Beeinflussen verschiedene Volatilenmuster die Wirtspflanzenwahl unterirdisch lebender Insekten?

Cockchafers of the genus Melolontha (Coleoptera: Scarabaeidae) can be severe pests in forestry, agriculture and horticulture. Gradation of the two most important species, the forest cockchafer M. hippocastani FABR. and the European cockchafer M. melolontha L., occurs currently in several parts of central Europe. Orientation behaviour of the adult beetles has been the focus of recent studies (REINECKE et al. 2002 a, b, 2005). However, especially the larvae are dreaded because their belowground damage is not visible directly after feeding. There are a lot of speculations about belowground living insects and their way of living, but until now there were not that many experimental investigations. A rather unknown topic is the orientation behaviour of soil living organisms, which is also subject of some publications (HORBER 1954, HAUSS & SCHÜTTE 1976, HASLER 1986, HIBBARD et al. 1994, JEWETT & BJOSTAD 1996, BERNKLAU & BJOSTAD 1998A, BERNKLAU & BJOSTAD 1998B, BERNKLAU et al. 2005).Zum besseren Verständnis der Orientierung und Fraßpräferenz von Maikäferlarven Melolontha hippocastani FABR. (Coleoptera: Scarabaeidae) im Boden wurden Wahltests durchgeführt. Den Larven von M. hippocastani wurden Karotten (Daucus carota ssp. sativus) und Eichenwurzeln (Quercus sp.) zur Auswahl angeboten. Die Duftstoffe von Karotte und Eichenwurzel wurden auf Aktivkohle gesammelt und mit Gaschromatographie – Massenspektroskopie untersucht (GC-MS). Unverletzte Karotten sowie Eichenwurzeln unterschieden sich in ihr n Volatilenmustern deutlich voneinander. Darüber hinaus konnten Unterschiede im Volatilenmuster unverletzter, mechanisch verletzter sowie angefressener Wurzeln nachgewiesen werden

Duftstoffe aus Holzalterungsprozessen als Infochemikalien für Trypodendron domesticum L. (Col., Scolytidae) und dessen Bedeutung innerhalb der Buchenkomplexkrankheit

Beginning in Belgium 1999, low mountain ranges of middle Europe were afflicted with the “European beech bark disease” (EBBD). It was first described by Hartig in 1878 as a complex disease where infestation of beech scale (Cryptococcus fagisuga; Hemiptera, Eriococcidae) is followed by fungal affection with Nectria coccinea and several white rot fungi. This often causes die back of mature beech trees, they tumble down and are colonised by woodbreeding beetles. Beside Belgium with 1 million cubic meter solid of beech wood (Fagus sylvatica); Luxembourg, France, and Southern Germany were affected in the last 6 years. In addition to known symptoms of EBBD, in all regions beech trees of an healthy appearance were surprisingly infested by the wood-breeding beetle Trypodendron domesticum. To understand mechanisms of this disease a chemo-ecological study was carried out, comparing the new phenomenon with the classical situation. A number of investigations of the involved beetles of the family of Scolytidae and Lymexylidae (BYERS 1992; KERCK 1976; KLIMETZEK 1984) suggest that the mechanisms of host-selection consist in the chemosensory differentiation of states of wood decay. The presence at the “border” between living and dying trees, T. domesticum turns out to be an interesting research object on xylobiont insects and physiological dying- and decaying-processes in trees. The underlying hypotheses of this work are: 1) Volatile organic compounds change successively during aging and decay of wood and characterise the most susceptible phase and breeding site for T. domesticum. 2) Volatiles released by trees afflicted by the new disease phenomenon are similar to volatiles of felled, susceptible deadwoodBeginnend im Jahr 1999 konnte eine unbekannte Variante der Buchenkomplexkrankheit in Beständen der Rotbuche (Fagus sylvatica) in Mittelgebirgsregionen beobachtet werden. Gesunde, hiebsreife Buchen wurden von dem bis dahin als klassisches Totholzinsekt zu bezeichnenden Buchennutzholzborkenkäfer (Trypodendron domesticum) befallen und starben vielfach ab. Oft konnten keinerlei Vorschädigungen beobachtet werden. Neben dem Interesse an dieser Art als Lagerholzschädling, gab dies Anlass zu einer chemoökologischen Studie des Wirtswahlverhaltens. Die Duftbouquets verschiedener Holzalterungsstadien unterschiedlicher Attraktivität an gefällten Buchen wurden gaschromatographisch analysiert und charakterisiert. Gleichzeitig wurde ihre Wahrnehmbarkeit über die Insektenantenne untersucht. Mit einem gekoppelten gaschromatographischen und elektroantennographischen Aufbau (GC-MS/EAD) fanden sich Hinweise auf 13 elektrophysiologisch aktive Substanzen, von denen 9 identifiziert werden konnten. Vergleichend wird die syntope Art Hylecoetus dermestoides L. (Col., Lymexylidae) betrachtet. Die identifizierten Duftstoffe sind verzweigte Alkohole, Aldehyde und Phenole. In Analysen zur Buchenkomplexkrankheit an stehenden, befallenen Bäumen fand sich nur eine der Substanzen wieder. Die Ähnlichkeiten und Unterschiede im Duftmuster stehender sowie gefällter Buchen werden diskutiert

