Doctoral thesis

Understanding the structure of interactions and the dynamics of spider populations in agricultural ecosystems

    11.06.2010

1 ressource en ligne (96 p.)

Thèse de doctorat: Université de Fribourg, 2010

German Der gegenwärtige Klimawandel und der zunehmende Verlust an natürlichen Lebensräumen sind mitverantwortlich für den weltweiten Rückgang der Artenvielfalt. Untersuchungen zeigen, dass sich die Stärke und Vielfalt der Interaktionen zwischen einzelnen Arten wesentlich auf die Stabilität einer Lebensgemeinschaft auswirken. Ein erweitertes Verständnis der Struktur und Dynamik von Populationen ist daher für den Erhalt von Lebewesen von zentraler Bedeutung. Spinnen sind besonders geeignet zur Untersuchung der Beschaffenheit von Populationen. Als generalistische Räuber verbreiten sie sich auf effiziente Weise („ballooning“) mit Hilfe eines Seidenfadens durch die Luft, und sind in praktisch jedem terrestrischen Nahrungsnetz in hohen Dichten zu finden. Zudem zeichnet sich die Gruppe durch eine grosse Artenvielfalt aus, wobei einzelne Arten unterschiedlich stark auf Störungsfaktoren, Strukturen und physikalische Eigenschaften ihres Habitats reagieren. Diese Doktorarbeit gliedert sich in drei Teilstudien, in denen Spinnenpopulationen und deren Räuber und Beutetiere in naturnahen Lebensräumen untersucht wurden, um einen Einblick in die Struktur und Dynamik von Lebensgemeinschaften zu gewinnen. Im ersten Experiment untersuchten wir verschiedener Faktoren, die das Vorkommen der Radnetzspinne Argiope bruennichi in naturnahen Lebensräumen beeinflussen. Getestet wurden der Einfluss von niedrigeren trophischen Ebenen (Struktur und Diversität der Pflanzen und die Dichte der Beutetiere), sowie von höheren trophischen Ebenen (das Vorkommen von Räubern). In einem Feldversuch manipulierten wir die Artenvielfalt von Pflanzen (2, 4, 6 oder 12 Arten) und somit die Struktur der Pflanzengemeinschaften innerhalb von 12 verschiedenen Buntbrachen. Die Abundanz von A. bruennichi wurde sowohl von höheren als auch niedrigere trophische Ebenen beeinflussen. Das Vorkommen ihres primären Feindes, der Hornisse (Vespa crabro), hatte einen stark negativen Effekt auf die Abundanz der Spinnen, während sich die Vielfalt der Pflanzen und die Dichte der Beutetiere positiv auswirkten. Zudem bevorzugte A. bruennichi Lebensräume mit niedrigerer Vegetation. Eine erhöhte Artenvielfalt an Pflanzen wirkte sich positiv auf die Dichte der Beutetiere und somit indirekt auf die Dichte der Spinnen aus. Erstaunlicherweise zeigte unser Versuch nebst diesem indirekten Effekt aber auch einen direkten Effekt der Pflanzendiversität auf die Spinnen. Dies könnte darauf hindeuten, dass Spinnen die Fähigkeit entwickelt haben, ihr Habitat anhand der Pflanzendiversität, die indirekt die Beutedichte widerspiegelt auszuwählen. Anhand eines Datensatzes über Spinnen, die sich durch die Luft verbreiten (ballooning), und die mit Hilfe einer Saugfalle zwischen 1994 und 2004 gefangen wurden, untersuchten wir in einem zweiten Teil den Effekt von Klimaveränderungen und Habitatverlust auf die Dynamik von Spinnenpopulationen. Hohe Dichten an fliegenden Spinnen wurden im Frühling sowie im Spätsommer beobachtet. Das Flugverhalten der insgesamt 103 Spinnenarten wurde stark von Temperatur, Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit beeinflusst. Auffallend war eine Veränderung des Flugverhaltens zwischen 1994 und 2004. Wir beobachteten eine Verschiebung der zweiten Hauptflugphase in Richtung Frühsommer. Die genauere Betrachtung der verschiedenen Spinnenarten zeigte einen generellen Rückgang epigäischer Spinnenarten, während die Dichte jener Arten, die in höheren Vegetationsschichten leben geringfügig zunahm. Diese Entwicklung spiegelte Veränderungen der Dichte günstiger Habitate im Untersuchungsgebiet wieder. Der extreme Sommer 2003 mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen in ganz Europa hatte einen markanten Einfluss auf die Dynamik der fliegenden Spinnen. Während im Frühjahr überdurchschnittlich viele Spinnen beobachtet wurden, kollabierte die Population gänzlich gegen Ende des Sommers. Diese Studie zeigt, dass klimatische Extreme und der Verlust an Lebensräumen ein grösseres Risiko für Spinnenpopulationen darstellen als ein stetiger Anstieg der Temperatur. Während Spinnen im ersten und zweiten Teil dieser Studie als Akteure im Zentrum standen, untersuchten wir in einem dritten Teil Spinnen als Beutetiere der solitären Wespe Trypoxylon figulus. Diese Wespenart fängt Spinnen als Nahrung für ihre Nachkommen. Ihre Larven fressen Spinnen meist bis auf wenige Überreste auf, was das Erfassen des Beutespektrums dieser Wespenart erschwert. Zudem bevorzugt T. figulus juvenile Spinnen, die aufgrund fehlender Merkmale grösstenteils nicht auf Artniveau bestimmt werden können. Das Ziel dieser Studie war die Erarbeitung einer molekularen Methode um trophische Beziehungen zwischen Räubern und Beutetieren zu erfassen. Dazu erstellten wir einen genetischen Barcode eines Abschnittes des mitochondrialen Zytochromoxidase I (COI) Gens von 104 Spinnen (46 verschiedene Arten), die zuvor anhand von morphologischen Merkmalen auf Artniveau identifiziert wurden. Wir versuchten Spinnen aus Wespennestern bis auf Artniveau zu bestimmen, indem wir solche COI Sequenzen aus Spinnenüberresten mit dem erarbeiteten Datensatz verglichen. Es gelang uns alle Testsequenzen aus Wespennestern einer bestimmten Spinnengattung oder Spinnenart zuzuordnen. Zudem erwies sich diese Methode ebenfalls nützlich zur Bestimmung von juvenilen Spinnen. Während der Gebrauch solcher COI Datensätze von verschiedenen Autoren kritisiert wird, möchten wir mit dieser Arbeit auf zwei praktische Vorteile hinweisen: 1. Die Bestimmung von Jungtieren, die nicht über geeignete morphologische Strukturen zur Artbestimmung verfügen, sowie 2. die Ermöglichung eines besseren Verständnisses von Räuber-Beute Beziehungen in Nahrungsnetzen
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