Phryganea grandis

Entomologie III

Forschung

Integrative Taxonomy and CollectOMICS

In our working groups we use morphology, DNA and optical methods to expedite and facilitate the process of identifying and differentiating units of biological diversity, often species. High-throughput, specimen based integrative taxonomy forms the basis of this work, but we are exploring a variety of innovative imaging technologies with potential for automation. This is especially important to us as we try to extract not only taxonomic information, but also functional information from the treasures lying in museum insect collections.

Example research projects (where applicable with links to third party funding): 

 

Molecular Systematics and Trait/Niche Evolution in Aquatic Insects

The evolution of traits is essential for species diversification and adaptation to changing environmental conditions. Understanding how traits evolved and allowed taxa to diversify ecologically is essential for understanding present-day species and ecological diversity. Phylogenomic methods allow generating very robust assessments of the evolution of ecologically interesting groups, a prerequisite for assessing morphological and ecological diversification patterns and processes.

Example research projects (where applicable with links to third party funding): 

 

Molecular Diversity and Population Genetics under Environmental Change

Phenotypic variation and changes of this variation in populations are the fundamental basis for evolution. In my working group, we are interested in how environmental changes act as selection pressures in populations and species. Using population genetic and genomic methods in time series data we assess population dynamics of species and communities and how environmental changes drive shifts in genetic and phenotypic variation. We do this in the context of both historic and ongoing environmental change.

Example research projects (where applicable with links to third party funding):

 

Translational Biodiversity Genomics

At the LOEWE Centre for Translational Biodiversity Genomics (tbg.senckenberg.de), we are interested in harvesting genomic information from a wide range of organisms to better understand the genomic underpinnings of diversification and making genomic resources available for basic and applied research. In my working group, we specifically use genomic and transcriptomic methods to study the genomic basis of caddisfly silk.

Gallen & Mikroökosysteme (J.-P. Kopelke)

Taxonomie der gallenerzeugenden Blattwespen der Gattungen Euura, Phyllocolpa und Pontania (Tenthredinidae: Nematinae) auf Salix spp. und ihrer Parasitoide (J.-P. Kopelke)

Einen Forschungsschwerpunkt in der Entomologie III bilden seit 1981 die vielfältigen Untersuchungen der auf Weiden ( Salix spp.) gallenbildenden Blattwespenarten der Gattungen Pontania Euura und Phyllocolpa. Dabei ist die genaue Klärung der sehr problematischen taxonomischen Verhältnisse der Arten eine unverzichtbare Grundlage für weiterführende Studien. Es zeigte sich, daß dies nur durch Anwendung verschiedener Methoden möglich ist.

Die taxonomische Bearbeitung der Arten der Gattungen Pontania , Euura und Phyllocolpa  basiert auf Aufsammlungen an mittlerweile über 250 Lokalitäten in 10 Ländern Europas in einem Umfang von insgesamt ca. 140.000 Gallen (bis 2004), die unter Labor- und Freilandbedingungen gezüchtet wurden. Ein wesentliches, differenzierendes Merkmal bei diesen Insekten ist ihre ausgeprägte Wirtsspezifität, die sich mit Hilfe zahlreicher Eiablageexperimente nachweisen ließ. Auf der Basis der durch solche biologischen Eigenschaften klar differenzierten Formen, ließen sich auch morphologische Merkmale und ihre Variabilität genau erfassen und zusammen mit ergänzenden morphometrischen Untersuchungen die auftretenden Taxa genau definieren. Dadurch konnten vom Sektionleiter mittlerweile 13 Arten der Gattung Pontania und 14 Arten der Gattung Euura für die Wissenschaft neu beschrieben werden. Seit 1997 wurde verstärkt die Bearbeitung der Phyllocolpa -Arten betrieben. Die Revision der Gattung ist noch nicht abgeschlossen, doch erste Ergebnisse zeigen, daß es sich bei den Nachweisen auf diversen Wirtspflanzenarten ebenfalls um eigenständige Arten handelt.

