Rapid decay of diversity-productivity relationships after invasion of experimental plant communities

So far, effects of species richness on ecosystem functioning have mainly been investigated in the short term in experimental communities from which invasion was prevented. We kept the local species pools of experimental grassland communities with 1, 2, 4, 8, and 32 species closed for five years and subsequently opened them for invasion by cessation of weeding. As long as communities were weeded, extinctions were rare but positively related to species richness, diversity-productivity relationships were positive, and more diverse systems had a greater temporal stability. Following cessation of weeding, species-poor communities were more prone to invasion. However, invasion increased extinction especially in species-rich communities. Within two years, differences in species richness and biomass production between sets of communities of different initial species richness disappeared and the positive diversity-productivity relationship was no longer detectable whereas species compositions remained distinct. This indicates that the positive diversity-productivity relationships during the weeding phase were mainly controlled by species richness.Bis anhin wurden die Effekte der Artenvielfalt auf das Funktionieren von Ökosystemen vor allem in kurzfristigen Experimenten untersucht, in denen die Einwanderung von Pflanzenarten in die bestehenden Gesellschaften verhindert wurde. Im vorliegenden Versuch wurden die lokalen Artenpools von 1, 2, 4, 8 und 32 Arten unserer experimentellen Graslandgesellschaften während 5 Jahren künstlich geschlossen gehalten und danach geöffnet indem nicht mehr gejätet wurde. Solange die Gesellschaften gejätet wurden, gab es wenige Aussterbeereignisse, die aber positiv mit der Artenvielfalt korreliert waren. Die Beziehung zwischen Diversität und Produktivität war positiv und Systeme höherer Diversität zeigten eine größere zeitliche Stabilität. Nach der Aufgabe des Jätens nahm die Einwanderung vor allem in artenarmen Gesellschaften zu. Die Einwanderung erhöhte jedoch besonders das Aussterben in ursprünglich artenreichen Gesellschaften. Innerhalb von zwei Jahren verschwanden die Unterschiede in der Artenzahl und Biomasseproduktion zwischen den verschiedenen Graslandgesellschaften und eine positive Beziehung zwischen Diversität und Produktivität war nicht mehr feststellbar. Die Artenzusammensetzung der Versuchsflächen blieb jedoch unterschiedlich. Das deutet darauf hin, daß die positive Beziehung zwischen Diversität und Produktivität während der ersten Phase des Experiments vor allem durch die Artenzahl und nicht durch die Artenzusammensetzung hervorgerufen wurde.     

Biodiversity on urban roundabouts—Hemiptera, management and the species–area relationship

The biodiversity of insects within urban areas has been relatively little studied. Given the large and ever increasing extent of urban areas, and that the insect species richness there can be high, it is important to know the factors determining that aspect of biodiversity. In this study two of these factors, namely habitat management and area, were considered. Arboreal and grassland Hemiptera, and grassland plants, were sampled on 18 roundabouts and other road enclosed sites in the town of Bracknell. Hemiptera were sampled using suction sampling and tree beating. A significant species–area relationship was found for arboreal Hemiptera, which was strongly related to habitat diversity. For both grassland plants and Hemiptera, grassland management, by mowing, had a significant effect on species richness. Despite the management grassland plants showed a significant species–area relationship. However the effect of management on Hemiptera was great enough to outweigh any area effect. As the size of open spaces is often constrained in urban areas, altering habitat management has a greater potential for enhancing biodiversity. For arboreal Hemiptera choice of trees for planting is of particular importance, while for grassland Hemiptera diversity would be increased with a reduction in the intensity of management, such a reduction in the frequency of mowing.

Zusammenfassung

Die Biodiversität der Insekten auf urbanen Flächen ist relativ wenig untersucht. Angesichts der großen und der immer größer werdenden Ausdehnung urbaner Gebiete und angesichts dessen, dass der Artenreichtum der Insekten dort groß sein kann, ist es wichtig die Faktoren zu kennen, die diesen Aspekt der Biodiversität bestimmen. In dieser Untersuchung wurden zwei dieser Faktoren, nämlich Habitatmanagement und Fläche, betrachtet. Baum- und wiesenbewohnende Hemiptera sowie Wiesenpflanzen wurden in 18 Kreisverkehren und anderen straßenumschlossenen Orten innerhalb der Stadt Bracknell gesammelt. Die Hemiptera wurden mit Saugproben und Klopfproben an den Bäumen gesammelt. Für die baumbewohnenden Hemiptera wurde eine signifikante Art-Areal-Beziehung gefunden, die in enger Beziehung zur Habitatdiversität stand. Sowohl für die Wiesenpflanzen als auch für die Hemiptera hatte das Wiesenmanagement in Form von Mahd einen signifikanten Einfluss auf den Artenreichtum. Trotz des Managements zeigten die Wiesenpflanzen eine signifikante Art-Areal-Beziehung. Die Auswirkungen des Managements auf die Hemiptera waren jedoch groß genug, um den Arealeffekt zu überwiegen. Da die Größe offener Flächen in städtischen Gebieten oft beschränkt ist, hat die Änderung des Habitatmanagements ein größeres Potenzial die Biodiversität zu erhöhen. Für baumbewohnende Hemiptera ist die Auswahl der Bäume für die Bepflanzung von besonderer Wichtigkeit, während für die wiesenbewohnenden Hemiptera die Diversität durch eine Verringerung der Managementintensität erhöht würde, wie z. B. durch die Verringerung der Mahdfrequenz.     

Species turnover at small scales in dune slack plant communities

Patterns of both species accumulation with increasing area and of individual species occurrences depend on the scale level considered. This study investigated community diversity and individual species turnover patterns between four scale levels within 2×2 m² nested plots situated in a dune slack plant community. The number of species increased with plot area following a log–log function, with a slope of 0.23. However, species turnover was higher between the lowest scale levels, indicating limitations on species occurrences at the 25×25 cm² scale level. Alpha diversity in rectangular plots was significantly higher than in square plots of the same area. There were strong differences between individual species turnover patterns. Most species occurrence patterns had a box-counting fractal dimension value between 0.8 and 1.6, which is rather low compared with other studies on larger scale levels. Analyses of occurrence probabilities and scale area plots showed that there is a systematic deviation from self-similarity at the smallest scale level. Species had a lower frequency than expected from a fractal distribution, suggesting a higher level of species aggregation. The higher species diversity turnover at the smallest scale level can be linked to a higher spatial aggregation of individual species, due to biotic or abiotic limitations on their occurrence. These results confirm the general nature of the pattern of break-down of self-similarity at the smallest scale level considered.

Zusammenfassung

Sowohl das Muster des Artenanstiegs mit zunehmender Fläche als auch das Muster des Auftretens einzelner Arten hängen vom betrachteten Skalenlevel ab. Diese Studie untersuchte die Diversität der Lebensgemeinschaft und die Muster der Fluktuationen einzelner Arten auf vier Skalenlevels innerhalb von 2×2 m² ineinander geschachtelten Versuchsflächen in einer Pflanzengemeinschaft der Dünentäler. Die Zahl der Arten nahm mit der Versuchsfläche entsprechend einer log–log Funktion mit einer Steigung von 0.23 zu. Die Artenfluktuation zwischen den niedrigsten Skalenlevels war jedoch größer und weist darauf hin, dass es Limitierungen für das Auftreten der Arten auf dem 25×25 cm² Skalenlevel gibt. Die Alpha-Diversität war in rechteckigen Versuchsflächen signifikant größer als in quadratischen Versuchsflächen der gleichen Größe. Es gab größe Unterschiede in den Mustern der Fluktuation einzelner Arten. Die meisten Muster des Auftretens der Arten hatten fraktale Box-Counting-Dimensions-Werte zwischen 0.8 und 1.6, was relativ gering im Vergleich zu Studien auf größeren Skalenlevels ist. Die Analysen der Auftretenswahrscheinlichkeit und der Probefläche der Skalenlevels zeigten, dass es eine systematische Abweichung von der Selbstähnlichkeit auf dem kleinsten Skalenlevel gibt. Die Arten hatten eine geringere Häufigkeit als die aufgrund einer fraktalen Verteilung erwartete, was einen höheren Level der Artaggregation vermuten lässt. Die größere Fluktuation der Artendiversität auf dem kleinsten Skalenlevel kann mit einer größeren räumlichen Aggregation einzelner Arten aufgrund von biotischen und abiotischen Beschränkungen ihres Vorkommens in Verbindung gebracht werden. Diese Ergebnisse bestätigen die generelle Natur des Musters des Zusammenbruchs der Selbstähnlichkeit auf den kleinsten betrachteten Skalenlevels.     

