Cryptic variation in a cryptal environment: Biodiversity and ecology of cave invertebrates in the Central German Uplands
Final Report Abstract
Die Beprobung von höhlenbewohnenden (cavernicolen) Wirbellosengemeinschaften ist oftmals ein mühsames Unterfangen. Einerseits sind Höhlen ein schwer zu erforschendes Ökosystem, andererseits fehlt vielerorts die taxonomische Expertise um seltene oder schwer bestimmbare Höhlenarten korrekt anzusprechen. Das Vorkommen von unbestimmbaren Entwicklungsstadien (Eier, Larven) und Geschlechtern (z.B. Männchen oder Weibchen bei bestimmten Dipterengruppen) verkomplizieren die Erhebungen weiter. Das methodische Ziel dieser Studie war es daher, ein DNA-Metabarcoding Protokoll zu entwickeln, um terrestrische wirbellose Höhlentiergemeinschaften zu erfassen. Untersucht wurde damit die Fragestellung, wie groß die saisonale Variation der Zusammensetzung der Höhlenfauna ist. Die DNA-basierte Beprobung von sechs Schauhöhlen und sechs Naturhöhlen, die sich als Paar jeweils in geografischer Nähe befanden, erlaubte weiterhin den Einfluss von Tourismus auf die Zusammensetzung der wirbellosen Höhlengemeinschaften zu untersuchten. In den Jahren 2017 und 2018 wurde über einen Zeitraum von 14 Monaten jede der zwölf Höhlen jeweils sieben Mal beprobt. Die Wirbellosenfauna wurde aktiv mittels Handfang sowie passiv mit Barberfallen gefangen. Für den DNA-Metabarcoding Ansatz wurde ein neues Primerpaar entwickelt, welches an einer aus bekannten Höhlentierarten bestehenden Mischprobe getestet wurde. Grundsätzlich erfasste der DNA-Metabarcoding Ansatz einen Großteil der in mitteleuropäischen Höhlen vorkommenden wirbellosen Organismengruppen, lies allerdings keine Erfassung von Schnecken, Pseudoskorpionen und Doppelschwänzen zu. Die 14-monatige Beprobung der sechs Schau- / Naturhöhlenpaare generierte 851 Molecular Operational Taxonomic Units (MOTUs), die 532 biologischen Arten zugewiesen werden konnten. Unter den restlichen MOTUs befinden sich viele weitere Arten, die allerdings bisher nur auf Gattungs- oder Familienniveau angesprochen werden konnten. Aufgrund fehlender DNA Barcode Referenzsequenzen galt dies insbesondere für Springschwänze und Milben. Hinsichtlich der saisonalen Variation in der Zusammensetzung der Höhlengemeinschaften kann festgehalten werden, dass nur etwa 46% der detektierten Höhlenfauna stetig sind. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass etwas mehr als die Hälfte der vorgefundenen Arten in der Übergangs- und Tiefenregion einer Höhle nicht dauerhaft dort vorkommen. Diese unsteten Arten setzen sich aus Vertretern zusammen, i) die unterirdische Lebensräume beispielsweise nur zum Übersommern oder Überwintern nutzen (bekannte subtroglophile Arten), ii) die zufällig in Höhlen gelangt sind (Zufallsgäste), aber auch aus Arten, iii) die potentiell cavernicol sind, aber zu Projektbeginn als solche noch nicht bekannt waren (unbekannte subtroglophile und eutroglophile Arten). Zu letzteren sind mind. 50 potentiell cavernicole Arten zu zählen, deren genaue ökologische Bindung an den Lebensraum Höhle aktuell untersucht wird. Das Gesamtarteninventar von Schauhöhlen (211 Arten) und Naturhöhlen (195) ist in etwa vergleichbar, allerdings kommen in Schauhöhlen mehr Zufallsgäste vor, die vor allem in der Übergangsregion detektiert werden konnten. Fokussiert man auf die Arten in den Tiefenregionen, besitzt die Naturhöhle einer Region zumeist (deutlich) mehr Arten als die benachbarte Schauhöhle. Als Erklärung sei hier herangezogen, dass durch die Installation von Licht, Wachstum von Lampenflora als auch durch den Besucherstrom und Nährstoffeintrag das sensible Gefüge der stärker cavernicolen Artengemeinschaft negativ gestört wird, gleichzeitig aber Zufallsgäste in der Tiefenregion nicht überleben können. Zusammenfassend kann das große Potential eines DNA-Metabarcoding Ansatzes zur Erfassung der wirbellosen Höhlengemeinschaften und Beantwortung grundlegender ökologischer Forschungsfragen bestätigt werden.
Publications
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Weigand, Alexander M.; Desquiotz, Noah; Weigand, Hannah & Szucsich, Nikolaus
