Sie sind hier: Startseite Projekte B4) Saprophytische Käfer

B4) Saprophytische Käfer

Funktionale Konnektivität von saprophytischen Käfern in Totholzflächen

Gernot Segelbacher
DoktorandInnen: Nathalie Winiger (seit 2016), Laura-Sophia Ruppert (seit 2019)
& Mohammad Jamil Shuvo (seit 2022)

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

Hintergrund

Es gibt immer mehr Belege dafür, dass Insekten nicht nur im Grasland, sondern auch in Waldökosystemen zurückgehen, was auf großräumige Einflüsse wie die zunehmende Fragmentierung geeigneter Lebensräume zurückzuführen ist.

In mitteleuropäischen Wäldern konzentrieren sich die bisherigen Bewirtschaftungspraktiken auf die Erhaltung von Totholz und Habitatbäumen, die Lebensraum für saproxylische Arten bieten von denen einige gefährdet sind. Es bleibt jedoch unklar, ob diese Art der Bewirtschaftung auch in der Praxis dazu beiträgt den Artenreichtum und die genetische Konnektivität in Waldlandschaften zu erhalten.

In diesem Zusammenhang konzentrieren wir uns in B4 auf die Schätzung des Artenreichtums mit molekularen Methoden (Metabarcoding) und die Ermittlung des Konnektivitätsniveaus durch Genomik.

 

Forschungsfragen und Hypothesen

Hier untersuchen wir die Arthropodenvielfalt auf unseren Forschungsflächen im Zusammenhang mit dem Lebensraumtyp, forstwirtschaftlichen Retentionselementen (wie Totholzanteil und Waldheterogenität) und der Konnektivität der umgebenden Landschaft. Wir untersuchen, wie die Insektenvielfalt auf lokalen Parzellen (i) von der Menge an verfügbarem Totholz und Habitatbäumen und (ii) von der umgebenden Matrix beeinflusst wird.  Wir stellen folgende Hypothese auf:

  • Die Insektenvielfalt hängt von der lokalen Habitatvielfalt ab und wird durch die verfügbare Menge an Totholz und Habitatbäumen beeinflusst.
  • Der Artenreichtum wird von der umgebenden Landschaftsmatrix und der Intensität der Waldbewirtschaftung beeinflusst.
  • Der Genfluss zwischen unseren Versuchsflächen ist nicht nur eine Funktion der Entfernung zwischen den Flächen, sondern auch der Zusammensetzung der umgebenden Landschaft.

 

 

Ansatz, Methoden und Verknüpfungen

Zwei verschiedene Artengemeinschaften (Proben durch Insektenfallen und Laubstreu) wurden bereits gesammelt und können nun weiter analysiert werden. Zusätzlich werden wir nun die Vielfalt der wirbellosen Tiere in TreMs durch Metabarcoding charakterisieren.

Ausgewählte Arten werden mit niedriger Sequenziertiefe vollständig genomisch sequenziert. Die Genomdaten werden mit Lebensraum- und Landschaftsdaten korreliert. Die Merkmale der Landschaftsmatrix (Baumartenzusammensetzung, Höhe, horizontale und vertikale Strukturierung) wurden bereits anhand von Luftaufnahmen ermittelt, und die Menge an grobem Holzschutt zwischen den Flächen wird durch eine Kombination aus terrestrischer Kartierung und Fernerkundung quantifiziert (A1). Ein abschließender landschaftsgenomischer Modellierungsansatz, der sowohl genomische als auch Umweltvariablen kombiniert, wird es uns ermöglichen Konnektivitätspfade in der Landschaft zu identifizieren. 

B4 steht in direktem Zusammenhang mit B3 über die Probenahme und Analyse von Arthropodengemeinschaften. Darüber hinaus steht B4 mit A1 und A2 in Verbindung, über die Nutzung der bereitgestellten Daten, vor allem die Waldmerkmale von Parzellen und Landschaften, und mit B1, B2, B5 und B6, um Daten der projektspezifischen Taxa auszutauschen und zu kombinieren.

 

Ergebnisse

In den ersten drei Jahren begann B4 mit der Entwicklung von Protokollen zur Schätzung des Totholzkäfervorkommens im Totholz durch eDNA-Probenahme von Holz und zur Entnahme von eDNA-Proben aus Baumhöhlenschimmel zur Identifizierung von Arten die Mikrohabitate in Bäumen bewohnen.

Es wurden mehrere Protokolle entwickelt um die Probenahme für Flugkreuzungsfallen sowie für Totholz und Laubstreu zu optimieren, wenn die Daten für die Metabarcodierung verwendet werden sollen. In Kombination mit B3 wurden Flugabfangfallen aufgestellt um die Arthropodenvielfalt zu bestimmen und wichtige Zielarten für die Studien zur genetischen Konnektivität zu ermitteln. Auf dieser Grundlage wurden acht Käferarten für die RAD-Sequenzierung ausgewählt und werden nun vollständig analysiert um den Genfluss zwischen Populationen abzuschätzen.