Hide and seek on two spatial scales – vegetation structure effects herbivore oviposition and egg parasitism

Habitat parameters as well as host density and distribution play an important role in host-parasitoid interactions. Vegetation structure can affect both, herbivorous insects searching for places for egg deposition and foraging egg parasitoids. Herbivores might escape egg parasitism by depositing their eggs on sites with vegetation factors unfavourable for host searching parasitoids. The importance of a particular vegetation parameter for the host-parasitoid relationship, however, might depend on the spatial scale. In this study the influence of vegetation structure on oviposition of the polyphagous tansy leaf beetle Galeruca tanaceti L. (Coleoptera: Chrysomelidae) and on egg parasitism by the specialist egg parasitoid Oomyzus galerucivorus was investigated on two spatial scales in the field. Factors like vegetation height and coverage, presence of host plants and microclimate were measured and correlated with presence of herbivore eggs as well as incidence or rate of parasitism. On a larger scale 25 sites (patch size = 300–2000 m²) of suitable semi-arid grassland in different successional stages were studied. The probability that egg clutches of G. tanaceti were present at a site increased with a decreasing area covered by shrubs. Parasitism rates on the macro-site scale showed the same trend and were also higher at sites with a lower percentage of shrubs covering the area.On a smaller scale vegetation structure was investigated using 40 patches (patch size = 1 m²). While the best predictor for the presence of beetle egg masses on this scale was the complexity of vegetation, parasitism was influenced by the presence of a host plant, Achillea millefolium, and a sunny microclimate.In Wirt-Parasitoid Interaktionen spielen Wirtsdichte und -verteilung, aber auch Habitat-Parameter eine wichtige Rolle. Die Vegetationsstruktur kann sowohl herbivore Insekten auf der Suche nach Ei- ablageplätzen als auch ihre Eiparasitoide auf der Suche nach Wirten beeinflussen. Herbivore Insekten könnten einer Eiparasitierung dadurch entgehen, dass sie ihre Eier an Orte legen, die für Parasitoide ungünstige Vegetations-Parameter aufweisen. Die Bedeutung eines Vegetations-Parameters auf die Wirt-Parasitoid Beziehung kann von der räumlichen Skala abhängen, die untersucht wird. Diese Arbeit untersucht den Einfluss der Vegetationsstruktur auf die Eiablage des polyphagen Rainfarnblattkäfers Galeruca tanaceti L. (Coleoptera: Chrysomelidae) und auf die Parasitierung durch den spezialisierten Ei-Parasitoiden Oomyzus galerucivorus auf zwei räumlichen Skalen im Freiland. Verschiedene Vegetations-Parameter wie die Vegetationshöhe, der Deckungsgrad, das Wirtspflanzenvorkommen und das Mikroklima wurden gemessen und mit dem Vorhandensein von Eigelegen und Parasitierung korreliert. Auf der großflächigen Skala wurden 25 Flächen (Größe = 300–2000 m²) semiariden Grasslands in verschiedenen Sukzessionsstadien untersucht. Die Wahrscheinlichkeit, dass Eigelege von G. tanaceti auf einer Fläche gefunden wurden nahm mit sinkendem Verbuschungsgrad zu. Die Parasitierungsrate auf der großflächigen Skala nahm ebenfalls mit sinkendem Verbuschungsgrad zu.Kleinflächig wurde die Vegetationsstruktur in 40 Quadraten (Größe = 1 m²) untersucht. Während die Eiablage des Käfers am stärksten von der Komplexität der Vegetation beeinflusst wurde, wurde die Parasitierungsinzidenz durch das Vorkommen der Wirtspflanze Achillea millefolium und durch ein sonniges Mikroklima bestimmt.     

Monitoring programs need to take into account imperfect species detectability

Biodiversity monitoring is important to identify biological units in need of conservation and to check the effectiveness of conservation actions. Programs generally monitor species richness and its changes (trend). Usually, no correction is made for imperfect species detectability. Instead, it is assumed that each species present has the same probability of being recorded and that there is no difference in this detectability across space and time, e.g. among observers and habitats. Consequently, species richness is determined by enumeration as the sum of species recorded. In Switzerland, the federal government has recently launched a comprehensive program that aims at detecting changes in biodiversity at all levels of biological integration. Birds are an important part of that program. Since 1999, 2–3 visits per breeding season are made to each of >250 1km² squares to map the territories of all detected breeding bird species. Here, we analyse data from three squares to illustrate the use of capture-recapture models in monitoring to obtain detectability-corrected estimates of species richness and trend. Species detectability averaged only 85%. Hence an estimated 15% of species present remained overlooked even after three visits. Within a square, changes in detectability for different years were of the same magnitude when surveys were conducted by the same observer as when they were by different observers. Estimates of trend were usually biased and community turnover was overestimated when based on enumeration. Here we use bird data as an illustration of methods. However, species detectability for any taxon is unlikely ever to be perfect or even constant across categories to be compared. Therefore, monitoring programs should correct for species detectability.Um gefährdete Arten zu identifizieren und um den Erfolg von Naturschutzmaßnahmen zu überprüfen, sollte die Biodiversität überwacht werden. Bis heute bleibt allerdings bei fast allen Monitoringprogrammen die Beobachtbarkeit der Arten als wichtige Fehlerquelle unberücksichtigt. Meist wird davon ausgegangen, dass alle vorhandenen Arten bei jeder Aufnahme mit gleicher Wahrscheinlichkeit erfasst werden können und dass es keine Unterschiede in der Beobachtbarkeit der Arten im Raum und über die Zeit gibt (z.B. zwischen verschiedenen Beobachtern und Habitaten). Dementsprechend wird der Artenreichtum als Summe aller in einer Fläche festgestellten Arten ermittelt (Summenmethode). In der Schweiz wurde vom Staat jüngst ein umfassendes Monitoringprogramm gestartet, das Veränderungen des Artenreichtums erkennen soll. Vögel sind ein wichtiger Indikator dieses Projekts. Seit 1999 werden alljährlich zwei bis dreimal pro Brutzeit in mehr als 250 regelmäßig über die Schweiz verteilten 1 km²-Quadraten die Reviere aller Brutvogelarten erfasst. Hier zeigen wir am Beispiel von Daten aus diesem Projekt, wie mit Fang-Wiederfang-Methoden eine Korrektur erreicht werden kann. Die Wahrscheinlichkeit, eine Art festzustellen betrug durchschnittlich 85%. Auch nach drei Besuchen in einem Quadrat blieben also etwa 15% der Arten unentdeckt. Dieses Verhältnis war unterschiedlich für verschiedene Beobachter, Jahre und Quadrate. Jährliche Unterschiede waren in einigen Fällen wichtiger als der Unterschied zwischen zwei sehr ungleich erfahrenen Beobachtern. Trendschätzungen der Artenvielfalt mit der Summenmethode wurden verfälscht durch Veränderungen der mittleren Beobachtbarkeit in aufeinanderfolgenden Jahren. Ebenso wurde der Turnover einer Artengemeinschaft überschätzt. Das zeigt, dass bei Auswertungen von Monitoringprogrammen nach der Beobachtbarkeit der Arten korrigiert werden sollte. Obwohl diese Untersuchung Vogeldaten als Beispiel nimmt, sollten die gezeigten Methoden für Monitoringprogramme all jener Organismen angewendet werden, die nicht auf jeder Begehung feststellbar sind. Der Einsatz von Fang-Wiederfang-Methoden zur Schätzung des Artenreichtums sollte schon bei der Planung eines Monitoringprogrammes bedacht werden.     

