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Because silver nanoparticles (Ag NPs) are broadly applied in consumer products, their leaching will result in the continuous release of Ag NPs into the natural aquatic environment. Therefore, bacterial biofilms, as the prominent life form of microorganisms in the aquatic environment, are most likely confronted with Ag NPs as a pollutant stressor. Notwithstanding the significant ecological relevance of bacterial biofilms in aquatic systems, and though Ag NPs are expected to accumulate within these biofilms in the environment, the knowledge on the environmental and ecological impact of Ag NPs, is still lagging behind the industrial growth of nanotechnology. Consequently, aim of this thesis was to perform effect assessment of Ag NP exposure on bacterial biofilms with ambient Ag NPs concentrations and under environmentally relevant conditions. Therefore, a comprehensive set of methods was applied in this work to study if and how Ag NPs of two different sizes (30 and 70 nm) affect bacterial biofilms i.e. both monospecies biofilms and freshwater biofilms in environmentally relevant concentrations (600 - 2400 µg l-1). Within the first part of this work, a newly developed assay to test the mechanical stability of
monospecies biofilms of the freshwater model bacterium Aquabacterium citratiphilum was validated. In the first study, to investigate the impact of Ag NPs on the mechanical stability of bacterial biofilms, sublethal effects on the mechanical stability of the biofilms were observed with negative implications for biostabilization. Furthermore, as it is still challenging to monitor the ecotoxicity of Ag NPs in natural freshwater environments, a mesocosm study was performed in this work to provide the possibility for the detailed investigation of effects of Ag NPs on freshwater biofilms under realistic environmental conditions. By applying several approaches to analyze biofilms as a whole in response to Ag NP treatment, insights into the resilience of bacterial freshwater biofilms were obtained. However, as revealed by t-RFLP fingerprinting combined with phylogenetic studies based on the 16S gene, a shift in the bacterial community composition, where Ag NP-sensitive bacteria were replaced by more Ag NP-tolerant species with enhanced adaptability towards Ag NP stress was determined. This shift within the bacterial community may be associated with potential detrimental effects on the functioning of these biofilms with respect to nutrient loads, transformation and/or degradation of pollutants, and biostabilization. Overall, bringing together the key findings of this thesis, 4 general effect mechanisms of Ag NP treatment have been identified, which can be extrapolated to natural freshwater biofilms i.e. (i) the identification of Comamonadaceae as Ag NP-tolerant, (ii) a particular resilient behaviour of the biofilms, (iii) the two applied size fractions of Ag NPs exhibited similar effects independent of their sizes and their synthesis method, and (iv) bacterial biofilms show a high uptake capacity for Ag NPs, which indicates cumulative enrichment.
Microbial pollution of surface waters poses substantial risks for public health, amongst others during recreational use. Microbial pollution was studied at selected sampling sites in rivers Rhine, Moselle and Lahn (Germany) on the basis of commonly used fecal indicator organisms (FIO) indicating bacterial (Escherichia coli, intestinal enterococci) and viral (somatic coliphages) fecal contamination. In addition, blaCTX-Mantibiotic resistance genes (ARG) were quantified at twosites in river Lahn and were used as markers for tracking the spread of antibiotic resistance in the aquatic environment. The impact of changes in climate-related parameters on FIO was examined by studying monitoring results of contrasting flow conditions at rivers Rhine and Moselle. Analyses at all studied river sites clearly indicate that high discharge and precipitation enhance the influx of FIO, ARG and thus potentially (antibiotic resistant) pathogens into rivers. In contrast, a decrease in hygienic microbial pollution was observed under high solar irradiation and increasing water temperatures. Based on identified contributing key factors, multiple linear regression (MLR) models for five sites at a stretch of river Lahn were established that allow a timely assessment of fecal indicator abundances. An interaction between abiotic and biotic factors (i.e. enhanced grazing pressure) considerably contributed to the formation of seasonal patterns among FIO abundances. This was enhanced during extraordinary low flow conditions in rivers with pronounced trophic interactions, clearly hampering a transfer of model approaches between rivers of different biological and hydrological characteristics. Bacterial indicatorswere stronger influenced by grazing pressure than phages. Hence, bacterial indicators alone do not sufficiently describe viral pollution in rivers. BlaCTX-Mgenes were omnipresent in Lahn River water and corresponded to distribution patterns of FIO, indicating fecal sources. Agriculture and waste watertreatment plant effluents contributed to ARG loads and participants in non-bathing water sports were found to be at risk of ingesting antibiotic resistant bacteria (ARB) including ARG, bearing the risk of infection or colonization. Results of the present study highlight the need to be aware of such risks not only in designated bathing waters. ARG abundance at both riverine sampling sites could largely be explained by E. coliabundance and may thus also be incorporated into multiple regression models using E. colispecific environmental predictors. It can be expected that the frequency of short-term microbial pollution events will increase over the next decades due to climate change. Several challenges were identified with regard to the implementation of early warning systems to protect the public from exposure to pathogens in rivers. Most importantly, the concept of the Bathing Water Directive (Directive 2006/7/EC) itself as well as the lack of harmonization in the regulatory framework at European Union (EU) level are major drawbacks and require future adjustments to reliably manage health risks related to microbial water pollution in waters used in multifunctional ways.