Volatile organic compounds emitted from fungal-rotting beech (Fagus sylvatica)

Chemo-communication is an important mode of interaction within ecosystem. The living organism in the ecosystem can deliver signals to conspecifics, to co-organisms, and unintentionally to their enemies, by emitting the volatile organic compounds (VOCs) to the atmosphere. There are some insect-fungi-associations displaying interesting relationships. For example, some bark beetle species (PAINE et al. 1997) introduce fungi into the conifers during the attack process. Fungi take advantage by associating with the insect in transport to new trees and passage through the bark. Insects may get advantage by feeding on fungi and overcoming the tree defence. Questions arise how fungus vectoring insects can recognize the weakness of defense mechanism in the case to introduce the fungus to the host tree and successfully overcome the remaining defence mechanisms. The interspecific communication among insects, fungi and host trees are not completely clarified, but there was the evidence that a number of forest scolytids including species in the genera Scolytus, Dendroctonus, Hylurgops, Trypodendron and Tomicus can be attracted to the host volatile compounds (BYERS 1995).Holzzerstörende Insekten nutzen oft flüchtige Chemikalien, um geeignete Orte zum Fraß oder zur Eiablage zu finden. Diese Wechselbeziehung kann von volatilen Stoffen (volatile organic compounds, VOCs) beeinflusst werden, die nicht vom Holz selbst, sondern von holzbewohnenden Pilzen produziert werden. Die VOCs von Buchenholz (Fagus sylvatica), das mit einem der Pilze Trametes versicolor, Poria placenta oder Gloephyllum trabeum inokuliert wurde, konnten mittels SPME (85 μm Carboxen™ / PDMS StableFlex™) gesammelt und mit GC-MS analysiert werden. Hauptsächlich wurden Stoffe aus drei Gruppen von chemischen Verbindungen nachgewiesen: Aliphatische Verbindungen (C5-C8), Monoterpene und Sesquiterpene. In Proben von G. trabeum waren Sesquiterpene (insbesondere Protoillud-6-en) die am häufigsten emittierte Stoffgruppe. In geringen Mengen wurde 1-Octen-3-ol und 3-Octanon nachgewiesen. Die typischen Sesquiterpene für T. versicolor waren α- und β-Barbaten. Die C8-Verbindungen 1-Octen-3-ol, 3-Octanon und 3-Octanol wurden in hohen Mengen gefunden. Zudem konnte 3-methyl-1-butanol nachgewiesen werden. In Proben von P. placanta wurden vergleichsweise geringe Mengen von VOCs gefunden, wobei eine spezifische Emission des Sesquiterpens Daucen festgestellt wurde. Zudem wurden hohe Mengen von 1-Octen-3-ol, 3-Octanon und 3-Octanol nachgewiesen. Die C8-Verbindungen 1-Octen-3-ol, 3-Octanon und 3-Octanol, die insbesondere von T. versicolor und P. placenta emittiert werden, sind typische Pilz-Volatile. Sie können nicht nur von spezialisierten fungivoren Insekten wahrgenommen werden, sondern auch von einer Vielzahl anderer Insekten, z.B. Kartoffelkäfer und Borkenkäfer. Wahrscheinlich nutzen viele Insekten diese Stoffe, um die Anwesenheit von Pilzen zu detektieren

