greatest challenges of ecological research is to predict the response of ecosystems to global change; that is to changes in climate and land use. A complex question in this context is how changing environmental conditions affect ecosystem processes at different levels of communities. To shed light on this issue, I investigate drivers of biodiversity on the level of species richness, functional traits and species interactions in cavity-nesting Hymenoptera. For this purpose, I take advantage of the steep elevational gradient of Mt. Kilimanjaro that shows strong environmental changes on a relatively small spatial scale and thus, provides a good environmental scenario for investigating drivers of diversity. In this thesis, I focus on 1) drivers of species richness at different trophic levels (Chapter 2); 2) seasonal patterns in nest-building activity, life-history traits and ecological rates in three different functional groups and at different elevations (Chapter 3) and 3) changes in cuticular hydrocarbons, pollen composition and microbiomes in Lasioglossum bees caused by climatic variables (Chapter 4). Chapter 2 – Climate and food resources shape species richness and trophic interactions of cavity-nesting Hymenoptera Drivers of species richness have been subject to research for centuries. Temperature, resource availability and top-down regulation as well as the impact of land use are considered to be important factors in determining insect diversity. Yet, the relative importance of each of these factors is unknown. Using trap nests along the elevational gradient of Mt. Kilimanjaro, we tried to disentangle drivers of species richness at different trophic levels. Temperature was the major driver of species richness across trophic levels, with increasing importance of food resources at higher trophic levels in natural antagonists. Parasitism rate was both related to temperature and trophic level, indicating that the relative importance of bottom-up and top-down forces might shift with climate change. Chapter 3 – Seasonal variation in the ecology of tropical cavity-nesting Hymenoptera Natural populations fluctuate with the availability of resources, presence of natural enemies and climatic variations. But tropical mountain seasonality is not yet well investigated. We investigated seasonal patterns in nest-building activity, functional traits and ecological rates in three different insect groups at lower and higher elevations separately. Insects were caught with trap nests which were checked monthly during a 17 months period that included three dry and three rainy seasons. Insects were grouped according to their functional guilds. All groups showed strong seasonality in nest-building activity which was higher and more synchronised among groups at lower elevations. Seasonality in nest building activity of caterpillar-hunting and spider-hunting wasps was linked to climate seasonality while in bees it was strongly linked to the availability of flowers, as well as for the survival rate and sex ratio of bees. Finding adaptations to environmental seasonality might imply that further changes in climatic seasonality by climate change could have an influence on life-history traits of tropical mountain species. Chapter 4 – Cryptic species and hidden ecological interactions of halictine bees along an elevational Gradient Strong environmental gradients such as those occurring along mountain slopes are challenging for species. In this context, hidden adaptations or interactions have rarely been considered. We used bees of the genus Lasioglossum as model organisms because Lasioglossum is the only bee genus occurring with a distribution across the entire elevational gradient at Mt. Kilimanjaro. We asked if and how (a) cuticular hydrocarbons (CHC), which act as a desiccation barrier, change in composition and chain length along with changes in temperature and humidity (b), Lasioglossum bees change their pollen diet with changing resource availability, (c) gut microbiota change with pollen diet and climatic conditions, and surface microbiota change with CHC and climatic conditions, respectively, and if changes are rather influenced by turnover in Lasioglossum species along the elevational gradient. We found physiological adaptations with climate in CHC as well as changes in communities with regard to pollen diet and microbiota, which also correlated with each other. These results suggest that complex