Chapter I The gradual turnover of dead organic material into mineral nutrients is a key ecological function, linking decomposition and primary production, the essential parts of the nutrient-energy cycle. However, disturbances in terms of species or resource losses might impair the equilibrium between production and decomposition. Humanity has converted large proportions of natural landscapes and intensified land-use activity for food production. Globally, only very few areas are totally unaffected by human activity today. To ensure the maintenance of both essential ecosystem services, knowledge about the interplay of biodiversity and ecosystem functioning as well as effects of intensified management on both is crucial. The vast majority of terrestrial biomass production as well as decomposition take place in forest ecosystems. Though forestry has a long sustainable history in Europe, its intensification during the last century has caused severe impacts on forest features and, consequently, on the associated biota, especially deadwood dependent organisms. Among these, saproxylic beetles are the most diverse group in terms of species numbers and functional diversity, but also most endangered due to habitat loss. These features classify them as ideal research organisms to study effects of intensified forestry on ecosystem services. The BELONGDEAD project located in Germany aimed to investigate deadwood decay and functional consequences of diversity changes in the associated fauna on the decomposition process from the initialisation of deadwood decay to complete degradation. As part of the BeLongDead project, this dissertation focussed on saproxylic beetle species, thereby evaluating (1) regionally effects of tree species identity of fresh deadwood and (2) forest management of varying intensities on the diversity, abundance and community composition of saproxylic beetles (chapter II); (3) the specialisation degree of different trophic guilds of saproxylic beetles, and thus the stability and robustness of their interaction networks against disturbances (chapter III); (4) the impact of environmental features of local to regional spatial scales on species richness of saproxylic beetles differing in their habitat niche in terms of deadwood decay stages (chapter IV). Chapter II The vast majority of European forest ecosystems have been anthropogenically affected, leaving less than 1% of the about 1 milliard hectare as natural forests. A long history of forestry and especially the technological progress during the last century have caused massive habitat fragmentation as well as substantial loss of essential resources in European forest ecosystems. Due to this, the substrate-dependent group of saproxylic beetles has experienced severe species losses. Thus, investigations concerning saproxylic diversity and deadwood volume were badly needed. However, the importance of different deadwood in terms of tree species identity for the colonization by saproxylic beetles under different local and regional management regimes is poorly understood. Therefore, we studied possible regional differences in colonization patterns of saproxylic beetle species in a total of 688 fresh deadwood logs of 13 tree species in 9 sites of managed conifer and beech forests, and unmanaged beech forests, respectively. We found that tree species identity was an important driver in determining saproxylic species composition and abundance within fresh deadwood. However, saproxylic species showed different colonization patterns of deadwood items of the same tree species among the study regions. Regionally consistent, conifer forests were most diverse. We attribute the latter result to the historically adaption of saproxylic beetle species to semi-open forests, which conditions are actually best reflected by conifer forests. To preserve a diverse local species pool of early successional saproxylic beetles, we suggest an equal high degree of deadwood diversity in a tree species context in due consideration of regional differences. Chapter III The extinction risk of a particular species corresponds with its species-specific requirements on resources and habitat conditions, in other words with the width of the species` ecological niche. Species with a narrow ecological niche are defined as specialists. Members of this group experience higher extinction risk by resource limitation than generalists, which are able to utilize a variety of resources. For the classification of species as specialists or generalists, thus evaluating possible extinction risks, ecologists use the concept of interaction networks. This method has often been applied for mutualistic or antagonistic plant-animal interactions, but information for networks of detritivores is scarce. Therefore, saproxylic beetle species sampled as described in chapter II were categorised according to their larval diet; additionally their interaction networks (N=108) with 13 dead host tree species were analysed. Specialisation degree was highest for wood-digesting beetles and decreased with increasing trophic level. Also the network indices evaluating robustness and generality indicated a higher susceptibility to species extinctions for xylophagous than for mycetophagous and predatory beetles. The specialisation of xylophagous species on specific tree species might be an adaption to tree species specific ingredients stored for defence against pathogens and pests. However, we conclude that the high specialisation degree of xylophages and thus their higher extinction risk by resource loss harbours certain dangers for ecosystem function and stability as species diversity is positively linked to both. Chapter IV Populations depend on individual emigration and immigration events to ensure genetic exchange. For successful migration it is of utmost importance that spatially separated populations are obtainable by specimen. Migratory success depends on the one hand on the species dispersal abilities and on the other on the