Mikroorganismen an Aesculus hippocastanum – olfaktorische Perspektive von Cameraria ohridella (Deschka & Dimic)

Since the 80s, the popular park- and city tree Aesculus hippocastanum has been infested with the leaf miner Cameraria ohridella (DESCHKA & DIMIC 1986). Additionally, the pathogenic fungi Guignardia aesculi causes leaf blotch disease and Erysiphe flexuosa causes powdery mildew on horse chestnuts. Often, all three diseases occur in parallel at the same leaves leading to a situation of competition. Moreover, recently some endophytic fungi were isolated from the leaf tissue of A. hippocastanum. In the present study, the volatile interaction between three trophic levels plant, insect, and fungi are discussed.Mikroorganismen an Aesculus hippocastanum – olfaktorische Perspektive von Cameraria ohridella (Deschka & Dimic) Seit den 80er Jahren wird die Gemeine Rosskastanie Aesculus hippocastanum durch den Minierer Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) befallen. Außerdem wird die Rosskastanie durch den Blattbräunepilz Guignardia aesculi und den Mehltau Erysiphe flexuosa attackiert. Oft treten alle drei Organismen parallel am gleichen Blatt auf. Weiterhin konnten endophytische Pilze aus dem Blattgewebe isoliert werden. Im vorliegenden Beitrag wird die volatile Interaktion zwischen Pflanze, Mikroorganismen und Insekt diskutiert. Mit Hilfe der Gaschromatographie und gekoppelter Massenspektroskopie (GC-MS) wurden Duftproben gesunder und mit den pathogenen Pilzen G. aesculi und E. flexuosa gleichzeitig infizierter Blätter der Rosskastanie analysiert. Identifizierte Komponenten wurden elektrophysiologisch (EAG) an der Insektenantenne und in Verhaltensversuchen getestet. Mit den pathogenen Pilzen befallene Rosskastanienblätter geben 1-Octen-3-ol, 3-Octanon, ein Derivat von 2(5H)-Furanon, Nonanal und Decanal ab. C. ohridella war in der Lage, diese Substanzen zu detektieren. In Zweifachwahltests mit gesunden A. hippocastanum Zweigen reagierten Weibchen mit reduzierter Eiablage auf die Applikation von 1-Octen-3-ol, 3-Octanon, 2(5H)-Furanon und Decanal im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. Es ist bekannt, dass 1-Octen-3-ol und 3-Octanon von Pilzen selber emittiert werden. Nonanal und Decanal werden von Zellen, die nach Penetration durch Pilzhyphen unter oxidativem Stress stehen, produziert. Die Derivate von 2(5H)-Furanon wirken antimikrobiell und können auf einen Schutzmechanismus der Pflanze oder auf einen Konkurrenzmechanismus von Mikroorganismen um denselben Lebensraum hinweisen. Eine mögliche Erklärung wäre, dass diese Substanz von Endophyten zur Verteidigung des sie umgebenden Blattgewebes gegen die pathogenen Pilze produziert wird