interactions and feedbacks among abiotic and biotic conditions determine the species composition in a community. Chapter 5 – General Discussion Abiotic and biotic factors drove species diversity, traits and interactions and they worked differently depending on the functional group that has been studied, and whether spatial or temporal units were considered. It is therefore likely, that in the light of global change, different species, traits and interactions will be affected differently. Furthermore, increasing land use intensity could have additional or interacting effects with climate change on biodiversity, even though the potential land-use effects at Mt. Kilimanjaro are still low and not impairing cavity-nesting Hymenoptera so far. Further studies should address species networks which might reveal more sensitive changes. For that purpose, trap nests provide a good model system to investigate effects of global change on multiple trophic levels and may also reveal direct effects of climate change on entire life-history traits when established under different microclimatic conditions. The non-uniform effects of abiotic and biotic conditions on multiple aspects of biodiversity revealed with this study also highlight that evaluating different aspects of biodiversity can give a more comprehensive picture than single observations. N2 - Kapitel 1 – Allgemeine Einführung Eine der größten Herausforderungen der ökologischen Forschung ist es, die Reaktion der Ökosysteme auf den globalen Wandel, d.h. auf Veränderungen von Klima und Landnutzung, vorherzusagen. Eine komplexe Frage in diesem Zusammenhang ist, wie sich verändernde Umweltbedingungen auf die Ökosystemprozesse auf verschiedenen Ebenen von Gemeinschaften auswirken. Um dieses Thema näher zu beleuchten, untersuche ich die Triebkräfte der Biodiversität auf der Ebene des Artenreichtums, der funktionellen Eigenschaften und der Wechselwirkungen zwischen Arten bei Hautflüglern, die in Hohlräumen nisten. Zu diesem Zweck nutze ich den steilen Höhengradienten des Kilimandscharo, der starke Umweltveränderungen auf relativ kleinem Raum mit sich bringt und somit ein gutes System für die Untersuchung von Triebkräften der biologischen Vielfalt bietet. In dieser Arbeit konzentriere ich mich auf 1) Triebkräfte des Artenreichtums auf verschiedenen trophischen Ebenen (Kapitel 2); 2) saisonale Muster in der Nestbauaktivität, lebensgeschichtliche Merkmale und ökologische Raten in drei verschiedenen funktionellen Gruppen und in verschiedenen Höhenlagen (Kapitel 3) und 3) Veränderungen in kutikulären Kohlenwasserstoffen, Pollenzusammensetzung und Mikrobiomen bei Lasioglossum Bienen, die durch klimatische Faktoren verursacht werden (Kapitel 4). Kapitel 2 – Klima und Nahrungsressourcen prägen den Artenreichtum und die trophischen Wechselwirkungen von hohlraumnistenden Hautflüglern Die Triebkräfte des Artenreichtums werden seit Jahrhunderten erforscht. Temperatur, Ressourcenverfügbarkeit und Top-Down-Regulierung sowie die Auswirkungen der Landnutzung werden als wichtige Faktoren für die Bestimmung der Insektenvielfalt angesehen. Die relative Bedeutung jedes dieser Faktoren ist jedoch unbekannt. Mit Hilfe von Nisthilfen entlang des Höhengradienten des Kilimandscharo versuchten wir, die Triebkräfte des Artenreichtums auf verschiedenen trophischen Ebenen zu enträtseln. Die Temperatur war der Hauptfaktor für den Artenreichtum auf allen trophischen Ebenen, wobei die Bedeutung der Nahrungsressourcen auf den höheren trophischen Ebenen der natürlichen Antagonisten zunahm. Die Parasitierungsrate wurde sowohl durch die Temperatur als auch durch die trophische Ebene bestimmt, was darauf hindeutet, dass sich die relative Bedeutung der Bottom-up- und Top-down-Kräfte mit dem Klimawandel verschieben könnte. Kapitel 3 – Saisonale Schwankungen in der Ökologie von tropischen hohlraumnistenden Hautflüglern Natürliche Populationen schwanken mit der Verfügbarkeit von Ressourcen, dem Vorhandensein natürlicher Feinde und klimatischen Schwankungen. Die Saisonalität ist jedoch auf tropischen Bergen noch nicht gut untersucht. Wir untersuchten saisonale Muster in der Nestbauaktivität, funktionale Merkmale und ökologische Raten bei drei verschiedenen Insektengruppen in niedrigeren und höheren Höhenlagen. Insekten wurden mit Nisthilfen gefangen, die während eines Zeitraums von 17 Monaten, der drei Trocken- und drei Regenzeiten umfasste, monatlich überprüft wurden. Die Insekten wurden