First upper molar and mandible shape of wood mice (Apodemus sylvaticus) from northern Germany: ageing, habitat and insularity

The patterns of shape variation of the first upper molar and mandible have been investigated within and among wood mice (Apodemus sylvaticus) populations from northern Germany. Some factors such as sex and age of the animals could be a source of within-group morphological variability interfering with among-groups patterns of differentiation. The relative importance of both sources of shape variation was investigated, in order to evaluate the robustness of patterns of fine-scale geographic differentiation. The increasing age of the animals, estimated by wear stages of the upper tooth row, caused significant variations in size and shape of the molars due to progressive abrasion of the cusps. It also involved shape changes of the mandible due to bone remodelling. However, these intrapopulational effects are of limited importance compared to geographic differentiation.Gene flow among populations should be favoured across mainland populations but lowered between mainland and islands, and to a lesser extent among close islands. Shape differences in molars are in agreement with this expected pattern of gene flow. Patterns of mandible differentiation rather match local variations in habitats. At this fine geographic scale, molar shape would vary according to the amount of genetic exchange among populations whereas mandible shape might be under local selective and/or functional constraints.

Zusammenfassung

Die Form von erstem oberen Molar und Unterkiefer der Waldmaus (Apodemus sylvaticus) in Norddeutschland: Alter, Habitat und InseleffektDie Formvariabilität des Molars (M1/) und des Unterkiefers von norddeutschen Waldmäusen (Apodemus sylvaticus) wurde untersucht. Dabei wurde sowohl die Variabilität zwischen verschiedenen Populationen als auch die Variabilität innerhalb einer Population studiert. So können Geschlecht und Alter beispielsweise die Formvariabilität innerhalb einer Population verursachen. Deshalb wurde die Bedeutung dieser Faktoren mit der Variabilität zwischen geographisch unterschiedlichen Populationen verglichen. Geschlechtsdimorphismus wurde nicht beobachtet. Ein zunehmendes Alter verursacht eine Variation der Größe und der Form des Molars infolge fortschreitender Abnutzung. Der Unterkiefer ändert sich auch durch spätes Wachstum und Umgestaltung des Knochens. Jedoch sind diese Effekte von beschränkter Bedeutung verglichen mit der Variabilität von Ort zu Ort.Der Genfluß zwischen Festland-Populationen sollte begünstigt sein verglichen mit dem Genfluß zwischen nordfriesischen Inseln und zwischen Inseln und Festland. Sylt nimmt dabei eine Zwischenstellung ein, weil diese Insel durch einen Damm mit dem Festland verbunden ist. Die Differenzierung des Molars stimmt mit diesem erwarteten Muster überein. Die Differenzierung der Form des Unterkiefers entspricht eher den unterschiedlichen Habitaten zwischen Holstein, Nordfriesland, und den nordfriesischen Inseln. Trotz des kleinen geographischen Rahmens dieser Untersuchung lassen sich folgende Ergebnisse ableiten: Die Molaren scheinen sich mit dem Genfluß zwischen verschiedenen Populationen zu ändern während sich der Unterkiefer durch selektive und/oder funktionelle Besonderheiten zu ändern scheint.     

Macroecological patterns of species richness in parasite assemblages

The diversity of parasite species exploiting a host population varies substantially among different host species. This review summarizes the main predictions generated by the two main theoretical frameworks used to study parasite diversity. The first is island biogeography theory, which predicts that host features, such as body size, that are associated with the probability of colonization by new parasite species, should covary with parasite species richness. The second predictive framework derives from epidemiological modelling; it predicts that host species with features that increase parasite transmission success among host individuals, such as high population density, will sustain a greater diversity of parasite species. A survey of comparative studies of parasite diversity among fish and mammalian host species finds support for most of the predictions derived from the above two theoretical perspectives. This empirical support, however, is not universal. It is often qualitative only, because quantitative predictions are lacking. Finally, the amount of variance in parasite diversity explained by host features is generally low. To move forward, the search for the determinants of parasite diversity will need to rely less on theories developed for free-living organisms, and more on its own set of hypotheses incorporating specific host–parasite interactions such as immune responses.

Zusammenfassung

Die Diversität der Parasitenarten, die eine Wirtspopulation nutzen, variiert erheblich zwischen verschiedenen Wirtsarten. Dieser Review fasst die hauptsächlichen Vorhersagen zusammen, die von den zwei wichtigsten theoretischen Rahmenkonzepten hervorgebracht werden, die für die Untersuchung der Parasitendiversität genutzt werden. Die erste ist die Inselbiogeografie, die vorhersagt, dass Wirtsmerkmale, die mit der Besiedlungswahrscheinlichkeit durch einen neuen Parasiten verknüpft sind, wie beispielsweise die Körpergröße, mit dem Artenreichtum der Parasiten kovariieren sollten. Das zweite Rahmenkonzept ist aus der epidemiologischen Modellierung abgeleitet. Es sagt vorher, dass Wirtsarten mit Merkmalen, die den Übertragungserfolg der Parasiten zwischen den Wirtsindividuen erhöhen, wie beispielsweise hohe Populationsdichten, eine größere Diversität von Parasitenarten erhalten werden. Eine Begutachtung von vergleichenden Untersuchungen über Parasitendiversität bei Fischen und Säugetieren als Wirtsarten unterstützt die meisten der Vorhersagen, die von den oben genannten zwei theoretischen Perspektiven abgeleitet sind. Diese empirische Bestätigung ist jedoch nicht allgemein gültig. Sie ist häufig nur qualitativ, da quantitative Vorhersagen fehlen. Schließlich ist der Anteil der Varianz in der Parasitendiversität, der durch die Wirtsmerkmale erklärt wird, normalerweise gering. Um vorwärts zu kommen muss sich die Suche nach den bestimmenden Faktoren der Parasitendiversität weniger auf Theorien, die für freilebende Organismen entwickelt wurden, und mehr auf ihre eigene Menge von Hypothesen verlassen, die spezifische Wirt-Parasit-Interaktionen, wie beispielsweise Immunreaktionen, mit einbeziehen.     