availability of suitable habitats in the surrounding landscape in which the distinct host populations exist. However, consequences of intensive forest management correspond not only to severe reduction of local deadwood amount, but, among others, also a change in tree species composition and high levels of fragmentation in the surrounding forest area. Saproxylic beetle species differ in their dispersal behaviour according to the temporal availability of their preferred habitat. Generally, early successional saproxylic beetles are able to disperse over large distances, whereas beetles inhabiting advanced decayed wood often remain close to their larval habitat. Due to this, environmental factors might affect saproxylic beetle guilds differently. We classified the saproxylic beetles sampled as described in chapter II according to their calculated habitat niche as early, intermediate or late successional saproxylic beetles. For the different guilds the effects of 14 environmental factors on different spatial scales (stand factors at 0.1 km radius, landscape composition at 2 km radius, and regionally differing abiotic factors in 400 km to 700 km distance) were investigated. Consistently for all guilds, species richness decreased with fragmentation at local and landscape scale, and increased in warmer climate. However, we found contradictory results between the guilds to some extent. We relate this to guild specific habitat requirements of the saproxylic beetles. Therefore, for the development of appropriate conservation practices guild-specific requirements saproxylic beetles have to be considered not only locally but on larger spatial scales. Chapter V In conclusion, this dissertation identified main drivers of early successional saproxylic beetle species richness on various spatial scales. Our results emphasize the importance to develop management schemes meeting species-specific and guild-specific habitat requirements of the saproxylic beetle fauna at relevant spatial and temporal scales. Therefore, short-term actions suggested for sustainable forest management should be the focus on a diverse tree species composition consisting of indigenous tree species with respect to regional differences. Moreover, senescent trees, fallen and standing deadwood should remain in the forests, and some tree individuals should be allowed to grow old. Long-term actions should involve the reduction of forest fragmentation and the connection of spatial widely separated forest fragments. Furthermore, to fully understand the effects of forest management long-term research should be conducted to compare habitat requirements of intermediate and late successional beetles with the results presented in this dissertation. / Kapitel I Die Mineralisierung von toter organischer Materie nimmt eine Schlüsselfunktion innerhalb eines Ökosystems ein, da sie die beiden essentiellen Komponenten des Energie-Nährstoff-Zyklus - Zersetzung und Primärproduktion - miteinander verbindet. Anthropogen bedingte Störungen wie z.B. Arten-, oder Ressourcenverluste können jedoch das Gleichgewicht zwischen den beiden wichtigen Ökosystemdienstleistungen Produktion und Abbau aus der Balance bringen. Um die Nahrungsversorgung der Menschheit zu gewährleisten, wurde bereits ein großer Teil der Natur in Agrarflächen umgewandelt und die Produktion durch intensive Bewirtschaftungsformen gesteigert. Weltweit gibt es nur noch wenige Gebiete ohne menschliche Beeinflussung. Um dauerhaft essentielle Ökosystemdienstleistungen zu gewährleisten, sind Kenntnisse über die Auswirkungen von intensiver Bewirtschaftung auf das Zusammenspiel zwischen Artenvielfalt und Ökosystemfunktionen unabdingbar. Der größte Teil der terrestrischen Biomasseproduktion wird von Wäldern geleistet. Obwohl die Waldbewirtschaftung in Europa lange Zeit nachhaltig war, wirkte sich deren Intensivierung während des letzten Jahrhunderts massiv auf die Waldstruktur und die damit assoziierte Fauna aus. Besonders betroffen sind die obligatorisch an Totholz gebundenen Organismen. Innerhalb der Totholzfauna sind xylobionte Käfer eine artenreiche und funktional hoch diverse Gruppe, doch aufgrund von Lebensraumverlusten sind viele Arten stark bedroht. All diese Eigenschaften klassifizieren Totholzkäfer zu idealen Forschungsobjekten, um die Auswirkungen von intensiver Waldbewirtschaftung auf Ökosystemfunktionen zu untersuchen. Das BELONGDEAD-Projekt hat als Ziel, die funktionalen Auswirkungen von Veränderungen in der Artengemeinschaft auf die Abbauraten von Totholz zu analysieren. Der Untersuchungszeitraum des in Deutschland beheimateten Projekts umfasst die Initialisierung des Zersetzungsprozesses bis zum vollständigen Abbau von experimentell ausgelegten Totholzstämmen unterschiedlicher Baumarten. Als Teil des BELONGDEAD-Projekts lag der Fokus der vorliegenden Dissertation auf der Totholzkäferfauna. Wir untersuchten (1) regionale Effekte der Baumartenzugehörigkeit von frischem Totholz und (2) die Auswirkungen von Waldbewirtschaftung unterschiedlicher Intensität auf die Artenvielfalt, Abundanz und Struktur der Artengemeinschaften von totholzbewohnenden Käfern (Kapitel II); (3) den Spezialisierungsgrad verschiedener trophischer Gilden von Totholzkäfern, sowie die Stabilität und Robustheit ihrer jeweiligen Netzwerke gegen Störungen (Kapitel III); (4) den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Artenvielfalt xylobionter Käfergilden auf mehreren räumlichen Skalen. Kapitel II Der Großteil der europäischen Wälder ist anthropogen beeinflusst. In Europa bilden Naturwälder weniger als 1% der gesamten Waldfläche von ca. 1 Mrd. Hektar. Traditionelle Waldbewirtschaftung und vor allem der technologische Fortschritt des letzten Jahrhunderts fragmentierten die Waldfläche in hohem Maß, und verursachten beträchtliche Verluste an lebensnotwendigen Ressourcen. Besonders innerhalb der obligatorisch an Totholz gebundenen Gruppe der xylobionten Käfer verzeichnete man einen rasanten Artenrückgang. Daher gab es einen großen Bedarf an Studien, die