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Poster presentation: Introduction The brain is a highly interconnected network of constantly interacting units. Understanding the collective behavior of these units requires a multi-dimensional approach. The results of such analyses are hard to visualize and interpret. Hence tools capable of dealing with such tasks become imperative. ....
Breaking tolerance to the natural human liver autoantigen cytochrome P450 2D6 by virus infection
(2008)
Autoimmune liver diseases, such as autoimmune hepatitis (AIH) and primary biliary cirrhosis, often have severe consequences for the patient. Because of a lack of appropriate animal models, not much is known about their potential viral etiology. Infection by liver-tropic viruses is one possibility for the breakdown of self-tolerance. Therefore, we infected mice with adenovirus Ad5 expressing human cytochrome P450 2D6 (Ad-2D6). Ad-2D6–infected mice developed persistent autoimmune liver disease, apparent by cellular infiltration, hepatic fibrosis, “fused” liver lobules, and necrosis. Similar to type 2 AIH patients, Ad-2D6–infected mice generated type 1 liver kidney microsomal–like antibodies recognizing the immunodominant epitope WDPAQPPRD of cytochrome P450 2D6 (CYP2D6). Interestingly, Ad-2D6–infected wild-type FVB/N mice displayed exacerbated liver damage when compared with transgenic mice expressing the identical human CYP2D6 protein in the liver, indicating the presence of a stronger immunological tolerance in CYP2D6 mice. We demonstrate for the first time that infection with a virus expressing a natural human autoantigen breaks tolerance, resulting in a chronic form of severe, autoimmune liver damage. Our novel model system should be instrumental for studying mechanisms involved in the initiation, propagation, and precipitation of virus-induced autoimmune liver diseases.
Our understanding of the impact of recombination, mutation, genetic drift and selection on the evolution of a single gene is still limited. Here we investigate the impact of all of these evolutionary forces at the complementary sex determiner (csd) gene which evolves under a balancing mode of selection. Females are heterozygous at the csd gene and males are hemizygous; diploid males are lethal and occur when csd is homozygous. Rare alleles thus have a selective advantage, are seldom lost by the effect of genetic drift and are maintained over extended periods of time when compared to neutral polymorphisms. Here, we report on the analysis of 17, 19 and 15 csd alleles of Apis cerana, Apis dorsata and Apis mellifera honey bees respectively. We observed great heterogeneity of synonymous (pi S) and nonsynonymous (pi N) polymorphisms across the gene, with a consistent peak in exon 6 and 7. We propose that exons 6 and 7 encode the potential specifying domain (csd-PSD) which has accumulated elevated nucleotide polymorphisms over time by balancing selection. We observed no direct evidence that balancing selection favors the accumulation of nonsynonymous changes at csd-PSD (pi N/pi S ratios are all < 1, ranging from 0.6 to 0.95). We observed an excess of shared nonsynonymous changes, which suggests that strong evolutionary constraints are operating at csd-PSD resulting in the independent accumulation of the same nonsynonymous changes in different alleles across species (convergent evolution). Analysis of a csd-PSD genealogy revealed relatively short average coalescence times (~6 million years), low average synonymous nucleotide diversity (pi S < 0.09) and a lack of trans-specific alleles which substantially contrasts with previously analyzed loci under strong balancing selection. We excluded the possibility of a burst of diversification after population bottlenecking and intragenic recombination as explanatory factors, leaving high turn-over rates as the explanation for this observation. By comparing observed allele richness and average coalescence times with a simplified model of csd-coalescence, we found that small long term population sizes (i.e. Ne <104), but not high mutation rates, can explain short maintenance times, implicating a strong impact of genetic drift on the molecular evolution of highly social honey bees.
Background Drought is the major constraint to increase yield in chickpea (Cicer arietinum). Improving drought tolerance is therefore of outmost importance for breeding. However, the complexity of the trait allowed only marginal progress. A solution to the current stagnation is expected from innovative molecular tools such as transcriptome analyses providing insight into stress-related gene activity, which combined with molecular markers and expression (e)QTL mapping, may accelerate knowledge-based breeding. SuperSAGE, an improved version of the serial analysis of gene expression (SAGE) technique, generating genome-wide, high-quality transcription profiles from any eukaryote, has been employed in the present study. The method produces 26 bp long fragments (26 bp tags) from defined positions in cDNAs, providing sufficient sequence information to unambiguously characterize the mRNAs. Further, SuperSAGE tags may be immediately used to produce microarrays and probes for real-time-PCR, thereby overcoming the lack of genomic tools in non-model organisms. Results We applied SuperSAGE to the analysis of gene expression in chickpea roots in response to drought. To this end, we sequenced 80,238 26 bp tags representing 17,493 unique transcripts (UniTags) from drought-stressed and non-stressed control roots. A total of 7,532 (43%) UniTags were more than 2.7-fold differentially expressed, and 880 (5.0%) were regulated more than 8-fold upon stress. Their large size enabled the unambiguous annotation of 3,858 (22%) UniTags to genes or proteins in public data bases and thus to stress-response processes. We designed a microarray carrying 3,000 of these 26 bp tags. The chip data confirmed 79% of the tag-based results, whereas RT-PCR confirmed the SuperSAGE data in all cases. Conclusion This study represents the most comprehensive analysis of the drought-response transcriptome of chickpea available to date. It demonstrates that – inter alias – signal transduction, transcription regulation, osmolyte accumulation, and ROS scavenging undergo strong transcriptional remodelling in chickpea roots already 6 h after drought stress. Certain transcript isoforms characterizing these processes are potential targets for breeding for drought tolerance. We demonstrate that these can be easily accessed by micro-arrays and RT-PCR assays readily produced downstream of SuperSAGE. Our study proves that SuperSAGE owns potential for molecular breeding also in non-model crops.
Wo wächst die Palmyrapalme? : mit Satellitendaten praxistaugliche Verbreitungskarten erstellen
(2008)
Die äthiopische Palmyrapalme (Borassus aethiopum) mit einer Wuchshöhe von bis zu 30 Metern gehört zu den größten afrikanischen Palmenarten. Ihr Erhalt ist für die Menschen in Benin und Burkina Faso von großer Bedeutung, denn sie stellen aus den Blättern der Palme Matten, Körbe und Hüte her. Die melonengroßen, glänzend orangen Früchte sind essbar. Inzwischen geht das Verbreitungsgebiet dieser wichtigen Nutzart stark zurück. ...
Der Ozean gehört zu den am wenigsten erforschten Regionen unseres Planeten, obwohl er für den Wärme- und Energiehaushalt der Erde und die Gemeinschaft ihrer Bewohner eine wichtige Rolle spielt. Der Mensch fischt und badet vor allem in den Flachmeeren. Dort ist auch die Schifffahrt am dichtesten. Doch obwohl die Flachmeere nur etwa 5 Prozent des Ozeanbodens ausmachen, wirken sich Veränderungen empfindlich auf alle Meeresbewohner aus, bis in die dunkle, kalte und nahrungsarme Tiefsee.
Dem Wandel rechtzeitig begegnen : Landesförderung ermöglicht richtungsweisende Klimafolgenforschung
(2008)
In diesem Verzeichnis werden Biotoptypen gemäß §32 Naturschutzgesetzes Abs. 1 in Baden-Würtemberg wiedergegeben. Die Unterteilung erfolgt in Gewässer, Terrestrisch-morphologische Biotoptypen, Gehölzarme terrestrische und semiterrestrische Biotoptypen, Gehölzbestände und Gebüsche, Wälder und Biotoptypen der Siedlungs- und Infrastrukturflächen mit Angaben der jeweiligen Flächen und Naturschutzstatus.
