Insekten Pflanzen Interaktionen Zusammenfassung PDF

Preview

Summary

Zusammenfassung des Bachelor/Master-Moduls "Ökologie von Insekten-Pflanzen-Interaktionen" aus dem WS 18/19...

Description

Insekten Pflanzen Interaktionen – Zusammenfassung Arten der Nutzung pflanzlicher Ressourcen: -

Blattfraß Pflanzensaft-Sauger Blütenbesucher Samen-/Früchtefresser Gallbildner Minierer

ectophytisch

Endophytisch (z.B. Birkenblattroller)

Pflanzlicher Verteidigung: Direkt  Dornen, Toxine (v.a. junge Blätter), Verholzung, Trichome, Tannine (vermindern die Verwertung von Proteinen durch Herbivoren  nicht mehr so attraktiv) Indirekt  Lockstoffe/Nistplätze für Prädatoren (z.B. extraflorale Nektarien, Ameisen)  Monophage (eine Wirtspflanzenart, Spezialisten), oligophage (mehrere Pflanzenarten einer Familie) und polyphage (mehrere Pflanzenfamilien, Generalisten) Herbivore Sekundäre Pflanzenmetabolite: Substanzen, welche nicht direkt für den Primärstoffwechsel benötigt werden (= Allelochemikalien, z.B. Toxine) Toleranz: Kompensiert Schaden durch Wachstum Resistenz: Reduziert Schaden durch Verteidigungsstrukturen Synomon: Botenstoff, welcher für Sender und Empfänger positiv ist (z.B. Blütenduft) Wichtige Verteidigungssyndrome: Milchsaft, Cyanide, extraflorale Nektarien  Hohe Kosten für konstitutive Verteidigung (z.B. Verteidigung statt Wachstum)  induzierbare Verteidigung (nur nach Bedarf) Induzierbare Verteidigung: Lokale Signale (Speichel/Eiablage  lokal), systemische Signale (genereller Fraß), Signale durch flüchtige Verbindungen (Warnung von Nachbarpflanzen, Anlockung von Prädatoren/Parasitoiden  Eiablage in Herbivor), Priming (schnelles Hochfahren des Verteidigungssystems)

Bestäubung Windbestäubung nicht sehr effektiv  Tierbestäubung hat bestimmten Vektor  Weitere Verbreitung des Pollens möglich Selbstbestäubung kann zu Mutationen führen  Genetische Inkompatibilität  zeitliche Trennung der Reife des Pollens und der Empfängnisbereitschaft der Narbe (Dichogamie), räumliche Trennung der Staub und Fruchtblätter (Herkogamie)  Aber viele Pflanzen sind trotzdem in der Lage zur Selbstbestäubung (wenige Samen besser als keine) Blütenfarbe relevant  Insekten sehen Farbspektrum versetzt im Vergleich mit Menschen (bestäuberabhängige Blütenfarben), Geruch relevant Bestäuber bekommen Nahrung, Pollen, Nektar, Baumaterial, Eiablageplatz Aber: Auch Nachahmung von Blüten ohne Belohnung zu bieten (Bates’sche Mimicry)  Sexualtäuschblumen

Spezialisierte Bestäuber sterben bei sich verändernden Umweltbedingungen eher aus

Biodiversität  Erhöhte Funktionalität durch verschieden Bestäuberarten (unterschiedliche Teile der Pflanze/innerhalb der Blüte, zu verschiedenen Bedingungen/Zeiten aktiv Landnutzungsänderungen: Spezialisierte Taxa sind eher betroffen Koevolution: Angiospermen-Bestäuber Interaktion (z.B. Feigenwespe)

Chemische Ökologie Intraspezifisch: Pheromone (Substanz, die durch ein Tier oder eine Pflanze nach außen abgegeben wird und bei einem Individuum derselben Art eine bestimmte Reaktion auslöst) Primer-Pheromone: Verursachen komplexe physiologische Reaktion (z.B. Queensubstanz bei Honigbienen  Arbeiterinnen pflanzen sich nicht fort) Releaser-Pheromone: Verursachen sofortige Verhaltensreaktion -

