In Nahrungsnetzen kontrollieren sowohl bottom-up (Ressourcen) als auch top-down Faktoren (Fraß durch höhere trophische Ebenen) die Biomasse intermediärer Stufen wie z. B. benthischer Algen (Periphyton). Die Wichtigkeit beider Mechanismen konnte gezeigt werden; allerdings scheint die Stärke der top-down Kontrolle in verschiedenen natürlichen Systemen stark zu variieren und die Faktoren, welche die Stärke der top-down Kontrolle bestimmen, sind bisher nur unzureichend verstanden. Die zentrale Hypothese dieses Projekts ist, dass die Stärke der top-down Kontrolle durch die Nahrungsqualität der Algen bestimmt wird, die ihrerseits durch die Allokation essentieller Ressourcen (wie Licht und Nährstoffe) beeinflusst wird. Insbesondere in räumlich gegliederten Gemeinschaften wie Periphyton zeigt die Nahrungsqualität eine große räumliche Heterogenität. Zusammen mit davon abhängigen dynamischen Verhaltensanpassungen der Herbivoren ist dies vermutlich besonders wichtig für die Kontrolle der Biomasseentwicklung des Periphytons, wenngleich diese Faktoren bisher nicht ausreichend untersucht wurden. In diesem Projekt untersuchen wir diese Hypothese auf verschiedenen Skalen und Komplexitätsstufen, sowohl in hochkontrollierten Laborexperimenten, als auch in freilandnahen Mesokosmosexperimenten. Dies umfasst die lokale, homogene Patchgröße, die komplexere Multi-Patch-Ebene mit räumlicher Heterogenität und der Möglichkeit zur Futterwahl für die Herbivoren bis hin zu hochkomplexen Szenarien unter Berücksichtigung von Wachstum und Migrationsverhalten der Herbivoren in Mesokosmosexperimenten. Auf diesen Komplexitätsstufen wird die Ressourcenverfügbarkeit (des limitierenden Nährstoffs P und Lichtenergie) experimentell manipuliert und die Kontrolle der Periphytonbiomasse durch Herbivorie auf zwei Wegen quantifiziert: a) als Biomasseflux zwischen Algen und Herbivoren und b) als Reduktion der Periphytonbiomasse durch Weidegänger im Vergleich zu konsumentenfreien Kontrollansätzen. Insgesamt wird dieses Projekt zeigen, welche Mechanismen die Stärke der top-down Kontrolle auf das Periphyton regulieren und wird dazu beitragen, die Kontrolle der Eutrophierung natürlicher Oberflächengewässer besser zu verstehen.
Schwankungen in der Verfügbarkeit von Licht und Nährstoffen im Phytoplankton führen zu Unterschiede in der Nährstoffstöchiometrie der Algen. Diese Variabilität wird weiter beeinflusst durch Wachstumsratender Algen. In den meisten Fällen führt schnelles Wachstum zu einem bestimmten optimalen Nährstoffgehalt in Algen, während Algen die langsamer wachsen eine viel größere Variabilität in Nährstoffzusammensetzung vorweisen. Diese Muster wurden bis jetzt vor allem auf Populationsebene nachgewiesen, und bis jetzt ist es unklar, ob dies auch gilt innerhalb von Populationen, zwischen einzelnen Algenzellen. So ist es eine offene Frage, ob der Zusammenhang zwischen Wachstumsrate und Nährstoff Stöchiometrie von Algen eine Populationsresponse oder auch eine Response einzelner Zellen ist. Zooplankton verzeichnet in der Regel eine deutlich konstantere Nährstoffstöchiometrie als Algen und damit ein stärkeres Maß an Homöostase. Verschiedene Lebensstadien der gleichen Spezies können jedoch völlig unterschiedliche Ernährungsbedürfnisse haben. Zum Beispiel haben die schnellere wachsende Nauplien in Copepoden, einen höheren Bedarf an Phosphor als ältere Stadien. Infolgedessen, hat eine von jüngeren Stadien dominierte Population eine unterschiedliche optimale Nahrung als wenn die Population von älteren Stadien dominiert wird. In