Les végétations arbustives des voisinages des cours d’eau ont été étudiées à partir de 34 relevés phytosociologiques réalisés entre septembre 2001 et décembre 2003, en utilisant la méthode phytosociologique de Braun Blanquet. Deux associations végétales en sont décrites: Feretio-Khayetum senegalensis et Celtido-Diospyroetum mespiliformis. Une alliance nouvelle et un ordre nouveau sont créés pour les regrouper. Il s’agit du Feretio-Khayion senegalensis et du Diospyro-Khayetalia senegalensis. Cet ordre rassemble les groupements vallicoles de la zone de transition soudano sahélienne et est considéré comme vicariante géographique du Pterygotetalia Lebrun et Gilbert 1954. Aussi, le Diospyro-Khayion senegalensis all. nov est consirédéré comme vicariante géographique du Khayo-Pterygotion Schmitz 1950 et du Psychotrio-Tecleion Schmitz 1971. Mots clés: Diospyro-Khayetalia senegalensis, Diospyro-Khayion senegalensis, Parc Régional du W du fleuve Niger
Les résultats de 227 relevés phytosociologiques selon l’approche phytosociologique effectuées au Parc Urbain Bangr-Wéoogo de Braun-Blanquet (1932) montrent que malgré son contexte de forte pression anthropique avec plus d´un million d’habitants aux alentours, cette forêt urbaine conserve encore de nos jours une diversité floristique appréciable avec 327 espèces inventoriées comprenant 117 espèces ligneuses et 210 espèces herbacées. Cette flore qui est répartie dans 11 groupements individualisés grâce aux espèces différentielles, est constituée essentiellement de phanérophytes et de thérophytes. La répartition phytogéographique des espèces montre leur appartenance à plusieurs empires phytogéographiques dominés par les espèces Soudano-Zambeziennes et Pantropicales. La richesse floristique du parc qui contraste avec son environnement, est le résultat d’une politique d’aménagement et de conservation efficace de la biodiversité initiée par l'État et ses partenaires depuis 1936. Mots clés: Flore, conservation, aménagement, spectre biologique, Parc Urbain, Ouagadougou, Burkina Faso, groupements végétaux
L´analyse de dix groupements ligneux et dix espèces dominantes a été faite du nombre de tiges à l’hectare et des classes de diamètre des populations correspondantes. Il ressort que les groupements les plus denses sont ceux à Combretum nigricans Lepr. ex Guill. & Perr., Anogeissus leiocarpus (DC.) Guill. & Perr., Acacia hockii De Wild. et A. dudgeoni Craib. ex Holland, tandis que les moins denses sont ceux à Gardenia ternifolia Schumach. & Thonn., Vitellaria paradoxa C. F. Gaertn. et Piliostigma thonningii (Schumach.) Milne-Redh. La répartition des individus en classes de diamètre a révélé que tous les groupements sont stables, c’est-à-dire capables de se renouveler par la régénération naturelle. Mais la structure des espèces dominantes présente beaucoup d’irrégularités liées à leurs exigences écologiques, aux feux de brousse et aux attaques d’éléphants. Toutefois, la plasticité écologique et la biologie de certaines espèces leur confèrent assez de structures de populations stables. Mots clés: Aires protégées, Burkina Faso, Groupements ligneux, Structure de population
Impact of protected areas and land use on regeneration of Acacia woodland’s in Eastern Burkina Faso
(2008)
Regeneration success, persistence strategies (seedlings vs. coppicing), and population trend of Acacia spp. were tested under two land-use regimes in eastern Burkina Faso: (i) protected areas shielded to livestock grazing pressure, to logging, and using early annual fire as a management system; (ii) areas with high human impact (heavily and extensive livestock grazing, harvesting for wood and for medicinal plants). Generally, a good regeneration rate of Acacia species was observed in protected areas and a poor regeneration rate in areas with high human impact. Nevertheless, some species affiliated to the subgenus Aculeiferum as A. dudgeoni and A. polyacantha showed a good regeneration under both land use regimes. Juvenile plants less than 25 cm height of A. dudgeoni and A. gourmaensis increased by 116 to 50 % in areas with human impact as compared to their populations in protected areas. With SCD slopes varying from –0.40 to -0.70, the protected Acacia woodland displayed a stable population structure due to abundance of recruitment, and coppicing persistence (more common in the subgenus Aculeiferum) favoured by early annual fire. Consequently, the protected areas are favourable for Acacia woodland regeneration. Conversely, SCD slopes are positive or close to zero in areas of anthropogenic regime and showed a declining population, especially more marked with the subgenus Acacia due to permanent seed and seedling removal by livestock grazing. Nevertheless, the number of seedlings of some species was higher in areas under human pressure than in protected areas, especially for the subgenus Aculeiferum, improving the genetic variability and thus the long-term maintenance of the population. Key words: Acacia, early fire, land use, sudano-sahelien zone
La présente étude menée sur la végétation ligneuse du parc national d’Arly a pour objectif de caractériser la diversité et la structure des différents groupements végétaux en relation avec les conditions écologiques. 243 relevés phytosociologiques ont été réalisés. Ces relevés font ressortir 109 espèces ligneuses et 10 groupements par la méthode d’analyse DCA. La diversité des groupements végétaux a été caractérisée par le calcul des indices de diversité. Pour chaque groupement ligneux, 10 relevés ont été choisis de manière aléatoire pour des mesures dendrométriques. Les individus dont le diamètre à 1,3 m du sol est supérieur à 5 cm ont été mesurés. La structure des groupements a été décrite à travers la répartition des individus en classe de diamètre, le calcul de la densité et de la surface terrière. La relation entre la diversité et la structure des groupements a été établie sur la base d’analyse de corrélation. Les groupements ligneux distingués sont répartis suivant le gradient topographique. L’analyse de la structure démographique en classe de diamètre montre que les peuplements des différents groupements végétaux sont stables, ce qui traduit leur adaptation aux facteurs écologiques stationnelles telles que le feu et les conditions de sol. Les forêts claires à Tamarindus indica et Combretum paniculatum et les forêts galeries à Vitex chrysocarpa et Garcinia livingstonei sont les formations les plus denses et les groupements ligneux les plus diversifiés. A l’opposé, les savanes arbustives clairsemées à Euphorbia sudanica et Combretum niorense et celles à Acacia sieberiana sont moins denses et constituent les groupements les plus pauvres en espèces. Ainsi, il existe une relation entre la diversité et la structure des groupements des formations ligneuses. Les conditions édaphiques et topographiques occupées par ces groupements expliquent à la fois leur diversité et leur structure. Mots clés: groupements ligneux, relevés, stabilité, sol
A small-world network has been suggested to be an efficient solution for achieving both modular and global processing-a property highly desirable for brain computations. Here, we investigated functional networks of cortical neurons using correlation analysis to identify functional connectivity. To reconstruct the interaction network, we applied the Ising model based on the principle of maximum entropy. This allowed us to assess the interactions by measuring pairwise correlations and to assess the strength of coupling from the degree of synchrony. Visual responses were recorded in visual cortex of anesthetized cats, simultaneously from up to 24 neurons. First, pairwise correlations captured most of the patterns in the population´s activity and, therefore, provided a reliable basis for the reconstruction of the interaction networks. Second, and most importantly, the resulting networks had small-world properties; the average path lengths were as short as in simulated random networks, but the clustering coefficients were larger. Neurons differed considerably with respect to the number and strength of interactions, suggesting the existence of "hubs" in the network. Notably, there was no evidence for scale-free properties. These results suggest that cortical networks are optimized for the coexistence of local and global computations: feature detection and feature integration or binding.
Background One of the central issues in ecology is the question what allows sympatric occurrence of closely related species in the same general area? The non-biting midges Chironomus riparius and C. piger, interbreeding in the laboratory, have been shown to coexist frequently despite of their close relatedness, similar ecology and high morphological similarity. Methodology/Principal Findings In order to investigate factors shaping niche partitioning of these cryptic sister species, we explored the actual degree of reproductive isolation in the field. Congruent results from nuclear microsatellite and mitochondrial haplotype analyses indicated complete absence of interspecific gene-flow. Autocorrelation analysis showed a non-random spatial distribution of the two species. Though not dispersal limited at the scale of the study area, the sister species occurred less often than expected at the same site, indicating past or present competition. Correlation and multiple regression analyses suggested the repartition of the available habitat along water chemistry gradients (nitrite, conductivity, CaCO3), ultimately governed by differences in summer precipitation regime. Conclusions We show that these morphologically cryptic sister species partition their niches due to a certain degree of ecological distinctness and total reproductive isolation in the field. The coexistence of these species provides a suitable model system for the investigation of factors shaping the distribution of closely related, cryptic species.
Introduction : extent, processes and evolutionary impact of interspecific hybridization in animals
(2008)
Since the time of Charles Darwin, studies of interspecific hybridization have been a major focus for evolutionary biologists. Although this phenomenon has often been viewed as problematic in the fields of ecology, taxonomy and systematics, it has become a primary source of data for studies on speciation and adaptation. Effects from genetic/evolutionary processes, such as recombination and natural selection, usually develop over extended periods of time; however, they are accelerated in cases of hybridization. Interspecific hybrids exhibit novel genomes that are exposed to natural selection, thus providing a key to unravel the ultimate causes of adaptation and speciation. Here we provide firstly a historic perspective of hybridization research, secondly a novel attempt to assess the extent of hybridization among animals and thirdly an overview of the reviews and case studies presented in this theme issue.
Using (13)C spin relaxation NMR in combination with molecular dynamic (MD) simulations, we characterized internal motions within double-stranded DNA on the pico- to nano-second time scale. We found that the C-H vectors in all cytosine ribose moieties within the Dickerson-Drew dodecamer (5´-CGCGAATTCGCG-3´) are subject to high amplitude motions, while the other nucleotides are essentially rigid. MD simulations showed that repuckering is a likely motional model for the cytosine ribose moiety. Repuckering occurs with a time constant of around 100 ps. Knowledge of DNA dynamics will contribute to our understanding of the recognition specificity of DNA-binding proteins such as cytosine methyltransferase.
Targeting signals direct proteins to their extra- or intracellular destination such as the plasma membrane or cellular organelles. Here we investigated the structure and function of exceptionally long signal peptides encompassing at least 40 amino acid residues. We discovered a two-domain organization ("NtraC model") in many long signals from vertebrate precursor proteins. Accordingly, long signal peptides may contain an N-terminal domain (N-domain) and a C-terminal domain (C-domain) with different signal or targeting capabilities, separable by a presumably turn-rich transition area (tra). Individual domain functions were probed by cellular targeting experiments with fusion proteins containing parts of the long signal peptide of human membrane protein shrew-1 and secreted alkaline phosphatase as a reporter protein. As predicted, the N-domain of the fusion protein alone was shown to act as a mitochondrial targeting signal, whereas the C-domain alone functions as an export signal. Selective disruption of the transition area in the signal peptide impairs the export efficiency of the reporter protein. Altogether, the results of cellular targeting studies provide a proof-of-principle for our NtraC model and highlight the particular functional importance of the predicted transition area, which critically affects the rate of protein export. In conclusion, the NtraC approach enables the systematic detection and prediction of cryptic targeting signals present in one coherent sequence, and provides a structurally motivated basis for decoding the functional complexity of long protein targeting signals.