In this thesis, I present the results of my studies on taxonomy, systematics, and biogeography of Impatiens (Balsaminaceae) in Madagascar and the Comoro islands.
In Chapter 1 I reviewed the literature on taxonomy and classification of Balsaminaceae, on habitat, world distribution, morphology, molecular phylogenetics and infrageneric classification of the genus Impatiens. In Chapters 2-15 (Fischer & Rahelivololona 2002, 2003, 2004, 2007, 2015a, 2015b, 2015c, 2016, Fischer et al. 2004. 2017, 2018a, b submitted, Rahelivololona et al. 2003) I presented the first results of a revision of Balsaminaceae of Madagascar and the Comoro islands including the description of 78 new species. In Chapter 16 (Yuan et al. 2004) we worked on the phylogeny and biogeography of Balsaminaceae inferred from ITS sequences using combined results from molecular phylogenetic and morphological analyses. In Chapter 17 (Rahelivololona et al. 2018) we conducted a phylogeny and assessment of the infrageneric classification of species in the Malagasy Impatiens (Balsaminaceae) with a particular emphasis on taxa collected from Marojejy.
Below I summarise the most important findings of each chapter and provide an outlook for future studies.
How many species of Impatiens occur in Madagascar and the Comoro islands?
To provide additional information on the taxonomic revision of Impatiens in Madagascar and the Comoro islands, the identification of already described species as well as the description of new species was conducted. Based on herbarium specimens from BR, G, K, NEU, P, TAN and on living plants collected during several field trips, 78 new species and 6 nomina nova have been published and another 70 new taxa are already identified. Actually more than 260 species occur in Madagascar and the Comoro islands and all of them are endemic. For each species, a description of the morphology, phenology, ecology and known distribution range was provided. Apart from new taxa, the delimitation of already described species like Impatiens firmula Baker and Impatiens hildebrandtii Baill. could be clarified by studying the types and by observing the variability in the field.
Are the groups of Impatiens in Madagascar monophyletic, and what is the systematic position of Trimorphopetalum?
Yuan & al. (2004) conducted a molecular phylogenetic study to examine the morphological and karyological evolution, and the historical biogeography of the Balsaminaceae family by using nucleotide sequence data of internal transcribed spacer regions of nuclear ribosomal DNA. The results support the monophyly of the Malagasy endemic section Trimorphopetalum and show that the cleistogamous Impatiens inaperta should be included in the sect. Trimorphopetalum which is the most derived within Impatiens. Therefore, the section Preimpatiens proposed by Perrier de la Bâthie (1934) is paraphyletic.
Rahelivololona & al. (2018) provided a phylogenetic study focused on three subdivisions (based on macromorphological characters) proposed by Perrier de la Bâthie (1934). The analysis was done using two nuclear AP3/DEF homologues (ImpDEF1 and ImpDEF2) and the plastid atpB-rbcL spacer to reassess or assess the monophyly of the Malagasy Impatiens, of the sections Preimpatiens (Humblotianae and Vulgare groups) and Trimorphopetalum. A focus was on the species of Impatiens from the Marojejy National Park and of the morphologically variable species I. elatostemmoides, I. “hammarbyoides”, I. inaperta and I. manaharensis, using monophyly as the primary criterion.