Aggregationspheromone: z.B. Borkenkäfer durch Harzgeruch angelockt  produzieren Lockstoff für weitere Tiere  bei zu vielen Tieren Produktion eines Signalstoffes  Überwechseln der Tiere auf anderen Baum Sexualpheromone: Bereits sehr geringe Mengen ausreichend  Anlockung des Geschlechtspartners, Arterkennung, Auslösung von Paarungsverhalten, Anzeigen von Paarungsbereitschaft Alarmpheromone: Wirkung innerhalb von Minuten (z.B. bei Blattläusen  Verlassen sofort das Blatt)  Flucht oder gesteigerte Aggressivität möglich Spurpheromone: Orientierung/Zielfindung z.B. Fühler von Ameisen Markierungspheromone: z.B. Fruchtfliegen markieren eine Kirsche mit Larven um eine Neubesetzung zu verhindern

Alllomone: Nur für Sender positiv (meist für Verteidigung, z.B. Dolaspinnen locken mit Allomonen verschieden Arten an) Kairomone: Nur für Empfänger positiv (z.B. Maikäfer nutzen durch Fraß verursachtes Pheromon der Pflanze um Männchen anzulocken) Synomone: Für beide Seiten positiv, multitrophische Interaktionen (Pflanze – Herbivor – Parasitoid) Wirtspflanzensuchverhalten: Stimuliert durch Wirtspflanzenduft, visuelle Reize, olfaktorische Reize (Geruch)

Interspezifisch: Allelochemikalien

Pflanzengallen: Als Reaktion auf Stimulus von eindringendem anderem Organismus

 Beschleunigte Produktion pflanzlicher Wachstumshormone  Strukturen die sonst nicht an der Pflanze gefunden werden

 Exakter Mechanismus kann stark variieren Merkmale: -

Zeitlich Und räumlich begrenzt, je nach Wirt und Verursacher charakteristisch Gebildetes Gewebe dient als Nahrung Schutz vor natürlichen Feinden und Witterung An allen Organen mit zur Gallbildung geeignetem Gewebe möglich

Bildende Organismen: -

Bakterien: z.B. Knöllchenbakterien bei Leguminosen Pilze: z.B Weißer Rost – Hirtentäschel Nematoden – unterirdische Organe Insekten: 20 Familien in 7 Ordnungen 13000 Arten bekannt

Insekten und Milben 80% der bekannten Arthropoden Gallen

Aufbau: 1. Reiz d. Gallbildners: Injektion von Wachstumshormonen z.T. bei Eiablage, z.T. durch Larven 2. Injektion von Cytokinine erzeugt charakteristische Formen – v.a. höher entwickelte Gallbildner  wachstumshemmend/-steigernd, allgemein regenerierend 3. Trotz bekannter Stoffe genauer Vorgang noch ungelöst

Gallen auf Quercus Enorme Diversität an Gallerzeugern v.a. Gallwespen auf Eichen Besonderheit v. Gallwespen: Generationswechsel  Eine Art mit 2 Generationen, die versch. Gallen hervorrufen Gallen auf Picea: gelbe Fichtengalllaus – saugt an jungen Sprossen oberhalb der Saugstelle wird Wachstum verändert  Galle Nadelblätter schwellen an Basis an, bilden Kammern  Nachkommen wandern ein und entwickeln sich weiter

Generationswechsel (besonderheit bei Gallwespen):

Ressourcennutzung: Hier Galleninduzierende Blattlaus Pemphius betae auf Populus angistifolia -

Weibchen initiieren an junge Blätter im Vorfrühling Erfolg von Größe des Blattes und Position der Galle abhängig Basale Position auf großen Blättern am besten Nur 1,6% der Blätter geeignet

Wirtschaftliche Bedeutung: -

Hohe Konzentration An Gerbstoffen in Gallen Bis 19. Jh. Wichtigster Grundstoff für Gerben von Leder Gallustinte

Endophytische Pilze und biotische Interaktionen Endophyt = Symbiont  Bakterium/Pilz der zumindest zeitweise innerhalb einer Pflanze lebt ohne offensichtlichen pathogenen Effekt  Extrem divers