nach ihren funktionalen Gilden eingeteilt. Alle Gruppen zeigten eine starke Saisonalität im Nestbau, die in niedrigeren Lagen höher war und dort zwischen den Gruppen stärker synchronisiert war. Die Saisonalität im Nestbau von Raupen- und Spinnen- jagenden Wespen war mit saisonalen Klimaschwankungen verbunden, während sie bei Bienen stark von der Verfügbarkeit von Blüten abhing, genauso wie die Überlebensrate und das Geschlechterverhältnis der Bienen von der Blütenmenge abhing. Die Anpassung an die Saisonalität der Umwelt könnte bedeuten, dass weitere Veränderungen der saisonalen Klimaschwankungen durch den Klimawandel einen Einfluss auf die lebensgeschichtlichen Merkmale tropischer Bergarten haben könnten. Kapitel 4 – Kryptische Arten und versteckte ökologische Wechselwirkungen bei Schmalbienen entlang eines Höhengradienten Starke Umweltgradienten, wie sie an Berghängen auftreten, stellen für Arten eine Herausforderung dar. Versteckte Anpassungen oder Interaktionen wurden in diesem Zusammenhang selten berücksichtigt. Als Modellorganismen haben wir Bienen der Gattung Lasioglossum verwendet, da Lasioglossum die einzige Bienengattung ist, die über den gesamten Höhengradienten am Kilimandscharo weit verbreitet ist. Wir fragten, ob und wie (a) kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHC), die als Barriere gegen Austrocknung wirken, sich in ihrer Zusammensetzung und Kettenlänge entlang von Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen verändern; (b) Lasioglossum Bienen ihre Pollennahrung mit wechselnder Ressourcenverfügbarkeit ändern; (c) Änderungen von Darm-Mikrobiota mit Pollennahrung und Klimabedingungen und Änderungen von Oberflächen-Mikrobiota mit CHC und Klimabedingungen zusammen hängen, und ob die Veränderungen eher durch den Wechsel von Lasioglossum Arten entlang des Höhengradienten beeinflusst werden. Wir fanden physiologische Anpassungen an das Klima in CHC, sowie Veränderungen in der Zusammensetzung von Pollennahrung und Mikrobiota, die auch miteinander korrelierten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass komplexe Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen abiotischen und biotischen Bedingungen die Artenzusammensetzung in einer Gemeinschaft bestimmen. Kapitel 5 – Allgemeine Diskussion Abiotische und biotische Faktoren förderten die Artenvielfalt, Eigenschaften und Wechselwirkungen von Arten und sie wirkten unterschiedlich, je nachdem, welche funktionelle Gruppe untersucht wurde und ob räumliche oder zeitliche Einheiten berücksichtigt worden sind. Es ist daher wahrscheinlich, dass im Lichte des globalen Wandels verschiedene Arten, Merkmale und Wechselwirkungen unterschiedlich betroffen sein werden. Darüber hinaus könnte eine zunehmende Landnutzungsintensität zusätzliche Auswirkungen oder Wechselwirkungen mit dem Klimawandel auf die Biodiversität haben, auch wenn die potenziellen Landnutzungseffekte am Kilimandscharo noch gering sind und bis jetzt die hohlraumnistenden Hautflüglern nicht beeinträchtigen. Weitere Studien sollten sich mit Nahrungsnetzwerken befassen, die empfindlichere Veränderungen aufzeigen könnten. Nisthilfen bieten dafür ein gutes Modellsystem, um die Auswirkungen des globalen Wandels auf mehreren trophischen Ebenen zu untersuchen, und können auch direkte Auswirkungen des Klimawandels auf ganze lebensgeschichtliche Merkmale aufzeigen, wenn sie unter verschiedenen mikroklimatischen Bedingungen etabliert werden. Die nicht einheitlichen Auswirkungen abiotischer und biotischer Bedingungen auf mehrere Aspekte der Biodiversität, die in dieser Studie gezeigt wurden, zeigen auch, dass die Untersuchung verschiedener Aspekte der Biodiversität ein umfassenderes Bild vermitteln kann als Einzelbetrachtungen. KW - land use KW - Landnutzung KW - climate change KW - bees KW - wasps KW - biodiversity KW - Klimawandel KW - Bienen KW - Wespen KW - Biodiversität Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-182922 ER - TY - JOUR A1 - Ziegler, Alice A1 - Meyer, Hanna A1 - Otte, Insa A1 - Peters, Marcell K. A1 - Appelhans, Tim A1 - Behler, Christina A1 - Böhning-Gaese, Katrin A1 - Classen, Alice A1 - Detsch, Florian A1 - Deckert, Jürgen A1 - Eardley, Connal D. A1 - Ferger, Stefan W. A1 - Fischer, Markus A1 - Gebert, Friederike A1 - Haas, Michael A1 - Helbig-Bonitz, Maria A1 - Hemp, Andreas A1 - Hemp, Claudia A1 - Kakengi, Victor A1 - Mayr, Antonia V. A1 - Ngereza, Christine A1 - Reudenbach, Christoph A1 - Röder, Juliane A1 - Rutten, Gemma A1 - Schellenberger Costa, David A1 - Schleuning, Matthias A1 - Ssymank, Axel A1 - Steffan-Dewenter, Ingolf A1 - Tardanico, Joseph A1 - Tschapka, Marco A1 - Vollstädt, Maximilian G. R. A1 - Wöllauer, Stephan A1 - Zhang, Jie A1 - Brandl, Roland A1 - Nauss, Thomas T1 - Potential of airborne LiDAR derived vegetation structure for the prediction of animal species richness at Mount Kilimanjaro JF - Remote Sensing N2 - The monitoring of species and functional diversity is of increasing relevance for the development of strategies for the conservation and management of biodiversity. Therefore, reliable estimates of the performance of monitoring techniques across taxa become important. Using a unique dataset, this study investigates the potential of airborne LiDAR-derived variables characterizing vegetation structure as predictors for animal species richness at the southern slopes of Mount Kilimanjaro. To disentangle the structural LiDAR information from co-factors related to elevational vegetation zones, LiDAR-based models were compared to the predictive power of elevation models. 17 taxa and 4 feeding guilds were modeled and the standardized study design allowed for a comparison across the assemblages. Results show that most taxa (14) and feeding guilds (3) can be predicted best by elevation with normalized RMSE values but only for three of those taxa and two of those feeding guilds the difference to other models is significant. Generally, modeling performances between different models vary only slightly for each assemblage. For the remaining, structural information at most showed little additional contribution to the performance. In summary, LiDAR observations can be used for animal species prediction. However, the effort and cost of aerial surveys are not always in proportion with the prediction quality, especially when the species distribution follows zonal patterns, and elevation information yields similar results. KW - biodiversity KW - species richness KW - LiDAR KW - elevation KW - partial least square regression KW - arthropods KW - birds KW - bats KW - predictive modeling Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262251 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Mayr, Antonia V. A1 - Keller, Alexander A1 - Peters, Marcell K. A1 - Grimmer, Gudrun A1 - Krischke, Beate A1 - Geyer, Mareen A1 - Schmitt, Thomas A1 - Steffan‐Dewenter, Ingolf T1 - Cryptic species and hidden ecological interactions of halictine bees along an elevational gradient JF - Ecology and Evolution N2 - Changes of abiotic and biotic conditions along elevational gradients represent serious challenges to organisms which may promote the turnover of species, traits and biotic interaction partners. Here, we used molecular methods to study cuticular hydrocarbon (CHC) profiles, biotic interactions and phylogenetic relationships of halictid bees of the genus Lasioglossum along a 2,900 m elevational gradient at Mt. Kilimanjaro, Tanzania. We detected a strong species turnover of morphologically indistinguishable taxa with phylogenetically clustered cryptic species at high elevations, changes in CHC profiles, pollen resource diversity, and a turnover in the gut and body surface microbiome of bees. At high elevations, increased proportions of saturated compounds in CHC profiles indicate physiological adaptations to prevent desiccation. More specialized diets with higher proportions of low‐quality Asteraceae pollen imply constraints in the availability of food resources. Interactive effects of climatic conditions on gut and surface microbiomes, CHC profiles, and pollen diet suggest complex feedbacks among abiotic conditions, ecological interactions, physiological adaptations, and phylogenetic constraints as drivers of halictid bee communities at Mt. Kilimanjaro. KW - COI KW - cuticular chemistry KW - elevational gradient KW - Halictidae KW - microbiome metabarcoding KW - pollen metabarcoding Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-238853 VL - 11 IS - 12 SP - 7700 EP - 7712 ER - TY - JOUR A1 - Mayr, Antonia V. A1 - Peters, Marcell K. A1 - Eardley, Connal D. A1 - Renner, Marion E. A1 - Röder, Juliane A1 - Steffan-Dewenter, Ingolf T1 - Climate and food resources shape species richness and trophic interactions of cavity-nesting Hymenoptera JF - Journal of Biogeography N2 - Aim: Temperature, food resources and top‐down regulation by antagonists are considered as major drivers of