Exported proteases of Helicobacter pylori (H. pylori) are potentially involved in pathogen-associated disorders leading to gastric inflammation and neoplasia. By comprehensive sequence screening of the H. pylori proteome for predicted secreted proteases, we retrieved several candidate genes. We detected caseinolytic activities of several such proteases, which are released independently from the H. pylori type IV secretion system encoded by the cag pathogenicity island (cagPAI). Among these, we found the predicted serine protease HtrA (Hp1019), which was previously identified in the bacterial secretome of H. pylori. Importantly, we further found that the H. pylori genes hp1018 and hp1019 represent a single gene likely coding for an exported protein. Here, we directly verified proteolytic activity of HtrA in vitro and identified the HtrA protease in zymograms by mass spectrometry. Overexpressed and purified HtrA exhibited pronounced proteolytic activity, which is inactivated after mutation of Ser205 to alanine in the predicted active center of HtrA. These data demonstrate that H. pylori secretes HtrA as an active protease, which might represent a novel candidate target for therapeutic intervention strategies.
Background: Adrenal chromaffin cells and sympathetic neurons both originate from the neural crest, yet signals that trigger chromaffin development remain elusive. Bone morphogenetic proteins (BMPs) emanating from the dorsal aorta are important signals for the induction of a sympathoadrenal catecholaminergic cell fate. Results: We report here that BMP-4 is also expressed by adrenal cortical cells throughout chick embryonic development, suggesting a putative role in chromaffin cell development. Moreover, bone morphogenetic protein receptor IA is expressed by both cortical and chromaffin cells. Inhibiting BMP-4 with noggin prevents the increase in the number of tyrosine hydroxylase positive cells in adrenal explants without affecting cell proliferation. Hence, adrenal BMP-4 is likely to induce tyrosine hydroxylase in sympathoadrenal progenitors. To investigate whether persistent BMP-4 exposure is able to induce chromaffin traits in sympathetic ganglia, we locally grafted BMP-4 overexpressing cells next to sympathetic ganglia. Embryonic day 8 chick sympathetic ganglia, in addition to principal neurons, contain about 25% chromaffin-like cells. Ectopic BMP-4 did not increase this proportion, yet numbers and sizes of "chromaffin" granules were significantly increased. Conclusions: BMP-4 may serve to promote specific chromaffin traits, but is not sufficient to convert sympathetic neurons into a chromaffin phenotype.
Spectroscopic responses of the potentiometric probe 2-(4-(dimethylamino)styryl)-1-methylpyridinium iodide (DASPMI) were investigated in living cells by means of a time- and space-correlated single photon counting technique. Spatially resolved fluorescence decays from single mitochondria or only a very few organelles of XTH2 cells exhibited three-exponential decay kinetics. Based on DASPMI photophysics in a variety of solvents, these lifetimes were attributed to the fluorescence from the locally excited state, intramolecular charge transfer state, and twisted intramolecular charge transfer state. A considerable variation in lifetimes among mitochondria of different morphologies and within single cells was evident, corresponding to high physiological variations within single cells. Considerable shortening of the short lifetime component ({tau}1) under a high-membrane-potential condition, such as in the presence of ATP and/or substrate, was similar to quenching and a dramatic decrease of lifetime in polar solvents. Under these conditions {tau}2 and {tau}3 increased with decreasing contribution. Inhibiting respiration by cyanide resulted in a notable increase in the mean lifetime and a decrease in mitochondrial fluorescence. Increased DASPMI fluorescence under conditions that elevate the mitochondrial membrane potential has been attributed to uptake according to Nernst distributions, delocalization of {pi}-electrons, quenching processes of the methyl pyridinium moiety, and restricted torsional dynamics at the mitochondrial inner membrane. Accordingly, determination of anisotropy in DASPMI-stained mitochondria in living cells revealed a dependence of anisotropy on the membrane potential. The direct influence of the local electric field on the transition dipole moment of the probe and its torsional dynamics monitor changes in mitochondrial energy status within living cells.
Dan Janzen proposed in a paper in 1977 (loc. cit.), that a clone of aphids and for that matter dandelions consists, respectively, of one large ‘super-organism’. In effect a single evolutionary individual able to exploit resources over an expanded geographical range, and sometimes with aphids also, a wider range of resources (different kinds of host plants), much more than if the organism concerned were a single individual. Such a view is of course based on the notion that an asexual lineage (clone) has strict genetic fidelity, that is to say, is genetically identical over its entire genome between clone mates. This seems a highly unlikely scenario and indeed, modern molecular markers have revealed a plethora of mutational events within such so-called clones. Here in this talk I provide evidence from aphids that they are not ‘perfect forms’ but rather show a range of variations, including evidence of hybridization events, and that they can and do adapt to environmental circumstances, sometimes swiftly. Hence that even as asexual lineages, aphids are able to exploit new ecological circumstances and flourish, e.g. host adapted forms, whilst some species, notably the highly polyphagous peach-potato aphid (Myzus persicae), have also evolved resistance to a range of pesticides, and by so doing, have managed to survive in the face of these poisons. However, there are fitness costs associated with such adaptation, more especially in the highly resistant aphids. Because of the variation and adaptation shown by particular aphid species and asexual lineages, they cannot be described as a single evolutionary unit in a ‘Janzenian’ sense. What they show is ecological plasticity and an ability to adapt quickly, in large part enhanced by their incredible rate of reproduction and population expansion. Some migrating winged aphids are constrained in their exploitation of new habitats by environmental factors – geographical, climatic and ecological, especially lack of suitable hosts. In contrast, some other aphid species have seemingly colonized large areas of the world (probably aided by human agency) so that deciding what a population is exactly is a difficult task. It may even be that certain ‘super clones’ detected using molecular markers have indeed spread far and wide, clones which appear to fit the description of being ‘general purpose genotypes’ in that they can feed on a range of plant hosts under a range of different geographical-climatic conditions. As such, they are nearest to Dan Janzen’s views, although here again, strict genetic fidelity is not necessarily proven, only accepted from the application of a limited number of markers, e.g. multilocus genotypes in the case of microsatellite markers.
Before the turn of the millenium the investigation of phylogenetic relationships was revolutionized by two major inputs, the use of molecular sequence data for phylogenetic reconstruction, paralleled by the sophistication of computer aided reconstruction methods. The ever growing number of data however did not only result in clarifications of open questions, but brought forth a number of new conflicting phylogenetic hypotheses. Sometimes they are wrongly referred to as conflicts between morphological and molecular approaches, which sporadically even culminated in the rejection of the usefulness of one of the two approaches (e.g. Scotland et al 2003). These scientists overlook the great advantage of having two a priori largely independent data sets (Wägele 2001) which in a synthetic way enable the greatest progress in phylogenetic research. However, solely putting data together will not suffice to choose among conflicting hypotheses. The increasing number of conflicts necessitates approaches that go beyond mere data congruence, but searching for the possible reasons of conflicts. In the present paper, problems in the reconstruction of the phylogenetic origin of Hexapoda, as well as of the early branchings within the Hexapoda, will exemplify approaches of critical re-evaluation and testing of data used in morphological data matrices for phylogenetic analyses. The early cladogenetic events of hexapods are especially suited for such a discussion for several reasons. The hexapods, as the most species-rich group of organisms, look back at a long and multi-faceted history of taxonomic and phylogenetic studies, culminating in a number of conflicting hypotheses. Triggered by incongruences with morphological analyses the reconstruction of the hexapodan roots likewise became a hot-spot of molecular research activities during^the last two decades. Furthermore the phylogenetic positions of the oldest lineages branching off within the hexapodan clade, the Diplura, Protura and Collembola, are in particular very difficult to reconstruct. While at least the latter two are well defined by morphological autapomorphies their phylogenetic position could not be reconstructed unambiguously, since their morphology seems highly derived with respect to the hexapodan ground pattern.