 Ökologische Funktion meist unbekannt Können sich asexuell (z.B. Neotyphodium) oder sexuell (z.B. Epichloe Verbreitung durch Fliegen) fortpflanzen Mutualismus – Parasitismus Kontinuum (lückenlos zusammenhängend) z.B. Gras – Endophyt (Neotyphodium) + Gras liefert: Stickstoff, Schutz, Verbreitung über Samen + Endophyt liefert: Fitness (Biomasse, Trockenresistenz, Herbivorenschutz)  Pilz produziert Alkaloide  Schutz vor Insekten und anderen Herbivoren (z.B. Blattlaus) Kontinuum von vielen intrinsischen, biotischen und abiotischen Faktoren abhängig Blattläuse:

Anwesenheit des Pilzes führt zu deutlichem Nachteil für Blattläuse  weniger Nachkommen, reduzierte Lebensdauer  Nachteil für Herbivor (Blattlaus)

Höhere trophische Ebenen: Marienkäfer – Blattlaus – Gras/Endophyt

Überleben/Dauer (mit Endophyt) der Marienkäfer: -

Längere Larvalentwicklung Höhere Larvalsterblichkeit Reduzierte Lebensspanne

Reproduktion (mit Endophyt) der Marienkäfer: -

Reduzierte Eiproduktion Reduzierter Reproduktionserfolg

Kein signifikanter Unterschied für Körpergröße, Körpergewicht oder Asymmetrie

Parasitoide:

Primärparasitoid: -

Längere Larvalentwicklung Reduzierter Reproduktionserfolg

Sekundärparasitoid: - Reduzierte Lebensschpanne - Können zwischen E+ und E- Mumie unterscheiden  Nachteil für Primär-/Sekundärparasitoid

Multitrophisch (Endophyt – Bakterium – Fadenwurm – Herbivor) Piltz mit negative Auswirkung auf Bakterium Dadurch verminderte Virulenz des mutualistischen Fadenwurms  Geringere Mortalität des Herbivoren

Im Feld konnten kaum negative Auswirkungen festgestellt werden bezogen auf: -

Biomasse Blattlauszahlen Primär-/Sekundärparasitoide

Zusammenfassung: Häufig negative Auswirkungen auf Insekten, Prädatoren, Primär- und Sekundärparasitoide Signifikante Auswirkung im Labor verschwindet oft bei Feldstudie  Endophyten verändern Nahrungsketten und Lebensgemeinschaften  Richtung abhängig von Sensitivität der Arten, Anzahl der trophischen Ebenen

Insekten – Endosymbionten/Ameisen – Pflanzen Mutualismen Symbiose: Die Erscheinung des Zusammenlebens ungleichnamiger Organismen

Insekten-Endosymbionen: Obligate Assoziationen – primäre Endosymbionten  Bakterien in Gewebe/Zellen des Wirts  Nahrungsaufwertung durch Endosymbionten (z.B. bei Blattläusen, Zikaden, Rüsselkäfer etc.) Blochmannia (Bakterium) in Ameisen: -

Erster jemals beschriebener Endosymbiont bei Tieren Strikte Koevolution durch vertikale Weitergabe Genom von Blochmannia stark reduziert

Ameisen Prädatoren oder Herbivore? -

Über Isotopensignaturen von Pflanzen und Insekten  Waldbewohnende Ameisen konsumieren viele pflanzliche Ressourcen

Ameisen-Biomasse Paradox:

„Ambrosia“-Insekten: Käfer, Mücken z.B. Bemisia tabaci neben primärem Endosymbionten noch 5 fakultative Camponotus (Ameise) – Blochmannia:  -

Stickstoffrecycling und –Detoxifikation Versorgung mit essentiellen Aminosäuren Ameise kann von N-armen oder unausgewogenen Nahrungsressourcen leben Andere arboreale Ameisenarten haben häufig N-Fixierer in Darmflora