dieser Studie werden wir prüfen ob Variation in Populationswachstum in Mikroalgen zu Änderungen in der Nährstoffstöchiometrie der Algen führt, sowohl zwischen Populationen als auch zwischen Individuen innerhalb von Populationen. Wir untersuchen dann den Effekt dieser durch unterschiedliche Wachstumsraten induzierten Veränderungen in Nährstoffzusammensetzung auf das Wachstum und die Dynamik der Weidegänger. Wenn die Variation in Nährstoffstöchiometrie mit langsamer Algenwachstum zunimmt, dann entsteht hier durch potentiell ein Gradient verschiedener Nahrungsqualitäten. Wir wissen, dass viele Herbivoren ihre Nahrung sehr selektiv zu sich nehmen. Also, wenn langsameres Wachstum ein breiteres Spektrum an verschiedenen Nährstoffstöchiometrie in den Algen als Konsequenz hat, entstehen hier durch potentiell mehrere Nischen für unterschiedliche Arten oder Lebensstadien. Im Idealfall würde im Falle der Copepoden, die Nauplien hohe P-Algen aus der Population aufnehmen, während die älteren Stadien selektiv die Algen fressen würden die mehr Stickstoff enthalten. So würde die Konkurrenz für eine Ressource eingeschränkt werden, da es innerhalb einer langsam wachsenden Population mehr als eine Ressource geben würde. Letztlich könnte dies bedeuten, dass Systeme mit langsamer wachsenden Primärproduzenten eine höhere Vielfalt von Sekundärproduzenzen aufrechterhalten könnte als jene in dem Algenwachstum höher ist.
Zielsetzung: Borstgrasrasen sind Hotspots der Pflanzen-, Insekten- und Vogeldiversität und durch die Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie auf EU-Ebene prioritär geschützt. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts sind Borstgrasrasen von massiven Umweltveränderungen betroffen. Hierzu zählen dramatische Flächenverluste und in den verbliebenen Lebensräumen darüber hinaus ein meist ungeeignetes Management, negative Auswirkungen des Klimawandels und die Eutrophierung durch Luftstickstoffeinträge. In Deutschland ist der Erhaltungszustand des Lebensraumtyps unzureichend bis schlecht und verschlechtert sich weiter. Großflächige Bestände von Borstgrasrasen sind heute nahezu nur noch im Südschwarzwald und der Rhön vorhanden. Im Gegensatz zu den traditionell gemähten Borstgrasrasen der Rhön, war die Beweidung mit Rindern die treibende Kraft für die Erhaltung der Bestände im Südschwarzwald. Bislang fehlen Konzepte zum nachhaltigen und biodiversitätsfördernden Management traditionell beweideter Borstgrasrasen in Zeiten des rasanten globalen Wandels, das nicht nur Pflanzen als Primärproduzenten, sondern auch phytophage Konsumenten, insektivore Konsumenten und Destruenten umfasst. Durch das hier beantragte Projekt und einen multitrophischen Ansatz sollen dieses Defizit behoben werden und die Grundlagen für eine Trendumkehr des Erhaltungszustands geschaffen werden. Das Projekt soll im Biosphärengebiet Schwarzwald durchgeführt werden. Das Projektgebiet ist nicht nur der bundesweite Verbreitungsschwerpunkt beweideter Borstgrasrasen, sondern auch Bestandteil des nationalen Biodiversitäts-Hotspots 'Hochschwarzwald mit Alb-Wutach-Gebiet'. Die betrachteten trophischen Ebenen umfassen Primärproduzenten (Gefäßpflanzen, Moose), zwei Konsumentengruppen (Heuschrecken und Brutvögel) und Destruenten (Dungkäfer). Basierend auf den Erkenntnissen der multitrophischen Studien sollen evidenz-basierte Handlungsempfehlungen zum nachhaltigen, biodiversitätsfördernden Management von Borstgrasrasen im Speziellen und Magerrasen im Allgemeinen in Zeiten des rasanten globalen Wandels formuliert werden.