As results the Malagasy Impatiens are paraphyletic and the section Preimpatiens sensu Perrier de la Bâthie (1934) (= subgen. Impatiens sensu Fischer & Rahelivololona 2002) was not resolved as a monophyletic group. The section Trimorphopetalum sensu Perrier de la Bâthie (1934) (= subgen. Trimorphopetalum sensu Fischer & Rahelivololona 2002), however, was strongly confirmed as a monophyletic lineage (BS: 92; BPP: 1). Neither the Humblotianae group nor the Vulgare group was supported as monophyletic. None of the morphologically variable species appeared to be monophyletic and the sampled species of Impatiens from the Marojejy National Park do also not form a monophyletic group.
What are the biogeographical position and the distribution patterns of Impatiens in Madagascar and the Comoro islands?
Investigation of the geographical affinities and species distribution of section Impatiens (including Humblotianae group and Vulgare group) and section Trimorphopetalum were conducted and the origin and evolution as well as species richness and endemism were discussed.
The isolation, the climate and the complex topography of Madagascar have generated the microhabitats and ecological niches favourable to the diversification of Impatiens species. Impatiens of Madagascar with 260 endemic species is actually the largest genus in Madagascar. Therefore, Madagascar and the Comoro islands are among the most species-rich regions in the world for Impatiens.
Future studies
In Impatiens on Madagascar, there remain numerous unresolved questions that need to be adressed:
• A further study based on a much larger molecular data set and sampling from the entire geographic ranges of Impatiens in Madagascar is needed to retest the monophyly of the different subgenera and sections, as well as a molecular dating of the Malagasy Impatiens.
• The study of pollinators as a key for understanding the radiation and species richness is required: Within Impatiens the different shapes of spur are related to pollinators (bees, birds, butterflies and moths). Therefore pollinator observation of specific species need to be done to understand the radiation of species by adaptation and coevolution with these pollinators. A pollination study with a large number of species within section Trimorphopetalum will help to understand the mechanism of complete disappearance of the spur, the shift of pollinators and the evolution of species richness.
• The destruction of the natural habitats of Impatiens and the subsequent reduction of humidity in logged area constitute a severe threat for the survival of many species. The conservation and reforestation of vulnerable areas such as Ankaratra, Daraina, Mandraka and Col des Tapia near Antsirabe is required.
• In terms of conservation and to mitigate the threat on the genus, a study on the ex-situ-conservation of Malagasy Impatiens species is very important as long as some species are suitable for horticultural purposes (e.g. Impatiens mayae-valeriae, Impatiens emiliae and species with broad red spur).
• Finally, the publication of the revision of Impatiens of Madagascar and the Comoro islands will help other botanists to identify the species and will thus increase our knowledge on the group.
Ecological assessment approaches based on benthic invertebrates in Euphrates tributaries in Turkey
(2019)
Sustainable water management requires methods for assessing ecological stream quality. Many years of limnological research are needed to provide a basis for developing such methods. However, research of this kind is still lacking in Turkey. Therefore, the aim of this doctoral thesis was to provide basic research in the field of aquatic ecology and to present methods for the assessment of ecological stream quality based on benthic invertebrates. For this purpose, I selected 17 tributaries of the Euphrates with a similar typology/water order and varying levels of pollution or not affected by pollution at all. The characterisation of the natural mountain streams was the first important step in the analysis of ecological quality. Based on community indices, I found that the five selected streams had a very good ecological status. I also compared the different biological indications, collected on two occasions ¬– once in spring (May) and once in autumn (September) – to determine the optimal sampling time. The macroinvertebrate composition differed considerably between the two seasons, with the number of taxa and Shannon index being significantly higher in autumn than in spring. In the final step, I examined the basal resources of the macroinvertebrates in the reference streams with an isotope analysis. I found that FPOM and biofilm were the most relevant basal resources of benthic invertebrates. Subsequently, based on the similarity of their community structures, I divided the 17 streams into three quality classes, supported by four community indices (EPT [%], EPTCBO [%], number of individuals, evenness). In this process, 23 taxa were identified as indicators for the three quality classes. In the next step, I presented two new or adapted indices for the assessment of quality class. Firstly, I adapted the Hindu Kush-Himalaya biotic index to the catchment area of the Euphrates and created a new, ecoregion-specific score list (Euph-Scores) for 93 taxa. The weighted ASPT values, which were renamed the Euphrates Biotic Score (EUPHbios) in this study, showed sharper differentiations of quality classes compared to the other considered ASPT values. Thus, this modified index has proved to be very effective and easy to implement in practical applications. As a second biological index, I suggested the proportion of habitat specialists. To calculate this index, the habitat preferences of the 20 most common benthic invertebrates were identified using the new habitat score. The proportion of habitat specialists differed significantly among the three quality classes with higher values in natural streams than in polluted streams. The methods and results presented in this doctoral thesis can be used in a multi-metric index for a Turkish assessment programme.