Rolle von Endosymbionten bei Übertragung von Pflanzenviren: z.B. Blattläuse mit Bakteriophage resistent gegen Parasiten  Bakteriophage produziert ein Toxin Blattläuse-Infektion mit Bakterien führt zu grüner Farbe der Blattläuse  Rote Blattläuse häufiger gefressen von Marienkäfern  Grüne Blattläuse häufiger von parasitischen Wespen befallen Doppelinfektion zeigt höhere Kosten bei: -

Fruchtbarkeit Generationszeit Gewicht der Adulten

Bakterielle Endosymbionten: -

Nahrungsaufwertung Manipulation der Reproduktion Parasitoid- und Pathogenabwehr Konservierung von Nahrung (Wirtsnutzung  Herbivore)

Ameisen – Pflanzen Mutualismen:

Optimaler Partner wird vor Beginn der Interaktion gewählt oder später ausgeschlossen Ameisen sammeln auf jeweilige Situation angepasst Nektar  Anwesenheit stört Herbivore  Trifft aber nicht auf alle Ameisen zu! z.B. Ameisen auf Oppuntien: Signifikant mehr Früchte bei Anwesenheit von Ameisen Myrmecophilie nur “Wohnsitz”: Ameisen düngen Pflanze mit Abfall Koevolution, Adaption: Invasive Ameisenart interagiert mit nicht nativem Busch (Spanien)  sehr diffus Myrmecophytismus – obligate Interaktion: Pflanze: Nistraum und Nahrung, z.B. Ameisenbaum Ameise: Verteidigung gegen Herbivore, andere Pflanzen  v.a. in den Tropen Ameisen aus versch. Gattungen können Mutualisten sein, oft Artkomplexe Koevolution: Weniger diffus -

Bedingt reziproke Selektion  Veränderung der einen Art bedingt Selektionsdruck auf die andere Art Setzt oft längerfristige Assoziation voraus (mehrere bis viele Generationen) Kann zwischen Artenpaaren aber auch zwischen ökologisch ähnlichen Gruppen ablaufen Viel stärkere Interaktion als Pflanzen, die nur Nektar anbieten

Fakultativ vs. obligat – Macaranga Arten: Myrmekophile (fakultativ) Pflanzen investieren weniger Aminosäuren/Proteine in Futterkörperchen als Myrmekophyten (obligat) Pflanzen selektieren spezialisierte Ameisen Arten z.B. werden Futterkörperchen nur offen präsentiert, wenn Wachsbarriere nur Zugang für spezialisierte Art erlaubt Wichtige Merkmale der Wirte für die Ameise: -

Bewachste Sprosse vs. Unbewachst Hohle Sprosse vs. Sprosse, die aktiv ausgehöhlt werden müssen

Phänotypisches Matching:  Bestimmte Ameisenart ist nur optimal auf Beziehung mit bestimmter Wirtsart angepasst  Decamera Gruppe: Kleine Königinnen, Reproduktion früh, kleine Völker -500 Arbeiterinnen, nur in hohlen kleinen Pflanzen  Captiosa Gruppe: Große Königinnen, Reproduktion spät, große Völker >3000 Arbeiterinnen, können alle Pflanzen besiedeln – aber auf große Arten spezialisiert

Während Reproduktion weniger Investment in Partner Kastration führt zu Bildung von längeren Internodien

Keine strikte Koevolution Ameisen besiedeln Pflanzen nach Merkmalen -

Wachsüberzug der Sprossachsen Hohle oder auszuhöhlende Sprossachsen

Einige Paarungen nicht optimal -

Kastration von Blüten durch Ameisen Wirte müssen neue Partner finden Myrmekophytie kann sekundär verloren gehen

Akazien in Mittelamerika und Asien: Eine Art beschützt die Pflanze wesentlich besser als eher generalistische Andere Evolvierte Kooperation unterscheidet sich zwischen den Arten Saccarose (Zucker) macht extrafloralen Nektar attraktiv für Ameisen Invertase Aktivität: Verringerte Invertaseaktivität bindet mutualistische Ameise an bestimmte Akazienarten Spezialisierung und Koexistenz:

Populationsdynamik spielt große Rolle  Zwischen Mutualisten und Cheatern und zwischen verschiedenen Mutualisten