Prinzip der Eiablage-Experimente am Beispiel der Pontania-Arten. Jedem Experiment war eine Eignungsprüfung der Weidenarten vorangestellt. Dabei wurde den Gallenerzeugern zunächst ihre eigene Weidenart angeboten, um mit einer erfolgreichen Eiablage die Eignung der Pflanze zu bestätigen. Anschließend wurden die so überprüften Pflanzen für Folge-Experimente (Ausschlußprinzip, Präferenztests) eingesetzt.

Die Zucht der Parasitoide von gallenbildenden Blattwespenarten war ebenfalls Voraussetzung für eine genaue Erfassung von Variabilitäten morphologischer Differenzierungsmerkmale. Damit wird ein entscheidender Beitrag zur taxonomischen Klärung problematischer Arten der Chalcidoidea, Ichneumonidae und Braconidae geleistet. Dies ermöglichte die Beschreibung von bisher 6 für die Wissenschaft neuen Arten (Chalcidoidea: 2 spp., Braconidae: 2 spp., Ichneumonidae: 2 spp.).

Eiablagestrategien und Gallenbildung der Blattwespen der Gattungen Euura, Phyllocolpa und Pontania (Hymenoptera: Tenthredinidae: Nematinae) (J.-P. Kopelke)

Gallenbildungen

Die Gallenbildungen der Gattungen Euura, Phyllocolpa und Pontania sind Ausdruck besonders enger Bindungen an ihre Wirtspflanzen und zugleich Voraussetzung für eine erfolgreiche Reproduktion der Art. Eine ausgeprägte, überlebensnotwendige Wirtsbindung setzt ein besonders leistungsfähiges Wirtsfindungsvermögen der Weibchen und eine damit verbundene hohe Sensibilität gegenüber stofflichen Veränderungen voraus. Die im Zusammenhang mit der Eiablage zu treffenden Entscheidungen laufen bei allen Arten nach gleichem Schema ab.

Galleninduktion und Eiablagevorgang sind bei Euura und den meisten Pontania -Arten zeitlich nicht voneinander getrennt, sondern erfolgen gleichzeitig, nachdem das Weibchen mit seinem Sägeapparat eine Eitasche in dem Pflanzengewebe angelegt hat. Nur bei Arten der Pontania dolichura -Gruppe und vor allem bei Phyllocolpa ist der Eiablage ein mehr oder weniger aufwendiges Verfahren der Galleninduktion vorgeschaltet.

Die Gallen dieser Blattwespenarten entstehen an verschiedenen Organen ihrer Wirtspflanzen, sie sind in ihrer Gestalt sehr unterschiedlich, meist auffällig, manchmal jedoch auch kaum wahrnehmbar. Innerhalb einer Art ist ihr Aussehen ziemlich konstant, unterscheidet sich jedoch oft deutlich zwischen verwandten Arten, selbst wenn sie auf derselben Wirtspflanze entstehen (z.B. Pontania vesicator , viminalis und virilis auf Salix purpurea ). Aufgrund bestimmter morphologischer Übereinstimmungen lassen sich die Gallen in unterschiedliche Typen einteilen. Gallen mit völlig geschlossenem Fraßraum treten bei Pontania und Euura auf, bei Phyllocolpa wird dagegen eine offene Fraßröhre in Gestalt einer Blattumrollung angelegt.

Da Weidenarten während der gesamten Vegetationsperiode wachsen, liefern sie über einen langen Zeitraum günstige Bedingungen für die Galleninduktion. Je nach Typ können sich die Gallen über mehrere aufeinanderfolgende Blätter ( Pontania , Phyllocolpa , Euura venusta -, testaceipes -Gruppe), Knospen ( Euura mucronata -Gruppe) und größere Sproßabschnitte ( Euura atra-, amerinae -Gruppe) verteilen.

