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RWTH Aachen Abteilung Zoologie und Humanbiologie Institut für BiologieⅡ ____________________________________________________________ Bachelorarbeit Sommersemester 2019 ____________________________________________________________ Untersuchungen zu Wechselbeziehungen zwischen Phänologie und Futterpflanzenspezifität von ausgewählten, sich im Frühjahr an Laubgehölzen entwickelnden Makrolepidopteren-Raupen A study on the interrelations between phenology and food plant preferences of selected macrolepidopteran caterpillars developing in spring on deciduous trees 1. Prüfer: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Johannes Bohrmann 2. Prüferin: Dr. rer. nat. Ingeborg Heil Vorgelegt von Sarah Gürtler Aachen, den 29.09.2019 Matrikelnummer: 368239 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung ............................................................................................................................ 4 2. Material und Methoden ...................................................................................................... 7 2.1. Erfassungsmethoden .................................................................................................... 7 2.2. Quantifizierung .............................................................................................................. 8 2.2.1. Klopfproben ................................................................................................................ 9 2.3. Untersuchungsgebiete .................................................................................................. 9 2.4. Botanische Bestimmungen .......................................................................................... 10 2.5. Probenbearbeitung und Bestimmung der Raupen ....................................................... 11 2.5.1. Raupenbestimmung ............................................................................................. 11 2.5.2. Probenaufbewahrung ........................................................................................... 12 2.6. Methodenanwendung an Laubgehölzen ...................................................................... 13 3. Ergebnisse ........................................................................................................................ 20 3.1. Methodenvergleich ...................................................................................................... 23 3.1.1. Probenaufbewahrung ........................................................................................... 32 3.2. Methodenkritik ............................................................................................................. 34 3.2.1. Klopfproben .......................................................................................................... 34 3.3. Phänologie .................................................................................................................. 37 3.3.1. Herbsteulen der Gattungen Xanthia und Agrochola sowie Eupithecia tenuiata..... 37 3.3.2. Wintereulen .......................................................................................................... 39 3.3.3. Blütenspanner der Gattung Rhinoprora und Eupithecia inturbata ......................... 41 3.3.4. Frühlingseulen der Gattung Orthosia .................................................................... 43 3.4. Futterpflanzenspezifität in Zusammenhang mit der Blühphänologie ............................ 45 3.4.1. Herbsteulen der Gattungen Xanthia und Agrochola sowie Eupithecia tenuiata..... 47 3.4.2. Wintereulen .......................................................................................................... 52 3.4.3. Blütenspanner der Gattung Rhinoprora sowie Eupithecia inturbata ...................... 56 3.4.4. Frühlingseulen der Gattung Orthosia .................................................................... 57 4. Diskussion ........................................................................................................................ 58 4.1. Herbsteulen sowie Eupithecia tenuiata ........................................................................ 58 4.2. Raupen der Gattung Conistra und Eupsilia transversa ................................................ 71 4.3. Frühlingseulen der Gattung Orthosia ........................................................................... 76 4.4. Blütenspanner der Gattung Rhinoprora sowie Eupithecia inturbata ............................. 78 5. Zusammenfassung ........................................................................................................... 81 2 6. Fachdidaktische Aufarbeitung der wissenschaftlichen Erkenntnisse ......................... 