Allatostatine (AS) und Sulfakinine (SK) sind Neuropeptidhormone, die aus mehreren Insektenarten isoliert und analysiert wurden. Die AS können durch strukturelle Merkmale in drei Typen eingeteilt werden, wobei die Peptide des A Typs durch das C-terminale Sequenzmotif FGL(I,V)amid charakterisiert sind. Die AS hemmen bei einigen Insektenarten die Juvenilhormonbiosynthese und -freisetzung aus den Corpora allata. Eine generelle Funktion dieser Neuropeptide scheint ihre myoaktive Wirkung auf viscerale Muskulatur zu sein. Daneben stimulieren sie die Verdauungsenzymaktivität und haben inhibitorische Wirkung auf die Futteraufnahme und die Vitellogeninbiosynthese (Review: Hoffmann & al. 1999). Eine Strukturaufklärung der cDNA der A-Typ AS (Meyering-Vos & al. 2001) ergab insgesamt 14 potentielle Peptide auf einem Prohormonvorläufer, der in verschiedensten Geweben exprimiert wird, was ein weiterer Hinweis auf die multifunktionale Rolle der Peptide ist. Eine andere Gruppe von Neuropeptiden stellen die Sulfakinine dar, die in ihrer C-terminalen Heptapeptidsequenz DY(SO3H)GHMRFamid übereinstimmen, wobei die Sulfatierung des Tyrosins bisher nur für einige Peptide nachgewiesen werden konnte. Die SK cDNA aus der Grille G. bimaculatus kodiert einen Prohormonvorläufer, der ausschließlich im Grillengehirn exprimiert wird, und aus dem zwei potentielle SK Peptide freigesetzt werden können (Meyering-Vos & Müller 2007). Auch diese Neuropeptide sind myoaktiv, d.h. in Schaben und Heuschrecken wurde eine Stimulation der Darmkontraktion nachgewiesen (Nachman & al. 1986, Schoofs & al. 1990). Außerdem wurde in Heuschrecken, Schaben und Fliegen eine Hemmung der Futteraufnahme unter dem Einfluss von SK festgestellt (Wei & al. 2000, Maestro & al. 2001, Downer & al. 2006). Die Sulfakinine weisen eine große strukturelle aber auch physiologische Ähnlichkeit mit der Gastrin /Cholecystokinin Peptidfamilie der Vertebraten auf, die hormonelle Regulatoren verschiedener Verdauungsprozesse und des Essverhaltens darstellen. In der vorliegenden Arbeit wird der Fragestellung nachgegangen, ob die Genexpression von AS und SK in G. bimaculatus nach abdominaler Injektion entsprechender doppelsträngiger (ds) RNA (RNA Interferenz Methode) erfolgreich unterdrückt werden kann und welche Auswirkungen diese Suppression auf die Futteraufnahme und Verdauung der Grillen hat. Detaillierte Kenntnisse über die Funktionen der Genprodukte (Neuropeptide) könnten bei der Entwicklung neuartiger Insektizide für die Schädlingsbekämpfung helfen.
Mit über 3100 beschriebenen Arten bildet die Unterordnung Tubulifera den größten Anteil der Thysanopteren. Im Gegensatz zu den Terebrantia, welche sich überwiegend durch eine pflanzensaftsaugende Lebensweise auszeichnen, ernähren sich viele Vertreter der Tubulifera-Unterfamilien Idolothripinae und Phlaeothripinae von Pilzsporen und –hyphen. Viele der phytosugen Thripsarten sind durch den Saugvorgang per se und die Übertragung von Viren, Bakterien und Pilzen und den daraus resultierenden wirtschaftlichen Schäden in Bezug auf ihre Lebens- und Ernährungsweise, Anatomie und Morphologie sehr gut untersucht und in Übersichtswerken dargestellt (Lewis 1973, 1997, Moritz 2006). Ebenso liegen für diese Arten systematische Betrachtungen und moderne Bestimmungsschlüssel vor (Moritz & al. 2001, 2004, Zur Strassen 2003). Entsprechende Arbeiten an Vertretern der Phlaeothripidae sind jedoch weit weniger umfassend. Zwar liegen verschiedene Untersuchungen zur Sozialität gallbildender, australischer Phlaeothripiden (Crespi 1992, Kranz & al. 1999, 2001), sowie zu deren Reproduktion (Chapmann & al. 2000, Moritz 2002) und zur chemischen Verteidigung (Suzuki 2004, Tschuch & al. 2004, 2005) vor, jedoch fehlen vergleichende Untersuchungen zur pilzfressenden Lebensweise und damit verbundenen Anpassungen des Ernährungssystems. Der Phlaeothripide Suocerathrips linguis lebt ausschließlich auf Sansevierien, die zwar als Wirts-, jedoch nicht als Nahrungspflanzen dienen. Die ca. 2 – 3 mm großen, einheitlich dunkel pigmentierten und auffällig dorsoventral abgeflachten Tiere leben in Aggregationen hunderter Individuen aller Ontogenesestadien und betreiben Brutpflege. Durch interessante, z.T. soziale Verhaltensweisen (Moritz 2002, Tschuch & al. 2004), eine für Phlaeothripidae relativ unkomplizierte Laborhaltung und den niedrigen Erkenntnisstand im Hinblick auf diese Familie bietet sich die vorliegende Art als Versuchstier an. Die Untersuchungen sollen zum einen mögliche Unterschiede zwischen Phlaeothripidae und Thripidae an sich, aber auch potentielle Anpassungen des Ernährungssystems von S. linguis an eine mycophage Ernährungsweise aufzeigen.
Hymenopteran endoparasitoids that develop inside their lepidopteran host may exert a multitude of interactions with their host until they are able to emerge successfully from a developmentally arrested host that finally dies. Parasitoid interferences comprise physiological and biochemical modifications in the host endocrine and immune system which in turn affect host growth and development (reviewed in Edwards & Weaver, 2001). We use the gypsy moth, Lymantria dispar (Lep., Lymantriidae) and the endoparasitic, polydnavirus (PDV)-carrying braconid wasp Glyptapanteles liparidis (Hym., Braconidae) as a model system to study the endocrine changes associated with parasitism. Following wasp oviposition into young gypsy moth larvae, the parasitoids develop through two endoparasitic instars, and then emerge as newly molted third instars from a host that dies in the larval stage. In previous studies we have already described the endocrine changes in parasitized gypsy moth larvae which show an increase in juvenile hormone (JH) titers, a shift from JH II to JH III as the dominant homologue, and a prominent decrease in the JH degrading enzymes (Schopf & al., 1996; Schafellner & al., 2004). Here, we investigated the possible mechanisms that account for the JH elevating effects such as (i) stimulated host corpora allata activity, (ii) reduced activity of the JH metabolic enzymes such as JH esterase, and (iii) synthesis and release of JH by the parasitoid larvae.
Im August 2006 brach die BTD erstmals in Mitteleuropa aus. Zunächst traten Fälle in Holland und Belgien auf, schnell folgten Deutschland und Frankreich, und schließlich auch Luxemburg. Betroffen waren vorwiegend Kühe und Schafe, vereinzelt Ziegen und Wildwiederkäuer. Überraschenderweise erkrankten neben Schafen auch zahlreiche Kühe schwer, und einige verendeten sogar. Als infektiöses Agens konnte der BTV-Serotyp 8 identifiziert werden, der niemals zuvor in Europa aufgetreten war. Bis zum Jahresende konnte sich die BTD insbesondere im Dreiländereck von Holland, Belgien und Deutschland weiter ausbreiten. Nach dem Animal Disease Notification System der EU waren Ende 2006 in den betroffenen fünf Ländern BTD-Ausbrüche in 2047 Viehwirtschaftsbetrieben bestätigt worden: Holland 456, Belgien 695, Deutschland 885, Frankreich 6 und Luxemburg 5 Obwohl die Hoffnung bestand, dass die Ceratopogoniden mit dem Einbruch des Winters verschwinden und keine Virustransmission mehr stattfinden würden, wurden neue Ausbrüche auch nachfolgend verzeichnet (75 weitere bis 1. Februar 2007, davon allein 67 in Deutschland; ProMED-Mail 2007), wobei bisher nicht klar ist, ob es sich tatsächlich um Neuinfektionen oder um verspätet diagnostizierte Infektionen aus 2006 handelt. Die Aktivitätsdichte der Gnitzen nahm gegen Ende 2006 mit sinkenden Temperaturen zwar ab, war jedoch zumindest bis zum 21. Dezember niemals gleich Null (Mehlhorn & al. 2007). Mit fortschreitender Dauer der Epizootie wurde auch eine geografische Ausbreitung nach Osten beobachtet. Anfang Februar 2007 waren fast alle deutschen Bundesländer von den BTD-Schutz- und Überwachungszonen betroffen (Abb. 1), in denen besondere Vorschriften für den Transport und Handel mit Wiederkäuern gelten (EU 2005).