Untersuchungen zur Mindestmenge an lokal vorhandenem Totholz zur Sicherung der xylobionten Artenvielfalt durchführten. Wenig beachtet wurde bisher jedoch die Bedeutung der Baumartenzugehörigkeit von Totholz für die Besiedlung durch xylobionter Käfer in verschiedenen Waldbewirtschaftungssystemen auf lokaler und regionaler Ebene. Wir untersuchten daher mögliche Unterschiede zwischen 3 Regionen im Besiedlungsmuster xylobionter Käfer bei insgesamt 651 experimentell ausgelegten Baumstämmen in einem frühen Sukzessionsstadium von 13 Baumarten auf jeweils 9 Untersuchungsflächen in bewirtschafteten Buchen- und Nadelwäldern, sowie in unbewirtschafteten Buchenwäldern. Bei den ausgelegten Totholzstämmen war die Baumartenzugehörigkeit ausschlaggebend für die Struktur der Artengemeinschaften und Abundanzen xylobionter Käfer. Aufgrund der unterschiedlichen regionalen Artenpools divergierten die Besiedlungsmuster xylobionter Käferarten von Totholz der gleichen Baumart in den verschiedenen Regionen stark voneinander. In allen Regionen zeigten die Totholzkäfer in Nadelwäldern die höchste Artenvielfalt. Dieses Ergebnis lässt sich auf die - historisch bedingte - Anpassung der Totholzkäferfauna an eine halboffene Waldstruktur zurückführen, die derzeit am besten durch Nadelwälder widergespiegelt wird. Um eine diverse lokale Artengemeinschaft xylobionter Käfer zu gewährleisten ist eine große Variabilität vom baumartspezifischen Totholz unabdingbar, wobei regionale Unterschiede in Betracht gezogen werden müssen. Kapitel III Das Aussterberisiko einer Art ist abhängig von den artspezifischen Ansprüchen an ihre Umwelt und den dort vorkommenden Ressourcen –auch definiert als die ökologische Nische der betrachteten Art. Arten mit geringer Nischenbreite sind per definitionem Spezialisten. Mitglieder dieser Gruppe stehen durch Verarmung ihres Ressourcenangebots unter einem höheren Aussterberisiko als Generalisten, die eine größere Variabilität in ihrem Ressourcenspektrum aufweisen. Interaktionsnetzwerke dienen in der Ökologie als wichtiges Werkzeug um das Aussterberisiko spezifischer Arten zu bewerten und eine Einteilung hinsichtlich Spezialist oder Generalist vorzunehmen. Bei mutualistischen oder antagonistischen Tier-Pflanzen-Interaktionen ist diese Methode etabliert, doch für die Gruppe der Zersetzer ist das Netzwerk-Konzept bisher nur sporadisch angewandt worden. Daher teilten wir die xylobionten Käferarten, die im Rahmen des in Kapitel II beschriebenen Experiments gesammelt wurden, anhand ihres larvalen Ernährungstyps in drei trophische Gilden (Xylophage, Mycetophage und Räuber) ein; anschließend wurden ihre Interaktionsnetzwerke (N= 108) mit den 13 Wirtsbaumarten analysiert. Rein xylophage Arten wiesen den höchsten Spezialisierungsgrad auf, der mit zunehmendem trophischem Grad geringer wurde. Die Netzwerkparameter Robustheit und Generalität ließen ebenfalls auf eine höhere Anfälligkeit für Artenverluste bei xylophagen als bei mycetophagen oder räuberischen Arten schließen. Die Spezialisierung xylophager Arten auf spezifische Baumarten ist möglicherweise eine Adaption an artenspezifische sekundäre Inhaltsstoffe, die als Schutz vor Schädlingen und Krankheitserregern in Holz und Rinde gespeichert werden. Der hohe Spezialisierungsgrad xylophager Käfer bedingt ein höheres Aussterberisiko bei Ressourcenverlust. Dies würde die Stabilität des Ökosystems und dessen Ökosystemfunktionen nachhaltig schwächen da eine hohe Artenvielfalt Garant für ein funktionierendes Ökosystem ist. Kapitel IV Individuelle Immigrations- und Emigrationsereignisse sind für die Sicherstellung des genetischen Austauschs zwischen Populationen essentiell. Daher ist von größter Wichtigkeit, dass die räumliche Distanz zwischen Populationen von den zu- oder abwandernden Individuen überwunden werden kann. Der Migrationserfolg ist dabei zum einen von der artspezifischen Ausbreitungsfähigkeit, und zum anderen von der Verfügbarkeit an geeigneten Habitaten in der Umgebung der Populationen abhängig. Die Folgen intensiver Waldbewirtschaftung sind jedoch nicht nur ein drastische Verminderung des lokalen Totholzvolumens, sondern unter anderem auch die Veränderung der Baumartengesellschaften, sowie hochgradige Fragmentierung der Waldflächen und der umgebenden Landschaft. Xylobionte Käferarten unterscheiden sich in ihrem Ausbreitungsverhalten hinsichtlich der zeitlichen Verfügbarkeit ihres bevorzugten Habitats. Im Allgemeinen können Besiedler früher Sukzessionsstadien weite Strecken überwinden, wohingegen Bewohner von Alttotholzstrukturen meist nahe ihrem Ursprungshabitat verbleiben. Dies legt die Vermutung nahe, dass Umweltparameter verschieden auf unterschiedliche Habitatgilden einwirken. Um diese Vermutung zu überprüfen, wurde für die gesammelten xylobionten Käferarten ihre jeweilige Habitatnische berechnet. Wir klassifizierten die Arten als Besiedler von entweder frühen, mittleren oder alten Totholzstrukturen. Für jede Gilde wurde der Einfluss von 14 Umweltparametern auf verschiedenen räumlichen Skalen - Standortfaktoren der Untersuchungsfläche (Radius: 100 m), Landschaftsparameter im Umkreis von 2 km der Untersuchungsfläche, sowie regionenspezifische abiotische Faktoren (Distanz zwischen den Regionen: 400 – 700 km) - untersucht. Bei starker lokaler und landschaftlicher Fragmentierung nahmen die Artenzahlen in den xylobionten Gilden ab, während sich höhere Jahresdurchschnittstemperatur positiv auf die Artenvielfalt auswirkte. Jedoch gab es hatten nicht alle Umweltfaktoren den gleichen Effekt auf die Gilden. Wir führen dies auf die unterschiedlichen Habitatansprüche der xylobionten Gilden zurück. Um adäquate Schutzmaßnahmen für Totholzkäfer zu entwickeln, müssen die spezifischen Habitatansprüche der verschiedenen xylobionten Gilden, nicht nur auf lokaler, sondern auch auf größeren räumlichen Ebenen in die Planungen miteinbezogen werden. Kapitel V In der vorliegenden Dissertation konnte ich wichtige Triebfedern der Artenvielfalt xylobionter Käfer identifizieren. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit der Entwicklung von nachhaltigen Waldbewirtschaftungskonzepten, die den art- und gildenspezifischen Anforderungen xylobionter Käfer an den Lebensraum auf den relevanten räumlichen und zeitlichen Skalen gerecht werden. Kurzfristige Maßnahmepläne für eine nachhaltige Forstwirtschaft sollte die Förderung von Mischwäldern mit einer vielfältigen Baumartengemeinschaft mit standortgemäßen einheimischen Hölzern unter Berücksichtigung regionaler Besonderheiten beinhalten. Alte Bäume, sowie liegendes und stehendes Totholz sollten im Wald verbleiben und einzelne Bäume aus der Nutzung genommen werden um die Strukturen altgewachsener Bäume langfristig zu gewährleisten. Langfristige Ziele sind die Verringerung der Waldfragmentierung und das Anlegen von Biotopverbundsystemen, um weit auseinanderliegende Waldflächen wieder miteinander zu verbinden. Um die Auswirkungen kommerzieller Forstwirtschaft im vollen Umfang zu erfassen, sind Langzeitstudien notwendig die die Habitatansprüche xylobionter Käfer aus mittleren und alten Totholzsukzessionsstadien mit den Ergebnissen der vorliegenden Dissertation vergleichen.

Legionella pneumophila wurde 1976 als Erreger der Legionellose, einer schweren Form von Lungenentzündung, identifiziert. Die inzwischen 42 Arten umfassende Gattung ist weltweit in aquatischen Biotopen verbreitet. Die Bakterien leben vergesellschaftet mit anderen Mikroorganismen in Biofilmen oder intrazellulär in Protozoen. Sie haben ein duales Wirtssystem, das heißt, sie sind in der Lage, sich sowohl in Einzellern als auch in humanen Phagozyten zu vermehren. Für die Erweiterung ihrer Habitate spielen verschiedene Umweltfaktoren eine Rolle. Eine exakte und schnelle Detektion und Identifikation der humanpathogenen Keime ist sowohl für die Lokalisierung der Infektionsquelle als auch für eine rechtzeitige Therapie der Patienten von großer Bedeutung. Die Technik der fluoreszierenden in situ Hybridisierung (FISH) basiert auf der Bindung einer spezifischen, mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierten Oligonukleotidsonde an eine komplementäre Zielsequenz der ribosomalen RNA. In der vorliegenden Arbeit wurde für die in situ Hybridisierung eine neue 16S rRNA-gerichtete Sonde LEGPNE1 entwickelt, die spezifisch ist für L. pneumophila. In Versuchsreihen mit verschiedenen Bakterienkulturen wurden die Spezifität und Sensitivität der Gensonde ermittelt. LEGPNE1 erwies sich als artspezifisch und erkannte alle getesteten L. pneumophila-Stämme, ungeachtet ihrer Serogruppe. Nicht-pneumophila-Referenzstämme hybridisierten nicht mit der Sonde, ein einziger Basenaus-tausch in der Sequenz war für diese Unterscheidung ausreichend. Die Anwendung der Sonde wurde auch in Amöben-Infektionsassays und Umweltproben erfolgreich durchgeführt. Unterschiedliche, intrazellulär vorliegende Bakterien wurden von der Sonde spezifisch erkannt. Eine in situ Dokumentation der Infektions- und Vermehrungsrate war damit möglich. Durch die meist fakultativ intrazelluläre Lebensweise der Legionellen ist es wichtig, auch die Wirtszellen der Keime qualitativ zu detektieren und zu identifizieren. Die Entwicklung neuer Gensonden wurde daher auf die beiden bekannten Wirtsamöben Hartmannella und Naegleria ausgedehnt. Basierend auf Sequenzvergleichen wurden die gattungsspezifischen 18S rRNA-gerichteten Sonden HART498 und NAEG1088 konstruiert und in Versuchsreihen mit Referenzstämmen bei steigender Stringenz etabliert. Mit ihrer Hilfe konnten die Ergebnisse der zeit- und arbeitsaufwendigen Determination unbekannter Amöben anhand morphologischer Merkmale bestätigt werden. In situ Hybridisierungen mit einer Kombination von 16S und 18S rRNA-gerichteten Sonden wurden in Amöben-Infektionsassays mit Hartmannella vermiformis und L. pneumophila erfolgreich durchgeführt. Eine Interferenz der Sonden fand nicht statt. Die in situ Untersuchung der Struktur und Funktion komplexer mikrobieller Lebensgemeinschaften erfordert eine kultivierungsunabhängige und hochauflösende Methode, wie sie die fluoreszierende in situ Hybridisierung darstellt. Mit dem Ziel, mögliche Präferenzen der Legionellen für bestimmte Parameter, wie pH, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Strömungsverhältnisse, zu erkennen und zu definieren, wurden mit Hilfe der neu entwickelten 16S rRNA-gerichteten Sonde 21 verschiedene Kaltwasserhabitate auf die Verbreitung von Legionella untersucht. Die Bakterien zeigten jedoch ein breites Toleranzspektrum gegenüber den gemessenen Parametern. Sie waren in nahezu allen beprobten Gewässern zu finden und ließen sich unabhängig von der Jahreszeit nachweisen. Die neue Sonde LEGPNE1 zeigte sich in in situ Hybridisierungen der Umweltproben als hochspezifisch. Mit ihr konnten auch nicht kultivierbare Legionellen detektiert werden. In drei Legionella-positiven Gewässern wurde außerdem das Vorkommen von Amöben untersucht. Es konnten insgesamt acht Amöbengattungen isoliert, kultiviert und bestimmt werden. Dominierend waren Stämme des nicht humanpathogenen Naegleria gruberi-Komplexes, Echinamoeba spp. und Echinamoeba-like Amöben. In einzelnen Proben wurden Acanthamoeba spp. Gruppe II, Hartmannella spp., Platyamoeba placida, Saccamoeba spp., Thecamoeba quadrilineata und Vexillifera spp. gefunden. Durch in situ Hybridisierung mit den neuen 18S rRNA-gerichteten Sonden HART498 und NAEG1088 konnten die Ergebnisse der morphologischen Bestimmung der Amöben bestätigt werden. Auch die Amöben zeigten keine Präferenzen bezüglich der in den Standorten gemessenen Wasserparameter. Die in situ Hybridisierung mit rRNA-gerichteten Gensonden erlaubt eine Analyse der Struktur und Dynamik von Biozönosen, ermöglicht aber keine Aussage über die speziellen Aktivitäten der nachgewiesenen Bakterien. Eine Lösung hierfür könnte der spezifische in situ Nachweis von mRNA-Molekülen darstellen. Ein Problem hierbei stellt ihre, im Vergleich zu anderen Molekülen wie rRNA, sehr kurze Halbwertszeit und das Vorhandensein von nur wenigen Kopien pro Zelle dar. Daher ist im Anschluss