Interaktive Effekte zwischen Landnutzung und Mikroklima auf die Trockenresistenz von Insekten und deren ökophysiologische Grundlagen

Hintergrund

Landnutzung, z.B. Mähen sowie die Schaffung von Lichtungen, beeinflusst das Mikroklima, indem sie zu einem Temperaturanstieg und erhöhtem Trockenstress führt. Das Fehlen von Schatten und feuchten Mikro-Refugien führt zu einem Temperaturanstieg in den vorhandenen Mikrohabitaten.

Abb. 1: Schematische Darstellung verschiedener Mikroklimata, die durch unter-schiedliche Landnutzungsformen wie Mähen und die Schaffung von Lichtungen entstehen

Höhere Temperaturen stellen nicht nur an sich eine Herausforderung dar, sondern vor allem, weil sie den Trockenstress verstärken:

Bei höheren Temperaturen nimmt die Verdunstung zu (höheres Wasserdampfdefizit).
Stoffwechsel- und Atmungsrate steigen an, was den Wasserverlust durch die Atmung begünstigt.
CHCs – der wichtigste Schutzmechanismus gegen Austrocknung – werden flüssiger und damit wasserdurchlässiger.

Dies erklärt, warum viele Insektengruppen (z. B. Schwebfliegen) bei höheren Temperaturen oft ihre Aktivität einstellen, selbst wenn die Temperaturen weit unter ihrer thermischen Grenze liegen. Trockenresistenz ist somit ein Hauptfaktor für die ökologische Nische von Insekten, insbesondere für deren Toleranz gegenüber höheren Temperaturen.

Kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHCs) bedecken den Körper aller Insekten wie eine Wachsschicht und stellen den wichtigsten Schutz vor Austrocknung bei Insekten dar. Ihre Zusammensetzung variiert stark zwischen den Insektenarten und bestimmt deren Trockenresistenz. Unterschiede im CHC-Profil führen zu Unterschieden in der Trockenresistenz und können dazu führen, dass durch intensive Landnutzung Arten aus den entsprechenden Lebensräumen verdrängt werden.

Abb. 2 Beispiele für CHC-Profile von Arten, die an verschiedene Lebensraumtypen angepasst sind. Die x-Achse zeigt die Kettenlänge der Kohlenwasserstoffmoleküle. Die Höhe der einzelnen Balken steht für die relative Häufigkeit der jeweiligen CHC-Klasse (farbcodiert) bei der entsprechenden Kettenlänge. Man sieht, dass Arten aus trockeneren Lebensräumen tendenziell weniger Alkene (blau), mehr n-Alkane (rot) und/oder längere CHC-Moleküle aufweisen.

Ziele

Ziel der Studie ist, den Zusammenhang zwischen Landnutzung, Trockenresistenz und CHC-Profil zu untersuchen. Die zentrale Frage lautet: Wie wirken sich durch landnutzungs-bedingte Veränderungen des Mikroklimas auf die Zusammensetzung von Insektengemeinschaften aus, und wie lässt sich dies anhand von CHC-Profilen, CTmax und Trockenresistenz vorhersagen?

Idealerweise können wir CHC-Profile als Indikator nutzen, um die Reaktion von Arten auf Landnutzung vorherzusagen. Wir werden dies für mehrere Insektentaxa tun, um zu untersuchen, wie sich die Auswirkungen von Klima und Landnutzung zwischen Taxa mit unterschiedlichen Lebensläufen unterscheidet.

Daneben wollen wir untersuchen, ob man weniger trockenresistenten Arten gezielt durch reduzierte Landnutzung (z.B. weniger Mähen) helfen kann, indem man also die Effekte von Klimawandel und Landnutzung verknüpft.

Hypothesen

Landnutzungstolerante Arten sind widerstandsfähiger gegen Trockenheit. Intensive Landnutzung wirkt als Filter, den nur trockenresistente Arten passieren können.
Trockenresistente Arten unterscheiden sich im CHC-Profil von trockenheits-empfindlichen Arten. Sie besitzen ein CHC-Profil mit mehr n-Alkanen, weniger Alkenen und/oder höheren Kettenlängen auf.
CHC-Profile können das Vorkommen von Arten in Lebensräumen mit hoher oder geringer Landnutzung vorhersagen.
Intensive Landnutzung führt zu einer Homogenisierung der CHCs zwischen Arten. Die CHC-Diversität in Insektengemeinschaften mit hoher Landnutzung sollte geringer sein als in weniger intensiv genutzten Habitaten.
Verschiedene Entwicklungsstadien derselben Arten sollten (nach Korrektur für Körpermasse) ähnliche Trockenresistenz aufweisen.

Methoden

Wir werden sechs Taxa untersuchen:

Ameisen (Formicidae)
Schwebfliegen (Syrphidae)
Bienen (Apidae, Halictidae, etc.)
Heuschrecken (Orthoptera)
Wanzen (Heteroptera)
Dungkäfer (Geotrupidae/Scarabaeidae)

Wir werden Grasland, Wald und Äcker untersuchen, v.a. die REX/LUX- und FOX-Flächen. In jedem Plot werden wir Insekten mittels Kescher, Klopfschirm und Grubenfalle fangen. Dies werden wir in allen 3 Exploratorien tun.

Bei jedem Individuum werden wir die Trockenresistenz messen und mittels GC-MS das CHC-Profil bestimmen. Zusammen mit unseren eigenen Abundanzdaten sowie früheren Monitoring-Daten aus BexIS werden wir community-weighted means für Trockenresistenz berechnen, und testen, wie dies durch Landnutzung verändert wird. Artspezifische CHC-Profile sowie CHC-Diversität auf Gemeinschaftsebene wird auf Zusammenhänge mit Landnutzung und lokalem Mikroklima untersucht werden, welches wiederum von der Landnutzung beeinflusst wird.