Veränderungen in dem komplexen Wirkungsgefüge eines Agrarökosystems können erhebliche Auswirkungen auf die lokale Biozönose zur Folge haben. Die Überdachung von Obstkulturen mit Netzen oder Folien zum Schutz vor Hagel und Regen stellt eine solche Veränderung dar. Im Rahmen dieser Dissertation wurde anhand einer biozönotischen Risikoanalyse der Einfluss intensiver Landnutzung in Obstkulturen sowie der Einfluss von Kulturschutzeinrichtungen auf die drei Gilden tagaktive Greifvögel, insektivore Vögel und Arthropoden untersucht. Greifvögel, insektivore Vögel und räuberische Arthropoden üben als Prädatoren wichtige Regulationsfunktionen im Nahrungsnetz eines Ökosystems aus. Arthropoden stellen zudem eine wichtige Nahrungsressource dar. Arten aller drei Gilden gelten als Bioindikatoren für Veränderungen im Ökosystem. Phytophage Arthropoden können landwirtschaftlich genutzte Monokulturen erheblich schädigen, weshalb die konventionelle Landwirtschaft zur gezielten Tötung solcher Schädlinge Insektizide einsetzt. Pestizidbehandlungen haben allerdings oft auch Auswirkungen auf viele Nützlinge und andere Organismen im Agrarökosystem.
Die visuelle Erfassung beider Vogelgilden sowie das Fangen der Arthropoden mit Boden- und Flugfallen erfolgte von März bis Juli in den Jahren 2011-2013 auf fünf Untersuchungsflächen im rheinland-pfälzischen Obstanbaugebiet Mainz-Bingen. Es wurden zwei benachbarte Apfelkulturen (eine Kontrollfläche und eine Versuchsfläche mit Hagelschutznetz) und zwei benachbarte Kirschkulturen (eine Kontrollfläche und eine Versuchsfläche ab 2012 mit Folien-Netz-Überdachung) sowie eine nahegelegene Streuobstfläche im lokalen NSG Höllenberg als naturnahe Kontrollfläche untersucht. Zusätzlich wurden im ersten Untersuchungsjahr vom 15. März bis 28. Juli 2011 auf allen Flächen die Ergebnisse einer täglichen automatischen akustischen Erfassung durch ein Stereo-Aufnahmegerät („Songmeter 2“, Wildlife Acoustics) mit denen einer wöchentlichen rein visuellen Erfassung der Vögel verglichen. Es gab keine signifikanten Unterschiede in Detektionseffizienz und Arterfassung der Avifauna zwischen beiden Methoden. Die lokale α-Diversität nach Simpson unterschied sich ebenfalls nicht signifikant zwischen beiden Methoden. Das akustische Monitoring detektierte mehr seltene (=weniger als zehn Funde im Untersuchungszeitraum) Vogelarten; 29% der Arten wurden ausschließlich akustisch nachgewiesen und knapp 13% ausschließlich visuell. Sieben Vogelarten unterschieden sich signifikant in ihrer ermittelten Abundanz zwischen beiden Methoden: Bachstelze, Feldlerche, Mauersegler und die Greifvögel Mäusebussard und Turmfalke waren besser bzw. der Schwarzmilan ausschließlich mit dem visuellen Monitoring zu erfassen, während der Fasan ausschließlich durch das akustische Monitoring nachgewiesen werden konnte. Für die Abundanzschätzung von 48 Vogelarten war es unerheblich, ob sie akustisch oder visuell erfasst wurden. Da seltene Arten bei biozönotischen Untersuchungen keine wesentliche Rolle spielen und die Auswertung der Akustikaufnahmen sehr zeitaufwändig war, wurden für die Risikoanalyse nur die visuell ermittelten Daten berücksichtigt.