an die in situ Hybridisierung in den meisten Fällen eine Signalamplifikation nötig, um ein detektierbares Signal zu erhalten. In dieser Arbeit sollte die für das iap-Gen in Listeria monocytogenes entwickelte Methode zum Nachweis der mip-mRNA in L. pneumophila etabliert werden. Erste Anwendungen in Dot blot- und in situ Hybridisierungen mit mehrfach DIG-markierten Polyribonukleotidsonden bzw. mit simultan eingesetzten, einfach DIG-markierten Oligonukleotiden zeigten noch nicht die gewünschte Spezifität. Diese Ergebnisse stellen jedoch eine wichtige Grundlage für zukünftige Experimente dar. / Legionella pneumophila was identified in 1976 as the causative agent of a life-threatening atypical pneumonia. Today the genus comprises about 42 species which are spread worldwide in aquatic biotopes. The bacteria live in association with other microorganisms in biofilms as well as intracellularly in protozoa. They have a dual host system which means that they are able to replicate both in protozoans and in human phagocytes. Several environmental factors are known to play a role in their distribution. The ability to quickly detect and to exactly identify these potential human pathogens is important in order to recognize reservoirs for disease as well as to treat patients in due time. Fluorescence in situ hybridization (FISH) is a technique based on the reaction of a specific oligonucleotide, labeled with a fluorescence marker, with the complementary rRNA target region. In this work a new 16S rRNA-targeted oligonucleotide probe LEGPNE1 for in situ hybridization was developed, which is specific for L. pneumophila. The specificity and the sensitivity of the probe were evaluated in experiments with different bacterial cultures. LEGPNE1 was demonstrated to be highly species-specific recognizing all tested strains of L. pneumophila independently of the serogroup. Non-pneumophila reference strains did not hybridize with the probe. Only one mismatch in the sequence was shown to be sufficient for the oligonucleotide to distinguish between complementary and nearly complementary sequences. The probe was also applied successfully to infected amoebal cells and environmental samples. Different bacteria located intracellularly were recognized specifically by the probe. This allows the in situ monitoring of bacterial infection and multiplication rates in amoebae. As legionellae presumably live most of the time as intracellular parasites, it is also important to be able to detect their hosts. Therefore, the design of new probes was extended to cover two known host amoebal genera, Hartmannella and Naegleria. Based on comparative sequence analysis the genus-specific 18S rRNA-targeted probes HART498 and NAEG1088 were constructed. Subsequently they were tested in hybridization series with different reference strains and gradually increasing stringency. Amoebal strains which had been identified previously based on their morphological features could be reconfirmed using in situ hybridization with these new oligonucleotides. In situ hybridization experiments of infection assays with Hartmannella vermiformis and Legionella pneumophila using a combination of 16S and 18S rRNA-targeted probes were done successfully. Interference of the probes with the results of the tests was not observed. For the analysis of the composition of complex microbial communities a culture-independent and highly specific method is required. This can be achieved by the fluorescence in situ hybridization. In order to determine potential preferences of legionellae for water parameters such as pH, temperature, conductivity, or water current, twenty-one different cold water habitats were examined for the presence of Legionella using the newly designed 16S rRNA-targeted oligonucleotide probe. The bacteria were shown to be able to tolerate a broad range of the measured parameters. They could be found in nearly all of the habitats investigated independent of the season. The new probe LEGPNE1 was proved to detect L. pneumophila in environmental samples highly specifically, even if the cells were in a nonculturable state. Three Legionella-positive sampling sites were examined for the presence of amoebae. Using traditional culture methods followed by morphological determination, eight amoebal genera could be isolated and identified. Most abundant were strains of the apathogenic Naegleria gruberi-complex, Echinamoeba spp. and Echinamoeba-like amoebae. Other species including Acanthamoeba spp. (sequence type II), Hartmannella spp., Platyamoeba placida, Saccamoeba spp., Thecamoeba quadrilineata and Vexillifera spp. were found sporadically. In situ hybridization experiments using the new 18S rRNA-targeted oligonucleotide probes HART498 and NAEG1088 confirmed the determinations done by morphological criteria. Concomitant analysis of selected water parameters revealed no preference of the protozoa for certain environmental conditions. In situ hybridization with rRNA-targeted oligonucleotide probes is a powerful tool to analyze structure and dynamics in biocenosis. However, this technique does not provide much information about the in situ function of the detected bacteria. The specific in situ detection of mRNA molecules allows to narrow this gap. One problem in the application of this method is the instability and low copy number of mRNA in each cell compared to other molecules like rRNA. Therefore, a signal amplification posterior to the in situ hybridization is required in most cases in order to generate a detectable signal. In this work the detection of the mRNA of mip in L. pneumophila was to be established using a protocol developed for the detection of iap in Listeria monocytogenes. However, first applications of dot blot and in situ hybridizations using DIG-conjugated polyribonucleotide probes and several DIG-labeled oligonucleotides applied simultaneously did not show the neccessary specificity. This technical approach will be essential for further experiments in this field of research.

