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Das Ziel des hier beschriebenen Masterprojekts war es, eine Methode zu etablieren, mit der Insekten in Gießharz eingeschlossen werden können, damit sie dauerhaft konserviert für mikroskopische Untersuchungen im Biologieunterricht zur Verfügung stehen. Die Masterarbeit enthält eine ausführliche Anleitung zur Herstellung von Gießharzpräparaten mit darin eingebetteten Insekten. Sie soll als Handreichung vor allem für Biologie-Lehrkräfte dienen, um selbstständig hochwertige Lehrpräparate für ihren Unterricht herstellen zu können. Aufgrund der Komplexität des Themas werden Naturschutzbestimmungen und die Beschaffung der Insekten genauso beleuchtet wie deren anschließende Präparation, die Konstruktion einer eigenen Gießform, die Einbettung der Insekten in Gießharz und die Nachbehandlung des Gießlings. Wichtige Einflussfaktoren, die die Qualität der Präparate entscheidend beeinflussen und mögliche Fehlerquellen, werden ausführlich erläutert. Mittels dieser detaillierten Eingießanleitung können mit relativ einfachen und kostengünstigen Mitteln faszinierende Studienobjekte für einen anschaulichen Biologieunterricht entstehen.
Background:
Skewed body size distributions and the high relative richness of small-bodied taxa are a fundamental
property of a wide range of animal clades. The evolutionary processes responsible for generating these distributions
are well described in vertebrate model systems but have yet to be explored in detail for other major terrestrial
clades. In this study, we explore the macro-evolutionary patterns of body size variation across families of Hexapoda
(insects and their close relatives), using recent advances in phylogenetic understanding, with an aim to investigate
the link between size and diversity within this ancient and highly diverse lineage.
Results:
The maximum, minimum and mean-log body lengths of hexapod families are all approximately log-normally
distributed, consistent with previous studies at lower taxonomic levels, and contrasting with skewed distributions
typical of vertebrate groups. After taking phylogeny and within-tip variation into account, we find no evidence for a
negative relationship between diversification rate and body size, suggesting decoupling of the forces controlling these
two traits. Likelihood-based modeling of the log-mean body size identifies distinct processes operating within
Holometabola and Diptera compared with other hexapod groups, consistent with accelerating rates of size evolution
within these clades, while as a whole, hexapod body size evolution is found to be dominated by neutral processes
including significant phylogenetic conservatism.
Conclusions:
Based on our findings we suggest that the use of models derived from well-studied but atypical clades,
such as vertebrates may lead to misleading conclusions when applied to other major terrestrial lineages. Our results
indicate that within hexapods, and within the limits of current systematic and phylogenetic knowledge, insect
diversification is generally unfettered by size-biased macro-evolutionary processes, and that these processes over large
timescales tend to converge on apparently neutral evolutionary processes. We also identify limitations on available
data within the clade and modeling approaches for the resolution of trees of higher taxa, the resolution of which may
collectively enhance our understanding of this key component of terrestrial ecosystems.
Charakterisierung von Transportmechanismen in der Speicheldrüse der Schabe Periplaneta americana
(2006)
Die Aktivierung der Speichelsekretion erfolgt in der innervierten Speicheldrüse der Schabe Periplaneta americana durch die biogenen Amine Dopamin (DA) und Serotonin (5-HT). Die Acini der Speicheldrüse sezernieren einen Primärspeichel, der in den Ausführgängen modifiziert wird. Die durch DA und 5-HT aktivierten Signalwege sowie die an der Elektrolyt- und Flüssigkeitssekretion bzw. Speichel-modifikation beteiligten Transportmechanismen sind weitgehend unbekannt. Mikrofluorometrische Ca<sup>2+-, Na<sup>+- und pH-Messungen in Kombination mit pharmakologischen Experimenten, biochemische Messungen der Aktivitäten von Ionentransport-ATPasen sowie videomikroskopische Analysen zu transepithelialen Wasserbewegungen wurden in dieser Arbeit durchgeführt. Sie sollten Informationen über die an der Speichelbildung und -modifikation beteiligten Transportmechanismen und die Signalwege liefern, welche durch DA und/oder 5-HT aktiviert werden. Wesentliche Ergebnisse dieser Arbeit waren: <ul> <li>Messungen des intrazellulären pH (pHi) in Gangzellen zeigten, dass isolierte Ausführgänge mit Acini bei Stimulierung mit DA und 5-HT stark ansäuerten. In isolierten Ausführgängen ohne Acini verursachte nur DA eine schwache Ansäuerung. Da nur die Ausführgänge dopaminerg innerviert sind, die Acini jedoch dopaminerg und serotonerg, zeigt dieses Ergebnis, dass die DA- und/oder 5-HT-induzierte Primärspeichelbildung die Ursache für die pHi-Änderungen in den Gangzellen ist. pHi-Messungen in den Gangzellen geben also auch Hinweise auf Transportvorgänge in den Acini.</li> <li> Der Na<sup>+-K<sup>+-2Cl<sup>--Symporter und der Cl<sup>--HCO3<sup>--Antiporter, gekoppelt mit dem Na<sup>+ H<sup>+-Antiporter (NHE) waren an der NaCl-Aufnahme in die peripheren Zellen der Acini zur Bildung des NaCl-reichen Primärspeichels beteiligt. Die Aktivität dieser Transporter hing von der CO2/HCO3<sup>--Verfügbarkeit ab und war Ca<sup>2+-abhängig.</li> <li>Die starke Ansäuerung in den Gangzellen hing nicht von der Aktivität der apikalen vakuolären Protonen-ATPase (V-H<sup>+-ATPase), aber von der Aktivität der basolateralen Na<sup>+-K<sup>+-ATPase ab, die anscheinend in den Ausführgängen die Speichelmodifikation energetisiert.