The value of biodiversity experiments

Recent biodiversity experiments have investigated the relationship between diversity and ecosystem functioning by synthesizing plant communities from pools of species that have been experimentally manipulated to vary numbers and types of species present while holding abiotic factors constant. Biodiversity experiments therefore focus on a previously under-explored aspect of global change: the feedback from diversity to environment. Consequences of random manipulation of species communities may not correspond well to those of specific extinction sequences observed in the past in response to extinction drivers that cause highly non-random loss. However, random manipulation provides a good starting point given that existing communities could undergo many alternative orders of species loss in the future in response to a variety of different potential extinction drivers. Further, the effects of some extinction drivers are currently poorly understood and therefore difficult to predict (e.g. climate change) and it may be premature to dismiss the predictions of random scenarios as irrelevant to all real examples of species loss. The first generations of biodiversity experiments have provided valuable, and sometimes unexpected, discoveries about the general nature of the relationship between diversity and ecosystem functioning. These discoveries could not have been made using observational studies. We propose that different examples of extinction loss in the real or a potential future world form a continuum from situations where the results of the first-generation biodiversity experiments will be highly relevant to less relevant. At the one extreme are examples where the effects of biodiversity on ecosystem functioning will be overwhelmed by direct effects of the extinction driver on processes (e.g. chronic eutrophication). At the other extreme are situations where ecosystem processes are not strongly affected by direct effects of the extinction driver and where the effects of species loss on functioning may be more important (e.g. habitat fragmentation). Given the unprecedented uncertainty about the future of biodiversity and the functioning of ecosystems, a general approach with randomly varying species pools was the right place to start in order to provide a general foundation. The new challenge is to test for effects of biodiversity on functioning in real-world examples of species loss.

Zusammenfassung

Biodiversitätsversuche zeichnen sich dadurch aus, dass natürliche Artenpools experimentell reduziert werden und anschließend der Zusammenhang zwischen der Artenzahl und Ökosystemfunktionen unter konstanten abiotischen Umweltbedingungen untersucht wird. Dadurch unterscheiden sich Biodiversitätsexperimente grundsätzlich von anderen Versuchen, die die Biodiversität als Zielvariable behandeln und stattdessen die abiotische Umwelt manipulieren. Die Auswahl der Arten für die reduzierten Artenpools in Biodiversitätsexperimenten erfolgte bisher meist zufällig, während natürliche Aussterbefaktoren wie Eutrophierung nicht alle Arten gleichermassen gefährden. Für verschiedene Aussterbefaktoren ist aber so wenig bekannt, dass ein zufälliges Aussterbeszenario die beste gegenwärtig verfügbare Option ist. Dies trifft insbesondere für mögliche zukünftige Aussterbeprozesse zu, die durch globale Umweltveränderungen (Klima, biologische Invasionen) oder Habitatsfragmentierung ausgelöst werden könnten. Die erste Generation von Biodiversitätsexperimenten mit zufälligen Aussterbeszenarien hat wertvolle, teilweise unerwartete, generelle Zusammenhänge zwischen Artenzahl und Ökosystemfunktionen aufgedeckt. Diese Zusammenhänge ließen sich durch vergleichende Studien nicht erkennen. In Zukunft sollten Biodiversitätsexperimente dennoch vermehrt Aussterbeszenarien simulieren, die in der realen Umwelt mit größter Wahrscheinlichkeit auftreten.     

Explaining the global biodiversity gradient: energy, area, history and natural selection

Hubbell's neutral theory of biodiversity is used to investigate the decline in species richness from the tropics to the poles. On this basis, biodiversity should correlate with productivity or climate (there is strong statistical evidence for this), with the latitudinal width of the continents (insufficiently investigated as yet), and with the speciation rate (which may not vary in such a way as to produce a planetary gradient). According to the neutral, model biodiversity will vary with the area of the “metacommunity”: it is suggested that at higher latitudes species disperse most readily east–west, within their climatic belt, but that the relatively uniform temperature across the intertropical belt allows isotropic dispersal there. Metacommunities within the tropics may therefore be an order of magnitude larger than those at other latitudes. This could explain the extra bulge in the gradient in the tropics. It is further possible that long-term and cyclical climate change generates a tropic-pole gradient. Niche assembly models will also explain tropical biodiversity, but the enhanced division of habitat may be the result, not the cause, of the species richness. The neutrality–competition debate in ecology closely parallels the neutrality–natural selection debate in evolution and may be equally hard to resolve.

Zusammenfassung

Hubbells neutrale Theorie der Biodiversität wird genutzt um den Rückgang des Artenreichtums von den Tropen zu den Polen zu untersuchen. Auf dieser Basis sollte die Biodiversität mit der Produktivität oder dem Klima (es gibt überzeugende statistische Beweise dafür) korrelieren, mit der Ausdehnung der Kontinente in geografischer Breite (bisher unzureichend untersucht) und mit der Artbildungsrate (welche möglicherweise nicht in der Weise variiert, als dass sie einen planetarischen Gradienten erzeugen kann).Dem neutralen Model entsprechend wird die Biodiversität mit dem Areal der “Metagemeinschaft” variieren. Es wird behauptet, dass sich Arten in höheren Breiten am leichtesten innerhalb ihres klimatischen Gürtels in Ost–West-Richtung ausbreiten, dass aber die relativ gleichmäßige Temperatur des innertropischen Gürtels dort eine isotrope Ausbreitung erlaubt.Metagemeinschaften in den Tropen können daher um eine Größenordnung größer sein als in anderen Breiten. Dies könnte die zusätzliche Ausdehnung des Gradienten in den Tropen erklären. Es ist darüber hinaus möglich, dass langfristige und zyklische Klimaveränderungen einen Gradienten von den Tropen zu den Polen generieren. Modelle der Nischenanordnung erklären ebenfalls tropische Biodiversität. Die verstärkte Habitataufteilung könnte jedoch das Ergebnis und nicht der Grund des Artenreichtums sein. Die Neutralitäts–Konkurrenz-Debatte in der Ökologie ähnelt sehr der Neutralitäts–Selektions-Debatte in der Evolution und mag ähnlich schwer zu lösen sein.     

Carabid beetle community composition, body size, and fluctuating asymmetry along an urban-rural gradient

Within the goal of defining indicators (species or combinations of life history traits) for habitat quality in an urban environment we investigated effects of urbanization on the community composition and morphological characteristics of carabid beetles. Between May and July 2000 nine woodlots were sampled along three axes representing urban - rural gradients from the centre of the city of Hamburg to its rural borders. Species richness decreased towards the city centre and with increasing isolation of the sites but was uncorrelated with the size of the site. Species assemblages were highly nested making successive loss of species predictable. Responsivness towards urbanization could not be linked to specific life history traits. Body length of one species (Carabus nemoralis) declined towards the city centre. Four species were found at all sites. These four species showed differences in fluctuating asymmetry (FA) at the different sites that could not be interpreted as an indication of responses to habitat suitability. FA of the remaining species (species negatively affected by urbanization) increased towards the city centre and with increasing isolation of a site. This matched the prediction that FA indicates habitat quality. Thus, urban effects lead to changes of communities through a predictable loss of species, to a reduction in body size in one species, and to increased FA in species which are susceptible to urbanization. The results indicate that the different sites were islands in an urban matrix rather than parts of a green network which would allow free exchange of plants and animals within the city of Hamburg.Wir untersuchten den Einfluss von Verstädterung auf Laufkäfergemeinschaften in Hamburg, Deutschland. Zwischen Mai und Juli 2000 wurden neun Fangorte entlang städtischer Gradienten beprobt. die von relativ ländlichen Gebieten an den Stadtgrenzen, bis hin zu Flächen im Stadtzentrum reichten. Die Artenzahl korrelierte negativ mit dem Grad der Isolierung und der Entfernung des Gebietes von der Peripherie, aber nicht mit der Größe eines Gebietes. Die gefundenen Artengemeinschaften wiesen strenge Schachtelung auf. Der Verlust bestimmter Arten war daher vorhersagbar, konnte aber nicht auf bestimmte Charakteristika (“life history traits”) der Arten zurückgeführt werden. Die Körperlänge von Carabus nemoralis nahm entlang des Gradienten ab. Nur vier Arten kamen im gesamten Stadtgebiet vor. Fluktuierende Asymmetrien (FA) dieser Arten konnten nicht sinnvoll mit Habitatqualitäten oder Verstädterung in Beziehung gesetzt werden. Die anderen Arten, die nach den Ergebnissen der Analysen zu geschachtelten Strukturen durch “Verstädterung” negativ beeinflusst waren (d.h. nicht an allen Orten und vor allem nicht im Stadtzentrum gefunden worden waren) zeigten zunehmende FA zum Stadtzentrum. Verstädterung führte demnach zu vorhersagbaren Verlust an Arten, zu Reduktion der Körperlänge einer Art und zu erhöhten Asymmetrien bei Arten, die durch Verstädterung negativ beeinflusst wurden. Nach diesen Befunden kann das Ziel der offiziellen Politik, in Hamburg negative Effekte der Stadtentwicklung auf die Biodiversität durch einen Verbund von Grünflächen und geschützten Gebieten zu reduzieren, mit den heute noch verfügbaren Flächen nicht erreicht werden.     