Dynamics and stability of self-organized atomic crystals in optical cavities

This work deals with the theory of atoms coupled to the quantum light field of an optical resonator and driven by lasers. The studies address a regime where, above a critical value of the laser intensity, the atoms spontaneously form regular spatial structures, stabilized by the mechanical effects of the light. A systematic description of the dynamics leading to self-organized patterns is provided in the semiclassical limit, whereas the resonator field is treated as a quantum variable. The equilibrium and out-of-equilibrium properties are determined, the experimental observables are characterised. It is shown that these systems constitute a formidable platform to study criticality in driven-dissipative systems characterized by long-range interactions, which here arise from multiple photon scattering between the atoms. Applications for large atomic samples at ultralow temperatures are discussed in the context of ongoing experiments.Diese Arbeit befasst sich mit der Theorie von Atomen, die an das Quantenlichtfeld eines optischen Resonators koppeln und durch Laser getrieben werden. Die Untersuchungen behandeln einen Bereich, in dem die Atome oberhalb eines kritischen Wertes der Laserintensität spontan regelmäßige räumliche Strukturen bilden, die durch die mechanischen Effekte des Lichtes stabilisiert werden. Die Dynamik, die zu selbstorganisierten Mustern führt, wird systematisch und im semiklassischen Grenzfall beschrieben, wohingegen das Resonatorfeld als Quantenvariable behandelt wird. Die Eigenschaften im Gleichgewicht und außerhalb des Gleichgewichtes werden untersucht, die experimentellen Observablen werden charakterisiert. Es wird gezeigt, dass diese Systeme eine eindrucksvolle Plattform bilden, um Kritikalität in getriebenen dissipativen Systemen mit langreichweitigen Wechselwirkungen zu untersuchen, die in diesem Fall durch mehrfache Photonenstreuung zwischen den Atomen hervorgerufen werden. Die Anwendbarkeit auf eine große Anzahl an Atomen bei ultrakalten Temperaturen wird im Kontext andauernder Experimente diskutiert

Wahrnehmung von Wirtsdüften durch Forstschädlinge : Vergleich zwischen einem Holzbrüter und einem Rindenbrüter

The blue pine wood borer (Phaenops cyanea) and the black pine sawyer beetle (Monochamus galloprovincialis) (Fig. 1) both are pests of the white pine (Pinus silvestris) and other Pinus species. Both insects have nearly the same demands regarding their breeding site. Larval development requires a fresh, unwilted inner bark. An infestation occurs on freshly cut trees or on trees suffering from stress (e.g. after dry seasons, loss of needles caused by feeding caterpillars or damage by forest fires). Phaenops cyanea detects susceptible pines by their volatile emissions (SCHÜTZ et al. 2004) and is able to infest the trees already at a low stress level. During feeding the larvae avoid the resin ducts of the tree and thus evade the oleoresin defence. The beetle is endemic in Europe and – under favourable climatic conditions – can cause substantial damage to pine forests. It is the most significant bark-breeding beetle of white pine in the lowlands of north-eastern Germany. Monochamus galloprovincialis is found in Europe and northern Africa. The larvae tend to a more copious feeding which makes them more susceptible to the oleoresin defence of the tree. Thus, M. galloprovincialis prefers trees that are weakened by a higher degree of stress. The economic damage caused by feeding of thebeetle is low. However, the beetle has gained a special attention of forest scientists because of its association with the nematode Bursaphelenchus xylophilus which is causing the pine wilt disease (PWD) in Pinus. The only outbreak of the PWD within Europe is limited to an area of 258.000 ha in Portugal. (MOTA et al. 1999).Die Forstschädlinge Phaenops cyanea (Coleoptera: Buprestidae) und Monochamus galloprovincialis (Coleoptera: Cerambycidae) befallen beide Kiefern (Pinus sylvestris), die geschwächt sind, z.B. durch Wasser-Stress. Die Larven von P. cyanea entwickeln sich in oder unter der Rinde, während Larven von M. galloprovincialis nach einem Fraß im Kambium des befallenen Baumes auch tief in das Holz eindringen. P. cyanea befällt bereits Bäume, die nur einem geringen Stress ausgesetzt waren, während M. galloprovincialis Bäume bevorzugt, die erheblich geschwächt oder bereits tot sind. Die vorliegende Studie soll anhand elektrophysiologischer Experimente untersuchen, welchen olfaktorischen Hinweisen die beiden Insekten bei ihrer Suche nach einem geeigneten Eiablageplatz folgen. Duftstoffe von Pinus sylvestris wurden auf Aktivkohle gesammelt und mit Gaschromatographie, Massenspektroskopie und Elektroantennographie untersucht (GC-MS/ EAD). Die stärksten Signale von P. cyanea traten im Retentionsindex-Bereich von 936 (α-Pinen) bis 1200 auf, wobei insbesondere bizyklische Terpene und Terpenoide wie α-Pinen, β-Pinen, 1,8-Cineol und trans- Verbenol detektiert wurden. M. galloprovincialis reagierte auf einen weiteren Bereich von Stoffen, ebenfalls beginnend mit α-Pinen, bis hin zu Stoffen mit einem Retentionsindex von ca. 1300. Es scheint eine spezifische Empfindlichkeit für monozyklische und azyklische Terpene und Terpenoide vorzuliegen, insbesondere für γ-Terpinen, Terpinolen, β-Myrcen und p-Cymen