Für die Greifvogel-Gilde wurden sechs Arten nachgewiesen, fünf auf der Kirschkontrollfläche und jeweils vier Arten auf den anderen Flächen. Die drei häufigsten Arten waren Mäusebussard, Turmfalke und Schwarzmilan. Greifvögel wurden im Luftraum der Flächen oder auf Sitzwarten wie Zäunen, Pfählen, Bäumen und Kulturschutzeinrichtungen bei der Nahrungssuche oder beim Revierverhalten beobachtet. Es konnte kein Einfluss der Landnutzung auf Greifvögel aufgezeigt werden, Diversität und Abundanz unterschieden sich nicht zwischen den Obstkulturen und der naturnahen Streuobstfläche im NSG. Ein Einfluss von Kulturschutzeinrichtungen auf Greifvögel konnte ebenfalls nicht nachgewiesen werden, die überdachten Flächen wurden genauso oft frequentiert wie die Kontrollflächen. Greifvögel überflogen innerhalb ihrer großen Aktionsräume auch die überdachten Obstkulturen zur Nahrungssuche und wurden weiterhin bei der Ansitzjagd am Rand der Versuchsflächen gesichtet. Zudem wurde der Turmfalke beim Ansitzen unter der Folien-Netz-Überdachung der Kirschkultur sowie beim Fressen auf dieser Überdachung sitzend beobachtet. Für die Insektivoren-Gilde wurden 52 Vogelarten nachgewiesen. Die Streuobstfläche im NSG wies die höchste Artenzahl von 40 auf, gefolgt von der Apfelkontrollfläche mit 27 Arten. Die Apfelversuchsfläche wies dagegen eine geringere Artenzahl von 19 auf, während die Artenzahlen beider Kirschkulturen mit 19 und 18 annähernd gleich gewesen sind. Die zehn häufigsten Arten waren in Reihenfolge ihrer Abundanz Kohlmeise, Star, Rabenkrähe, Amsel, Mauersegler, Bachstelze, Blaumeise, Buchfink, Feldlerche und Stieglitz. Insektivore Vögel wurden überwiegend nahrungssuchend am Boden und in Bäumen der Flächen oder beim Revierverhalten wie Singen, Rufen und Vigilanz auf Sitzwarten Zäunen, Pfählen sowie Kulturschutzeinrichtungen beobachtet. Die intensive Landnutzung der Obstkulturen führte im Vergleich zur naturnahen Streuobstfläche im NSG sowohl auf der Apfel- als auch auf der Kirschkontrollfläche zu einer hochsignifikant geringeren monatlichen Vogelartenzahl. Eine signifikant niedrigere Abundanz der insektivoren Vögel wies jedoch nur die Kirschkontrollfläche auf. Es wurden negative Effekte der intensiven Landnutzung auf die monatliche Abundanz von Gartenrotschwanz, Amsel und Blaumeise nachgewiesen, welche in den Obstkulturen hochsignifikant seltener beobachtet wurden. Der Einsatz von Kulturschutzeinrichtungen führte lediglich beim Hagelschutznetz zu einer zusätzlichen signifikanten Verringerung der monatlichen Vogelartenzahl. Die Folien-Netz-Kombination zeigte keinen signifikanten Einfluss auf die Vogeldiversität. Die Gesamtabundanz der Insektivoren-Gilde blieb in beiden Obstkulturen von Kulturschutzeinrichtungen unbeeinflusst. Abundanzen einzelner Arten zeigten jedoch abweichende Ergebnisse: Die Ringeltaube wurde unter dem Hagelschutznetz der Apfelkultur im Vergleich zur Kontrollfläche gar nicht beobachtet. Die Kohlmeise kam unter der Folien-Netz-Überdachung der Kirschkultur signifikant seltener vor, während der Wiedehopf hier etwa zehnmal häufiger vorkam als auf der Kirschkontrollfläche und der Streuobstfläche im NSG Höllenberg. Entscheidender Faktor für die starke Nutzung der Kirschkulturen waren für den Wiedehopf die vorhandenen vegetationsfreien Bodenbereiche, in denen diese Art bevorzugt nach Nahrungsinsekten sucht. Störungen durch die bei Wind laut flatternde Folienüberdachung auf darunter nahrungssuchende Wiedehopfe wurden nicht beobachtet.