</li> <li>In isolierten Ausführgängen mit Acini waren die V-H<sup>+-ATPase und Na<sup>+-abhängige Transporter (u. a. NHE) an der Erholung von einer DA-induzierten oder einer NH4Cl-Vorpuls-induzierten Ansäuerung in den Gangzellen beteiligt. Bei der Regulation des pHi in unstimulierten Gangzellen spielten diese Transporter keine Rolle.</li> <li>In isolierten Ausführgängen mit Acini induzierte DA in den Gangzellen einen Anstieg der [Na<sup>+]i und, zeitlich verzögert, auch der [Ca<sup>2+]i. Der [Na<sup>+]i-Anstieg war von der Aktivität der Acini abhängig und erfolgte möglicherweise über apikale Na+-Kanäle. Der [Ca<sup>2+]i-Anstieg war graduiert und tonisch. Der DA-induzierte [Na<sup>+]i-Anstieg in den Gangzellen und deren Depolarisation führten dazu, dass der basolaterale Na<sup>+-Ca<sup>2+-Antiporter in den Ca<sup>2+-Influx-Modus umkehrte. Die daraus resultierende tonische [Ca<sup>2+]i-Erhöhung könnte an der Regulation der Na<sup>+-Rückresorption beteiligt sein.</li> <li>Zum Nachweis transepithelialer Flüssigkeitsbewegungen in isolierten Ausführgängen wurde eine videomikroskopische Methode entwickelt. Isolierte Ausführgänge ohne Acini resorbierten im unstimulierten Zustand Flüssigkeit aus dem Ausführganglumen. Möglicherweise sezernieren die Acini auch im unstimulierten Zustand mit geringerer Rate einen Primärspeichel, der in den Ausführgängen resorbiert wird. Die Resorption war ATP-abhängig. Der ATP-verbrauchende Transportmechanismus konnte nicht identifiziert werden. Weder die Na<sup>+-K<sup>+-ATPase noch die V-H<sup>+-ATPase waren an der Resorption beteiligt.</li> </ul> Diese Arbeit trug zur Kenntnis der komplexen Funktionsweise von Speicheldrüsen in Insekten bei und erweiterte das lückenhafte Wissen über die zellulären Wirkungen biogener Amine in Insekten. Zudem wurden in dieser Arbeit viele Parallelen zu Funktionsweisen der Speicheldrüsen in Vertebraten deutlich.
Anthropogenic activities have led to a global decline in biodiversity, and monitoring studies indicate that both insect communities and wetland ecosystems are particularly affected. However, there is a need for long-term data (over centennial or millennial timescales) to better understand natural community dynamics and the processes that govern the observed trends. Chironomids (Insecta: Diptera: Chironomidae) are often the most abundant insects in lake ecosystems, sensitive to environmental change, and, because their larval exoskeleton head capsules preserve well in lake sediments, they provide a unique record of insect community dynamics through time. Here, we provide the results of a metadata analysis of chironomid diversity across a range of spatial and temporal scales. First, we analyse spatial trends in chironomid diversity using Northern Hemispheric data sets overall consisting of 837 lakes. Our results indicate that in most of our data sets, summer temperature (T-jul) is strongly associated with spatial trends in modern-day chironomid diversity. We observe a strong increase in chironomid alpha diversity with increasing T-jul in regions with present-day T-jul between 2.5 and 14 degrees C. In some areas with T-jul > 14 degrees C, chironomid diversity stabilizes or declines. Second, we demonstrate that the direction and amplitude of change in alpha diversity in a compilation of subfossil chironomid records spanning the last glacial-interglacial transition (similar to 15,000-11,000 years ago) are similar to those observed in our modern data. A compilation of Holocene records shows that during phases when the amplitude of temperature change was small, site-specific factors had a greater influence on the chironomid fauna obscuring the chironomid diversity-temperature relationship. Our results imply expected overall chironomid diversity increases in colder regions such as the Arctic under sustained global warming, but with complex and not necessarily predictable responses for individual sites.
Biodiversity and abundance of wildlife has dramatically declined in agricultural landscapes. Sown, short-lived wildflower (WF) strips along the margins of crop fields are a widespread and often subsidised in agri-environmental schemes, intended to enhance biodiversity, provide refuges for wild plant and arthropod populations and to provide ecosystem services to crops. Meanwhile, WF elements are also criticised, since their functionality decreases with plant succession, the removal of aged WF strip poses an ecological trap for the attracted arthropod populations and only common and mobile species benefit. Further, insects in WF strips are impacted by pesticides from agricultural fields due to shared boundaries with crop fields and by edge effects. The performance of the measure could be improved by combining several WF strips of different successional stages, each harbouring a unique community of plants and arthropods, into persistent, composite WF block, where successional stages exist in parallel. Monitoring data on many taxa in the literature shows, that a third of species are temporarily present in an ageing WF stip, thus offering composite WF blocks should increase cumulative species richness by 28%-39% compared to annual richness in WF strips. Persistence of composite WF blocks would offer reliable refuge for animal and plant populations, also supporting their predators and herbivores. Further, WF blocks have less boundaries to crops compared to WF strips of the same area, and are less impacted by edge effects and pesticides. Policy implications. Here I suggest a change of conservation practice changing from successional WF strips to composite WF blocks. By regular removal and replacement of aged WF strips either within the block (rotational) or at its margins (rolling), the habitat heterogeneity in composite WF block could be perpetuated. Rolling composite WF blocks change locations over years, and the original location can be reconverted to arable land while a nearby WF block is still available to wildlife. A change in agricultural schemes would be necessary, since in some European countries clustered WF strips are explicitly not subsidised.