Entsprechend den Frageweisen nach proximater Ursache bzw. ultimater oder historischer Bedingtheit lassen sich Entwicklungs-, Funktions-, Evolutions- und phylogenetische Morphologie unterscheiden. In der Evolutionsmorphologie wird nach der biologischen Rolle und dem Selektionswert für Strukturen gefragt, was sich aus direkter Beobachtung oder Analogievergleich erschließen kann. Ausgehend von detaillierter vergleichender Strukturuntersuchung eröffnet sich damit das Feld der Evolutionsökologie mit dem Ziel der Rekonstruktion historischer Einnischung und Erschließung ökologischer Zonen. Nach Untersuchung der ökologischen Nischen rezenter Arten soll hierbei die jeweilige Ökonische einer Stammart am Gabelpunkt eines zuvor erstellten Cladogramms (Stammart-Nische) rekonstruiert und ihre jeweilige Transformation durch Abänderung, Neubildung oder Auflösung von Synergs – jedenfalls in wichtigen Dimensionen der Organismus-Umwelt-Beziehung – herausgearbeitet werden (Nischenfolge). Beispiel einer Nischenfolge ist bei pilzzüchtenden Ameisen (Attini) die Pilzzucht anfänglich auf Insektenkot als Substrat über Teile von Blütenblättern schließlich zu herausgeschnittenen Laubblättern. Zur Bildung der Nische wird die Interaktion der Organismen mit der Umwelt und die Gemeinschaftsleistung kooperierender Artgenossen besonders betont. Die Artnische kann sich aus verschiedenen, sich meistens zeitlich ablösenden Teilnischen zusammensetzen, denen in der Regel verschiedene Morphen entsprechen. Dies gilt insbesondere für durch Eigenmerkmale gekennzeichnete Larven, deren Metamorphose zum Adultus mit der Verwirklichung einer anderen Teilnische einhergeht. Gravierende Änderungen der Nische in wenigen Evolutionsschritten sind dann möglich, wenn viele Synergs in einem Block zusammengefasst (geclustert) sind (z.B. Wirtspflanzenwechsel bei Phytophagen) oder wenn Teilnischen (von Ontogenesestadien) aufgegeben werden (z.B. durch Viviparie). Verhaltensänderungen für Nischenerweiterung oder -abänderung gehen einem tiefgreifenden Lebensweisewechsel durch Bildung einer neuen ökologischen Zone voraus. Der Zusammenhang von Zonenbildung und „Makroevolution“ wird am Beispiel der Entstehung der Pterygota unter Berücksichtigung von Umweltlizenzen, Präadaptationen, Verhaltensänderungen und evolutiven Anpassungen diskutiert. Die Folge ökologischer Zonen von einer Landwanze hin zu Gerriden auf der Meeresoberfläche wird dargestellt sowie die Zonenfolge von terrestrischen Sackträger-Schmetterlingen zu Raupen, die selbst in stark strömenden Gewässern als Aufwuchsfresser leben. Sechs Punkte des „evolutionsökologischen Programms“ hin zu einer erklärenden Naturgeschichte werden herausgearbeitet.
Leptinotarsa decemlineata lebt oligophag ausschließlich auf Vertretern der Solanaceae, insbesondere Solanum spp. (Radcliffe 1982). Die herbivore Spezies ist fähig, erfolgreich auf den unbehaarten, behaarten und glandulär behaarten Blattoberflächen der Nachtschattengewächse zu haften, sich fortzubewegen und zu leben. Dazu verhelfen paarige Krallen und Hafthaarkissen an den Tarsen (Rivnay 1928). Das ausgesprochen gute Haftvermögen und die Substratanpassungsfähigkeit haariger Haftsysteme von Insekten sind für verschiedene Vertreter der Diptera und Coleoptera experimentell belegt (siehe Review von Gorb 2001). Stork (1980 a, b) beobachtete insbesondere bei Käfern der Familien Chrysomelidae und Coccinellidae einen ausgeprägten Sexualdimorphismus der tarsalen Hafthaare. Schanz (1953) beschreibt für L. decemlineata drei verschiedene Hafthaartypen: (1) Haare mit sich asymmetrisch verjüngenden Spitzen, (2) spatelförmige Gebilde und (3) Haare mit Haftsohlen, welche nur die Männchen besitzen. Hinsichtlich der geschlechterspezifischen Unterschiede der Haftkraft auf verschieden rauen Oberflächen existieren bislang wenige quantitative Nachweise. Pelletier & Smilowitz (1987) wiesen für Männchen von L. decemlineata in Inversionsexperimenten ein außerordentliches Haftvermögen auf Glas- und Kunststoffoberflächen nach, wobei sie dessen Gründe in den maskulin-spezifischen Hafthaaren mit scheibenförmig verbreiterten Enden vermuteten. Die Fähigkeit der Männchen, an glatten Oberflächen besonders gut zu haften, wurde als eine Anpassung an die Haftung auf den glatten Oberflächen der Weibchenelytren während der Kopulation erklärt. Die meisten natürlichen Oberflächen (insbesondere Pflanzenoberflächen) sind jedoch rau. Somit besteht die Frage, ob beide Geschlechter auch eine unterschiedliche Spezialisierung der Haftsysteme für die Haftung auf rauen Substraten besitzen. Um den Einfluss unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeiten auf die Haftsystemfunktionalität der Weibchen und Männchen von L. decemlineata zu prüfen, wurden in der vorliegenden Studie Kraftmessungen mit einzelnen Individuen auf Oberflächen mit exakt definierter Rauheit durchgeführt.
Durch Arthropoden übertragene Erreger von Infektionen des Menschen in Mitteleuropa – ein Update
(2008)
Mitteleuropa beherbergt eine nicht geringe Zahl von Krankheitserregern (mindestens 14 Viren, ca. 10 bakterielle Erreger und mindestens 4 Protozoen), die durch Stechmücken, Zecken oder Sandmücken übertragen werden. In allen Fällen handelt es sich um Erreger von Zoonosen, also Mikroorganismen, deren natürliches Reservoir Wildtiere (allenfalls, sekundär, auch Haustiere) darstellen. Eine Ausrottung dieser Erreger ist daher ausgeschlossen. (Die Ausrottung der Malaria in Mitteleuropa und darüber hinaus in Europa war vor allem deshalb möglich, weil die involvierten Plasmodien-Spezies außer dem Menschen keine anderen Vertebraten infizieren können.)Die Erfassung der durch Arthropoden übertragenen Erreger und deren Verbreitungsareale schreitet – vor allem durch den Einsatz molekularbiologischer Methoden – zügig voran. Einige neue oder zumindest für Mitteleuropa neue, humanmedizinisch relevante Mikroorganismen sind in letzten Jahren nachgewiesen worden, mit weiteren Entdeckungen ist durchaus zu rechnen. Möglicherweise wird auch der Klimawandel, insbesondere bei einem Fortschreiten einer globalen Erwärmung, zur Etablierung von neuen Erregern ebenso wie zur Ausweitung der Verbreitungsareale von Vektoren führen. Vor allem wird aber der Faktor der Globalisierung durch mögliche Einschleppungen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Es gibt bisher nur gegen einen einzigen Erreger – gegen das Virus der Frühsommer-Meningoenzephalitis – einen Impfstoff, der sich überdies durch hervorragende Wirksamkeit und außerordentlich gute Verträglichkeit auszeichnet. Mit neuen Impfstoffen gegen andere Erreger ist allerdings in der nahen Zukunft nicht zu rechnen. Immerhin sind aber die durch Bakterien ebenso wie die durch Protozoen hervorgerufenen Erkrankungen einer antibiotischen Therapie zugänglich, wenn sie rechtzeitig diagnostiziert werden. Hingegen stehen uns keine Medikamente gegen die durch Arthropoden übertragenen Viren zur Verfügung. Prophylaktische Maßnahmen werden daher weiterhin bedeutsam sein; das gilt vor allem für Kleinkinder, für alte Menschen und Immunsupprimierte.
Traditionell wurden und werden im Deutschen Entomologischen Institut (DEI) bzw. in Kooperationsprojekten unter Mitwirkung der Wissenschaftler des DEI zahlreiche Informationen mit entomologischem Bezug gesammelt und herausgegeben, z. B. Bibliographien der entomologischen Weltliteratur ((Index I) Horn & Schenkling 1928-1929; Derksen & Scheiding 1963-1975; Gaedike & Smetana 1978, 1984), Verbleib entomologischer Sammlungen (Horn, Kahle & al. 1935, 1990), Typenkataloge sowie aktuell die Zeitschriften „Beiträge zur Entomologie“ und „Nova Supplementa Entomologica“. Bereits digital verfügbar sind weiterhin die „Biographien der Entomologen der Welt“ (Groll 2006), „ECatSym: Elektronischer Katalog der Symphyta der Welt“ (Taeger & Blank 2006) und eine Bildersammlung (Groll & Schubert 2006). Den Forderungen der Informationsgesellschaft gehorchend werden sowohl Daten als auch Metadaten verstärkt in institutseigenen Archiven frei zugänglich digital bereitgestellt und in Verbünden vernetzt.
Aphids annually infest winter wheat, Triticum aestivum L., in late spring and early summer in Central Europe, but densities leading to strong yield losses are reached only occasionally (Basedow et al., 1994). Three aphid species, Sitobion avenae Fabr., Metopolophium dirhodum Walk. and R. padi L., usually occur in cereal crops with increasing densities from late spring onwards (Basedow et al., 1994). Modelling population levels of cereal aphids is a key tool in integrated pest management for winter wheat. Over the last 30 years, considerable efforts have been made to investigate the population dynamics of aphids (DeWit and Rabbinge, 1979; Entwistle and Dixon, 1987). In Central Europe to date, two models have attained greater importance in late spring: LAUS (Friesland, 1986) and GETLAUS01 (Gosselke et al., 2001). The first one estimates the population level of S. avenae in spring in winter wheat fields and has obtained regional significance in practical plant protection. In contrast, the model GETLAUS01 is a scientific model, not designed for practical plant protection. It describes in great detail the population dynamics of S. avenae, R. padi and M. dirhodum. Both models have been improved over time and extended with several factors, e.g. by including the effects of antagonists, fertilisation, crop density, plant protection agents and meteorological parameters on population development. The objective of this study was to analyse the following three factors in terms of their impact on population and migration characteristics: cultivar, proximity between winter and summer hosts and migration (according to meteorological parameters).