Für die Arthropoden-Gilde wurden 185963 Individuen aus 18 Gruppen gefangen. Der Großteil von 79% dieser Individuen ließ sich Springschwänzen, Ameisen, Zweiflüglern oder Käfern zuordnen. Weitere 20% verteilten sich auf Webspinnen, Asseln, Hautflügler, Milben, Doppelfüßer, Weberknechte, Schnabelkerfe und Ohrwürmer. Die restlichen sechs Arthropodengruppen stellten den restlichen Individuenanteil von 0,9%. Hinsichtlich der determinierten 12910 Käfer-Imagines aus 403 Arten waren Artenzahl, Diversität sowie Anzahl seltener Arten und Habitatspezialisten sandiger Lebensräume in allen drei Untersuchungsjahren auf der naturnahen Streuobstfläche im NSG Höllenberg am höchsten. Die über Bodenfallen ermittelte Arthropoden-Trockenbiomasse lag je nach Fläche bei 9 bis 26 Gramm pro Jahr und die über Flugfallen ermittelte Arthropoden-Trockenbiomasse bei 0,6 bis 4,8 Gramm pro Jahr. Obwohl im Mittel jährlich 5,8 Pestizidbehandlungen in den Kirschkulturen sowie 14,6 Behandlungen in den Apfelkulturen durchgeführt wurden und Insektizide dabei anteilig bis zu 57% ausmachten, konnte kein Einfluss der intensiven Landnutzung mit dem Einsatz von Pestiziden auf die Arthropoden-Trockenbiomasse nachgewiesen werden. Kulturschutzeinrichtungen zeigten ebenfalls keinen Einfluss auf die Arthropoden-Trockenbiomasse.
Diese biozönotische Risikoanalyse belegt, dass der Einsatz von Kulturschutzeinrichtungen zumindest bei Hagelschutznetzen langfristig nachweisbare negative Effekte auf die Diversität von insektivoren Vögeln bewirken kann, welche über die vorhandenen negativen Folgen der intensiven Landnutzung in Obstkulturen hinausgehen. Da intensiv bewirtschaftete Obstkulturen bereits ohne Kulturschutzeinrichtungen zu einer Verarmung der lokalen Biozönose führen, sollte aus ökologischer Sicht vor der Errichtung von Kulturschutzeinrichtungen verlässlich abgewogen werden, ob der zusätzliche Verlust an Biodiversität durch die Verbesserung von Flächenstrukturen der Obstkulturen kompensierbar ist.
The implementation of physiological indicators reflecting the response of organisms to changes in their environment is assumed to provide potential benefits for ecological studies. By analysing the physiological condition of organisms in freshwater ecological studies rather than their ultimate effects, physiological indicators can contribute to a faster assessment of effects than using traditional ecological indicators, such as the evaluation of the benthic community structure or the determination of the reproductive success of organisms. This can increase the effectiveness of environmental health assessment and experimental ecology. In this respect the thesis focuses on physiological measures characterizing the energetic condition and energy consumption (the concentration of energy storage compounds, the adenylate energy charge, the energy consumption in vivo), as well as individual growth (RNA:DNA ratio) of organisms. Although these sub-individual indicators are commonly applied in marine ecology and more recently in ecotoxicology, they have been rarely applied in freshwater ecology to date. With respect to an increased use of physiological indicators in freshwater ecological studies, the objectives of the present thesis are twofold. First, it highlights the potential of assessing the individual fitness by means of physiological indicators in freshwater ecological studies. For that reason, Chapter 2 provides the basic assumptions as well as the theoretical and methodological fundamentals necessary for the application of physiological indicators within freshwater ecology and, furthermore, points out their applicability by several case studies. As second objective, the thesis addresses selected ecophysiological aspects of native and non-native freshwater amphipods, which are considered suitable candidates for the determination of physiological indicators in ecological studies due to their function as keystone species within aquatic habitats. The studies presented in Chapters 3−5 of the thesis provide information on (i) species- and sex-specific seasonal variations within the energetic condition of natural Gammarus populations (G. fossarum, G. pulex), (ii) differences in metabolic activity and behaviour between different amphipod species (G fossarum, G. roeselii and D. villosus), as well as (iii) the direct effects of ambient ammonia on the physiology and behaviour of D. villosus. The fundamental conclusions drawn from the conducted field and laboratory studies, as well as their relevance and general implications for the application of physiological indicators in freshwater ecological research are discussed in Chapter 6.
