Functional diversity of Hymenoptera along a gradient of agroforestry management in Indonesia

Die Rodungsrate von Primärregenwäldern aufgrund der Ausdehnung landwirtschaftlicher Nutzflächen ist in Südostasien höher als in anderen tropischen Regionen der Erde. Der Verlust tropischer Wälder gilt als Hauptursache für die Bedrohung globaler Biodiversität, da 50-90 % aller Arten weltweit in tropischen Wäldern vermutet werden. Daher erlangen anthropogen beeinflusste Landschaften und Agroforstsysteme immer mehr Bedeutung zur Bewahrung der globalen Biodiversität. Biodiversität beeinflusst die Intensität von Ökosystemfunktionen, wobei komplementäre Ressourcennutzung durch unterschiedliche Arten ein wesentlicher Mechanismus ist. Hohe Bestäuberleistung ist eine entscheidende Voraussetzung für zahlreiche Ökosystemfunktionen, wie zum Beispiel Nahrungsmittelproduktion, deren Grundlage ein möglichst hohes Pflanzenwachstum ist. Insbesondere den Bestäubern kommt dadurch eine besondere Bedeutung für die Befriedigung menschlicher Bedürfnisse zu. Global wichtige Agroforstsysteme umfasse! n unter anderem Kaffee (Coffea sp. L.) und Kakao (Theobroma cacao L.), zwei ökonomisch wichtige Kulturpflanzen, die traditionell unter eine Krone von Schattenbäumen angepflanzt werden und deren Fruchtansatz von hoher Bestäuberleistung abhängig ist. Aufgrund der hohen Vielfalt an gepflanzten Schatten- und Fruchtbäumen entsprechen Agroforstsysteme am ehesten Primärwäldern und stellen ein kaum erforschtes Ersatzhabitat für zahlreiche tropische Waldarten dar.  Mein Ziel war es, die Bedeutung von landwirtschaftlich genutzten Systemen für den Erhalt verschiedener Hymenopteren (u.a. biologische Schädlingsbekämpfer und Bestäuber) abzuschätzen. Ich analysierte einen Landnutzungsgradienten in einem tropischen Waldgebiet von Primärregenwäldern und Agroforstsystemen die sich hinsichtlich ihrer Schattenbaumvielfalt unterschieden, bis hin zu offenem Grasland und Brachen. Ich bewertete die relative Bedeutung unterschiedlicher Höhenstufen innerhalb der Primärwälder und Agroforstsysteme mit Hilfe von Nisthilfen. Nisthilfen bieten eine standardisierte Erfassungsmöglichkeit für verschiedene Gilden von Hymenopteren und deren Gegenspielern, die überirdisch Nester anlegen. Des Weiteren untersuchte ich den Zusammenhang zwischen Bestäubervielfalt sowie Habitatqualität und Ertrag. In diesem Zusammenhang wurden auch artspezifische Unterschiede in der Ressourcennutzung erfasst, welche eine Erklärung für den positiven Effekt hoher Artenvielfalt auf den Ertrag lieferten. Ein weiterer Teil meiner Arbeit war der Beitrag, den Agroforstsysteme für den Erhalt hoher Dichten einer Schädlinge reduzierenden Wespenart über den Zeitraum eines Jahres liefern können. Die Untersuchungen fanden in Zentralsulawesi (Indonesien) in der Umgebung des Dorfes Toro, welches in der Randzone eines tropischen Primärwaldes (Lore Lindu National Park) gelegen ist, statt.  Die Ergebnisse zeigen, dass sich die absolute Artenzahl im Unterwuchs mit steigender Landnutzungsintensität erhöhte und im Offenland maximale Werte erreichte. Durch statistische Schätzfunktionen und die so genannte ‚additive partitioning’ Methode, erwiesen sich jedoch Agroforstsysteme aufgrund der hohen Bewirtschaftungsvielfalt in der Region als artenreicher verglichen mit Primärwald und Offenland. Agroforstsysteme bieten eine höhere floristische Vielfalt im Unterwuchs als Primärwälder und bessere Nistmöglichkeiten für Höhlenbrüter als offene Habitate.  