Derzeit untersuchen wir bodenbewohnende Arthropodengemeinschaften in Abhängigkeit von Lebensraumqualitätsparametern wie Totholzhäufigkeit/-typ, Vegetation, Bodenchemie und Strukturparametern wie Waldheterogenität und -vernetzung. Zu diesem Zweck haben wir entlang eines Transekts jeder Parzelle mehrere Laubstreu-Siebungen durchgeführt und diese als Sammelproben in einer Metabarcoding-Pipeline verarbeitet, um den Arthropoden-Artenreichtum zu schätzen.

Außerdem haben wir zusätzliche Arten für eine vollständige Genomsequenzierung identifiziert die es uns ermöglichen wird die genetische Vielfalt in der Landschaft abzuschätzen und zusätzlich zum mit einem SNP-Panel aus RADseq-Daten intraspezifische genetische Distanzen zu messen.

 

 

Zukünftige Forschungsfrage

Nächstes Promotionsprojekt (ab 1. Juli 2022):

Zunächst konzentrierte sich B4 auf die Bewertung von Insektengemeinschaften (durch Flugkreuzungsfallen) und Wirbellosengemeinschaften im Laubstreu durch Metabarcoding. Schätzungen der Artenvielfalt können nun mit der Waldstruktur und der Menge an Totholz in Verbindung gebracht werden.

Aufbauend auf dem vorhandenen Wissen über Insektengemeinschaften wurden nun Schlüsselarten in der Landschaft identifiziert, welche die Grundlage für das kommende Projekt B4 bilden werden.

Darüber hinaus werden wir uns auf die Bewertung der Artengemeinschaften von TreMs konzentrieren:

  • Die Vielfalt der wirbellosen Tiere wird in den TreMs durch Metabarcoding charakterisiert werden. Dies wird uns eine zusätzliche Einschätzung dieses Mikrohabitats ermöglichen die mit der Habitatstruktur in Verbindung gebracht werden kann, insbesondere in Bezug auf Habitatbäume und Retentionswirtschaft.
  • Ausgewählte Arten, die bei den vorangegangenen Bewertungen identifiziert wurden, werden mit niedriger Sequenziertiefe vollständig genomisch sequenziert. Die genomischen Informationen werden es uns ermöglichen relevante SNP's für populationsgenomische Analysen in der gesamten Landschaft zu identifizieren.
  • Bei der landschaftsgenomischen Analyse werden sowohl genomische als auch Umweltvariablen kombiniert um Konnektivitätspfade in der Landschaft zu ermitteln. Der Grad der Konnektivität ermöglicht es uns die räumliche Skala zu bestimmen auf der die Ausbreitung relevant ist und dies mit der Waldbewirtschaftungspraxis in Verbindung zu bringen.

B4 wird zusätzliche Daten über den Artenreichtum von Insekten in TreMs liefern. Diese Daten können dann mit bereits vorhandenen Datensätzen über flugfähige Insekten und bodenlebende Wirbellose kombiniert werden. Auf diese Weise können die Auswirkungen lokaler und landschaftlicher Muster auf die Insektenvielfalt entschlüsselt werden um die Auswirkungen der Aufforstung auf Waldgemeinschaften zu messen und mögliche Ursachen für den anhaltenden Insektenrückgang in Waldökosystemen zu ermitteln. Darüber hinaus können wir anhand des geschätzten Genflusses zwischen den Parzellen die funktionelle Konnektivität in der Landschaft quantifizieren.

Anforderungen an PhD-Bewerber*innen von B4:

Zusätzlich zu den in der Stellenausschreibung beschriebenen allgemeinen Anforderungen sollten Bewerber die sich für B4 bewerben möchten gute Bioinformatikkenntnisse mitbringen, insbesondere bei der Analyse großer genetischer Datensätze. Außerdem benötigen wir Laborerfahrung in der DNA-Extraktion, Genotypisierung und Sequenzierung. Erfahrung im Umgang mit Next-Generation-Sequencing-Daten ist erforderlich und Fachkenntnisse in der Modellierung von Landschaftsgenomik sind wünschenswert.

 

ConFoBi-Publikationen von B4

Knuff, Anna K.; Winiger, Nathalie; Klein, Alexandra‐Maria; Segelbacher, Gernot & Staab, Michael (2019). Optimizing sampling of flying insects using a modified window trap. Methods Ecol Evol, 10, 1820–1825. www.doi.org/10.1111/2041-210X.13258.

Storch, Ilse; Penner, Johannes; Asbeck, Thomas; Basile, Marco; Bauhus, Jürgen & Braunisch, Veronika et al. (2020). Evaluating the effectiveness of retention forestry to enhance biodiversity in production forests of Central Europe using an interdisciplinary, multi-scale approach. Ecology and evolution, 10, 1489–1509. www.doi.org/10.1002/ece3.6003.