The coast of Aqaba and the Aqaba region (Jordan) were investigated on their hydrogeo-ecosystem. The results of the research were translated into digits to build a geo-spatial data base. The fillings of the graben aquifer receive indirect type of recharge through the side wadis which drain the highlands. Surface water balance was modeled for a period of 20 years of daily climate records using MODBIL program which attributes direct recharge to wet years only. The hydrodynamic fresh water/seawater interface in the coastal zones was investigated by applying vertical geoelectric surveys and models of several methods to confirm its coincidence with the aquifer’s flow amounts, where human impacts in terms of over-pumping allowed more encroachment of seawater into land, and unintended recharge which led to seaward interface migration. A groundwater balance and solute transport were approached by developing a flow model from the hydrogeological and hydrochemical data. The nature of soil cover and aquifer whose physical properties enhance human impacts indicated the vulnerability of groundwater to pollution. This certainly threatens the marine ecology which forms the sink where the in-excess flow ends. The constructed digital background was exported into GIS to sub-zone the study area in terms of the aquifer’s vulnerability to pollution risks using DRASTIC index. However, it was unable to meet all geo-spatial factors that proved to have significant impacts on the vulnerability. Consequently, a comprehensive index -SALUFT- was developed. This suggests the suitable land use units for each zone in the light of vulnerability grades aiming at protecting the available groundwater resources. / Die Küste und die Region von Aqaba (Jordanien) wurde im Hinblick auf ihre Hydrogeo-ökosysteme untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden in eine digitale Form überführt, um bezüglich der Geofaktoren ein realitätsnahes Abbild der Umgebung zu erzeugen. Der Graben-Aquifer erhält seine Grundwasserneubildung meist indirekt von den Seiten, von denen Wadis ihr Wasser abführen. Die Bilanzierung des Oberflächenwassers wurde aus Tagesklimawerten der letzten 20 Jahre unter Benutzung des Programms MODBIL errechnet. Daraus ergab sich eine Neubildung des Grundwassers nur in feuchten Jahren. Die hydrodynamische Süßwasser-Salzwasser-Mischungsfront im Küstenbereich wurde durch geoelektrische Tiefensondierungen untersucht. Durch Modellierungen mit verschiedenen Methoden wurden Fließgeschwindigkeit und Wassermenge dort mit der des Aquifers in Einklang gebracht, wo durch Überpumpen das Salzwasser weiter ins Landesinnere vordringt. Durch die Entwicklung eines Fließmodells aus den hydrogeologischen und hydrochemischen Daten konnte die Grundwasserbilanzierung und der Stofftransport ermittelt werden. Die Natur des Bodens und des Aquifers, deren physikalische Eigenschaften die Einflüsse durch menschliche Aktivitäten steigern, führt zu einer Anfälligkeit gegenüber Verschmutzung, die die Qualität des Grundwassers verschlechtert. Dies beeinflusst die Ökologie des Meeres, das an den Stellen als Schadstoffsenke dient, an denen die Grundwasserströme enden. Die im Computer erstellte digitale Umgebung wurde dazu genutzt, den Aquifer im Untersuchungsgebiet mit Hilfe von GIS in Zonen unterschiedlicher Verschmutzungs-empfindlichkeit zu unterteilen. Dazu wurde der DRASTIC-Index benutzt. Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich allerdings, dass es nicht möglich war, alle Faktoren, die einen signifikanten Einfluss auf das System haben, mit Hilfe dieses Index zu erfassen. Aus diesem Grund wurde der SALUFT-Index entwickelt. Damit wurde es möglich, bezüglich der Verschmutzungsempfindlichkeit für jede Zone die günstigste Art der Landnutzung zu ermitteln, um die verfügbaren Grundwasserressourcen zu schützen.