Der Kronenbereich von Primärregenwäldern erwies sich als weitaus wichtiger für Nisthilfe besiedelnde Bienen und Wespen als der Unterwuchs. Dieses Verteilungsmuster kehrte sich mit zunehmender Intensivierung in den Agroforstsystemen um, sodass in den am intensivsten genutzten Flächen der Unterwuchs am artenreichsten war. Die Verfügbarkeit von Nahrungsressourcen, sowie das Mikroklima scheinen den Kronenbereich in Primärwäldern für die meisten Arten zu einem günstigeren Lebensraum zu machen und können dazu führen, dass die Artenvielfalt unzureichend erfasst wird, wenn ausschließlich der Unterwuchs beprobt wird. Zusätzlich zeigten Agroforstsysteme eine erhöhte beta Diversität zwischen den Untersuchungsflächen, aufgrund einer vielfältigen Landnutzung. Dies verdeutlicht, dass Landnutzung auf regionaler Skalenebene einen wesentlichen Beitrag zum Erhalt einer hohen Artenvielfalt liefern kann.  Ich verwendete standardisierte Kürbispflanzungen in unterschiedlichen Habitattypen, um den Effekt von Bestäubervielfalt auf den Ertrag abzuschätzen. Die bestäubenden Bienen zeigten artspezifische Unterschiede hinsichtlich des Blütenbesuchs, wie Höhe, Zeit und mit der Körpergröße assoziierte Verhaltensweisen während des Blütenbesuchs. Diese Untersuchung liefert erste empirische Belege eines Zusammenhangs zwischen raum-zeitlicher sowie Verhaltenskomplementarität hinsichtlich der Ressourcennutzung einer Bestäubergemeinschaft und daraus resultierender Ertragssteigerung. Außerdem zeige ich, dass die Wildbienengemeinschaft in Abwesenheit imkerlich bewirtschafteter Bienenvölker in der Lage ist, die volle Bestäubungsleistung aufrechtzuerhalten.  Unter Verwendung der häufig vorkommenden Wespenart Rhynchium haemorrhoidale (F.) (Eumenidae, Hymenoptera), zeige ich, dass Agroforstsysteme hohe Dichten eines Schädlingsbekämpfers, selbst bei intensiver Landnutzung aufrechterhalten können. Tropische Regionen erfahren geringere saisonale Klimaschwankungen zwischen den Jahreszeiten verglichen mit gemäßigten Zonen. Trotzdem konnte ich für R. haemorrhoidale starke saisonale Änderungen hinsichtlich der Dichte und Körpergrößer aufgrund einer Kombination von Einflüssen (z.B. Klima, Nahrungsangebot, Parasitierung) feststellen. Diese Schwankungen sind unabhängig vom untersuchten Habitattyp. Zusammenfassend können Agroforstsysteme einen entscheidenden Beitrag zum Erhalt der Bestäubervielfalt im Unterwuchs und hoher Dichten biologischer Schädlingsbekämpfer spielen. Die Bedeutung des Kronenbereichs für die Artenvielfalt nimmt jedoch mit zunehmender Landnutzungsintensität ab und ist in Primärwäldern besonders wichtig. Weiterhin konnte ich zeigen, dass die Ökosystemfunktion Bestäubung und somit der Ertrag stark von der funktionellen Vielfalt an Bestäubern abhängt. Geringe Landnutzungsintensität und ein komplexer Kronenbereich der Schattenbäume scheinen die lokale und regionale Hymenopterenvielfalt zu erhöhen und dadurch wichtige Ökosystemfunktionen zu entscheidend zu befördern. Meine Ergebnisse verdeutlichen wie bedeutsam es ist, Landnutzungssysteme in Landschaftsschutzkonzepten zu berücksichtigen