Taxonomy and Systematics of Spiny-Backed Treefrogs, Genus Osteocephalus (Amphibia: Anura: Hylidae)
(2015)
The pan-Amazonian treefrog genus Ostecephalus is poorly understood both on a taxonomic and phylogenetic level. The status of several frogs already or not yet referred to the genus is unclear and the relationships among the genus and with respect to related genera is not understood. In this work O. cabrerai (Cochran and Goin, 1970) from Colombia and Peru is redescribed and O. festae (Peracca, 1904) from the foothills of the Andes in Ecuador is revalidated. Hyla inframaculata Boulenger, 1882, from the lower Amazon in Brazil, is reallocated to Osteocephalus and O. elkejungingerae (Henle, 1981) from the Andean foothills in Peru is shown to be a synonym of Hyla mimetica (Melin, 1941), the valid name being O. mimeticus. Hyla vilarsi Melin, 1941 is considered a valid species in the genus Osteocephalus and revalidated from the synonymies of several other frogs. Three new species, O. castaneicola from northern Bolivia and southern Peru, O. duellmani from a sub-Andean mountain range in southern Ecuador, and O. camufatus from central Amazonian Brazil, are described. A phylogenetic analysis based on up to nine mitochondrial genes and one nuclear one reveals the paraphyly of the genus as previously understood with respect to the genus Tepuihyla. A new taxonomy is proposed, securing the monophyly of Osteocephalus and Tepuihyla by rearranging and redefining the content of both genera. A new genus, Dryaderces, is erected for the sister group of Osteocephalus. The colouration of newly metamorphosed individuals is proposed as a morphological synapomorphy for Osteocephalus. Five monophyletic species groups within Osteocephalus are recognized, three species of Osteocephalus (O. germani, O.rnphasmatus, O. vilmae) and three species of Tepuihyla (T. celsae, T. galani, T. talbergae) synonymized and three species (Hyla helenae to Osteocephalus, O.rnexophthalmus to Tepuihyla and O. pearsoni to Dryaderces gen. n.) reallocated. Furthermore, nine putative new species are flagged (an increase to 138% of the current diversity), an indication that species numbers are largely underestimated, with most hidden diversity centred on widespread and polymorphic nominal species. The evolutionary origin of breeding strategies within Osteocephalus is discussed in the light of this new phylogeny and a novel type of amplexus (gular amplexus) is described.
Galerucinae, Latreille 1802 is the second largest subgroup of chrysomelidae. 1837 Chervrolat described the taxon Ootheca, which has originally only one listed species. Nearly 200 years all galerucinae with a "compact" bodyshape, a broad pronotum, a convex dorsum , short antennae and short legs were assigned to Ootheca. When I started a revision of Ootheca, this taxon included 38 species. Comparing morphological characters of the exoskeleton combined with the depiction/description of characteristic structures of the male genitalia allowed a detailed description of the genus Ootheca and its species. After the revision 9 valid species remained in Ootheca, 4 are described to be new, 13 species were transferred to other valid described genera and 10 species remained, because of a lack of unambiguous assignment. The examination of the median lobe additionally enables me to describe three sister taxa: Oothecoides (6 species), Ootibia (5 species ) und Oosagitta (6 species).
A taxonomic revision of the genus Pteris in tropical Africa revealed 26 species. An identification key to the species is provided. Morphological characters were used to prepare a cladistic analysis of the relevant taxa. Each species was evaluated concerning the IUCN red list status. Only Pteris mkomaziensis was considered as Near Threatened, and all other species only as Least Concern. An inventory of the ferns of Kakamega Forest / Kenya and Budongo Forest / Uganda revealed 85 species in Kakamega and 66 species in Budongo. Life form spectra were analysed and the ferns were studied for their value for bioindication.