Effects of plant diversity on invasion of weed species in experimental pasture communities

Studies have shown that weed invasion into grasslands may be suppressed if the resident plant community is sufficiently diverse. The objective of this study was to determine whether increased forage plant diversity in grazed pasture communities might be associated with reduced weed abundance both in the aboveground vegetation and soil seed bank. Data were collected from a pasture experiment established in 1994 in Missouri, USA. The experiment consisted of 15 m×15 m plots sown with Festuca arundinacea Schreb. or Bromus inermis Leysser as a base species in mixtures of 1, 2, 3, 6, or 8 forage species. The plots were grazed by cattle during each growing season from 1998 to 2002. Aboveground plant species composition in each plot was measured using a point step method. Soil cores were collected in 1999 and 2002, and the species composition of germinable weed seeds in plots were evaluated by identifying seedlings as they germinated over an 8-week period. Species diversity was measured using several indices: species richness (S), Shannon–Wiener diversity index (H^′), and forage species evenness (J). Aboveground weed abundance in plots was unrelated to forage species richness (S), but weed abundance declined as the evenness (J) of resident forage species increased in mixtures. The species composition of mixtures may have affected weed abundance. Weeds both in the soil seed bank and aboveground vegetation were less abundant in mixtures that contained F. arundinacea compared with mixtures that contained B. inermis. Although variables like forage plant productivity may also suppress weed abundance in pastures, our results suggest that maintaining an evenly distributed mixture of forage species may help suppress weeds as well.

Zusammenfassung

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Unkrautinvasion in Grünländer unterdrückt sein kann, wenn die ansässige Pflanzengemeinschaft ausreichend divers ist. Die Zielsetzung dieser Untersuchung war es zu bestimmen, ob eine erhöhte Futterpflanzendiversität in beweideten Grünlandgemeinschaften mit einer verringerten Unkrautabundanz sowohl bei der oberirdischen Vegetation als auch in der Bodensamenbank verbunden sein kann. Die Daten wurden in einem Weidelandexperiment gesammelt, das 1994 in Missouri, USA, etabliert wurde. Das Experiment bestand aus 15 m×15 m Probeflächen, die mit Festuca arundinacea Schreb. oder Bromus inermis Leysser als Basisarten in Mischungen von 1, 2, 3, 6 oder 8 Futterarten eingesät waren. Die Probeflächen wurden während jeder Wachstumssaison von 1998 bis 2002 stark mit Vieh beweidet. Die oberirdische Pflanzenartenzusammensetzung wurde in jeder Fläche mit einer Punktstopmethode gemessen. Bodenproben wurden 1999 und 2002 gesammelt und die Artenzusammensetzung der keimfähigen Unkrautsamen wurde in den Probeflächen bewertet, indem die Keimlinge identifiziert wurden, die in einer 8-wöchigen Periode keimten. Die Artendiversität wurde unter Verwendung verschiedener Indizes gemessen: Artenreichtum (S), Shannon–Wiener-Diversitätsindex (H^′) und Futterarten-Äquitabilität (J). Die oberirdische Unkrautartenabundanz in den Probeflächen stand in keiner Beziehung zum Futterartenreichtum (S), aber die Unkrautabundanz nahm ab, wenn die Äquitabilität (J) der ansässigen Futterarten in den Mischungen zunahm. Die Artenzusammensetzung der Mischungen könnte die Unkrautabundanz beeinflusst haben. Sowohl die Unkräuter in der Bodensamenbank, als auch in der oberirdischen Vegetation waren weniger abundant in Mischungen, die F. arundinacea enthielten, im Vergleich zu denen, die B. inermis enthielten. Obgleich Variablen wie die Futterpflanzenproduktivität möglicherweise ebenfalls die Unkrautabundanz im Weideland unterdrücken, lassen unsere Ergebnisse vermuten, dass die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Mischung von Futterarten ebenfalls helfen kann, die Unkräuter zu unterdrücken.     

Indirect interaction between an unspecialized endophytic fungus and a polyphagous moth

Despite their ubiquitous occurrence in natural and managed ecosystems, the role of unspecialized fungal endophytes in mediating insect-plant interactions have been largely ignored compared to clavicipitaceous fungal endophytes of grasses. We conducted laboratory and glasshouse experiments to test the hypothesis that an unspecialized fungal endophyte (Acremonium strictum) restricted to the root system of the host plant is able to mediate the interaction between a polyphagous herbivorous insect (Helicoverpa armigera) and its host plant (tomatoes, Lycopersicum esculentum). Our studies indicated a significant variation in the ability of inoculated and control plants to support the life history stages of the insect. Larvae reared on inoculated plants suffer significant reduction in growth rate, prolonged development times, suppressed moulting, and produced smaller pupae that were more likely to die, and emerged adults were less fecund compared to larvae reared on control plants. In glasshouse bioassays were larvae were allowed to graze freely, on inoculated plants only 20% survived to the final stadium compared to 54.5% on control plants. No significant differences in the amount of foliage consumed were found between inoculated and control plants, suggesting that A. strictum does not act as a feeding deterrent for H. armigera larvae. Larvae fed inoculated plants showed a significant increase in the relative consumption rate, although the approximate digestibility of ingested food, and efficiency with which both ingested food and digested food was converted to insect biomass decreased during the same period. In addition to reduced efficiency of food utilization, surviving larvae on inoculated plants displayed a significant reduction in relative growth rate. We hypothesized that alterations in phytosterol composition mediated by infection of the fungal endophyte, may explain the reduced larval performance on inoculated plants.Obwohl unspezialisierte endophytische Pilze in allen Ökosystemen weit verbreitet und häufig sind, blieb ihre Rolle bei Interaktionen zwischen Pflanzen und herbivoren Insekten bisher weitgehend unberücksichtigt. In Labor- und Gewächshausexperimenten haben wir die Hypothese untersucht, dass ein unspezialisierter Wurzelendophyt (Acremonium strictum) die Wechselwirkungen zwischen einem polyphagen Insekt (Helicoverpa armigera) und Tomatenpflanzen (Lycopersicum esculentum) beeinflussen kann. Die Entwicklung der Insekten weist deutliche Unterschiede zwischen inokulierten und Kontrollpflanzen auf. Larven, die auf inokulierten Pflanzen gehalten wurden, zeigten gegenüber solchen von Kontrollpflanzen jeweils signifikant verringerte Wachstumsraten, verlängerte Entwicklungszeiten, verzögerte Häutungen, und bildeten kleinere Puppen aus, welche eine höhere Mortalität aufwiesen. Die geschlüpften Weibchen hatten zudem eine verringerte Fekundität. In Frassversuchen im Gewächshaus überlebten an inokulierten Pflanzen nur 20% der Larven während an Kontrollpflanzen 54,5% überlebten. Da die gefressene Biomasse in beiden Varianten gleich war, ist eine deterrente Wirkung des Pilzes auszuschließen. Vielmehr deuten signifikante Veränderungen der Fraß- und Verwertungsindices sowie die niedrigeren relativen Wachstumsraten darauf hin, das sich die Nahrungsqualität auf inokulierten Pflanzen verschlechtert hatte. Wir diskutieren die Hypothese, dass der Phytosterolgehalt, welcher durch eine Inokulation der Pflanzen verändert wird, zu den verschlechterten Entwicklungsbedingungen der Larven geführt hat.     

