Die Tagschmetterlings- und Widderchenfauna des Diemeltales im Wandel der letzten 150 Jahre

Die herausragende Bedeutung der Kalk-Halbtrockenrasen-Komplexe als Lebensraum für Tagfalter und Widderchen wird in Mitteleuropa von keinem anderen Habitattyp erreicht (vgl. EBERT & RENNWALD 1991a, b; KRATOCHWIL & SCHWABE 2001, VAN SWAAY 2002). Orchideenreiche Kalkmagerrasen zählen darüber hinaus gemäß der Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (FFH-RL; 92/43/EWG, DER RAT DER EUROPÄISCHEN GEMEINSCHAFTEN 1992) zu den europaweit prioritär zu schützenden Lebensraumtypen (vgl. SSYMANK et al. 1998, FARTMANN et al. 2001). Kalkmagerrasen haben im Diemeltal gegenwärtig noch eine Ausdehnung, wie sie sonst nahezu nur aus Süddeutschland bekannt ist (z. B. Schwäbische oder Fränkische Alb [vgl. QUINGER et al. 1994, BEINLICH & PLACHTER 1995, SCHUMACHER et al. 1995]). Zugleich stellt das Diemeltal das letzte größere und zusammenhängende Kalkmagerrasengebiet im Nordwesten Deutschlands dar (s. Abb. 1 in SCHUMACHER et al. 1995). Das Diemeltal ist bedingt durch die Großflächigkeit der Magerrasen und die Lage im Regenschatten des nach Westen vorgelagerten Eggegebirges bzw. Rheinischen Schiefergebirges, trotz der Lage im Norden Deutschlands, durch eine außergewöhnlich artenreiche Tagschmetterlings- und Widderchenfauna gekennzeichnet (RETZLAFF 1973, 1975; WEIGT 1982). Die Magerrasen-Komplexe des Diemeltales verdanken ihre Entstehung einer jahrhundertelangen Nutzung als Hudelandschaft (CURTZE 1850, SIEBERS 1911, BRÖKEL 1984, BREDER & SCHUBERT 1993, WILKE 1996). Für das Diemeltal ist wie für weite Teile Mitteleuropas ein dramatischer Rückgang der Magerrasenfläche in den letzten 150 Jahren zu beobachten (vgl. QUINGER et al. 1994, BEINLICH & PLACHTER 1995, WALLISDEVRIES et al. 2002). Die Hauptursachen für diese Verluste sind vor allem das Brachfallen und die Aufforstung der Kalk-Halbtrockenrasen (vgl. QUINGER et al. 1994, VAN SWAAY 2002, WALLISDEVRIES et al. 2002). Die zunehmende Fragmentierung der Kalkmagerrasen und die fehlende Nutzung haben einen gravierenden Rückgang vieler Tierarten zur Folge. Dies gilt in besonderer Weise für Tagschmetterlinge und Widderchen (vgl. BOURN & THOMAS 2002). Die Arten beider Tiergruppen sind durch eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Metapopulationsstruktur2 gekennzeichnet (C. D. THOMAS 1995, SETTELE & REINHARDT 1999) und somit in besonderer Weise von einer Verinselung der Habitate betroffen. Darüber hinaus ist ein hoher Anteil der Taxa auf frühe Sukzessionsstadien angewiesen, die aufgrund fehlender Störungen in den Magerrasen zunehmend verloren gehen (J. A. THOMAS 1993, THOMAS &MORRIS 1994, BOURN & THOMAS 2002). Aufbauend auf den Ergebnissen einer Dissertation über die Schmetterlingsgemeinschaften des Diemeltales (FARTMANN 2002, i. Dr.) soll nachfolgend ein Überblick über die Tagfalter- und Widderchenarten des Diemeltales sowie deren Wandel im Laufe der vergangenen 150 Jahre unter dem Einfluß sich verändernder Nutzungsformen und Klimabedingungen gegeben werden. Vor dem Hintergrund dieser historischen Analyse werden Vorschläge für das weitere Management aus schmetterlingskundlicher Sicht für das Diemeltal gemacht

Single molecule studies at the nanoscale: STED Fluorescence Fluctuation Spectroscopy in subdiffraction focal volumes