Ausgangspunkt für den Enthusiasmus von Seiten der Pflanzenschützer und Mediziner für Niem war eine Zufallsbeobachtung von H. Schmutterer, der während seines Aufenthalts im Sudan zwischen 1959 und 1961 einen Heuschreckeneinfall von Schistocerca gregaria erlebte. In dessen Folge war, wie seit biblischen Zeiten (2. Mose, Kapitel 10, Verse 1-20) wohl bekannt, meilenweit kein Grün mehr verblieben, mit Ausnahme einiger Niembäume, an denen die gefräßigen Heuschrecken vorübergezogen waren. Schmutterer ging dieser Beobachtung nach und fand, dass der Baum ein fraßabschreckendes Prinzip enthalten muss, das die Heuschrecken auf Distanz hält. Tatsächlich konnten Butterworth & Morgan 1972 einen niemeigenen Stoff dieser Wirkung dingfest machen. Wir wissen heute als Resultat eines Zusammenwirkens einer Reihe von Forschergruppen in Europa, USA, Indien, China und Japan von der Existenz des Azadirachtins, des kompliziert gebauten Hauptwirkstoffs, dessen chemische Struktur vor 22 Jahren von mehreren Gruppen unabhängig und zweifelsfrei identifiziert wurde. Azadirachtin hat sich in der Folgezeit hartnäckig der Totalsynthese widersetzt (Ley & al. 1993). Lediglich sterile Suspensionskulturen von Azadirachta indica lieferten Azadirachtin und seine Kongeneren sowie die verwandten Limonoide Salannin und Nimbin biosynthetisch, freilich in sehr schlechten Ausbeuten und unter hohen Kosten (Morgan & Allen 2002). Erst kürzlich wurde die erste gelungene Totalsynthese von Veitch & al. (2007) bekannt, die wegen der Komplexität der Struktur eine echte Herausforderung an die Kunst der beteiligten Chemiker darstellte. Angesichts des hohen Preises der synthetischen Wirkstoffe wird der Anwender von Niemprodukten auch künftig nach günstigen natürlichen Quellen des Rohmaterials Ausschau halten, wofür hauptsächlich Samen, aber auch Blätter in Frage kommen. Der Niembaum gedeiht in allen subtropischen und tropischen Ländern der Erde. Eine frosttolerante Variante mit Anwendungspotenzial in gemäßigten Breiten ist aus den Gebirgstälern des Himalaya bekannt. Im Folgenden seien einige jüngere Entwicklungen der Niemforschung und -anwendung skizziert. Der Problematik des organischen Landbaus wird dabei ein eigener kurzer Abschnitt eingeräumt.
Elemente der Bodenmesofauna gehören gerade in pfluglosen Anbausystemen zu den bedeutendsten Primärzersetzern von Ernterückständen. Für den Rotteprozess, der nicht nur für die Pflanzengesundheit von größter Bedeutung ist, spielen sie damit eine entscheidende Rolle. Während Effekte der Bodenbearbeitung auf die mikrobielle Biomasse in den letzten Jahrzehnten Gegenstand zahlreicher Feldstudien waren, sind entsprechende Erhebungen zur Bodenmesofauna vergleichsweise rar und darüber hin in ihren Aussagen teilweise widersprüchlich. Positive Effekte auf Streuabbau durch reduzierte Intensität der Bodenbearbeitung konnten Heiber & Eisenbeis (1999) nachweisen. Vorliegende Untersuchungen sollten klären, welche Auswirkungen die Bodenbearbeitung auf die vielfältigen Zönosen der Bodenmesofauna eines intensiv ackerbaulich genutzten Lößstandortes hat.
Die herkömmliche Methode der Untersuchung anatomischer Verhältnisse bei Insekten ist die manuelle Präparation und das Erstellen von Schnittserien eines eingebetteten Objektes in zwei, besser drei orthogonalen Raumrichtungen (frontal, axial und sagittal). Diese Schnitte werden dann spezifisch angefärbt und über Zeichnungen und / oder Fotographien ausgewertet. Mit speziellen zeichnerischen Verfahren oder mittels Graphikprogrammen können daraus 3D-Objekte „rekonstruiert“ werden. Eine neue vielversprechende Methode in der Insektenmorphologie ist die (phasenverstärkte) Synchrotron Mikro-Röntgentomographie. Ähnlich wie etwa bei den von Hörnschemeyer et al. (2002) genutzten Desktopgeräten wird hier mit relativ geringem Zeitaufwand der Vergleich kompletter „virtueller“ Schnittserien auch einer größeren Anzahl von Taxa, wie sie zum Beispiel für vergleichend-morphologische evolutionsbiologische Studien erforderlich sind, ermöglicht. Man erhält mittels der Tomographie-Datensätze die Möglichkeit, beliebige Schnittrichtungen am Computer zu bearbeiten und auszuwerten. Die Methode arbeitet zerstörungsfrei und ist somit auch für Museumsleihgaben oder seltene Einzelfunde geeignet.
Both, G. mellonella and S. exigua, are most important pests in tropical countries. G. mellonella has five to six generations per year (Abid et al. 1997; Ali 1996), there, and feeding in bee combs they find, besides wax, residues of honey, insect skin and pollen (Hachiro & Knox 2000). Li et al. (1987) have shown the efficacy of Bacillus thuringiensis aizawai against G. mellonella. It is registered in the EU as Mellonex for its control, but NeemAzal T/S may also be active, and will have some advantages (Leymann et al. 2000, Melathopoulos et al. 2000). Therefore we conducted new studies here, on the results we shall report. S. exigua is an important polyphagous pest of crops in tropical areas (Brown & Dewhurst 1975). By repeated control with synthetic insecticides, especially by illiterate farmers (Armes et al. 1992; Aggarwal et al. 2006a) resistance to a lot of those insecticides has been built up, making plant protection very difficult. Therefore the need is pronounced for microbial and botanical pesticides (Nagarkatti 1982; Rao et al. 1990), which have different modes of action than synthetic insecticides. Aggarwal et al. (2006b) have started to test such ingredients, but the time of observation was too short (3 days), since the effects of Neem products occur later than those of synthetic insecticides (Basedow et al. 2002). So we conducted new, longer lasting experiments (with 5 to 30 days), on which we give a report here. The experiments were conducted during guest stays of the three co-authors (from Mymensingh, Bangladesh, from Nazreth, Ethiopia, and from Khartoum, Sudan) at the Experimental Station of the Institute of Phytopathology and Applied Zoology at Giessen Univerity.
Einsatz entomopathogener Pilze gegen die Kirschfruchtfliege Rhagoletis cerasi : erste Feldresultate
(2008)
Die Kirschfruchtfliege Rhagoletis cerasi Loew (Diptera: Tephritidae) ist der wichtigste Schädling im Süßkirschenanbau in Europa. Bei unbehandelten Bäumen können bis zu 100% der Kirschen Madenbefall aufweisen. Da Handel und Verbraucher nur einen Befall von maximal 2% tolerieren, sind effiziente Bekämpfungsmaßnahmen gefragt. Der bisher verwendete Wirkstoff Dimethoate könnte im Zuge der Re-Evaluation von Pflanzenschutzmitteln in der EU seine Zulassung verlieren. Danach stünde die gesamte Kirschenproduktion in Europa vor der gleichen Situation wie derzeit der ökologische Landbau: eine Regulierung der Kirschfruchtfliege wäre nur noch über Leimfallen oder durch den Einsatz von Netzen möglich. Beide Methoden sind sehr arbeitsintensiv und oft nicht ausreichend wirksam. Im Labor wurden mehrere Pilzstämme gegen verschiedene Entwicklungsstadien der Kirschfruchtfliege geprüft, mit dem Ergebnis, dass nur adulte Fliegen befallen werden. Dabei zeigten die Pilze Beauveria bassiana und Paecilomyces fumosoroseus die beste Wirkung. Diese beiden Pilze, die bereits in kommerziellen Produkten formuliert sind, wurden 2006 in zwei Feldversuchen gegen adulte Kirschfruchtfliegen appliziert.
Die Kirschfruchtfliege Rhagoletis cerasi Loew (Diptera: Tephritidae) ist der wichtigste Schädling im Süßkirschenanbau in Europa. Bei unbehandelten Bäumen können bis zu 100% der Kirschen Madenbefall aufweisen. Da Handel und Verbraucher nur einen Befall von maximal 2% tolerieren, sind effiziente Bekämpfungsmaßnahmen gefragt. Der bisher verwendete Wirkstoff Dimethoate könnte im Zuge der Re-Evaluation von Pflanzenschutzmitteln in der EU seine Zulassung verlieren. Danach stünde die gesamte Kirschenproduktion in Europa vor der gleichen Situation wie derzeit der biologische Landbau: eine Regulierung der Kirschfruchtfliege wäre nur noch über Leimfallen oder durch den Einsatz von Netzen möglich. Beide Methoden sind sehr arbeitsintensiv und oft nicht ausreichend wirksam. Der Einsatz von Mikroorganismen als Biocontrol-Maßnahme könnte eine Alternative darstellen. Die Verwendung von entomopathogenen Pilzen zur Bekämpfung von Tephritiden wurde in den letzten Jahren von mehreren Autoren beschrieben (Anagnou-Veroniki et al., 2005; Ekesi et al., 2005; Konstantopoulou & Mazomenos, 2005; Yee & Lacey, 2005), wobei bisher noch keine Erfahrungen zu R. cerasi vorliegen. Ziel dieser Untersuchung war die Beurteilung verschiedener Pilzstämme (Deuteromycotina: Hyphomycetes) hinsichtlich ihrer Pathogenität und Virulenz gegen die Kirschfruchtfliege.