Untangling ecological complexity on different scales of space and time

Ecological systems are complex and essentially unpredictable, because of the multitude of interactions among their constituents. However, there are general statistical patterns emerging on particular spatial and temporal scales, which indicate the existence of some universal principles behind many ecological phenomena, and which can even be used for the prediction of phenomena occurring on finer scales of resolution. These generalities comprise regular frequency distributions of particular macroscopic variables within higher taxa (body size, abundance, range size), relationships between such variables, and general patterns in species richness. All the patterns are closely related to each other and although there are only a few major explanatory principles, there are plenty of alternative explanations. Reconciliation of different approaches cannot be obtained without careful formulation of testable hypotheses and rigorous quantitative empirical research. Two especially promising ways of untangling ecological complexity comprise: (1) analysis of invariances, i.e. universal quantitative relationships observed within many different systems, and (2) detailed analysis of the anatomy of macroecological phenomena, i.e. explorations of how emergent multispecies patterns are related to regular patterns concerning individual species.

Zusammenfassung

Ökologische Systeme sind komplex und im Wesentlichen aufgrund der Vielzahl von Interaktionen zwischen ihren Bestandteilen nicht vorhersagbar. Dennoch gibt es allgemeine statistische Muster, die in bestimmten räumlichen und zeitlichen Skalen auftreten. Dies weist auf die Existenz von einigen universellen Prinzipien hinter diesen ökologischen Phänomenen hin, die sogar für die Vorhersage von Phänomenen genutzt werden können, die auf kleineren Skalen auftreten. Diese Allgemeingültigkeiten bestehen aus Häufigkeitsverteilungen von bestimmten makroskopischen Variablen innerhalb höherer Taxa (Körpergröße, Abundanz, Arealgröße), den Beziehungen zwischen diesen Variablen und allgemeinen Mustern des Artenreichtums. Alle Muster stehen in enger Beziehung zueinander und obwohl es nur wenige bedeutende Erklärungsprinzipien gibt, existieren viele alternative Erklärungen. Die Abstimmung zwischen verschiedenen Ansätzen kann ohne eine sorgfältige Formulierung von testbaren Hypothesen und rigorose quantitative empirische Forschung nicht erreicht werden. Zwei besonders vielversprechende Wege ökologische Komplexität zu entwirren beinhalten (1) die Analyse von Invarianten, d.h. universellen quantitativen Beziehungen, die innerhalb verschiedener Systeme beobachtet werden, und (2) detaillierte Analysen der Anatomie von makroökologischen Phänomenen, d.h. Untersuchungen darüber, in welcher Beziehung die auftauchenden Muster von Multi-Arten-Systemen zu regulären Mustern individueller Arten stehen.     

Experimental inbreeding reduces seed production and germination independent of fragmentation of populations of Swertia perennis

We studied effects of inbreeding on the early fitness measures seed production and germination in Swertia perennis L. (Gentianaceae), a locally abundant specialist of fen grasslands, which have been greatly fragmented in Switzerland. We further tested whether such effects differed between populations of different size and isolation. We studied effects of free pollination, hand-outcrossing and hand-selfing on 160 plants in 16 populations in large, in small barely isolated, and in small isolated habitat islands. We found a distinct gradient in experimental outcomes from free pollination to hand-outcrossing to hand-selfing. Compared with free pollination, selfing reduced the number of seeds per capsule by 22% (P < 0.01), the seed/ovule ratio by 26% (P < 0.001), seed mass by 25% (P < 0.001) and germination percentage by 23% (P < 0.05). The outcome of hand-outcrossing was intermediate for all traits. The reduction in early fitness components after selfing is most likely due to inbreeding depression. Higher seed production and germination after free pollination than after hand-outcrossing may be due to a larger number of pollen donors involved in free pollination or due to higher quality of free pollen because of lower relatedness of parent plants. Moreover, the fact that seed production was highest after free pollination indicates that S. perennis is not pollen limited. Pollination treatment effects did not differ between different island types. Hence, there are no indications that early inbreeding depression was purged from more strongly fragmented populations.Wir untersuchten die Auswirkungen von Inzucht auf die frühen Fitnessmerkmale Samenproduktion und Keimung bei der lokal häufigen Swertia perennis L. (Gentianaceae), einer Pflanze der in der Schweiz stark fragmentierten Flachmoore. Um zu untersuchen, ob sich solche Auswirkungen in verschieden großen und unterschiedlich isolierten Populationen unterscheiden, verglichen wir die Auswirkungen von freier Bestäubung, Handfremdbestäubung und Handselbstbestäubung für 160 Pflanzen in 16 Populationen in großen, in kleinen wenig isolierten und in kleinen isolierten Habitatinseln. Wir fanden einen ausgeprägten Gradienten von freier Bestäubung über Fremdbestäubung von Hand zu Handselbstbestäubung: Im Vergleich zu freier Bestäubung war nach Selbstbestäubung die Anzahl Samen pro Kapsel um 22% (P < 0.01), der Samenansatz um 26% (P < 0.001), die Samenmasse um 25% (P < 0.001) und der Keimungserfolg um 23% (P < 0.05) herabgesetzt. Die Resultate der Handfremdbestäubung waren für alle Maße intermediär. Die Herabsetzung von Merkmalen früher Fitness von S. perennis nach Selbstbestäubung ist höchstwahrscheinlich eine Folge von Inzuchtdepression. Der im Vergleich zu Handfremdbestäubung nach freier Bestäubung höhere Fortpflanzungserfolg und die höhere Keimung könnten durch eine größere Anzahl zu freier Bestäubung beitragende Pollenspender oder durch geringere Verwandtschaft der in freier Bestäubung beteiligten Elternpflanzen bedingt sein. Dass die Samenproduktion nach freier Bestäubung am höchsten war, deutet auch darauf hin, dass S. perennis nicht pollenlimitiert ist. Die Effekte der Bestäubungsbehandlungen unterschieden sich nicht zwischen Populationen der verschiedenen Habitatinseltypen. Es gibt also keinen Hinweis darauf, dass frühe Inzuchtdepression aus kleinen und stärker isolierten Habitatinseln ausgemerzt wurde.     

The diet of the Alpine mouse Apodemus alpicola in the Swiss Alps

In this study, we used faecal analysis to determine the diet of the alpine mouse Apodemus alpicola in the field for the first time. This species consumes mainly insects in spring and fruits and seeds of small herbaceous dicotyledons in summer and autumn. Compared to the two congeneric species A. flavicollis and A. sylvaticus, which also occur in the Alps, the diet of A. alpicola is rich in contrasts, with a very pronounced difference between spring and summer. The absence of tree seeds also suggests a mostly terrestrial behaviour. We explain these facts by the specificity of the habitat of A. alpicola: the extreme weather conditions produce great seasonal changes in the vegetation, and the rocky ground favours the adaptation to rock climbing rather than to arboreal living.