Inwieweit bisherige und prognostizierte Klimaänderungen Mittelgebirgsmoore beeinflussen, wurde am Beispiel der Mothhäuser Haide im Mittleren Erzgebirge untersucht. Mit den angewandten moorkundlichen Methoden und dem Vergleich von drei Landnutzungsszenarien (IST, pnV, Paläovegetation) mit drei Klimaszenarien (Messdaten 1981 - 2000, WEREX IV 2041-60, Paläoklima) lassen sich die Ökotopveränderungen der Moorfläche ableiten. Im Ergebnis wird ein Rückgang an nässeren Ökotopen prognostiziert, wobei der Charakter eines Moores aber erhalten bleibt. Anthropogene Einflüsse wie Straßenbau, Entwässerung und Torfabbau haben größere Veränderungen bewirkt als durch den Klimawandel zu erwarten sind. Die Wiederherstellung der hydrologischen Durchgängigkeit des Moores, d.h. die Beseitigung von Gräben und Barrieren, kann die negativen Folgen eines zukünftig wärmeren Klimas abpuffern. Hinweise des Herausgebers (Stand: 4. April 2011): Zu Seite 18, Abbildung 4: Die Temperaturreihe vom Hohenpeißenberg und die Temperaturrekonstruktionen nach Glaser (2001), welche diese Reihe mit berücksichtigt hat, weisen in der verwendeten Form Inhomogenitäten auf. Nach einer Homogenisierung durch den DWD wird deutlich, dass das mittlere Temperaturniveau um 1780 eher dem von 1970 entspricht. Die Folgejahre sind von einem Anstieg um ca. 1 °C gekennzeichnet (Glaser 2008). Zu Seite 20, Abschnitt 4.3.2: Die genannten Datenfehler wurden inzwischen behoben. Weil vergleichbare Unplausibilitäten nie ganz ausgeschlossen werden können, sind Qualitätsprüfungen von Beobachtungs- und Projektionsdaten vor jeder Datenanwendung durchzuführen. Zu Seite 20, Abschnitt 4.3.3: Das Regionalisierungsverfahren WEREX simuliert im Betrachtungszeitraum 10 Realisierungen. Statistische Kenngrößen sollten aus allen 10 Realisierungen für vorzugsweise 30-jährige Zeiträume abgeleitet werden. Abweichungen der statistischen Kenngrößen in Modelldaten von denen des beobachteten Datenkollektives sind modellimmanent und deshalb zu erwarten. Die dargestellten Ergebnisse ermöglichen keine abschließende Bewertung der statistischen Eigenschaften der Projektionsdaten. Klimaprojektionen liefern generell nur Annahmen einer möglichen Klimazukunft. Neben der Plausibilitätsprüfung sollte die Bewertung der Aussagen eines Modells möglichst immer in die Bandbreite der Ergebnisse vieler Modelle erfolgen.

Many conservationists have become enamoured with mainstream economic concepts and approaches, described as pragmatic replacements for appeals to ethics and direct regulation. Trading biodiversity using offsets is part of the resulting push for market governance that is promoted as a more efficient means of Nature conservation. In critically evaluationg this position I start by explaining the assumptions behind biodiversity and ecosystem valuation and how economic logic legitimises, rather than prevents, ongoing habitat destruction and treats species extinction as optimal. Biodiversity offsets provide a means for operationalising trade-offs that are in the best interests of developers and make false claims to adding productive new economic activity. Contrary to the argument that economic logic frees conservation from ethics, I expose the ethical premises required for economists to justify public policy support for offsets. Finally, various issues in offset design are raised and placed in the context of a political struggle over the meaning of Nature. The overall message is that, if conservationists continue down the path of conceptualising the world as in mainstream economic textbooks they will be forced from one compromise to another, ultimately losing their ability to conserve or protect anything. They will also be abandoning the rich and meaningful human relationships with Nature that have been their raison d'être. (author's abstract) / Series: SRE - Discussion Papers

Inwieweit bisherige und prognostizierte Klimaänderungen Mittelgebirgsmoore beeinflussen, wurde am Beispiel der Mothhäuser Haide im Mittleren Erzgebirge untersucht. Mit den angewandten moorkundlichen Methoden und dem Vergleich von drei Landnutzungsszenarien (IST, pnV, Paläovegetation) mit drei Klimaszenarien (Messdaten 1981 - 2000, WEREX IV 2041-60, Paläoklima) lassen sich die Ökotopveränderungen der Moorfläche ableiten. Im Ergebnis wird ein Rückgang an nässeren Ökotopen prognostiziert, wobei der Charakter eines Moores aber erhalten bleibt. Anthropogene Einflüsse wie Straßenbau, Entwässerung und Torfabbau haben größere Veränderungen bewirkt als durch den Klimawandel zu erwarten sind. Die Wiederherstellung der hydrologischen Durchgängigkeit des Moores, d.h. die Beseitigung von Gräben und Barrieren, kann die negativen Folgen eines zukünftig wärmeren Klimas abpuffern. Hinweise des Herausgebers (Stand: 4. April 2011): Zu Seite 18, Abbildung 4: Die Temperaturreihe vom Hohenpeißenberg und die Temperaturrekonstruktionen nach Glaser (2001), welche diese Reihe mit berücksichtigt hat, weisen in der verwendeten Form Inhomogenitäten auf. Nach einer Homogenisierung durch den DWD wird deutlich, dass das mittlere Temperaturniveau um 1780 eher dem von 1970 entspricht. Die Folgejahre sind von einem Anstieg um ca. 1 °C gekennzeichnet (Glaser 2008). Zu Seite 20, Abschnitt 4.3.2: Die genannten Datenfehler wurden inzwischen behoben. Weil vergleichbare Unplausibilitäten nie ganz ausgeschlossen werden können, sind Qualitätsprüfungen von Beobachtungs- und Projektionsdaten vor jeder Datenanwendung durchzuführen. Zu Seite 20, Abschnitt 4.3.3: Das Regionalisierungsverfahren WEREX simuliert im Betrachtungszeitraum 10 Realisierungen. Statistische Kenngrößen sollten aus allen 10 Realisierungen für vorzugsweise 30-jährige Zeiträume abgeleitet werden. Abweichungen der statistischen Kenngrößen in Modelldaten von denen des beobachteten Datenkollektives sind modellimmanent und deshalb zu erwarten. Die dargestellten Ergebnisse ermöglichen keine abschließende Bewertung der statistischen Eigenschaften der Projektionsdaten. Klimaprojektionen liefern generell nur Annahmen einer möglichen Klimazukunft. Neben der Plausibilitätsprüfung sollte die Bewertung der Aussagen eines Modells möglichst immer in die Bandbreite der Ergebnisse vieler Modelle erfolgen.