Vorratsschädliche Insekten sind Spezialisten, die in der Lage sind, trockene pflanzliche Materialien aufzuspüren, zu besiedeln und damit über die Befeuchtung durch Respiration dem Abbau durch weitere Organismen (Pilze, Milben, Bakterien) zuzuführen. Auf diese Weise sind sie die Auslöser eines Kompostierungsprozesses. Durch ihr hervorragendes Orientierungsvermögen entlang eines Duftstoffgradienten finden sie sich regelmäßig in Vorratslagern und Gebäuden der Lebens- und Futtermittelverarbeitung ein, falls sie nicht bereits mit befallenen Produkten passiv eingeschleppt wurden. In der Praxis der Schädlingsbekämpfung in Deutschland werden zunehmend auch Verfahren der Hitzeentwesung in Gebäuden angeboten, die der Begasung mit giftigen Gasen Konkurrenz machen und auch in Betrieben des Ökolandbaus eingesetzt werden können. Einen Überblick über den Einsatz extremer Temperaturen im Vorratsschutz vermitteln die Arbeiten von Fields (1992), Burks et al. (2000) und Adler & Rassmann (2000). Laborversuche unter definierten Temperaturen hatten zum Ziel, die Widerstandsfähigkeit bestimmter Arten und ihrer Entwicklungsstadien zu überprüfen. Darüber hinaus wird kurz über Erfahrungen in der Praxis berichtet.
Winterweizen bedeckte 1999-2004 64 % der Ackerfläche Schleswig-Holsteins, Winterraps 31 %. Die wichtigsten Schädlinge an Winterweizen waren die drei Getreideblattlausarten (Hom., Aphididae)(Sitobion avenae und Metopolophium dirhodum, selten Rhopalosiphum padi) und die beiden Oulema-Arten (Getreidehähnchen)(O. melanopus und O. lichenis) (Col., Chrysomelidae). An Winterraps traten im Untersuchungszeitraum auf: Meligethes aeneus (F.) (Rapsglanzkäfer) (Col., Nitidulidae) und Ceutorrhynchus assimilis (Payk.) (Kohlschotenrüßler) (Col., Curculionidae). In beiden Kulturen wurden sechs Feldversuche durchgeführt, mit frühen und späten Insektizid-Applikationen (an je zwei Standorten, mit vierfacher Wiederholung). Bei Weizen waren die Parzellen 50 m² groß, bei Raps 90 m². Bei Winterweizen zeigten beide Schaderreger-Gruppen negative Einflüsse auf den Ertrag, wenn sie nicht bei Bekämpfungsschwellen bekämpft wurden. Sowohl der Getreidehähnchen - als auch der Blattlausbefall waren signifikant negativ mit dem Ertrag korreliert. Die ökonomische Auswertung ergab, dass im Untersuchungszeitraum – bei Beachtung der Bekämpfungsschwellen - die frühe Bekämpfung der Getreidehähnchen-Larven wirtschaftlicher war als die spätere der Getreideblattläuse. Bei Winterraps erwies sich die Bekämpfung des Kohlschotenrüsslers als ertraglich und ökonomisch vorteilhaft, selbst ohne Auftreten von Dasineura brassicae (Winn.), der Kohlschotenmücke. Die Bekämpfung des Rapsglanzkäfers hingegen war nur in einem von sechs Versuchen ertragsmäßig und ökonomisch erfolgreich. Die Probleme bei diesem Schädling sind 1. die zu niedrige Bekämpfungsschwelle und 2. die Resistenz gegenüber synthetischen Pyrethroiden. Wurden in Schleswig-Holstein 1999 75.000 ha Ackerfläche mit Insektiziden behandelt (22.7 % AF), stieg die Fläche bis 2004 auf 220.000 (66.5 % AF). Die Anteile der einzelnen Wirkstoffe haben sich verändert.
Fababohnen (Vicia faba L.) nehmen in der Ökologischen Landwirtschaft als Protein- und N-Quelle eine wichtige Stellung in der Fruchtfolge ein (Lampkin 1994; Müller & von Fragstein und Niemsdorff 2006). Als ertragslimitierende Faktoren spielen neben Wasserknappheit auch Schaderreger wie Insekten, Pilze und verschiedene Viruserkrankungen (Cockbain 1983) eine wichtige Rolle. Virusbedingte Ertragseinbußen wurden von Schmidt (1984) in konventionellen Fababohnen Ostdeutschlands auf jährlich ca. 8% geschätzt. Unter den nicht-chemischen Verfahren zur Minderung von vektorvermittelten Viruserkrankungen in Ackerkulturen, mit zugleich potentieller Eignung für ökologische Anbauverhältnisse, gehört neben der Frühsaat (Heathcote & Gibbs 1962) auch die Anwendung von Strohmulch. Mulchen erzielte insbesondere bei nicht-persistenterÜbertragung durch Blattläuse virusreduzierende Effekte in Lupinen. (Jones 1994), Kartoffeln (Heimbach & al. 1998; Saucke & Döring 2004) und Raps (& al. 2002). Ziele der vorliegenden Arbeit bildeten die Anwendung von Strohmulch in Kombination mit Früh- und Spätsaat in einem faktoriellen Parzellenversuch im Ökologischen Anbau von Fababohnen hinsichtlich der Auswirkungen auf Blattlausbesiedelung, Virusinfektionen, Pflanzenentwicklung und Ertrag.
Einfluss einer Low-input-Pflanzenschutzstrategie auf tritrophische Systeme in Winterweizen und Erbse
(2008)
Zahlreiche Studien belegen, dass natürliche Gegenspieler von Blattläusen (z. B. Coccinellidae, Syrphidae, Chrysopidae, Carabidae) in der Lage sind, das Blattlauswachstum einzuschränken und einen ökonomisch relevanten Massenbefall zu verhindern. Daher ist es wichtig, die Prädatoren z. B. durch reduzierte Anwendung chemischer Pflanzenschutzmittel zu schonen. Untersuchungen zeigten, dass der Verzicht von chemischen Pflanzenschutzmitteln, z. B. im Ökolandbau, und eine verringerte Intensität der Anwendung zu positiven Auswirkungen auf die natürlichen Regelmechanismen und Biodiversität in den Feldern führte (u. a. Kromp 1990, Langmaack et al. 2001). Andere Studien belegten, dass es zwischen ökologischem und konventionellem Anbau keine großen Unterschiede gab (u. a. Purtauf et al. 2005). Bislang ist offen, wie sich im Rahmen einer konventionellen Landbewirtschaftung eine durchgängige deutliche Reduzierung der Anwendung chemischer Pflanzenschutzmittel bei Erhalt der sonstigen Rahmenbedingungen langfristig auf die ökologische Situation im Feld auswirkt. Ziel der vorliegenden 3-jährigen Untersuchungen war es daher, Phänomene der langfristigen Anpassung tritrophischer Systeme und Dominanzstrukturen von Nützlingsgesellschaften an Pflanzenschutzsysteme mit um 50 % reduzierter Anwendung von Herbiziden, Fungiziden und Insektiziden anhand von geeigneten Indikatoren zu identifizieren.
Die Wirksamkeit des entomopathogenen Pilzes (EPP) L. muscarium im Einsatz gegen F. occidentalis ist in unseren Versuchen mehrfach belegt worden. In verschiedenen Schalen-, Käfig- und Gewächshausuntersuchungen wurde festgestellt, dass die Applikation der Sporensuspension in das Wirtshabitat zur Infektion und zum Absterben der Wirte führt. Dabei konnte auch die saprophytische Entwicklung des Pilzes als Mycel mit Sporulation auf den Kadavern beobachtet werden (Hetsch 2004, Lerche et al. 2004, 2005). Ausgehend von den sporulierenden Kadavern sind die Disseminationsstrategien in der Wirt-Parasit-Beziehung F. occidentalis und L. muscarium, in Relation zum Verhalten des Wirtes sowie der physikalischen Faktoren Wasser und Luftbewegung, untersucht worden. Die Aufklärung dieser Zusammenhänge ist entscheidend für eine höhere Effizienz und Nachhaltigkeit des Pilzes im Praxiseinsatz.