Wirtsspezifität

Die Fähigkeit zur Gallenerzeugung setzt ein funktionierendes Zusammenspiel von cecidogenem Sekret des Erzeugers und den pysiologischen Eigenschaften der Wirtspflanze voraus, d.h. nur bei Wirtspflanzeneignung kann es zu einem ungestörten Gallenwachstum und damit zu einer gesicherten Entwicklung der Nachkommen kommen. Die Akzeptanz der Wirtspflanze wird in hohem Maße von bestimmten Pflanzenabwehrreaktionen, genetischen Veränderungen, Auswirkungen der Bastardierungs-Neigung und schließlich den hohen Variabilitäten biochemischer Merkmale (sekundärer Inhaltsstoffe, insbesondere Phenolglycoside) gesteuert.

Im Rahmen der taxonomisch-ökologischen Untersuchungen wurden zur Klärung der Wirtsspezifität in insgesamt 552 Experimenten (bei denen bis 2004 ca. 1100 Weibchen zum Einsatz kamen) 38 Pontania – , 20 Euura – und 15 Phyllocolpa -Arten überprüft. Dabei kamen 33 Salix- Arten in 204 Exemplaren zum Einsatz, so daß bisher 357 verschiedene Gallenerzeuger-Salix -Kombinationen getestet werden konnten. Die Eiablageexperimente mit frisch geschlüpften Weibchen fanden im Fühjahr statt. Zunächst erfolgte nach einem Ausschlußverfahren die Überprüfung der Wirtspflanzen-Eignung. Im Anschluß an diese „Eignungsprüfung“ kamen die Weiden in „no-choice-“ bzw. „mutiple-choice-tests“ (= Präferenzversuche in Kleingewächshäusern) zum Einsatz.

Struktur und Dynamik ausgewählter Phytophagensysteme auf Salix spp. (Gallen von Blattwespen bzw. Gallmücken; Weidenkätzchen) (J.-P. Kopelke u. Mitarbeiter)

Das Erfassen und Verstehen der Biodiversität in unterschiedlichen Lebensräumen ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Sektion Entomologie III. Unterschieden wird zwischen unterschiedlichen Größen der Systeme: Makroökosysteme als unscharf abgegrenzte Biotope (Naturwaldprojekt) und Mikroökosyteme (z.B. Pflanzengallen oder Blüten) als gut abgrenzbare Lebensräume. Bei der Analyse der Struktur und Funktion insbesondere des Mikroökosystems Galle wird folgenden Fragen nachgegangen:

  • Wie ist die Artengemeinschaft in den verschiedenen Galltypen der Blattwespengattungen Pontania- Euura- und Phyllocolpa -Arten zusammengesetzt?.
  • Gibt es regionale und zeitliche Unterschiede in der Zusammensetzung des Gegenspielerkomplexes der Gallerzeuger?
  • Welche Bedeutung besitzen Spezialisten und Generalisten unter den Gegenspielern in den verschiedenen Gallensystemen (Blattwespen, Gallmücken)?
  • Gibt es konkurrenzminimierende oder -vermeidende Faktoren, die eine Koexistenz der Arten ermöglichen?
  • Wie verteilen sich die Gemeinschaften gallenbildender Insekten an ihren natürlichen Standorten?
  • Gibt es Ähnlichkeiten zwischen den Artengemeinschaften der Gallen und anderer Kleinsysteme wie Blütenanlagen (Weidenkätzchen) ?

Die durchgeführten Projekte verteilen sich auf 4 Bereiche:

  • Gallenerzeugende Blattwespen der Weiden (Salix spp.)
  • Gallmücken der Weiden (Salix spp.)
  • Blütenanlagen der Weiden (Salix spp.)
  • Biodiversität in mitteleuropäischen Feuchtgebieten: Insekten-Lebensgemeinschaften auf Weiden (Salix spp.)
Giga Macro
Mutilla rubroaurea
Myrmica
Myrmica sp.
Giga Macro
Ronisia barbatula