Vegetation thresholds for the occurrence of millipedes (Diplopoda) in different tropical forest types in Andasibe, Madagascar

Forest clearance, especially in the tropics, leads to habitat loss for many organisms including litter-dwelling arthropods. Among other invertebrates, millipedes (Diplopoda) provide important ecosystem services like decomposition and nutrient cycling in forest ecosystems. Despite their importance, little is known about litter invertebrates’ response to tropical forest degradation and their role in reforestation. The present article should rather be regarded as a review of millipedes’ occurrence in tropical forests with a pilot study from Madagascar, because the sample size is small and results need to be confirmed. This pilot study investigated the relationship between millipedes and vegetation characteristics in the eastern rainforests of Madagascar, in the region of Andasibe, parts of which are undergoing reforestation. Vegetation characteristics were measured in ten different forests encompassing different types: remnant rainforest, secondary forest, old Eucalyptus plantations, recently enriched with indigenous tree species, and degraded sites. Millipede species were searched by hand, identified and their occurrence in relation to the environmental characteristics was described.Vegetation characteristics differed between forest types. Old Eucalyptus plantations, secondary forest, and primary rainforest were associated with higher litter depth and more native millipede species than degraded sites and forests afforested with native tree species since 2007. Non-native millipedes occurred in all vegetation formations except the primary rainforest site and did not show any relationship with vegetation characteristics. In contrast, native millipedes’ occurrence was related to conditions associated with mature forest, such as high litter depth and high foliage cover. Logistic regression revealed a threshold of litter depth above which native millipedes are likely to occur. The results indicate that native millipedes are affected by forest degradation and are incompletely restored even when the afforested forest might approach the original state. Special care should be taken during reforestation efforts, as non-native soil arthropods can be introduced, completely replacing the indigenous biota. RésuméLes conséquences de la déforestation globale sont multiples. Pour la plupart des organismes, la déforestation est la cause principale de la destruction des habitats. Les arthropodes qui vivent sur le sol forestier ou dans le feuillage sont ainsi menacés, surtout dans les forêts tropicales. Ces organismes sont pourtant indispensables au maintien de la résilience de la forêt. Dans l’écosystème forestier, les millepattes et autres arthropodes sont très importants pour la mise à disposition de différents services écosystémiques, par exemple pour leur rôle dans le cycle des éléments nutritifs, la formation des sols et la décomposition. Malgré leur importance, peu d’informations sont disponibles sur la réaction des invertébrés suite à la dégradation des forêts et leur rôle dans la reforestation.Cette étude tient surtout lieu de révision de l’occurrence des millepattes dans les forêts tropicales avec une étude pilote menée à Madagascar, dans la mesure où l'échantillonnage est réduit et que les résultats restent partiels. Cette étude pilote analyse les relations entre les millepattes et les caractéristiques végétales dans les forêts de l’Est de Madagascar, dans la région d’Andasibe. Ces forêts sont très diverses et dix types de forêt ont été considérés, à savoir une forêt récemment dégradée et une forêt dégradée, une forêt dégradée et reboisée avec des espèces arborées indigènes en 2007, 2012 ou 2015, des plantations d’Eucalyptus abandonnées depuis 1930 ou 1909, deux forêts secondaires, une forêt primaire. Dans ces différents types de forêt, les caractéristiques de la végétation ont été enregistrées et des millepattes ont été récoltés à la main. Les espèces de millepattes ont été identifiées et leur occurrence ont été analysées par rapport aux caractéristiques de la végétation. Les vieilles plantations d’Eucalyptus et les forêts secondaire et primaire étaient caractérisées par une couche plus épaisse de feuilles et davantage d’espèces de millepattes indigènes par rapport aux forêts dégradée et replantée. Les espèces allogènes étaient présentes dans tous les types de forêt à l’exception de la forêt primaire. La présence de ces espèces n’était pas liée aux caractéristiques de la végétation. En revanche, l’occurrence des espèces indigènes était associée à des conditions qui sont caractéristiques des forêts matures, par exemple une couche de feuilles épaisse et une couverture foliaire dense. L’analyse de régression logistique a révélé une valeur seuil pour la hauteur de la couche de feuilles mortes. Au-delà de ce seuil, il est probable que les millepattes indigènes soient présents. L’étude a montré que les millepattes indigènes sont impactés par la déforestation et qu’ils ne sont pas facilement restaurés même si la restauration semble permettre à la forêt de se rapprocher de son état initial