Human interactions with tropical environments over the last 14,000 years at Iho Eleru, Nigeria

The Ihò Eléérú (or Iho Eleru) rock shelter, located in Southwest Nigeria, is the only site from which Pleistocene-age hominin fossils have been recovered in western Africa. Excavations at Iho Eleru revealed regular human occupations ranging from the Later Stone Age (LSA) to the present day. Here, we present chronometric, archaeobotanical, and paleoenvironmental findings, which include the taxonomic, taphonomic, and isotopic analyses of what is the only Pleistocene faunal assemblage documented in western Africa. Our results indicate that the local landscape surrounding Iho Eleru, although situated within a regional open-canopy biome, was forested throughout the past human occupation of the site. At a regional scale, a shift from forest- to savanna-dominated ecotonal environment occurred during a mid-Holocene warm event 6,000 years ago, with a subsequent modern reforestation of the landscape. Locally, no environmental shift was observable, placing Iho Eleru in a persistent forested “island” during the period of occupation

Tuning the Morphological Appearance of Iron(III) Fumarate: Impact on Material Characteristics and Biocompatibility

Iron(III) fumarate materials are well suited for biomedical applications as they feature biocompatible building blocks, porosity, chemical functionalizability, and magnetic resonance imaging (MRI) activity. The synthesis of these materials however is difficult to control, and it has been challenging to produce monodisperse particle sizes and morphologies that are required in medical use. Here, we report the optimization of iron(III) fumarate nano- and microparticle synthesis by surfactant-free methods, including room temperature, solvothermal, microwave, and microfluidic conditions. Four variants of iron(III) fumarate with distinct morphologies were isolated and are characterized in detail. Structural characterization shows that all iron(III) fumarate variants exhibit the metal–organic framework (MOF) structure of MIL-88A. Nanoparticles with a diameter of 50 nm were produced, which contain crystalline areas not exceeding 5 nm. Solvent-dependent swelling of the crystalline particles was monitored using in situ X-ray diffraction. Cytotoxicity experiments showed that all iron(III) fumarate variants feature adequate biotolerability and no distinct interference with cellular metabolism at low concentrations. Magnetic resonance relaxivity studies using clinical MRI equipment, on the other hand, proved that the MRI contrast characteristics depend on particle size and morphology. All in all, this study demonstrates the possibility of tuning the morphological appearance of iron(III) fumarate particles and illustrates the importance of optimizing synthesis conditions for the development of new biomedical materials

Cross-ancestry genome-wide association analysis of corneal thickness strengthens link between complex and Mendelian eye diseases

Central corneal thickness (CCT) is a highly heritable trait associated with complex eye diseases such as keratoconus and glaucoma. We perform a genome-wide association meta-analysis of CCT and identify 19 novel regions. In addition to adding support for known connective tissue-related pathways, pathway analyses uncover previously unreported gene sets. Remarkably, >20% of the CCT-loci are near or within Mendelian disorder genes. These included FBN1, ADAMTS2 and TGFB2 which associate with connective tissue disorders (Marfan, Ehlers-Danlos and Loeys-Dietz syndromes), and the LUM-DCN-KERA gene complex involved in myopia, corneal dystrophies and cornea plana. Using index CCT-increasing variants, we find a significant inverse correlation in effect sizes between CCT and keratoconus (r =-0.62, P = 5.30 × 10-5) but not between CCT and primary open-angle glaucoma (r =-0.17, P = 0.2). Our findings provide evidence for shared genetic influences between CCT and keratoconus, and implicate candidate genes acting in collagen and extracellular matrix regulation

Design, construction and validation of an articulated solar panel for CubeSats

The aim of the project was an attempt to design a solar panel for CubeSats to address the increasing power requirements. Therefore solution options for the realization of the various subsystems – mechanisms, solar cells and materials – were collected and analyzed. This included mechanisms for actuation, guidance, damping, release and control aspects. In order to maximize the power output from a specific solar cell, simulations about the influence of the sun-incident angle were performed. The difference in energy generation between body-fixed panels and articulated panels in one degree of freedom is in the range of 2 to 3. However, the improvements by articulating in two degrees of freedom did not show a big increase in generated power for the designated orbit in 400 kilometers altitude and 40 degrees of inclination. The proposed design is based on a small stepper motor incorporated with a planetary gear-head. The selected material for most of the components was aluminum to reduce the mass of the system. Afterward, the system was validated by vibrational and thermal computational analyses. The analysis showed that some of the components, in particular the attachments of the mechanism at the satellite, are suggested to be redesigned with steel instead of the earlier selected aluminum. For future work, the results from the analyses will be validated by the tests described.Validerat; 20101217 (root

Design and Validation of an Articulated Solar Panel for CubeSats

CubeSats are recently adopted for increasingly advanced mission profiles, e.g. as base for tests of solar sails or formation flight. This also leads to higher power demands on-board of the satellite. Currently most CubeSats are equipped with solar cells on their surface. Some satellites also employ additional deployable solar panels with a fixed end angle to meet the increasing power demands. Further improvements are attempted in the current work by including actuators which allow the movement of the deployable solar panel in one degree of freedom. The proposed design is based on a small stepper motor which is incorporated with a planetary gear-head. The selected material for most of the components iss aluminum to minimize the mass of the system. After the completion of the design, the system was validated by vibrational and thermal computational analyses. A prototype of the final design was manufactured for tests and validation of the computational simulations. Vibrational tests were performed at the Space Dynamics Lab of Utah State University for the vibrational loads during a simulated launch. A comparison of the frequency of the first vibration mode showed a reasonable agreement between simulations and validation test

Sensitivity Analysis of Models for High Consistency Refining Process

This paper deals with the sensitivity analysis of models for the high consistency refining process in the pulp and paper industry. Several models reported in literature are considered, which are screened for their potential use in thedesign of controllers for refiners or in the optimization of refiner operation. For the two most promising models a sensitivity analysis is conducted which suggests that the temperature profile inside the refiner and the inlet consistency are the most important process variables. It is further suggested that both variables variables are utilized to control the refining process based on these models. Moreover, computer simulations with constant, linear increasing and parabolic temperature profiles are performed, which confirm the importance of the temperature profile for the entropy based model.Godkänd; 2013; 20130704 (pathoh)SCOPE Norr

Energy Optimization of a High Consistency Refiner Process

Godkänd; 2014; 20141128 (andbra