insect diversity, but their relative importance is poorly understood. Here, we used cavity‐nesting communities of bees, wasps and their antagonists to reveal the role of temperature, food resources, parasitism rate and land use as drivers of species richness at different trophic levels along a broad elevational gradient. Location: Mt. Kilimanjaro, Tanzania. Taxon: Cavity‐nesting Hymenoptera (Hymenoptera: Apidae, Colletidae, Megachilidae, Crabronidae, Sphecidae, Pompilidae, Vespidae). Methods: We established trap nests on 25 study sites that were distributed over similar large distances in terms of elevation along an elevational gradient from 866 to 1788 m a.s.l., including both natural and disturbed habitats. We quantified species richness and abundance of bees, wasps and antagonists, parasitism rates and flower or arthropod food resources. Data were analysed with generalized linear models within a multi‐model inference framework. Results: Elevational species richness patterns changed with trophic level from monotonically declining richness of bees to increasingly humped‐shaped patterns for caterpillar‐hunting wasps, spider‐hunting wasps and antagonists. Parasitism rates generally declined with elevation but were higher for wasps than for bees. Temperature was the most important predictor of both bee and wasp host richness patterns. Antagonist richness patterns were also well predicted by temperature, but in contrast to host richness patterns, additionally by resource abundance and diversity. The conversion of natural habitats through anthropogenic land use, which included biomass removal, agricultural inputs, vegetation structure and percentage of surrounding agricultural habitats, had no significant effects on bee and wasp communities. Main conclusions: Our study underpins the importance of temperature as a main driver of diversity gradients in ectothermic organisms and reveals the increasingly important role of food resources at higher trophic levels. Higher parasitism rates at higher trophic levels and at higher temperatures indicated that the relative importance of bottom‐up and top‐down drivers of species richness change across trophic levels and may respond differently to future climate change. KW - land-use change KW - species richness KW - trophic levels KW - wasps KW - feeding guilds KW - antagonists KW - bees KW - bottom‐up and top‐down control KW - elevational gradients Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208101 VL - 47 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Albrecht, Jörg A1 - Classen, Alice A1 - Vollstädt, Maximilian G.R. A1 - Mayr, Antonia A1 - Mollel, Neduvoto P. A1 - Schellenberger Costa, David A1 - Dulle, Hamadi I. A1 - Fischer, Markus A1 - Hemp, Andreas A1 - Howell, Kim M. A1 - Kleyer, Michael A1 - Nauss, Thomas A1 - Peters, Marcell K. A1 - Tschapka, Marco A1 - Steffan-Dewenter, Ingolf A1 - Böhning-Gaese, Katrin A1 - Schleuning, Matthias T1 - Plant and animal functional diversity drive mutualistic network assembly across an elevational gradient JF - Nature Communications N2 - Species' functional traits set the blueprint for pair-wise interactions in ecological networks. Yet, it is unknown to what extent the functional diversity of plant and animal communities controls network assembly along environmental gradients in real-world ecosystems. Here we address this question with a unique dataset of mutualistic bird-fruit, bird-flower and insect-flower interaction networks and associated functional traits of 200 plant and 282 animal species sampled along broad climate and land-use gradients on Mt. Kilimanjaro. We show that plant functional diversity is mainly limited by precipitation, while animal functional diversity is primarily limited by temperature. Furthermore, shifts in plant and animal functional diversity along the elevational gradient control the niche breadth and partitioning of the respective other trophic level. These findings reveal that climatic constraints on the functional diversity of either plants or animals determine the relative importance of bottom-up and top-down control in plant-animal interaction networks. KW - Traits-Environment Relationships KW - Species Traits KW - Ecological Networks KW - 4TH-Corner Problem KW - Multiple Traits KW - Bottom-up KW - Biodiversity KW - Community ecology KW - Ecological networks KW - Ecology KW - Ecosystem ecology Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221056 VL - 9 ER -