Der Großteil der Primärproduktion in Seen erfolgt in der durchmischten Oberflächenschicht, deren Tiefe saisonal und geographisch stark variiert. Eine Verringerung der Tiefe dieser Schicht (=Durchmischungstiefe) erhöht die durchschnittliche Lichtversorgung des Phytoplanktons, und somit meist auch die spezifische Primärproduktion. Laborarbeiten zeigen, dass derart erhöhte Primärproduktion nicht immer in der Nahrungskette nach oben weitergegeben wird. Verbesserte Lichtversorgung verschiebt oft die elementare Zusammensetzung der Algenbiomasse in Richtung hoher C:P-Quoten, was die Futterqualität der Algen für das herbivore Zooplankton herabsetzt. Unter Laborbedingungen kann eine Erhöhung der Lichtversorgung sogar die paradoxal anmutende Verringerung der Zooplanktonproduktion bewirken. Unter welchen Umständen dieses Phänomen im Freiland auftreten kann ist gänzlich unerforscht. Wir beabsichtigen, die Einflüsse der Durchmischungstiefe auf die Dynamik von Zooplankton, Phytoplankton, Nährstoffen und Licht in kontrollierten Freilandexperimenten zu untersuchen. Besonders berücksichtigt werden dabei die modulierenden Einflüsse des Nährstoffgehaltes des Wassers. und von tagesperiodischen Wanderungen des Zooplanktons zwischen Oberflächen- und Tiefenwasser. Die Experimente orientieren sich an Voraussagen eines dynamischen Modells, welches im Laufe des Projektes weiterentwickelt werden soll. Da die Durchmischungstiefe klimatisch beeinflusst ist, können die gewonnenen Erkenntnisse zur Abschätzung der Folgen globaler Klimaveränderungen für den Stoff- und Energiehaushalt von Seen beitragen.
Sinnesleistungen spiegeln häufig Anpassungen an die ökologische Nische einer Spezies wider. Während es im visuellen und im auditorischen System zahlreiche Beispiele für solche evolutiven Adaptationen gibt, sind Nachweise über entsprechende Spezialisierungen der chemischen Sinne, zumindest bei Vertebraten, bislang rar. Daher ist es Ziel des geplanten Projektes, auf Verhaltensebene zu untersuchen, ob es auch beim Geruchs- und Geschmackssinn einen Zusammenhang zwischen dem sensorischen Leistungsspektrum einer Spezies und ihrer Lebensweise gibt. Angesichts der engen funktionellen Verknüpfung von Chemoperzeption und Ernährung sind solche Anpassungen gerade in diesem Kontext zu erwarten und sollen daher einen Schwerpunkt der Untersuchungen bilden. Nicht-menschliche Primaten sind - trotz ihres Nimbus als 'typische Augentiere' - für diese Fragestellung eine besonders gut geeignete Tiergruppe, da sie neben Nahrungsgeneralisten eine große Vielfalt von Nahrungsspezialisten umfassen. Durch einen vergleichenden Ansatz, der neben verschiedenen Primatenarten auch Kaninchen - als Prototyp eines herbivoren Säugetiers - einschließt, soll zudem geprüft werden, ob die ökologische Nische einer Spezies oder ob die Nähe ihrer stammesgeschichtlichen Verwandtschaft zu anderen Arten entscheidend für Parallelen bzw. Unterschiede in olfaktorischen und gustatorischen Sinnesleistungen ist.