Wirt als Ameisenbesiedler benötigt möglicherweise Limitierung bei Spezialisierung

Einfluss der Vegetationsstruktur und oberirdisch – unterirdische Interaktionen Interaktionen zwischen Arten nur in stark strukturierter und komplexer Umwelt Pflanzenarchitektur: Wirtspflanzengröße hat Einfluss auf 

Wahl des Eiablageortes des Herbivoren (bevorzugt auf großen Pflanzen, in diverser Vegetation) Entwicklungsdauer der Larven (auf großen Pflanzen kürzer  Stickstoffgehalt höher) Larvalmortalität durch natürliche Feinde (auf großen Pflanzen verringert  Pflanzenarchitektur) Verteilung von Nahrung/Beute Bewegung von Insekten Komplexität der Pflanzenarchitektur korreliert mit Komplexität biotischer Interaktionen (z.B. Herbivor – Parasitoid  Abundanz natürlicher Feinde, Wirtssuche)

Parasitierungsraten auf alten Bäumen niedriger, da Angriffe über mehrere Äste verteilt sind  Beziehung zwischen Bewegung des Parasitoids und der Baumarchitektur von primärer Bedeutung (ältere Bäume komplexer aufgebaut  erschwert Wirtssuche) Umweltkomplexität auf der Mikroskala: Komplexe Vegetation könnte Wirtssuche für Parasitoide behindern  Schutz für Herbivore Vegetationsstruktur: Je mehr komplex, desto höher die Eiablagewahrscheinlichkeit und desto geringer die Parasitierung (Dichte, Höhe, Konnektivität)  Parasitoid hält sich eher in unteren oder mittleren Bereichen der Pflanze auf, da Konnektivität und Komplexität in der Höhe größer Pflanzenduf  Olfaktometer-Biotest  Behinderung der chemischen Orientierung durch Nicht-Wirtspflanzendüfte  Präferenz von diverser Vegetation nur wenn kein reiner Wirtspflanzenduft vorhanden

 Einfluss von Pflanzendiversität auf Arteninteraktionen in Form von struktureller und chemischer Komplexität der Vegetation Spinnengemeinschaften: Mit steigender struktureller Komplexität und Heterogenität der Vegetation steigt die Anzahl Wald-/Gebüschbewohnender Spinnenarten, die Grünlandartenzahl nimmt ab  Extensive Beweidung beeinflusst Artendiversität  höhere strukturelle Vielfalt der Vegetation, stärkeres räumliches Mosaik verschiedener Strukturtypen Oberirdisch – unterirdische Interaktionen  tropische Interaktionen im Boden bilden Basis terrestrischen Lebens  Recycling und Mineralisierung von Nährstoffen unterbindet das Zusammenbrechen des oberirdischen Nahrungsnetzes (pflanzliches Leben würde schnell verschwinden) Verbindung zwischen Bodenorgansimen und Herbivoren: 

Nährstoffmineralisierung Veränderung der Bodenstruktur Wurzelfraß Wurzelekto und -endoparasiten, Pathogene Mykorrhiza-Infektion Pflanzen verbinden das Zersetzer- und Herbivorensystem

 Einfluss von Zersetzern (Detritivoren) auf Pflanzenleistung und oberirdische Insekten-Pflanzen-Interaktionen

Einfluss von Landschafsstruktur und Landnutzung auf Arteninteraktionen Landschaftsökologie: Untersuchung der Beziehungen von räumlichen Mustern und ökologischen Prozessen Gründe von Mustern in der Landschaf: -

Klima: Temperatur und Niederschlag beeinflussen Vegetationsstruktur, Biodiversität und biotische Interaktionen Landform: Hügel, Klippen, Flüsse, Inseln etc.  beeinflusst Bodenbildung und Erosion Biotische Interaktionen: Aktivität von Tieren (z.B. Terminten) Natürliche Störungen: Feuer, Stürme, Überflutungen Menschliche Landnutzung: Menschliche Aktivität formt Landschaft (z.B. Wald ursprünglich – heute, Städte)

