Large scale patterns of African and European Odonata; the importance of functional traits

Biodiversitätsmuster, die Zusammensetzung von Artengemeinschaften und ökologische Dynamiken hängen mit den Reaktionen der Arten auf klimatische Bedingungen, biotische Wechselwirkungen und Ausbreitungsbeschränkungen zusammen. Der Klimawandel hat zu Verschiebungen der Verbreitungsgebiete von Arten in höhere Höhen und Breiten und zu Veränderungen in der Populationsentwicklung und in der Phänologie von Arten geführt. Dies macht den Klimawandel zu einem grundlegenden Anliegen für den Schutz der Biodiversität und macht das Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität zu einem zentralen Thema in Ökologie. Ein vielversprechender Ansatz zum Verständnis der Mechanismen, die die Artenverteilung und die Zusammensetzung der Gemeinschaft prägen, ist die Verknüpfung von physiologischen Prozessen, funktionellen Merkmalen und der klimatischen Umgebung. Zwei allgegenwärtige Merkmale von Tieren von großer funktioneller Bedeutung sind deren Körpergröße und Körperfarbe. Beide Merkmale beeinflussen beispielsweise den Temperaturüberschuss von Arten und haben dadurch erhebliche Auswirkungen auf die Verbreitung, Häufigkeit, Aktivität und Entwicklung von Arten. Bisher ist die Bedeutung der Körpergröße und Körperfarbe für Insekten jedoch spärlich untersucht, insbesondere auf größeren räumlichen und taxonomischen Skalen. Darüber hinaus sind die Auswirkungen beider Merkmale auf die Zusammensetzung der Gemeinschaft und die Reaktionen der Arten auf Umweltveränderungen nach wie vor kaum bekannt. Während es schwierig ist, Populationen über ganze Verbreitungsgebiete hinweg zu beobachten, hat die IUCN Kriterien festgelegt, die es Taxonexperten ermöglichen, den Bedrohungsstatus von Arten allgemein zu kategorisieren. Allerdings wurden bisher nur 1 % der beschriebenen Insekten bewertet, von denen die Datengrundlage bei 26 % als unzureichend eingestuft wurden. Insbesondere in tropischen Regionen und für tropische Taxa fehlt uns das Verständnis der Treiber, die mit bedrohten Insektenarten verbunden sind. Das übergeordnete Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Bedeutung von Wechselwirkungen zwischen Umweltfaktoren und funktionellen Merkmalen von Arten in Europa und Afrika zu untersuchen. Meine Arbeit konzentrierte sich auf Libellen (Odonata) aufgrund ihrer ökologischen Bedeutung und außergewöhnlichen naturgeschichtlichen Aufzeichnungen unter den Insekten. Damit möchte ich unser Verständnis der mechanistischen Prozesse verbessern, die biogeografischen Mustern und dem Artensterbenrisiko zugrunde liegen, und letztendlich unsere Prognosen der ökologischen Folgen des Klimawandels verbessern. In einem Kapitel dieser Arbeit habe ich die Farbhelligkeit und das Körpervolumen europäischer Odonaten quantifiziert und diese Merkmale mit Erhebungsdaten für lokale Populationen in ganz Europa kombiniert. Basierend auf diesem kontinentweiten, aber räumlich expliziten Datensatz habe ich die Auswirkungen von Temperatur und Niederschlag auf die Farbhelligkeit und das Körpervolumen lokaler Artengemeinschaften getestet und Unterschiede in ihrer relativen Bedeutung und Stärke zwischen lentischen und lotischen Arten bewertet. Ich zeige, dass mit steigender Temperatur die Farbhelligkeit von Ansammlungen von Odonaten zunimmt und die Körpergröße abnimmt. Meine Ergebnisse veranschaulichen, dass die Mechanismen, die der Farbhelligkeit und den Variationen der Körpergröße zugrunde liegen, auf lokale Ansammlungen skalieren. Zusammen mit früheren Studien auf größeren räumlichen Skalen zeigten die Ergebnisse die allgemeine Bedeutung der farb- und größenbasierten Thermoregulation bei Insekten. Diese Mechanismen waren von ähnlicher Bedeutung für Arten, die lentische und lotische Lebensräume bevorzugen (stehendes vs. fließendes Wasser), aber die höhere Ausbreitungsfähigkeit lentischer Arten scheint es ihnen zu ermöglichen, ihr thermisches Optimum besser zu verfolgen. In einem anderen Kapitel habe ich merkmalsbasierte Modelle mit Umweltfaktoren integriert, um die mechanistischen Grundlagen des Artensterbenrisikos für 489 afrikanische und europäische Odonaten zu untersuchen. Unter Verwendung von Körpergröße, Flügelbelastung und Lebensraumpräferenz integrierte ich aktuelle theoretische und empirische Unterstützung für einzelne Auswirkungen von Umweltvariablen auf Artenmerkmale in strukturelle ökologische Modelle. Insbesondere habe ich getestet, ob