Environmental drivers of colour and size in insects: A macroecological perspective

Climatic conditions have profound effects on the geographical distribution of species across diverse taxa and regions. However, the role of traits of species that underpin the relationship between distribution and climate is poorly understood, especially in animals. Although many physiological and l...

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Main Author: Zeuss, Dirk
Contributors: Brandl, Roland (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
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Table of Contents: Das Klima hat grundlegende Auswirkungen auf die Verbreitung von Arten. Ein mechanistisches Verständnis des Zusammenhangs zwischen Merkmalen von Arten, der räumlichen Verbreitung von Arten und klimatischen Bedingungen fehlt jedoch weitestgehend, vor allem bei Tieren. Obwohl viele physiologische und kleinräumige Studien Zusammenhänge zwischen Merkmalen von Arten und klimatischen Bedingungen gezeigt haben, ist weitgehend unbekannt, inwieweit solche mechanistischen Zusammenhänge die Verbreitung von Arten auf makroökologischer Skala beeinflussen. Bei Insekten sind Farbe und Körpergröße zwei wichtige multifunktionale Merkmale, die zentrale Rollen bei natürlicher und sexueller Selektion einnehmen und deswegen mit klimatischen Bedingungen in Beziehung stehen könnten. Die Farbe von Insekten wird mit Tarnung, Aposematismus, sexueller Selektion, Arterkennung, Resistenz gegen UV-Strahlung und Pathogene sowie Thermoregulation assoziiert. Die relative Wichtigkeit einzelner Funktionen ist jedoch oft unklar, weil mehrere Funktionen von Farbe simultan wirken können. Bisher wird davon ausgegangen, dass Thermoregulation durch thermalen Melanismus die dominante Funktion der Farbe bei Insekten ist. Dunkle Individuen erwärmen sich schneller und erreichen höhere Körpertemperaturen verglichen mit hellen Individuen unter gleichen Umweltbedingungen. Helle Individuen hingegen sollten durch ein geringeres Risiko zu Überhitzen einen Vorteil in warmen Klimaten besitzen. Es ist jedoch unbekannt, inwiefern dieser physikalische Mechanismus die Helligkeit von Arten in Abhängigkeit der thermalen Umgebung auf makroökologischer Skala und über Kontinente hinweg beeinflusst. Darüber hinaus ist Thermoregulation nicht die einzige Funktion von Farbe und es ist unbekannt, inwiefern andere Funktionen von Farbe in bestimmten Gebieten und Taxa dominieren und dadurch makroökologische Muster generieren. Die Körpergröße von Insekten beeinflusst fast alle physiologischen Prozesse (z.B. den Sauerstoffverbrauch), die wiederum Fertilität, Mortalität und ökologische Prozesse wie z.B. die Konkurrenz zwischen Individuen oder Arten bestimmen. Somit ist die Körpergröße letztendlich mit der raumzeitlichen Verbreitung und Abundanz von Arten verbunden, was wichtige Implikationen für Auswirkungen des Klimawandels hat – von der Biomasseproduktion einzelner Arten hin zur Struktur und Dynamik von Artgemeinschaften. Bisher gibt es jedoch noch keine Synthese und Analyse der wichtigsten Umwelteinflüsse auf die großräumige Verbreitung der Körpergröße von Insekten. In dieser Arbeit verwendete ich Lepidopteren (Tag- und Nachtfalter) und Odonaten (Groß- und Kleinlibellen), um die folgenden Fragen zu bearbeiten: i) Sind Gemeinschaften tagaktiver Insekten im Mittel dunkler in kälteren Regionen und heller in wärmeren Regionen? ii) Ist Tarnung, Resistenz gegen Pathogene oder Schutz vor UV-Strahlung assoziiert mit großräumiger Variation in der Farbe von Insekten? iii) Was sind die wichtigsten Umwelteinflüsse auf die großräumige Variation der Körpergröße von Insekten? Diese Arbeit demonstriert, dass Farbe und Körpergröße selbst auf makroökologischer Skala in Beziehung zur geographischen Verbreitung von Insekten stehen. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind vor allem durch die Umgebungstemperatur gesteuert: Bei der Farbe durch deren Effekt auf Thermoregulation sowie Immunfunktion und bei der Körpergröße durch die Temperaturabhängigkeit metabolischer Raten und des Voltinismus. Mit der Klimaerwärmung erwarte ich von daher, dass vor allem dunkle und/oder große aquatische Insekten ihre Verbreitungsgebiete verändern und sich von wärmeren Regionen zurückziehen. Insektenarten mit der Fähigkeit, ihre jährliche Anzahl von Generationen zu erhöhen, sollten hingegen von steigenden Umgebungstemperaturen profitieren und ihre Verbreitungsgebiete in höhere Breiten ausdehnen.