Zusamenfassung

Nahrungszusammensetzung bei der Alpenwaldmaus Apodemus alpicola in den Schweizer AlpenDie Nahrungszusammensetzung der Alpenwaldmaus Apodemus alpicola wurde erstmals an Wildfängen und anhand von Kotanalysen qualitativ und quantitativ untersucht. Die Alpenwaldmaus konsumierte im Frühjahr hauptsächlich Insekten, im Sommer und Herbst Früchte und Samen kleiner Dicotyledonen der Krautschicht. Verglichen mit der Gelbhalsmaus A. flavicollis und der Waldmaus A. sylvaticus, die ebenfalls in den Alpen vorkommen, ist die Nahrungspalette von A. alpicola kontrastreicher, mit größeren Unterschieden zwischen Frühjahrs- und Sommerkost. Wir erklären dies durch extreme Klimabedingungen, die zu ausgeprägten jahreszeitlichen Änderungen in der Vegetation führen. Das Fehlen von Baumsamen läßt auf ein vorwiegend terrestrisches Futtersuchverhalten schließen. Große Hinterfüße und langer Schwanz sind offenbar Anpassungen ans Felsklettern und nicht an arboricoles Verhalten.     

Habitat requirements of boreal forest caribou during the travel seasons

Understanding space-use patterns of highly mobile animals, such as woodland caribou, is required for ecosystem conservation. We tested for seasonal differences in migration habitat used by woodland caribou while travelling from winter to summer and summer to winter range in northwest Ontario, using radio-telemetry locations of 33 caribou collected from 1995 to 2000. Forest management guidelines in Ontario presume that woodland caribou select specific habitats during the migrating seasons including conifer dominated forests and waterways (rivers and lakes). Results showed few differences between real travel routes and straight-line routes during both high movement periods (post-calving to late winter and late winter to calving). Caribou selected less deciduous forest than available during early winter and spring but contrary to expectations they did not use more open areas and waterways than available. Possible migration corridors, or habitat used during early winter and spring, were not distinguished by one particular habitat type, although caribou were more likely to avoid water and open areas, while using more conifer forests. They did not avoid disturbed habitat such as recently burnt or cut areas. There were some sex-specific differences with males using deciduous forest more than females. Caribou did not choose more than expected of waterways such as chains of lakes or large rivers which, to some extent, run counter to management recommendations. Our findings should be considered when developing local forest management plans and designing harvest patterns with the intent to mitigate negative impacts on woodland caribou habitat.

Zusammenfassung

Das Verständnis der Raumnutzungsmuster von sehr mobilen Tieren, wie den Waldkaribus, ist für den Ökosystemschutz notwendig. Wir untersuchten die saisonalen Unterschiede in der Habitatnutzung von Waldkaribus während der Wanderung (frühe Winter- und Frühjahrsrouten) im nordwestlichen Ontario, indem wir von 1995–2000 die Standorte von 33 Karibus per Radiotelemetrie bestimmten. Richtlinien für Waldmanagement in Ontario setzen vorraus, dass Waldkaribus während der Wanderungszeit spezifische Habitate wählen, die nadelbaumdominierte Wälder und Wasserwege (Flüsse und Seen) einschließen. Die Ergebnisse zeigten einige Unterschiede zwischen den realen Wanderrouten und geradlinigen Routen während der beiden Wanderperioden (nach dem Kalben bis zum späten Winter und später Winter bis nach dem Kalben). Die Karibus wählten weniger als den verfügbaren Laubwald im frühen Winter und Frühjahr, aber sie nutzten entgegen den Erwartungen offenere Areale und Wasserwege nicht mehr als verfügbar. Mögliche Wanderkorridore oder Habitate, die während des frühen Winters und Frühjahrs genutzt wurden, unterschieden sich nicht durch einen bestimmten Habitattyp, auch wenn die Karibus mit größerer Wahrscheinlichkeit Wasser und offene Areale mieden, während sie Nadelwälder nutzten. Sie mieden gestörte Areale nicht, wie kürzlich abgebrannte oder abgeholzte. Es gab einige geschlechtsspezifische Unterschiede, da die Männchen Laubwälder mehr als Weibchen nutzten. Die Karibus wählten Wasserwege, wie Ketten von Seen oder große Flüsse, nicht mehr als erwartet, was in gewissem Ausmaß den Managementempfehlungen zuwiderläuft. Unsere Ergebnisse sollten berücksichtigt werden, wenn örtliche Waldmanagementpläne entwickelt und die Einschlagsmuster entworfen werden, mit der Absicht die negativen Auswirkungen auf das Habitat der Waldkaribus zu mildern.     

Untersuchungen über den Einfluß von Elektrolyten auf die Viskosität von pflanzlichen Solen

Zusammenfassung Es wurde versucht, zu Untersuchungsergebnissen von Viskositätsmessungen an Agarsolen Parallelen aus dem physiologischen Bereich zu ziehen. Dadurch sollte deutlich gemacht werden, daß Wechselbeziehungen zwischen dem kolloidchemischen Zustand des Plasmas und der Kationenbelegung dieser Plasmakolloide einerseits und der physiologischen Aktivität und dem Erwerb oder Vorhandensein einer Resistenz gegen Austrocknung und Kälte andererseits bestehen.Die dargelegten Untersuchungsbefunde dienen zwar zunächst nur der Erweiterung von Erkenntnissen über die physikalisch-chemischen Grundlagen der Pflanzenphysiologie. Fortschritte auf diesem Gebiet waren jedoch schon oft die Ursache zu neuen Erfolgen auf dem Gebiet des Pflanzenbaues. Die ermittelten Zusammenhänge zwischen der Ionenwirkung und der Viskosität können, auf den Kolloidzustand des Plasmas übertragen, die kausalen Beziehungen zwischen Dürreresistenz und Düngung aufklären helfen. Wenn auch die tatsächlichen Vorgänge im Pflanzenplasma komplizierter und komplexer als die hier dargelegten Befunde sein werden, so bieten diese vielleicht doch Anhaltspunkte zur Erforschung der physiko-chemischen Grundvorgänge an den Zellkolloiden, die sich bei der Einwirkung von Elektrolyten (in Form von Mineraldüngemitteln) an den kolloiden Plasmastrukturen abspielen.Von praktischer Bedeutung könnten die Untersuchungsergebnisse insofern sein, als es gelang, Wege aufzuweisen, wie durch eine geeignete Kombination der antagonistisch sich beeinflussenden Ionen K⁺ und Ca⁺⁺ sowie K⁺ und H⁺ bzw. OH^– eine Erhöhung der Viskosität gegenüber den Viskositätswerten nach Zusatz einzelner Salze gleicher Konzentration erreichbar ist. Im Sinne der Pflanzenphysiologie gilt eine Erhöhung der Plasmaviskosität als kolloidchemische Ursache für die Erscheinung der Dürreresistenz, und es dürften aus diesem Grunde die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen als richtungsweisender Beitrag für Düngemaßnahmen mit Kalium und Calcium zu werten sein.Aus einer der mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig 1953 vorgelegten Dissertation, die in der DDR nur in wenigen Schreibmaschinen-Exemplaren versandt wurde.     

