Habitatfragmentierung in der urbanen Landschaft: Konsequenzen für die Biodiversität und Mobilität epigäischer Käfer (Coleoptera: Carabidae und Staphylinidae) am Beispiel Berliner Waldfragmente

Abstract

Zentraler Forschungsgegenstand der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der Konsequenzen urbaner Habitatfragmentierung für die Biodiversität und Mobilität epigäischer Käfer in Waldfragmenten. Die Artenvielfalt und -zusammensetzung in Laubwaldfragmenten wurde entlang eines Stadt-Land-Gradienten im Südosten Berlins mit Hilfe von Bodenfallen untersucht. In die populationsgenetischen Untersuchungen wurden drei zusätzliche Waldfragmente unmittelbar südlich von Berlin einbezogen. Für die Analyse der genetischen Diversität und der populationsgenetischen Muster von Carabus nemoralis wurden Mikrosatelliten verwendet. Die Landschaftsnutzung des Gebietes wurde bis in das 18. Jh. zurückverfolgt, um den Einfluss historischer Veränderungen auf die genetischen Muster besser zu verstehen. Die Mobilität von C. nemoralis wurde mit Peilsendern in einem typischen Straßengrünstreifen beobachtet, um deren Bedeutung für die Ausbreitung abschätzen zu können. Schließlich wurde der Einfluss von Peilsendern auf das Bewegungsverhalten im Labor untersucht. Im Gegensatz zur Gesamtartenzahl, die sich im Stadt-Land- Gradienten nicht veränderte, nahm der Anteil typischer Waldstaphyliniden mit zunehmender Urbanisierung ab. Die Seltenheit flugunfähiger Arten in stark isolierten Fragmenten wurde als Auswirkung der Habitatfragmentierung gedeutet. Andere Änderungen der Artenzusammensetzung korrelierten mit Habitatveränderungen, die keinen unmittelbaren Zusammenhang mit der Habitatfragmentierung aufwiesen, wie zum Beispiel der Abnahme des Totholzanteils. Die genetische Diversität in den Subpopulationen von C. nemoralis korrelierte negativ mit der Zunahme urbaner Bebauung. Waldbedeckung und Fragmentgröße wiesen schwächere Zusammenhänge mit der genetischen Diversität auf. Insgesamt war die genetische Diversität gering, wenn man sie mit der einer Population nahe der vermutlichen pleistozänen Refugialgebiete in Südfrankreich vergleicht. Die genetische Differenzierung war vergleichsweise hoch (FST: 0.03-0.26). Zwischen urbanen Subpopulationen war sie etwas höher als zwischen ruralen Subpopulationen. Die genetische Distanz korrelierte mit der Anzahl von Straßen zwischen den Subpopulationen, aber nicht mit der topographischen Distanz. Der Einfluss historischer Veränderung wurde am Beispiel eines Allelgradienten im Süden Berlins deutlich, der als Produkt einer Aufforstung vor etwa 200 Jahren angesehen wurde. Die Mobilität von C. nemoralis ist ähnlich groß, wie die anderer Carabus-Arten, obwohl C. nemoralis bislang die kleinste Art dieser Gattung ist, die mit Peilsendern untersucht wurde. Es wurden keine Hinweise auf ein besonders effektives Ausbreitungsverhalten in den Straßengrünstreifen gefunden. Obwohl ein angrenzender breiter Kiesweg häufig von den Käfern überquert wurde, wurde die ebenfalls angrenzende Straße von den Käfern strikt gemieden. Im Labor zeigten die Käfer mit den Peilsender, im Gegensatz zu solchen ohne Peilsender, Verhaltensähnlichkeiten mit fliehenden Käfern. Bei der Feldarbeit wurden solche Phänomene nicht beobachtet, so dass davon ausgegangen wurde, dass die Beeinflussung durch die Sender die Beobachtung des tatsächliche Bewegungsverhaltens nicht dominierte.

The thesis focused on the investigation of consequences of urban habitat fragmentation for the biodiversity and mobility of epigeic beetles in woodland fragments. Species richness and species composition was investigated using pitfall traps in deciduous forest fragments along a rural-urban gradient in southeastern Berlin. For the population genetic studies, three rural woodland fragments located south of Berlin were added to the sampling sites. Length polymorphism of microsatellite DNA-markers was used to estimate the genetic diversity and derive population genetic patterns of Carabus nemoralis. The land use of the sampled area was followed back to the 18th century to evaluate the influence of historical processes on the genetic patterns. The movement behavior of C. nemoralis was observed in a planting strip in the field using radio transmitters to estimate the contribution of such connecting elements to the dispersal of non-flying beetles. Finally, a laboratory study should reveal information about the bias due to the usage of radio transmitters in the field. The proportion of silvicolous staphylinid species declined with increasing urbanization. In contrast to that, the overall species richness of epigeic carabids and staphylinids did not decline in that gradient. The rarity of wingless species in heavily isolated fragments and the reduction of faunistic identity between such fragments was interpreted as a result of the increased habitat isolation. Other faunistic changes along the rural-urban gradient could be attributed to habitat quality changes, for example, the varying content of woody debris on the forest floor. The genetic diversity of C. nemoralis was negatively correlated with the increase of built-up urban area in the vicinity of the sampled subpopulation. Woodland cover in the vicinity of the sampled subpopulation and woodland fragment size had smaller impacts on the genetic diversity. The overall genetic diversity was small compared to the genetic diversity of a population from a pleistocene refugium area in southern France. The genetic differentiation was comparably high (FST: 0.03-0.26). The genetic distance between urban subpopulations was slightly higher than that between rural subpopulations. Genetic distance was correlated with the number of streets between two subpopulations but it was not correlated with the topographic distance between two subpopulations. The influence of historical processes on the population genetic patterns was revealed by an example from the southern surroundings of Berlin. An allele gradient along four sampling sites could be observed, which probably was the result of an afforestation 200 years ago. The mobility of C. nemoralis was comparable to that of other Carabus-species, although C. nemoralis is the smallest species from that genus observed up to now. No evidence for directed walking behavior of the beetles or a directing effect of the habitat form was found in the observed habitat strip. In contrast to a broad gravel path that was crossed frequently, the observed street never was crossed during the observation period. In the laboratory, beetles with radio transmitters show a directed walking behavior comparable to that of fleeing individuals. In the field, the opposite behavior was observed. Thus, this methodological bias did not seem to predominate the field results.