Arten in kälteren Umgebungen im Allgemeinen größer sind, ob Arten, die an weniger stabile Lebensräume angepasst sind und geringere Flächenbelastungen aufweisen, kleinere Verbreitungsgebiete haben und schließlich das Ausmaß, in dem diese Merkmal-Umwelt-Beziehungen zu einem höheren Aussterberisiko von Arten führen. Die Ergebnisse dieses Kapitels zeigen, dass Arten, die an lotische Lebensräume angepasst sind, sowie kleinere Arten und Arten mit hohen Flügelbelastungen kleinere Verbreitungsgebiete haben. Darüber hinaus hatten größeren Arten und solche mit geringerer Flügelbelastung eine nördlichere Verbreitung und bewohnten kältere Klimazonen. Arten mit kleineren Verbreitungsgebieten und solche, die in kälteren und nördlicheren Regionen vorkommen, hatten ein höheres Aussterberisiko. Ich zeige damit, dass starke Verbindungen zwischen intrinsischen Merkmalen (Körpergröße, Flügelbelastung und Lebensraumpräferenz) und extrinsischen Merkmalen (Verbreitungsgebietsgröße, thermale Präferenz und Breitengradposition) einen wesentlichen Teil der Variation des Artensterbenrisikos erklären können. Im Gegensatz zu Modellen von extrinsischen Merkmale allein hebe ich jedoch hervor, dass es wichtig ist, die Mechanismen zu berücksichtigen, die dem Aussterberisiko von Arten zugrunde liegen, um zu verstehen, welche Arten besonders bedroht sind und warum. Daher haben merkmalsbasierte Modelle ein hohes Potenzial, die negativen Auswirkungen von Umweltveränderungen und anderen Bedrohungen für Arten vorherzusagen und abzumildern. In einem anderen Kapitel habe ich das Potenzial von Odonaten bei der biologischen Bekämpfung von Mückenlarven unter nahezu natürlichen Bedingungen untersucht. Ich fand heraus, dass die weit verbreitete Libelle Bradinopyga strachani in der Lage ist, sich in Wasserspeicherbehältern, die in typischen ländlichen Häusern verwendet werden und Brutstätten für Moskitos sind, zu vermehren und diese auf natürliche Weise zu besiedeln. Meine Mesokosmosexperimente zeigen, dass das Vorhandensein von B. strachani zu einer drastischen Verringerung der Mückenlarvendichte führte, insbesondere in sonnenbeschienenen Behältern. Meine Ergebnisse bestätigen, dass die Libellenlarven wirksame biologische Kontrollmittel des Krankheitsüberträgers sind, mit großen Vorteilen für die Lebensgrundlage der Menschen. Zusammenfassend demonstriere ich die Bedeutung der mechanistischen Zusammenhänge zwischen Farbhelligkeit und Körpergröße mit dem Temperaturregime, das die biogeografischen Muster europäischer Odonaten prägt, indem ich räumlich explizite Erhebungsdaten verwende. Die Allgemeingültigkeit dieser Beziehungen bekräftigt die allgemeine Bedeutung des thermalen Melanismus und der Bergmannschen Regel für Ektothermen auf der Skale lokaler Artengemeinschaten. Abgesehen von der Hervorhebung der wesentlichen Rolle von Merkmalen, die an der Thermoregulation beteiligt sind, bei der Gestaltung der Verteilung von Libellen, scheint die größere Ausbreitungsfähigkeit lentischer Arten in Kombination mit der Klimageschichte es ihnen ermöglicht zu haben, die historischen Klimaänderungen besser zu bewältigen. Darüber hinaus unterstreichen meine Ergebnisse die Bedeutung von funktionalen Merkmalen bei der Risikobewertung von Artensterben. Körpergröße, Lebensraumpräferenz und Flügelbelastung erklären, warum einige Arten besonders bedroht sind, und können daher bei der Bedrohungsbewertung im Naturschutz als Warnsignal dienen, selbst für Arten, für die keine Verbreitungsdaten vorliegen. Diese integrativen merkmalsbasierten Analysen sind besonders relevant, um Verbindungen zwischen Ökologie und Naturschutz herzustellen, die wichtig für die Vervollständigung und Vorhersage von Artenbedrohungen sind. Diese Ergebnisse heben die ökologische Bedeutung von Libellen hervor und unterstreichen das große Potenzial für die Integration von Wechselwirkungen morphologischer Merkmalen mit phylogenetischen Daten, und Näherungswerten der Ausbreitungsfähigkeit in merkmalsbasierte Modelle, um unser Verständnis biologischer Reaktionen auf Umweltveränderungen und andere potenzielle Bedrohungen zu verbessern. Die Bedeutung der funktionellen Merkmale von Arten und die Allgemeingültigkeit ihres Einflusses auf die ökologische Dynamik unterstreichen, dass die Mobilisierung von Merkmalsdaten eine wichtige zukünftige Möglichkeit zur Verbesserung von Basisvorhersagen und der Informationsgrundlage für die Erhaltung der Insektenvielfalt auf großen Skalen darstellt.