Der Einfluss von Blütenduftstoffen auf die Oviposition der Rosskastanienminiermotte Cameraria ohridella

The larval stages of Cameraria ohridella develop mining in leaves of the horse chestnut tree Aesculus hippocastanum. The insect establishes three generations in Central Europe. During the appearance of the first generation the horse chestnut trees bloom. Further on, parallel to the flying time of all generations other plant species bloom. The olfactory detection of flower odour compounds and the influence on oviposition of C. ohridella were examined using trace analytical and electrophysiological methods as well as bioassays.Die Larven von Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) entwickeln sich als Minierer in den Blättern der gemeinen Rosskastanie, Aesculus hippocastanum. In Mitteleuropa können drei Faltergenerationen ausgebildet werden, wobei die erste während der Blütezeit der Wirtspflanze A. hippocastanum fliegt. Der Schmetterlingsstrauch Buddleja davidii blüht von Sommer bis Herbst während der Flugzeit der zweiten und dritten Generation. Die großen Blütenstände locken zahlreiche Insekten an, die den Nektar als Nahrung nutzen. Mit Hilfe von Spurenanalytischen und elektrophysiologischen Methoden (GC-MS, EAG) sowie Verhaltensversuchen wurde der Einfluss von Blütendüften auf die Oviposition der Rosskastanienminiermotte untersucht. Der Blütenduft von A. hippocastanum und B. davidii unterschied sich in der Komposition emittierter Komponenten. C. ohridella war in der Lage, Blütendüfte zu detektieren. Die untersuchten Blütenduftstoffkomponenten beeinflussten die Oviposition der Miniermotten. Benzaldehyd, Linalool und (E)-β-Caryophyllen wurden von Rosskastanienblüten emittiert und steigerten die Oviposition auf den Blättern. Benzylalkohol wurde nicht von der Rosskastanie abgegeben und reduzierte im Gegensatz zu den anderen Duftstoffkomponenten die Eiablage. Der Blütenduft der Rosskastanie kann Faltern der ersten Generation bei der Wirtspflanzensuche helfen. In Zweifachwahltests mit getopften Rosskastaniensämlingen und blühendem Sommerflieder wurden die Blätter der Wirtspflanze bei der Eiablage bevorzugt. Aber auch auf den Blättern des Sommerflieders konnten abgelegte Eier gezählt werden. Bei alleinigem Angebot (Einfachwahltest) stieg die Anzahl der abgelegten Eier auf dem blühenden Sommerflieder. Falter der dritten Generation, die im Herbst auf eine starke Blattverbräunung der Wirtspflanze A. hippocastanum durch Minierfraß treffen und dort keine grünen Blattbereiche mehr finden, suchen auf anderen Wirtspflanzen einen geeigneten Eiablageplatz. Dabei können Blütenduftstoffkomponenten die Oviposition der Motten beeinflussen