Landschafsperspektive: Luftaufnahmen, Satellitenbilder und menschlicher Einfluss führen zu neuer Betrachtung von Ökosystemen  Habitatfragmentierung (lokal ähnlich, aber kleinere Flächen haben weniger Arten  abhängig von Größe, Form und Isolation des Patches) - Inselbiogeographie, Rand-Effekte, Metapopulationen - Matrix spielt wesentliche Rolle bei Landschaftsperspektive - Spillover-Effekte: Landwirtschaftliche Flächen unterstützen Tierpopulationen, die dann in natürliche Habitate einwandern - Verdünnungseffekte: Benachbarte anthropogene Habitate können die Häufigkeit von Insekten und ihre ökologischen Funktionen in natürlichen Habitaten beeinflussen (z.B. blühende Feldfrüchte reduzieren die Bestäubung einheimischer Pflanzenarten) - Landschaftszusammensetzung beeinflusst die Präsenz von Insekten (z.B. Bienen)  Fouragier-Distanz Maße, die die Landschaftsstruktur beschreiben: -

Dichte der Flächen Randdichte Anteil Habitat (z.B. natürlich) Landschaftsdiversität

Landnutzung und Arteninteraktionen v.a. in jüngster Zeit Insektensterben (auch Vögel)  Rückgang der Insektenbiomasse seit 1990 teilweise um 76%  Diversität und Häufigkeit herbivorer Insekten nimmt mit zunehmender Landnutzungsintensität ab (korreliert mit Pflanzenartenreichtum)  Diversität von Prädatoren korreliert mit Artenreichtum herbivorer Insekten Anteil an intensiv genutztem Grünland hat negativen, Anteil an seminatürlichen Habitaten positiven Einfluss auf Herbivore und Parasitoide

Biodiversität im Totholz Bedeutung: Bis Römerzeit große Flächen mit Totholz in versch. Alters- und Zerfallphasen in europ. Buchenwälder Vielfalt von Alt- und Totholzhabitaten  diverse/hoch spezialisierte Fauna und Flora Ca. 25% aller Arten in euro. Wälder in Zersetzung von Totholz einbezogen Waldfläche stark reduziert ca. 8% der natürlichen Fläche Alte totholzreiche naturnahe Wälder fehlen weitgehend Folgen: -

Isolierte Populationen hoch spezialisierter Arten 40% saproxylischer Käfer gefährdet 32% Totholzkäfer in BW auf roter Liste

Biodiv im Totholz -

Käfer (Caleoptera ca. 1350 Arten an Totholz) Fliegen (Diptera) Wespen, Bienen, Ameisen (Hymenoptera) Termiten (Isoptera) Weitere Arten (Motten,Wanzen,Thripse…)

Funktionelle Rollen: Detritivore, Fungivore, Prädatoren, Aasfresser, Parasitoide, versch. Symbiosen Weitere: Invertebraten (Wirbellos) – Milben, Pseudoscorpione, Nematoden Vertebraten (Wirbeltiere) – sekundäre Höhlen- Halbhöhlenbrüter (Blaumeise, Kleiber, Star, Eichhörnchen, Siebenschläfer) Pilze Ca. 1500 Großpilze Basidiomyceten, Ständerpilze -

Meiste Holzabbauende Pilze Z.T. an Holz: Schichtpilze, Porlinge, Verwandte Z.B. Stielporlinge: Weißfäule Schwefelporlinge: Braunfäule; Tränenpilze

Große Anzahl auch in anderen Großgruppen z.B. Schlauchpilze icl. Hefen

Sehr vielfältig in Form und Farbe, interessante Lebensweisen Die moisten sind Holzzersetzer aber auch andere ökologische Rollen

Zunderschwamm: Laubhölzer v.a. Rotbuche Typisch für ältere Bestände Dringt über Ast- und Stammwunden ein, verursacht intensive Weißfäule im Kernholz, lässt Baum oft im oberen Bereich abbrechen Kann am abgestorbenen Baum als Saprobiont weiterleben Saproxylische Arten: Arten der Invertebraten in bestimmter Zeit...