Algenbestände als Konzentrationen organischen Materials im Meer

Zusammenfassung 1. Algenbestände unterscheiden sich von anderen Lebensgemeinschaften des Meeres vor allem durch erhebliche Variationen einiger hydrographischer Faktoren, durch den Reichtum der Pflanzen- und Tierarten und durch die konstanten und verhältnismäßig hohen Werte der Biomasse.2. Mit einer Gesamtbiomasse von 5565 g/m² übertreffen die Algenbestände weit die Mittelwerte der Biomasse aller anderen Gebiete.3. Diese hohen Werte der Biomasse werden allerdings nur durch die pflanzlichen Organismen der Algenbestände verursacht. Die tierische Biomasse weicht nicht wesentlich vom Mittelwert aller Lebensgemeinschaften ab; sie macht nur 1 / 48 der pflanzlichen Biomasse aus. Nur wenige spezifische Lebensgemeinschaften haben gleiche oder höhere Biomassewerte (z. B. Mytiliden- und Bewuchsbestände, Fischschwärme).4. Die Biomasse und die Qualität der Algenbestände ist vom Ort und der Wassertiefe abhängig. Algenbestände sind am dichtesten in nördlichen Meeren; die höchsten Gewichtswerte findet man in Tiefen von 5 bis 10 m.5. Mit zunehmender Tiefe verändert sich die Proportion zwischen pflanzlichen und tierischen Organismen; dies wiederum beeinflußt die chemischen Zusammensetzung der Biocoenosen. Jahresvariationen der chemischen Zusammensetzung sind feststellbar.6. Die Algenbestände kann man als typische Epibiosen bezeichnen.7. Von größter Bedeutung ist die Dauerhaftigkeit der Algenbestände. Die dort organisch gebundene Energie wird erst nach mehreren Jahren frei. Bioproduktionsstudien an Algenbeständen sind daher aus ernährungswirtschaftlichen Gründen für die Gegenwart — und noch mehr für die Zukunft — von großer Wichtigkeit.

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Seaweeds as concentrations of organic material in the sea

Communities based on seaweeds are characterized by considerable fluctuations of several hydrographical factors, richness of plant and animal species, and great amounts of biomass. In the present paper, biomass values of algal populations are compared with those of communities from other regions in the sea. Because of the prevailing plant component, seaweed communities differ in their average chemical composition from the zoocoenoses of other regions. The densest populations of seaweeds are developed in temperate and cold seas in small depths of the mediolittoral and sublittoral zones. Since these populations show the highest mean values of biomass per surface unit, it is concluded that these concentrations of organic substance are of the greatest importance for studies concerned with the bioproductivity of the sea.

     

Leaf traits and photosynthetic parameters of saplings and adult trees of co-existing species in a temperate broad-leaved forest

In Central European forestry the establishment of broad-leaved mixed forests is attaining increasing importance, but little information exists about gas exchange characteristics of some of the tree species involved, which are less abundant today. In an old-growth forest in Central Germany (Hainich, Thuringia), (i) I compared morphological and chemical leaf traits that are indicative of leaf gas exchange characteristics among eight co-existing species, and (ii) analysed photosynthetic parameters of saplings and adult trees (lower and upper canopy level) in four of these species (Acer pseudoplatanus L., Carpinus betulus L., Fraxinus excelsior L. and Tilia platyphyllos Scop.).Leaves from the upper canopy in the eight species studied varied significantly in their specific leaf area (12.9–19.4 m² kg⁻¹), stomatal density (125–313 stomata mm⁻²), leaf nitrogen concentration (95–157 mmol N m⁻²) and δ¹³C content (–27.81 to –25.85‰). F. excelsior and C. betulus were largely contrasting species, which suggests that the species, which were studied in more detail, include the widest difference in leaf gas exchange among the co-existing species. The saplings of the four selected species exhibited shade acclimated leaves with net photosynthesis rates at saturating irradiance (A_max) between 5.0 and 6.4 μmol m⁻² s⁻¹. In adult trees A_max of fully sunlit leaves was more variable and ranged from 10.5 (C. betulus) to 16.3 μmol m⁻² s⁻¹ (F. excelsior). However, less negative δ¹³C values in F. excelsior sun leaves point to a strong limitation in gas exchange. In the lower canopy of adult trees A_max of F. excelsior (12.0 μmol m⁻² s⁻¹) was also greater than that of A. pseudoplatanus, C. betulus and T. platyphyllos (5.0–5.6 μmol m⁻² s⁻¹). This can be explained by the small leaf area and the absence of shade leaves in mature F. excelsior trees. Thus, a considerable variation in leaf traits and gas exchange was found among the co-existing tree species. The results suggest that species-specific characteristics increase the spatial heterogeneity of canopy gas exchange and should be taken into account in the interpretation and prediction of gas flux from mixed stands.In der Forstwirtschaft Mitteleuropas gewinnt die Begründung von Laubmischwäldern zunehmend an Bedeutung, aber über Eigenschaften im Gasaustausch einiger beteiligter Baumarten, die heute nicht so häufig sind, ist wenig bekannt. In einem Altbestand in Mitteldeutschland (Hainich, Thüringen) habe ich (i) morphologische und chemische Eigenschaften von Sonnenblättern, die Hinweise auf Charakteristika im Blattgaswechsel geben, an acht koexistierenden Baumarten untersucht, und (ii) Photosyntheseparameter von juvenilen und adulten Bäumen (unteres und oberes Kronenniveau) von vier dieser Arten (Acer pseudoplatanus L., Carpinus betulus L., Fraxinus excelsior L. and Tilia platyphyllos Scop.) erhoben.Blätter aus dem oberen Kronenraum der acht untersuchten Arten variierten signifikant in der spezifischen Blattfläche (12.9–19.4 m² kg⁻¹), der Stomatadichte (125–313 Stomata mm⁻²), dem Blattstickstoffgehalt (95–157 mmol N m⁻²) und den δ¹³C-Werten (–27.81 bis –25.85‰). In diesem Kollektiv zeigten F. excelsior und C. betulus groβe Unterschiede, was darauf hindeutet, dass die Arten, die genauer untersucht wurden, die Spannweite an Gaswechseleigenschaften unter den koexistierenden Baumarten umfassen. Die Jungpflanzen der vier ausgewählten Arten besaßen Schattenblätter, deren Netto-Photosyntheserate bei hoher Lichtintensität (A_max) zwischen 5.0 and 6.4 μmol m⁻² s⁻¹ variierte. An Sonnenblättern von Altbäumen war A_max variabler und lag zwischen 10.5 (C. betulus) und 16.3 μmol m⁻² s⁻¹ (F. excelsior). Allerdings weisen hohe δ¹³C-Werte in Sonnenblättern von F. excelsior auf eine starke Limitierung des Gasaustauschs hin. Auch in der unteren Krone der Altbäume war A_max von F. excelsior (12.0 μmol m⁻² s⁻¹) höher als A_max von A. pseudoplatanus, C. betulus und T. platyphyllos (5.0–5.6 μmol m⁻² s⁻¹). Dies kann durch die geringe Blattfläche und die Abwesenheit von Schattenblättern in der Krone adulter Bäume von F. excelsior erklärt werden. Zwischen den koexistierenden Baumarten wurde somit in Bezug auf Blatteigenschaften und Photosyntheseparameter eine erhebliche Variation festgestellt. Die Ergebnisse legen nahe, dass artspezifische Eigenschaften die räumliche Heterogenität des Gaswechsels im Kronenraum erhöhen und bei der Interpretation und Vorhersage von Gasflüssen über Mischbeständen berücksichtigt werden sollten.     

Zum gegenwärtigen Stand der Anwendungsmöglichkeiten der biometrischen Genetik in der Pflanzenzüchtung

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit haben wir die verschiedenen Formen der genetischen Variabilität und ihre Bedeutung für die Selektion untersucht. Dabei sind einige Grundbegriffe der stastistischen Genetik, wie Populationsmittel, additive genetische Varianz und Dominanzvarianz besprochen und als Funktion der Allelfrequenzen dargestellt worden. Die Kovarianz zwischen Verwandten wurde für verschiedene Verwandtschaftsbeziehungen hergeleitet und auf ihren Zusammenhang zur genetischen Varianz und zur Kombinationseignung hingewiesen. Die rel. Größen der beiden wesentlichsten Formen der genetischen Varianz dienten als Kenngrößen für die Auswahl bestimmter Selektionsverfahren.Die Zusammenhänge zwischen Genwirkungsweise und Selektionsverfahren wurden diskutiert.Mit 6 AbbildungenHerrn Prof. Dr.R. Schick zum 60. Geburtstag gewidmet.