Swarming behaviour and mass occurrences in the world’s largest giant pill-millipede species, Zoosphaerium neptunus, on Madagascar and its implication for conservation efforts (Diplopoda: Sphaerotheriida)

The first records of mass occurrences (swarming behaviour) in giant pill-millipedes, order Sphaerotheriida, are reported from Madagascar. Swarming behaviour in the order Sphaerotheriida seems to be restricted to a single of more than sixty described Malagasy species, Zoosphaerium neptunus (Butler, 1872), which is the world’s largest known giant pill-millipede. Rolled-up individuals can be up to the size of a baseball, tennis ball or small orange, but only females reach this giant size, males being smaller than a ping-pong ball. Nine occurrences of such Z. neptunus swarms were analyzed based on actual specimens, video or photographic evidence collected by other researchers, dating back as far as 1892. One additional swarm, comprising several thousand individuals was examined in detail, with 260 randomly collected specimens being dissected and measured. The findings highlight that the swarming behaviour in Z. neptunus differs from that of all other millipedes in two important details: (1) The individual swarm is restricted to specimens of a single related size (and presumably age) class; often only sexually immature individuals; (2) the swarming behaviour is obligate, most, if not all specimens of the species in a given area participate in such swarms; Z. neptunus specimens are rarely, if ever, not found in a swarm. Reasons behind such massing events in millipedes are currently little understood, but a potential explanation for the mass occurrences in Z. neptunus might be higher survival rate from predation in combination with a close sibling relationship between members of one swarm. The almost obligate swarming behaviour in the widespread Z. neptunus species might represent a conservation problem, since whole swarms, and therefore a whole generation in a given area, can be lost through anthropogenic interferences such as over-collecting for the pet trade, habitat fragmentation or road kills.RÉSUMÉIl est rare que l’Homme se retrouve au contact des myriapodes et plus rare encore que de cette rencontre naisse un antagonisme. On peut citer le cas du mille-pattes indien Xenobolus carnifex qui dégrade les toits et celui des essaimages de myriapodes qui entraînent souvent de graves problèmes dont le plus courant est l’invasion de maisons, voire de villages entiers. Ce comportement inhabituel est surtout mentionné pour l’Europe et les raisons de ce grégarisme chez les mille-pattes sont encore peu comprises. Certains pensent que ces rassemblements sont liés à la surpopulation ou qu’ils augmentent l’efficacité des défenses chimiques. Une des rares similitudes entre ces phénomènes est que les spécimens y participant sont adultes ou subadultes, jamais juvéniles. Cet article fait état de la première observation d’un regroupement en masse (comportement grégaire) chez les grands mille-pattes volveurs, ordre des Sphaerotheriida, à Madagascar. Au sein de cet ordre, le comportement grégaire semble se limiter à une seule espèce parmi plus de soixante espèces malgaches connues, Zoosphaerium neptunus (Butler, 1872), actuellement l’espèce la plus grande des mille-pattes volveurs connus. Enroulés, des spécimens peuvent atteindre la taille d’une balle de baseball, de tennis, ou d’une petite orange ; mais cela ne concerne que les femelles, les mâles étant plus petits qu’une balle de ping-pong. Notre étude se fonde sur l’analyse de neuf cas d’un tel grégarisme chez Z. neptunus, soit à partir d’observations directes, soit à partir de documents, notamment photographiques ou vidéo, recueillis par d’autres chercheurs, et ce aussi loin que 1892. Nous avons examiné en détail un essaim composé de plusieurs milliers de spécimens, dont 260 récoltés au hasard, disséqués et mesurés. Les résultats mettent en évidence que le comportement grégaire de Z. neptunus diffère de celui des autres mille - pattes sur deux points importants : (1) chaque essaim ne comporte que des spécimens de taille proche (et probablement d’un âge similaire), souvent exclusivement des spécimens immatures sexuellement ; (2) le comportement grégaire est obligatoire ; la plupart, si ce n’est tous les spécimens de l’espèce d’une zone donnée participent à ce genre d’essaimages, - Z. neptunus est rarement, sinon jamais, observé hors d’un essaim. On ignore les causes du grégarisme chez les mille-pattes, mais une explication possible du regroupement en masse chez Z. neptunus pourrait être un meilleur taux de survie face à la prédation en combinaison avec une relation fraternelle renforcée entre les membres d’un même essaim. Le comportement grégaire quasi-obligatoire chez le très répandu Z. neptunus pourrait compliquer sa préservation du fait que les interférences humaines telles que sa surexploitation à des fins commerciales, la fragmentation de son habitat ou le risque de mourir sur la route peuvent entraîner la perte d’essaims entiers, et donc de toute une génération dans une zone donnée