84 6.1. Allgemeine Einleitung .................................................................................................. 84 6.2. Geförderte Kompetenzen ............................................................................................ 86 6.3. Fachliche Klärung ....................................................................................................... 88 6.4. Vorwissen der Schülerinnen und Schüler .................................................................... 92 6.5. Lehr-Lern-Labor .......................................................................................................... 93 6.5.1. Einleitung ............................................................................................................. 93 6.5.2. Zeitraum der Durchführung .................................................................................. 94 6.5.3. Materialien ........................................................................................................... 95 6.5.4. Vorbereitung der Durchführung ............................................................................ 96 6.5.5. Durchführung ....................................................................................................... 97 6.5.6. Nachbereitung .................................................................................................... 101 7. Literaturverzeichnis ....................................................................................................... 103 8. Verzeichnis über Bildaufnahmen .................................................................................. 105 9. Anhang ............................................................................................................................ 106 3 1. Einleitung Mit dem Klimawandel und der damit einhergehenden heute präsenten Veränderung des Klimas steht die Wissenschaft vor der wichtigen Aufgabe des Schutzes der bestehenden Biodiversität und der Eindämmung des durch anthropogenen Einflusses zustande gekommenen sechsten großen Massenaussterbens in der Geschichte (vgl. CEBALLOS& EHRLICH, 2015). Da falsche oder unüberlegte Maßnahmen zum Schutz von Arten fatale und zum Teil dem Ziel konträre Folgen verursachen können, ist es von entscheidender Bedeutung die Wechselwirkung einer Art mit ihrem Lebensraum in allen Facetten zu begreifen, um diese letztendlich sinnvoll schützen zu können. Diese Arbeit soll einen Teil zum Verständnis der Wechselbeziehungen zwischen Phänologie und Futterpflanzenspezifität von ausgewählten, sich im Frühling an Laubgehölzen entwickelnden, Schmetterlingsraupen beitragen, um Rückschlüsse darüber ziehen zu können, ob und inwieweit diese möglicherweise vom Klimawandel beeinflusst oder gefährdet werden könnten bzw. imstande sind auf die Erwärmung zu reagieren. Die Annahme, dass eventuell eine Gefährdung bestehen könnte, rührt unter Anderem daher, dass sich durch die Erwärmung des Planeten die Blühzeiten von für die Raupen wichtigen Futterpflanzen verschieben (vgl. RAMMERT & CASSENS, 2007/8). Die Frage ist nun, inwieweit die hier betrachteten Larven der Großschmetterlinge überhaupt auf relativ konstante Blühzeiten angewiesen sind und ob sie in der Lage sind, sich entsprechend den veränderten Blühzeiten anzupassen. Zu untersuchen ist also, ob und in welcher Form es Unterschiede zwischen Futterpflanzenpräferenzen der betrachteten Arten gibt und inwieweit die Raupenphänologie vom Blütezustand der jeweiligen Futterpflanzen abhängt. Sämtliche in dieser Arbeit erfasste Raupen ernähren sich im Frühling zumindest zeitweise an Laubgehölzen und dennoch haben die Raupen eine unterschiedliche Phänologie. Ein Grund hierfür ist die unterschiedliche Form der Überwinterung im Lebenszyklus der Raupen, denn die erfassten Raupenarten überwintern entweder als Ei, Raupe, Puppe oder Falter. Zu den Eiüberwinterern zählen in und an Weidenkätzchen erfasste Herbsteulen der Gattungen Agrochola und Xanthia, sowie auch einige Blütenspanner (vgl. STEINER & GÜNTER, 1997; STEINER & GÜNTER, 1998; BARTSCH et al. 2003). Bei diesen Herbsteulen handelt es sich um eine systematische Gruppe mit ähnlicher Lebensweise, denn sie fliegen und legen ihre Eier im Herbst und ernähren sich dann als Raupen nach dem Schlupf im Frühling, im jungen Stadium, häufig vorzugsweise von Weiden- und Pappelkätzchen (Primärfutterpflanzen) und dann in späteren Stadien laut Literatur weitestgehend recht polyphag von den niederen Pflanzen der Krautschicht (Sekundärfutterpflanzen) (vgl. FORSTER & WOHLFAHRT, 1971). Gemeinsamkeit der als Ei überwinternden Raupen ist, dass der Falter durch seine Eiablage im Vorjahr bereits die Auswahl 4 über die primäre Futterplanze trifft. Von entscheidender Bedeutung ist die Pflanze, an der die Eier abgelegt wurden, da an ihr im Frühling die jungen Raupen der Art schlüpfen und direkt auf Nahrung angewiesen sind. Wären entsprechende Raupen