Herbivore Insekten sind häufig mit einem artenreichen und spezialisierten Gegenspielerkomplex, vor allem Parasitoiden, assoziiert. Wechselbeziehungen zwischen herbivoren Insekten und den Parasitoiden sind gekennzeichnet durch hochspezialisierte Vermeidungsstrategien auf Seiten des Wirtes und entsprechende Verhaltensanpassung und optimierte Suchstrategien der Parasitoide zum Auffinden ihrer Wirte. Wirtspflanzenspezialisation bei herbivoren Insekten wird einerseits als Optimierung an die Nahrungsressource und andererseits als koevolutiver Wettlauf zwischen Wirt und Parasitoid verstanden. Am Beispiel eines weltweit verbreiteten und wichtigsten Kohlschädlings, der Kohlmotte Plutella xylostella L. (Diamondback Moth; DBM), bietet sich die seltene Möglichkeit, die oben genannten Hypothesen an einem konkretem Fall zu überprüfen. Die Kohlmotte hat, bisher noch lokal, eine Population aufgebaut, die von der bisherigen Wirtspflanzenspezialisierung (Arten der Familie Brassicaceae) abweicht und eine vollkommen neue Pflanzenfamilie (Erbsen) befällt. Anhand von Labor- und Freilandversuchen soll der Einfluss dieses Wirtspflanzenwechsels auf den Gegenspielerkomplex und die Effizienz der assoziierten Parasitoiden überprüft werden. Vergleichend sollen dazu Experimente zum Verhalten und der Fitness einer spezialisierten und einer weniger spezialisierten Parasitoidenart durchgeführt werden.
Nachtfalter stellen ein sehr artenreiches Segment der herbivoren Insekten in allen terrestrischen Ökosystemen dar. Durch die enge Verflechtung mit den Nahrungspflanzen ihrer Larven reagieren Nachtfalter empfindlich auf Veränderungen der Artenzusammensetzung und Struktur der Vegetation in ihren Habitaten. Zugleich lassen sich Nachtfalter durch Lichtfänge bzw. Anlockung mit Fruchtködern systematisch und standardisiert erfassen. Wir untersuchen an mehreren taxonomischen Gruppen (besonders Noctuoidea, Geometroidea, Pyraloidea) im Vergleich, wie stark sich die Artengemeinschaften der Nachtfalter in unterschiedlichen Waldökosystemen voneinander unterscheiden, welche Gruppen als Indikatoren besonders geeignet sind und ob sich die Nachtfalter-Taxozönosen temperater Ökosysteme von solchen tropischer Wälder grundlegend unterscheiden. Darüber hinaus benutzen wir die empirischen Daten aus den Aufsammlungen, um unterschiedliche Methoden der Quantifizierung von 'Biodiversität' zu evaluieren und methodische Standards für tierökologische Habitatbeurteilungen zu erarbeiten.
Die Bergwälder der Ostanden gehören zu den artenreichsten terrestrischen Ökosystemen der Erde, zugleich stehen sie unter immensem Nutzungsdruck (Abholzung, Umwandlung in Weideland). In einem multidiszilinären Ansatz aus Bio-, Geo-, Forst- und Agrarwissenschaften - von der Ebene des Organismus ausgehend bis hin zur Landschaftsebene - wollen wir an einem ausgewählten, für Forschungen zugänglichen ostandinen Bergwald in Südecuador ein solches Ökosystem, sowie seine gebietstypischen, durch menschliches Wirtschaften entstandenen Ersatzformationen beispielhaft analysieren. Dabei gilt es im ersten Schritt wichtige geowissenschaftliche und biologische Eigenschaften des Systems (Klima, Boden, Verfügbarkeit von Wasser und Nährelementen, Struktur und Artenzusammensetzung der Vegetation sowie Vorkommen und Vielfalt tierischer und pilzlicher Schlüsselorganismen: Pollinatoren, Samenverbreiter, Herbivore und Destruenten) zu erfassen. Im zweiten Schritt wird die Funktionsweise wichtiger Teilsystem erschlossen (Stoffflüsse zwischen wichtigen Kompartimenten, Dynamik und Regenrationspotentiale der Vegetation in Wechselwirkung mit der Fauna und den abiotischen Randbedingungen). Darauf aufbauend wollen wir drittens Optionen entwickeln bzw. überprüfen für eine nachhaltige Nutzung, Erhaltung und - soweit möglich - Rehabilitation des Waldes. Diese Erkenntnisse werden über das Untersuchungsgebiet hinaus für das ökosystemare Verständnis und Management tropischer Bergwälder von genereller Bedeutung.