MODUS-COVID Bericht vom 21.08.2020

Reiserückkehrer können Infektionen nach Deutschland tragen. Wir betrachten dies in unserem agenten-basierten Modell. Wesentliches Resultat ist, dass der Infektionsimport in derzeitiger Höhe bei den derzeitigen Neuinfektionszahlen einen sehr deutlichen Beitrag leistet, und damit die Maßnahmen, um diesen zu reduzieren, durch die Simulation bestätigt werden. Sogenannten “Superspreading Events” werden immer mal wieder diskutiert. Wir zeigen erste Resultate des agenten-basierten Modells, dass in der Literatur diskutierte Verfahren, dies zu einer Verbesserung der Effizienz der Kontaktnachverfolgung zu nutzen, auch in den Simulationen anschlagen. Wir werden das weiter untersuchen. Um die Auswirkung der Kontaktnachverfolgung (Contact Tracing) besser analysieren zu können, haben wir unser vorhandenes mathematisches Modell in diesem Bereich verbessert. Auf Basis dieses erweiterten Modells können wir nun auch hier zeigen, dass eine stärkere Kontaktnachverfolgung eine Verringerung der Infektionsrate zur Folge hat.BMBF, 01KX2022A, MODUS-COVID: Modellgestützte Untersuchung von Schulschließungen und weiteren Maßnahmen zur Eindämmung von Covid-19 - Teilprojekt 1: Urbane und regionale Simulation auf Basis von datengestützten, synthetischen Bewegungsprofile

Experimental Demonstration of Frequency Autolocking an Optical Cavity Using a Time-Varying Kalman Filter

We propose and demonstrate a new autolocking scheme using a three-mirror ring cavity consisting of a linear quadratic regulator and a time-varying Kalman filter. Our technique does not require a frequency scan to acquire resonance. We utilize the singular perturbation method to simplify our system dynamics and to permit the application of linear control techniques. The error signal combined with the transmitted power is used to estimate the cavity detuning. This estimate is used by a linear time-varying Kalman filter which enables the implementation of an optimal controller. The experimental results validate the controller design, and we demonstrate improved robustness to disturbances and a faster locking time than a traditional proportional-integral controller. More important, the time-varying Kalman filtering approach automatically reacquires lock for large detunings, where the error signal leaves its linear capture range, a feat which linear time-invariant controllers cannot achieve. © 2016 American Physical Society

MODUS-COVID Bericht vom 11.09.2020

Als Reaktion auf die Vielzahl von Aussagen und Regeln bezüglich der Eindämmung von SARS-2, schlagen wir im Bericht vom 11.09.2020 eine systematische Einordnung dieser Regeln vor. Durch eine Art Baukastensystem lassen sich die Wirkungen von Maßnahmen überschlägig berechnen. Darüber hinaus halten wir fest, dass Infektionen in Schulen keinen besonders großen direkten Einfluss auf die Infektionsdynamik haben. Deutlicher Treiber des Infektionsgeschehens ist der Freizeitbereich. Obwohl es schwierig zu sein scheint, in diesem Bereich eine Infektionsreduzierung zu erzielen, muss es dennoch gelingen, um die Kontaktverfolgung nicht zu überfordern.BMBF, 01KX2022A, MODUS-COVID: Modellgestützte Untersuchung von Schulschließungen und weiteren Maßnahmen zur Eindämmung von Covid-19 - Teilprojekt 1: Urbane und regionale Simulation auf Basis von datengestützten, synthetischen Bewegungsprofile