Monophage Pflanzenfresser können im Gegensatz zu Polyphagen nur eine bestimmte Wirtspflanze nutzen und stehen daher auch immer in potentieller Konkurrenz zu Generalisten. Ist eine Nahrungsquelle erschöpft, so kann der Polyphage auf eine andere Nahrungsressource wechseln. Dem Spezialisten ist dies jedoch nicht möglich. Am Beispiel einer Buchenfraßgesellschaft wurde untersucht, welche Strategie ein monophager Herbivor verfolgt, um in der interspezifischen Konkurrenz mit Polyphagen zu bestehen und sich seine ökologische Nische zu sichern. Der früh im Jahr auftretende Buchenspringrüßler Rhynchaenus fagi ist in seiner Entwicklung obligatorisch an die Buche (Fagus sylvatica) gebunden. Nach dem Blattaustrieb im April führen die Käfer einen Reifefraß (Lochfraß) an Buchenblättern durch. Die Larven von Rhynchaenus fagi minieren das Buchenblatt. Sie erzeugen zunächst parallel zu den Blattnerven eine Gangmine, welche sich am Blattrand platzartig erweitert. Unbefressene Anteile des Blattes bleiben turgeszent und photosynthetisch aktiv. Der Larvenfraß induziert jedoch die Akkumulation phenolischer Verbindungen im Blattparenchym (Schardt & al. 2006). Ende Mai erscheinen die Jungkäfer, die ebenfalls die Ressource Buchenblatt für ihren Reifungsfraß benötigen. Der polyphage Schwammspinner Lymantria dispar befrißt ein breites Spektrum einheimischer Laubbäume einschließlich der Buche, die bei Übervermehrungen auch Kahlfraß erleidet (Schwerdtfeger 1981). Hier wird die Hypothese getestet, dass der monophage Buchenspringrüßler durch seine Fraßinduktion die Nahrungsqualität des Buchenblattes für den Schwammspinner herabsetzt und damit beiträgt, seine Nische gegen einen polyphagen Konkurrenten zu verteidigen.
Seit mehreren Jahren ist Sulfurylfluorid (Sulfuryldifluorid, SF) als Schädlingsbekämpfungsmittel für den Materialschutz und den Vorratsschutz gegen Insekten gelistet. Insbesondere der Ersatz des ozonzerstörenden Brommethans wird in diesen Anwendungsgebieten überwiegend mit diesem Wirkstoff realisiert. Sulfurylfluorid gilt seit langer Zeit als ein bewährtes Begasungsmittel gegen Termiten in Holzhäusern in den Vereinigten Staaten. Als 2005 die Industrienationen gemäß den Beschlüssen des Montrealer Protokolls den Ausstieg aus der Brommethantechnologie umsetzten, gab es Zulassungen für die Leerraumentwesung im Vorratsschutz und Genehmigungen für die Verwendung im Holz- und Materialschutz gegen Insekten.
Zu den Ährenschädlingen am Winterweizen zählen die Gelbe Weizengallmücke (C. tritici (Kirby)) und die Orangerote Weizengallmücke (S. mosellana (Géhin)) (Holland & al., 1996). In Abhängigkeit vom Befallsstadium der Weizenähre und der Biologie der Erreger sind folgende Schadsymptome bekannt: Verminderung der Kornzahl pro Ähre (C. tritici) bzw. geschrumpfte oder missgebildete Körner (S. mosellana) (Mölck, 2006). Der Saatgutwert wird beeinträchtigt und die Backqualität beeinflusst (Miller & Halton, 1961). Hinsichtlich Prognose und Überwachung des Auftretens von Weizengallmücken gab es bisher keine praxistauglichen methodischen Ansätze im Bundesland Sachsen-Anhalt. Hinzu kommt, dass der derzeit verstärkt praktizierte pfluglose Anbau von Weizen nach Weizen ein höheres Befallsrisiko erwarten lässt. Mit der Identifikation von Sexualpheromonen, die als hoch attraktiv für Männchen von S. mosellana gelten (Gries & al., 2000), eröffnen sich nun neue Prognosemöglichkeiten. Die effektive Nutzung von Pheromonfallen zum Monitoring von Gallmücken könnte somit ein erster Baustein zur Erarbeitung praxistauglicher Richtwerte darstellen. In einer zweijährigen Testphase wurde in Zusammenarbeit mit der Landesanstalt für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau geprüft, ob die Pheromonfallen eine Gradationswahrscheinlichkeit der Problemschädlinge, insbesondere in Risikofruchtfolgen signalisieren können. Die Ergebnisse sowie Daten zu weiteren Überwachungsansätzen werden präsentiert.
Der Gemeine Nagekäfer Anobium punctatum ist in Mitteleuropa in Gebäuden weit verbreitet und kommt mitunter auch in Freilandhabitaten vor. Unter den verbautes Holz zerstörenden Insekten Mitteleuropas ist A. punctatum neben dem Hausbockkäfer Hylotrupes bajulus der gefährlichste Schädling und wird besonders an hölzernen Kunstgegenständen, Treppen und Möbeln gefürchtet. Das hohe Schadpotential liegt vor allem darin begründet, dass A. punctatum aufgrund seiner Ortstreue Holzobjekte über viele Generationen hinweg befällt und diese dabei weitgehend zerstört. Es kommt nicht selten vor, dass Holzkörper fast völlig ausgehöhlt und bis auf ⅓ ihrer Holzsubstanz zernagt werden, so dass nur noch die von Ausfluglöchern schrotschussartig durchbohrte Hülle stehen bleibt. Bohrgänge verschiedener Larven können dann verbunden sein. Die Weibchen von A. punctatum legen ihre Eier in der Regel an die Holzoberfläche in Risse und Spalten, die Eiablage kann aber auch im Innern von Bohrgängen erfolgen. Die Larven nagen sich dann in das Holz vor, wobei sie den Fraßgang hinter sich locker mit Bohrmehl verstopfen (Becker, 1942). Bisher wurde in der Literatur eine Vielzahl natürlicher Feinden von A. punctatum genannt, sowohl Spinnentiere als auch Insekten. Zur Biologie dieser Arten liegen einige wenige Untersuchungen vor (Becker, 1954). Die Kenntnis dieser Antagonisten ist nicht nur von grundlegendem Interesse, sondern kann potentiell auch für die Befallsüberwachung und Bekämpfung von A. punctatum genutzt werden. Um aktuelle Nachweise von Antagonisten von A. punctatum zu erlangen, wurden in der Allerheiligenkirche zu Erfurt umfangreiche Monitoringmaßnahmen durchgeführt.
Die Notwendigkeit des vorliegenden Beitrags zur Trichogramma-Fauna in Deutschland hat folgende Gründe: 1) Die Erfassung der Fauna dient der Kenntnis und der Erhaltung der genetischen und biologischen Vielfalt im Sinne der Konvention zur Biodiversität. 2) Die Gattung Trichogramma Westwood, 1833 (Hymenoptera: Trichogrammatidae) ist im biologischen Pflanzen- und Vorratsschutz weltweit von ökonomischem Nutzen. Das Spektrum möglicher Zielschädlinge umfasst in Deutschland mindestens 30 Schädlinge im Pflanzen- und Vorratsschutz (Zimmermann 2004). Als Eiparasitoide greifen sie bereits das Eistadium der Schädlinge an, was gegenüber allen anderen biologischen und chemischen Bekämpfungsmethoden ein entscheidender Vorteil ist. Trichogramma spp. werden in Mitteleuropa als einzige Nutzarthropoden großflächig im Freiland eingesetzt. Daher ist es von besonderer Bedeutung die natürlich auftretenden Arten und deren lokale Ökotypen zu charakterisieren, zu schützen und gegebenenfalls für die biologische Schädlingsbekämpfung zu nutzen. Nicht zuletzt im Hinblick auf eine zu erwartende Registrierungspflicht für Nützlinge in Deutschland ist es ein grundlegender Beitrag, die Wissenslücken hinsichtlich der einheimischen Trichogramma-Fauna aufzuzeigen.
Der Befallsdruck durch den Erbsenwickler Cydia nigricana Fabricius (Lepidoptera: Tortricidae) hat in den letzten Jahren mit zunehmendem Erbsenanbau in allen Anbaugebieten stark zugenommen. Bedingt durch Ertragsausfälle und Qualitätsminderungen bei Futter- und Saaterbsen sowie durch eine sehr geringe Schadtoleranz von nur 0,5% bei der Gemüseerbsenproduktion ist C. nigricana heute einer der Hauptschädlinge im Erbsenanbau (Pittorf & Matthes 2004, Saucke et al. 2004, Jostock 2006). Gegenwärtig stehen im ökologischen Landbau keine wirksamen Methoden zur Kontrolle des Erbsenwicklers zur Verfügung. Infolgedessen gewinnen präventive Maßnahmen bei der Schädlingsregulierung zunehmend an Bedeutung (Schultz & Saucke 2005, Huusela-Veistola & Jauhiainen 2006). Ein Konzept zur Risikobewertung des Erbsenwicklerbefalls in Anbauregionen von Gemüseerbsen kombiniert mit einer bedarfsgerechten Option zur Direktbekämpfung soll in diesem Projekt entwickelt werden. Zur Einschätzung des Befallsrisikos soll eine empirische Begleitung und Dokumentation von Erbsenwicklerschäden in Anbauregionen von Gemüseerbsen unter Berücksichtigung der Anbauintensität von Körnererbsen erfolgen. Zusätzlich soll eine darauf abgestimmte kombinierte Anwendung von präventiver Anbauplanung und dem Einsatz natürlichen Pyrethrinen erarbeitet werden.