Diversität und Verbreitung von Schluchtwäldern (Tilio-Acerion) im Rheinischen Schiefergebirge
(2012)
Im Rahmen dieser Studie wurde die Diversität der Gefäßpflanzen von Edellaubmischwäldernrn im Rheinischen Schiefergebirge statistisch erfasst und dabei erstmalig deren Artenzusammensetzung anhand einer angewandten Standortanalyse soziologisch-floristisch beschrieben sowie deren Verbreitung im Einzugsbereich von unterer Mosel, unterer Lahn und dem Mittelrheingebiet zusammenfassend dargestellt.
Zudem war es Ziel dieser Untersuchung die Variabilität und Struktur der Artenzusammensetzung in Abhängigkeit von edaphischen und mikroklimatischen Umweltfaktoren auf Schiefer als anstehendem Gestein zu analysieren und diesbezüglich das Tilio-Acerion des Untersuchungsraums mit den bisher vorwiegend auf kalkhaltigem Untergrund untersuchten Edellaubmischwaldgesellschaften der übrigen deutschen Gebirge zu vergleichen. Mit Blick auf die Einstufung dieser Waldgesellschaft als "prioritären Lebensraum" innerhalb des NATURA 2000-Schutzgebietssystems und der an die FFH-Richtlinie gekoppelten Berichtspflicht von Rheinland-Pfalz, die alle 6 Jahre erfüllt werden muss,wurde die bisherige Einstufung der Ausprägung dieser Waldgesellschaft für die naturräumlichen Haupteinheiten im Untersuchungsraum revidiert. Dabei wurden auch anthropogene Gefährdungen untersucht und Schutzmaßnahmen für den Erhalt dieses in Mitteleuropa streng geschützten Fauna-Flora-Habitats diskutiert sowie Vorschläge zur Eingliederung von bisher unberücksichtigten Regionen in das NATURA 2000-Schutzgebietssystem abgegeben. Insgesamt wurden 191 Taxa in 1209 Aufnahmen erfasst und 29 Arten davon auf Grund ihrer Seltenheit oder Schutzwürdigkeit als bemerkenswert eingestuft. Des Weiteren wurden 3 Assoziationen und eine bisher noch unbekannte Festuca altissima-Tilia cordata-Gesellschaft beschrieben, wobei der überwiegende Teil der Aufnahmen dem Fraxino-Aceretum pseudoplatani zugeordnet wurde, das sich synsystematisch in weitere standörtlich bedingte Untereinheiten differenzieren lässt. Dabei hebt sich das Tilio-Acerion im Rheinischen Schiefergebirge gemeinsam mit Beständen weiterer silikatischer Gebirge von Edellaubmischwäldern auf karbonatischen Gebirgen in Deutschland durch säuretolerante Arten einer Polystichum aculeatum-Variante syntaxonomisch ab. Zudem konnte das in der Literatur bisher umstrittene Adoxo moschatellinae-Aceretum als eigene, dem Tilio-Acerion zugehörige Assoziation anhand von Kennarten wie dem im Untersuchungsraum hochsteten Polystichum aculeatum in der für die syntaxonomische Bewertung prioritären Krautschicht validiert werden. Regionale Unterschiede der Edellaubmischwälder sind im Untersuchungsgebiet anhand der dortigen Verbreitungsgrenzen submediterraner, (sub-)atlantischer und (sub-)kontinentaler Florenelemente erkennbar. Edaphische und mikroklimatische Faktoren haben sich als besonders einflussreich für diverse Ausprägungen der Schluchtwaldflora herausgestellt. Das Tilio-Acerion ist im Einzugsbereich der Mosel besonders artenreich, was lokal auch auf das Lahngebiet zutrifft. Der Straßen- und Wegebau wird als häufigste Gefährdung eingestuft, in den Tieflagen des oberen Mittelrhein- und Moselgebiets kommen Niederwald-Effekte in Form von haselreichen Degradationsstadien hinzu, in den Hochlagen sind Nadelwaldaufforstungen problematisch. Entsprechend wird gefordert derartige Maßnahmen sowie die Abholzung und Totholzentnahme in Edellaubmischwäldern zu vermeiden und diese sich stattdessen ihrer natürlichen Sukzession zu überlassen.
Die Studie hat gezeigt, dass die naturräumlichen Haupteinheiten Hunsrück, Westerwald, Taunus sowie das Mosel-, Lahn- und Mittelrheintal entgegen bisheriger Einstufung ein "Hauptvorkommen" an Schlucht- und Hangmischwäldern mit "guter Ausprägung" aufweisen.