Wirkungen möglicher Impfkampagnen im Herbst 2022

Wir betrachten mögliche Szenarien der Virusentwicklung für die nächsten Monate. Bleibt es bei einer Omikron-ähnlichen Variante, dann berechnet unser Modell eine Herbstwelle, welche nach den Sommerferien beginnt; die Belastung des Gesundheitssystems wird dabei laut Modell ähnlich sein wie derzeit. Sollte allerdings eine neue Immunflucht-Variante auftreten, richtet sich die Welle nach dem Zeitpunkt des Eintrags, unabhängig von der Saison. Sofern die Immunflucht-Variante bzgl. Krankheitsschwere so gefährlich wie die Delta-Variante ist, droht laut unserem Modell eine erneute Überlastung des Gesundheitssystems (vgl. Abschnitt 4). Unsere Simulationen ergeben, dass solche Wellen durch breite Impfkampagnen deutlich eingedämmt werden und die Belastung des Gesundheitssystems erheblich reduziert werden kann. Sollte allerdings eine neue Mutation auftreten, die so gefährlich wie die Delta-Variante ist, wird laut unseren Simulationen das Gesundheitssystem selbst mit einer solchen Impfkampagne sehr viel stärker als derzeit belastet. Wenn eine Überlastung des Gesundheitssystems verhindert werden soll, wären in diesem Szenario sehr deutliche weitere Gegenmaßnahmen nötig (vgl. Abschnitt 5 & 6).BMBF, 01KX2022A, MODUS-COVID: Modellgestützte Untersuchung von Schulschließungen und weiteren Maßnahmen zur Eindämmung von Covid-19 - Teilprojekt 1: Urbane und regionale Simulation auf Basis von datengestützten, synthetischen Bewegungsprofile

MODUS-COVID Bericht vom 04.12.2020

Wir haben Modelle für die Weihnachtszeit entwickelt, was sich jedoch als herausfordernde Aufgabe gestaltet, da nicht abgeschätzt werden kann, wie sich die Bevölkerung verhalten wird. Verhält sich die Bevölkerung in den zweiwöchigen Weihnachtsferien wie an normalen Wochenendtagen, steigen die Neuinfektionen und Krankenhauszahlen auf das 5-fache des derzeitigen Niveaus. Wir plädieren dafür, dass klargestellt wird, dass die jetzigen Regeln, die im Prinzip tägliche Treffen erlauben, auf keinen Fall ausgereizt werden sollten. Außerdem zeigen wir erste Ergebnisse unseres mathematischen Modells, welches für jedes Bundesland die Krankenhausbelastung für circa 4 Wochen vorhersagen kann.BMBF, 01KX2022A, MODUS-COVID: Modellgestützte Untersuchung von Schulschließungen und weiteren Maßnahmen zur Eindämmung von Covid-19 - Teilprojekt 1: Urbane und regionale Simulation auf Basis von datengestützten, synthetischen Bewegungsprofile

MODUS-COVID Bericht vom 23.10.2020

Im aktuellen Bericht an das BMBF geben wir zu bedenken, dass bei immer höheren Infektionszahlen der Anteil der Kontaktnachverfolgung durch deren Überlastung immer kleiner wird. Die von uns aufgelisteten Maßnahmen sind allerdings nur nützlich, wenn sie möglichst bald und in aller Deutlichkeit umgesetzt werden. Dazu gehören Einschränkungen im Freizeitbereich, wie Sperrstunden weit vor 23 Uhr und eine deutliche Aufstockung der Kapazitäten bei der Kontaktnachverfolgung. Des Weiteren erlauben unsere Modelle die Berechnung der individuellen Ansteckungswahrscheinlichkeiten sowie die Wirkungen verschiedener Maßnahmenkombinationen mit dem mathematischen Modell schnell zu schätzen, ohne das agentenbasierte Modell mit seinen langen Rechenzeiten zu bemühen.BMBF, 01KX2022A, MODUS-COVID: Modellgestützte Untersuchung von Schulschließungen und weiteren Maßnahmen zur Eindämmung von Covid-19 - Teilprojekt 1: Urbane und regionale Simulation auf Basis von datengestützten, synthetischen Bewegungsprofile

MODUS-COVID Bericht vom 13.11.2020

Laut unseren Vorhersagen bringen die seit dem 2. November geltenden Einschränkungen zwar das Infektionswachstum in die Nähe von null, sind aber nicht deutlich genug, um wieder zu niedrigen Infektionszahlen zu gelangen und die Kontaktnachverfolgung zu entlasten. Nur sehr restriktive Maßnahmen könnten die Infektionszahlen noch vor Weihnachten auf ein Niveau absenken, bei dem die Kontaktnachverfolgung wieder greift.BMBF, 01KX2022A, MODUS-COVID: Modellgestützte Untersuchung von Schulschließungen und weiteren Maßnahmen zur Eindämmung von Covid-19 - Teilprojekt 1: Urbane und regionale Simulation auf Basis von datengestützten, synthetischen Bewegungsprofile