Insektenkalamitäten können Menge und chemische Zusammensetzung von gelöster und partikulärer organischer Substanz (DOM, POM) innerhalb des Transfers zwischen Baumkronen und Boden verändern. Dies kann mikrobielle Aktivitäten in der Phyllosphäre und im Boden beeinflussen, was zu veränderten C und N Umsätzen führt. Projektziel ist, die C und N Verbindung zwischen Kronenraum und Boden in 60-jährigen Kiefernwäldern (Pinus silvestris L.) unter Insektenbefall zu untersuchen. Um die Hypothese zu testen, dass Massenvermehrung von herbivoren Insekten den C und N Umsatz in Kiefernwäldern steigert, wird (1) der Eintrag quantifiziert: DOM und POM Flüsse vom Kronenraum in den Boden, (2) Mechanismen bewertet: Effekte durch leicht- und schwerabbaubare Verbindungen in DOM und POM (Phenole, Lipide, Kohlenhydrate, Proteine, freie Aminosäuren) auf Kronen- und Bodenmikroorganismen (mikrobielle Biomasse, Enzymaktivitäten), sowie biogeochemische Prozesse (C-Mineralisierung) im Boden und (3) Konsequenzen quantifiziert: Treibhausgasemissionen (THG) und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) vom Boden. Veränderte C und N Pfade werden über neu entwickelte Algorithmen modelliert, um langfristige Auswirkungen auf ökosystemarer Ebene abzuschätzen. Damit wird der Kurzschluss zwischen erhöhter DOM und POM Produktion im Kronenraum durch Herbivore einerseits, mit C und N Einträgen im Boden und Umsatzprozesse andererseits analysiert und modelliert.
Artentstehung setzt die reproduktive Isolation von Populationen voraus. Die gängige Vorstellung für die Entstehung von Arten ist die allopatrische Speziation, bei der Populationen durch geographische Barrieren getrennt sind. Doch kann diese Vorstellung unseres Erachtens kaum den ungeheuren Artenreichtum erklären und ist besonders problematisch, wenn es gilt, die häufige Sympatrie nächstverwandter Insektenarten zu erklären. Die Theorie der sympatrischen Speziation schlägt vor, dass Wirtswechsel bei phytophagen Insekten mit einem Wechsel des Paarungsortes einhergehen und es so zur reproduktiven Isolation von Populationen kommen kann. Das bekannteste und am besten untersuchte Modellsystem hierfür ist die Artengruppe um die amerikanische Apfelfruchtfliege. Wir wollen anhand der Wirtsrassen der Kirschfruchtfliege auf Kirschen und Heckenkirschen (Lonicera xylosteum) sowie der postglazialen Nord- beziehungsweise Südrasse dieser Art überprüfen, ob bei dieser Fliege sympatrische Speziation oder Wirtskreiserweiterung vorliegt. Darüber hinaus wollen wir überprüfen, ob parallel zu den Fliegen auch bei deren Parasitoiden Speziationsereignisse stattfinden. Zunächst beginnen wir mit einem Vergleich sympatrischer Fliegenpopulationen, die von unserem Kooperationspartner Dr. Boller in der Schweiz bzw. von uns in Deutschland besammelt werden. Eine Isoenzymanalyse, bei der wir in Anlehnung an die Arbeiten unseres Kooperationspartners Prof. McPheron sämtliche Allozyme berücksichtigen, die bei der Apfelfruchtliege von diagnostischem Wert sind (und einige zusätzliche), soll Aufschluss über die lokale Populationsdifferenzierung durch Wirtsrassenbildung erbringen. Ein Vergleich mit der geografischen Isolation von Populationen gibt uns Auskunft über den Isolationseffekt der Wirtsrassenbildung.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 252 |
| Land | 22 |
| Wissenschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 2 |
| Förderprogramm | 243 |
| Text | 20 |
| unbekannt | 10 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 30 |
| offen | 244 |
| unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 253 |
| Englisch | 60 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 2 |
| Bild | 3 |
| Datei | 1 |
| Dokument | 16 |
| Keine | 173 |
| Webseite | 85 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 171 |
| Lebewesen und Lebensräume | 267 |
| Luft | 129 |
| Mensch und Umwelt | 274 |
| Wasser | 126 |
| Weitere | 275 |