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Comparative population genetic investigations on arthropods in disturbed open landscapes

By Mareike Güth

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden an zwei Insektenarten, dem Laufkäfer Calathus erratus (Sahlberg 1827) und dem Sandohrwurm Labidura riparia (Pallas 1773), Untersuchungen zur genetischen Diversität und Populationsstruktur durchgeführt, um Rückschlüsse auf die Entwicklung der genetischen Variabilität in gestörten und fragmentierten Landschaften zu ziehen. Auch Aussagen über das Besiedlungsgeschehen in der Lausitz wurden getroffen. Dabei wurden Calathus erratus-Individuen von 13 Untersuchungsstandorten in Bergbaufolgelandschaften und von ehemaligen Truppenübungsplätzen populationsgenetisch mittels Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) untersucht. Bei Labidura riparia erfolgten populationsgenetischen Untersuchungen an 21 Populationen. Hier wurden Sekundärhabitate (Bergbaufolgelandschaften, ehemalige Truppenübungsplätze und eine Kalihalde) sowie Primärhabitate (Ostseeküste, Binnendüne) beprobt. Als molekulares Markersystem kamen Mikrosatelliten zum Einsatz. Es wurde gezeigt, dass Insekten als Pionierbesiedler relativ schnell großflächige, gestörte Offenlandbereiche im Gebiet der Lausitz besiedeln können. Der Sukzessionstyp (Primär- oder Sekundärsukzession), sowie das Alter der Flächen seit Beendigung des Störungsvorganges, spielten dabei nur eine untergeordnete Rolle. Wichtig für den Besiedlungsprozess ist das Vorhandensein geeigneter Habitatbedingungen, welche besonders durch Standortfaktoren wie Vegetation und anderen strukturellen Komponenten beeinflusst werden. Bei beiden Arten, dem Laufkäfer Calathus erratus und dem Sandohrwurm Labidura riparia, wurden hohe Gen-Diversitäten und eine starke genetische Ähnlichkeit der Populationen auch über größere geographische Entfernungen hinweg festgestellt. Mit hoher Wahrscheinlichkeit fand bei beiden Untersuchungsarten im Gebiet der Lausitz kein einzelnes Besiedlungsereignis, sondern eine kontinuierliche Immigration von Individuen statt, bzw. findet immer noch statt. Flächen der Bergbaufolgelandschaften und der Truppenübungsplätze, auf denen die Arten rezent auftreten, können als Ausgangshabitate für die Kolonisation neuer Habitate in der Lausitz dienen. Beide Arten weisen eine hohe Mobilität auf. So waren alle untersuchten Sandohrwürmer geflügelt. Es ist von einem Flugvermögen auszugehen. Für die Laufkäferart Calathus erratus wurde ein hoher Anteil makropterer Individuen überwiegend auf jungen Untersuchungsflächen in der Bergbaufolgelandschaft nachgewiesen und damit ein aktiver Kolonisationsprozess dokumentiert. Weiterhin wiesen beide Arten eine geringe, auf eine räumliche Populationsstruktur zurückzuführende Populationsdifferenzierung auf. Bei Labidura riparia wurde, im Gegensatz zu Calathus erratus, eine räumliche Populationsstruktur festgestellt, die dem isolation-by-distance Modell folgte. Die Sandohrwurmpopulationen der Untersuchungsstandorte der Küste unterschieden sich genetisch von den Festlandspopulationen. Als Ausgangspunkt der Besiedlung der Bergbaufolgelandschaften diente mit hoher Wahrscheinlichkeit die Binnendüne bei Dömitz. Die Kolonisation der Offenstandorte der Lausitz durch Calathus erratus und Labidura riparia erfolgte auch aus umgebenden Habitaten. Bergbaufolgelandschaften und ehemalige Truppenübungsplätze verfügen über eine wichtige Habitatfunktion für Tierarten, die auf offene, sandige Habitate angewiesen sind. Diese Standorte sind besonders wegen ihrer Großflächigkeit als Refugialräume geeignet. Mit fortschreitender Sukzession wird sich der Anteil von Offenlandflächen in den Bergbaufolgelandschaften und auf Truppenübungsplätzen verringern. Während der Laufkäfer Calathus erratus durch sein breiteres Habitatspektrum auch im Bereich von Ruderalfluren eine hohe Überlebenswahrscheinlichkeit hat, ist der Sandohrwurm Labidura riparia auf bestehende natürliche Standorte und anthropogen geschaffene Sekundärstandorte angewiesen. Beide Insektenarten sind jedoch in der Lage, eventuell neu entstehende Habitate zu besiedeln.Within the framework of this thesis, I carried out molecular investigations of genetic variation and population structure of two insect species, the ground beetle Calathus erratus and the earwig Labidura riparia, to confirm the development of genetic variability in disturbed and fragmented landscapes. Also statements on colonisation of the insect species in Lusatia have been made. Investigations of population genetics of Calathus erratus were carried out on 13 sites in post-mining landscapes and former military training areas applying Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) method. In total, 21 populations of Labidura riparia were investigated. Populations from secondary habitats (post-mining landscape, former military training areas and a potassic heap) and primary habitats (coast of Baltic See, inland dune) were included. Microsatellites were used as a molecular marker system. It was demonstrated that insects quickly colonise large disturbed open-landscapes in Lusatia. Succession type (primary or secondary succession) and age of sampling sites (time since dumping) were of less importance for colonisation. On the other hand, suitable habitat conditions, for instance sparse vegetation and structural components, are important for the colonisation process. For the ground beetle Calathus erratus and the earwig Labidura riparia, high gene-diversity and low genetic differentiation among populations were found, also over larger geographical distances. For both species the data suggest that there was no single colonisation event, but continuous immigration of individuals. The post-mining landscape itself and former military training areas with current populations of the species can have served as sources for colonisation of new habitats in Lusatia. Both species are highly mobile. All sand-earwigs were winged, thus flight ability can be assumed. For beetle species Calathus erratus large proportions of macropterous individuals were found on young investigation sites in the post-mining landscape. Both species show only weak differentiation among the populations. In contrast to Calathus erratus in Labidura riparia an isolation-by-distance pattern was found. The earwig populations from coastal sites were genetically differentiated from mainland populations. Colonisation of post-mining landscape by Labidura riparia started obviously from an inland-dune near Dömitz. Colonisation of Lusatia by Calathus erratus and Labidura riparia took place from surrounding habitats. Post-mining landscapes and former military training areas are important habitats for species mainly restricted to open sandy landscapes. The significance of the habitats as refuge sites is especially due to the comparatively huge size of the landscape. With ongoing succession the amount of open land areas in post-mining landscapes and former military training areas will decrease, making the habitat unsuitable for these species. The ground beetle Calathus erratus is able to use also ruderal sites as habitats, the earwig Labidura riparia is reliant on natural and secondary sites created by man. However, both species are able to colonise new developing habitats

Topics: Niederlausitz, Gliederfüßer, Populationsgenetik, AFLP, ddc:570
Year: 2008
OAI identifier: oai:kobv.de-opus4-btu:408

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