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B4) Saprophytische Käfer

Funktionale Konnektivität von saprophytischen Käfern in Totholzflächen

Gernot Segelbacher
DoktorandInnen: Nathalie Winiger (seit 2016) & Laura-Sophia Ruppert (seit 2019)

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät Umwelt & Natürliche Ressourcen, Insitut für Forstwissenschaft,
Professur Wildtierökologie und -management

Hintergrund

Die Hinweise häufen sich, dass Insekten nicht nur in Graslandschaften, sondern auch in Waldökosystemen im Bestand zurück gehen, ausgelöst durch großflächige Effekte wie die zunehmende Fragmentierung von geeigneten Habitaten. In zentral europäischen Wäldern hat sich das Waldmanagement bisher auf Retention von Totholz und Habitatbäumen fokussiert, welche Habitat für saproxylische Arten bieten, von denen viele gefährdet sind. Unklar ist bisher ob diese Art von Management für die Erhaltung von Artenvielfalt wirksam ist, und ob auf Landschaftsebene genug Konnektivität besteht um Migration zwischen diesen Strukturelementen zu erlauben. In diesem Kontext fokussieren wir uns in diesem Projekt auf die Erfassung von Artenvielfalt mit molekularen Methoden (Metabarcoding) und Messung von Konnektivität auf genetischer Ebene.

 

Fragestellungen und Hypothesen

Wir untersuchen Arthropodendiversität in Korrelation mit Habitattyp, Retentions Elementen (wie z.B. Totholz Vorkommen und Wald Heterogenität) und Konnektivität der umgebenden Landschaft. Zusätzlich untersuchen wir genetische Diversität innerhalb und genetische Distanz zwischen Populationen für Arthropoden mit unterschiedlicher Ausbreitungsfähigkeit (kurze, mittlere und lange Distanz), um Genfluss zwischen Populationen als Funktion von Habitat Verfügbarkeit und Qualität zu charakterisieren, sowie Grenzwerte für funktionelle Konnektivität in Bezug auf Distanz und Landschaftsstruktur abzuleiten. Wir erwarten, dass:

  • Insektendiversitäts-Schätzungen von der lokalen Habitatdiversität abhängig sind und am stärksten von der verfügbaren Menge an Totholz und Habitatbäumen beeinflusst werden.
  • Artenreichtum, der durch Metabarcoden der Arthropodengemeinschaft gemessen wird, durch die umgebende Landschaftsmatrix und Intensität des Waldmanagements vorhergesagt werden kann.
  • Genfluss, und damit einhergehend funktionelle Konnektivität, eine Funktion der Distanz zwischen Flächen ist, mit einer Abhängigkeit der Effektgröße von der Ausbreitungsfähigkeit der untersuchten Art und Permeabilität der Landschaft.

 

Methoden und Anbindungen

In B4 werden Arthropoden auf den ConFoBi Versuchsflächen gesammelt, die verschiedene Mengen von Totholzvorkommen, Entfernungen voneinander und Waldtypen repräsentieren. Artendiversität wird auf Grundlage von Umwelt DNA aus verschiedenen Substraten und Metabarcoden von Sammelproben erfasst. Für die Messung von genetischer Diversität und Distanz einer Art werden SNPs aus RADseq Daten genutzt um Matrizes der genetischen Distanz zu erstellen, die mit Habitat und Landschaftsdaten korreliert werden können. Die Charakteristiken der Landschaftsmatrix (Bestandszusammensetzung, Höhe, horizontale und vertikale Strukturierung) werden anhand von Luftaufnahmen abgeleitet, die Totholzmenge zwischen Flächen wird durch einen kombinierten Ansatz von terrestrischer Kartierung und Fernerkundung bestimmt (A1).

B4 ist direkt mit B3 verbunden, in gemeinsamen Sammeln und Analysieren von Arthropodengemeinschaften. Außerdem ist B4 mit A1 und A2 verbunden durch die Nutzung ihrer strukturellen Flächen- und Landschaftsdaten, und mit B1, B2, B5 und B6 durch den Austausch und die Kombination von Daten zu den jeweils untersuchten Taxa. 

 

Ergebnisse

In den ersten drei Jahren hat B4 angefangen Protokolle zu entwickeln um Vorkommen von Totholzkäfern durch Umwelt DNA aus Bohrproben von Totholz zu detektieren, und für Umwelt DNA aus Mulm aus Baumhöhlen um die Artenzusammensetzung die diese speziellen Mikrohabitate nutzt zu identifizieren. Zusammen mit B3 wurden Fensterfallen auf allen Flächen aufgestellt um Arthropodendiversität zu messen und zentrale Arten für die Studie zu genetischer Konnektivität zu bestimmen. Darauf basieren wurden acht Käferarten für RAD-Sequenzierung gewählt und werden auf ihren Genfluss zwischen Populationen hin analysiert.
In der zweiten Phase werden wir:

  • bodenlebende Arthropodengemeinschaften charakterisieren und in Bezug zu Habitatqualität Parametern, wie Totholz Menge/Typ, Vegetation, chemische Eigenschaften der Erde und strukturellen Parametern wir Wald Heterogenität und Verbundenheit stellen. Hierfür werden Laubstreu-Gesiebe entlang eines Transsekts auf jeder Versuchsfläche gesammelt und als Sammelproben in einer Metabarcoding Pipeline prozessiert.
  • aufbauend auf den vorläufigen Ergebnissen der ersten Phase werden wir Umwelt DNA Metabarcoding nutzen um Arthropoden in Baum Mikrohabitaten zu detektieren. Hierfür werden Protokolle für eine Auswahl an Mikrohabitattypen basierend auf Daten von A2 entwickelt und getestet
  • die funktionelle Konnektivität von Arthropodenpopulationen für weitere Arten analysieren. Zusammen mit B3 werden wir eine Art höhlenbrütender Hymenopteren auswählen und sammeln um potentielle Ausbreitung über lange Distanzen zu repräsentieren. Zusätzlich werden wir weitere Käferarten zu der Analyse hinzufügen die durch Fallgruben-Fallen im Projekt B6 gesammelt werden. Für die ausgewählten Arten errechnen wir die genetische Distanz basieren auf SNPs aus RADseq Daten.

 

Perspektiven

Zukünftig wird B4 sich auf das Modellieren von funktioneller Konnektivität konzentrieren, indem wir die genetische Diversität von zentralen Arthropodenarten im gesamten Forschungsbereich untersuchen, und darauf die durch Metabarcoding erfassten Biodiversitätswerte mit Habitatqualität auf den verschiedenen Betrachtungsstufen von ConFoBi zu verbinden. Dadurch möchten wir quantitative Grenzwerte für benötigtes Totholz auf lokaler Ebene ermessen um eine funktionelle Konnektivität der Landschaft zu erreichen. Das Enträtseln der Effekte von lokalen und Landschaftsmustern auf Biodiversität wird schlussendlich helfen die Hauptantriebe für den fortschreitenden Insektenrückgang in Waldökosystemen zu identifizieren.