Fluoreszenzmikroskopische Verfahren werden in den Biowissenschaften routinemäßig zur Visualisierung und zur spektroskopischen Analyse von zellulären Abläufen verwendet. Spektroskopische Einzelmolekülmethoden, wie beispielsweise FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy) oder SMT (Single Molecule Tracking), erlauben es die Dynamik biologischer Prozesse auf der Ebene einzelner makromolekularer Komplexe mit hoher zeitlicher Auflösung zu betrachten. Aufgrund der nicht invasiven Natur der lichtmikroskopie ist es hierbei möglich die Untersuchungen, im Gegensatz zu elektronenmikroskopischen Verfahren, direkt in lebenden Zellen durchzuführen. Jedoch, durch das Beugungslimit optischer Verfahren bedingt, nicht mit hoher räumlicher Auflösung (>200 nm). In jüngster Zeit wurden einige hochauflösende Mikroskopieverfahren (z.B. STED, PALM, STORM) entwickelt, die diese Beschränkung der Fluoreszenzmikroskopie durch Nutzung photophysikalischer Eigenschaften der Fluoreszenzfarbstoffe umgehen. Die Kombination Spektroskopische Einzelmolekülmethoden mit hochauflösender STED - Mikroskopie ermöglicht es biologische Fragestellungen simultan mit hoher räumlicher und hoher zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Im ersten Teil meiner Arbeit charakterisiere ich die physikalischen Eigenschaften einer solchen Kombination von STED Mikroskop und FCS Methode und im zweiten Teil zeige ich wie man mit Hilfe dieser Methoden neue Einblicke in das dynamische Verhalten der Lipide in der Zellmembran gewinnen kann

Recent Developments in Fluorescence Correlation Spectroscopy for Diffusion Measurements in Planar Lipid Membranes

Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is a single molecule technique used mainly for determination of mobility and local concentration of molecules. This review describes the specific problems of FCS in planar systems and reviews the state of the art experimental approaches such as 2-focus, Z-scan or scanning FCS, which overcome most of the artefacts and limitations of standard FCS. We focus on diffusion measurements of lipids and proteins in planar lipid membranes and review the contributions of FCS to elucidating membrane dynamics and the factors influencing it, such as membrane composition, ionic strength, presence of membrane proteins or frictional coupling with solid support

Monitoring triplet state dynamics with fluorescence correlation spectroscopy: Bias and correction.

A marker's dark triplet state is of great importance in fluorescence microscopy: It serves as a means to switch off fluorescent markers and is thus the enabling element for several super-resolution methods. On the other hand, intersystem-crossing to the electronic dark triplet state strongly reduces the fluorescence yield in conventional fluorescence microscopy. The ability to determine the kinetic parameters of transitions into the triplet state is thus of great importance and because fluorescence correlation spectroscopy (FCS) can be applied without disturbing the system under study, it is one of the preferred methods to do so. However, conventional FCS observations of triplet dynamics suffer from bias due to the spatially inhomogeneous irradiance profile of the excitation laser. Herein, we present a novel method to correct this bias and verify it by analyzing both Monte Carlo simulated and experimental data of the organic dye Rhodamine 110 in aqueous solution for both continuous-wave and pulsed excitation. Importantly, our approach can be readily generalized to most other FCS experiments that determine intensity dependent kinetic parameters

Monitoring triplet state dynamics with fluorescence correlation spectroscopy: bias and correction.

A marker's dark triplet state is of great importance in fluorescence microscopy: It serves as a means to switch off fluorescent markers and is thus the enabling element for several super-resolution methods. On the other hand, intersystem-crossing to the electronic dark triplet state strongly reduces the fluorescence yield in conventional fluorescence microscopy. The ability to determine the kinetic parameters of transitions into the triplet state is thus of great importance and because fluorescence correlation spectroscopy (FCS) can be applied without disturbing the system under study, it is one of the preferred methods to do so. However, conventional FCS observations of triplet dynamics suffer from bias due to the spatially inhomogeneous irradiance profile of the excitation laser. Herein, we present a novel method to correct this bias and verify it by analyzing both Monte Carlo simulated and experimental data of the organic dye Rhodamine 110 in aqueous solution for both continuous-wave and pulsed excitation. Importantly, our approach can be readily generalized to most other FCS experiments that determine intensity dependent kinetic parameters

Fluorescence correlation spectroscopy with a total internal reflection fluorescence STED microscope (TIRF-STED-FCS).

We characterize a novel fluorescence microscope which combines the high spatial discrimination of a total internal reflection epi-fluorescence (epi-TIRF) microscope with that of stimulated emission depletion (STED) nanoscopy. This combination of high axial confinement and dynamic-active lateral spatial discrimination of the detected fluorescence emission promises imaging and spectroscopy of the structure and function of cell membranes at the macro-molecular scale. Following a full theoretical description of the sampling volume and the recording of images of fluorescent beads, we exemplify the performance and limitations of the TIRF-STED nanoscope with particular attention to the polarization state of the laser excitation light. We demonstrate fluorescence correlation spectroscopy (FCS) with the TIRF-STED nanoscope by observing the diffusion of dye molecules in aqueous solutions and of fluorescent lipid analogs in supported lipid bilayers in the presence of background signal. The nanoscope reduced the out-of-focus background signal. A lateral resolution down to 40-50 nm was attained which was ultimately limited by the low lateral signal-to-background ratio inherent to the confocal epi-TIRF scheme. Together with the estimated axial confinement of about 55 nm, our TIRF-STED nanoscope achieved an almost isotropic and less than 1 attoliter small all-optically induced measurement volume