Die vorliegende Broschüre beinhaltet zu fünf ausgewählten Beispielen der Sanierung aktuelle Biomonitoring-Ergebnisse und stellt erste Betrachtungen zu Biodiversität und Nachhaltigkeit der Entwicklung von Ökosystemen in den Bergbaufolgelandschaften des ehemaligen Uranerzbergbaues in Sachsen und Thüringen dar.

Associative relationships among mangrove species and macroinvertebrate species were analysed for ecosystems of Xuan Thuy National Park. Census of mangrove species with allometric measurements was conducted in selected plots, and census of macroinvertebrate species was conducted in quadrats inside of mangrove species census plots. Correlational analysis among allometrically estimated aboveground biomass of mangrove species and population of macroinvertebrate species was examined by clustering method. High level of similarity was resulted for specific macroinvertebrate species with specific mangrove species in annual and seasonal basis. Moreover, indicator macroinvertebrate species is proposed based on indicator value index method. / Các mối quan hệ giữa thực vật ngập mặn và động vật không xương sống cỡ lớn được phân tích trong các hệ sinh thái của Vườn quốc gia Xuân Thủy. Khảo sát về số lượng của các loài cây ngập mặn cùng với các phép đo tương quan sinh trưởng được tiến hành trong các ô tiêu chuẩn, và nghiên cứu về thành phần loài và mật độ động vật không xương sống cỡ lớn được thực hiện trong các ô tiêu chuẩn này. Phân tích tương quan giữa sinh khối ước tính trên mặt đất của các loài cây ngập mặn và các quần thể động vật không xương sống cỡ lớn đã được thực hiện bằng phương pháp nhóm. Giữa các loài động vật không xương sống cỡ lớn đặc trưng với các loài cây ngập mặn đặc trưng đã cho thấy mức độ tương đồng cao theo năm và theo mùa. Hơn thế nữa, các loài động vật không xương sống cỡ lớn chỉ thị được đề xuất dựa trên phương pháp chỉ số giá trị chỉ thị.

Biodiversity indicators for the conservation of mangrove ecosystems of Xuan Thuy National Park were composed, taking into account the environmental, biotic, and anthropological factors, based on suggested indicators provided by the Convention on Biological Diversity. Relevant environmental, biotic, and anthropological factors, identified by bibliographic and field surveys, were ordered by Pressures, State, Benefits, and Responses categories following the guidance of the Biodiversity Indicators Partnership. Furthermore, the linked relationships among the indicators were identified for effective monitoring of biodiversity in Xuan Thuy National Park. / Dựa trên các chỉ thị được gợi ý từ Công ước về Đa dạng sinh học, các chỉ thị đa dạng sinh học phục vụ công tác bảo tồn các hệ sinh thái rừng ngập mặn của Vườn Quốc gia Xuân Thủy đã được xây dựng, có tính đến các yếu tố môi trường, sinh học và con người. Các yếu tố môi trường, sinh học và con người có liên quan, được xác định bằng việc tổng hợp và đánh giá các tài liệu và các đợt điều tra ngoài thực địa, dưới trật tự các nhóm Áp lực, Tình trạng, Lợi ích và Đáp ứng theo hướng dẫn của Đối tác chỉ thị đa dạng sinh học. Hơn thế nữa, các mối quan hệ liên kết giữa các chỉ thị đã được xác định nhằm quan trắc hiệu quả đa dạng sinh học ở Vườn Quốc gia Xuân Thủy.

Phan Me is a midland-mountainous commune of Phu Luong district, Thai Nguyen province, Vietnam where the agricultural activities are predominant occupation. The investigation on the use of plant protection products in here showed that chemical pesticides have been commonly used in agricultural activities. Although some local people have a good attitude in using plant protection products, the status of using chemical pesticides that were not recommended (like Vofatox) has been quite popular due to the old cultivation customs. The local people have not applied any measures for wastewater treatment, or plant protection product package treatment. Besides, the use of plant protection products in higher concentration than recommendation for vegetables or crops caused the residues of toxics in agricultural products as well as in cultivation soil. The accumulation of toxic residues in the environment is a serious matter of concern because of their significant impact on the environment, agricultural ecosystem and human health. / Phấn Mễ là một xã trung du miền núi của huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam với hoạt động sản xuất nông nghiệp là chủ yếu. Qua thực tế điều tra tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) tại đây cho thấy hầu hết các loại hình sản xuất nông nghiệp đều sử dụng thuốc BVTV. Một số người dân đã có ý thức trong việc sử dụng thuốc BVTV tuy nhiên do tập quán canh tác từ lâu đời nên việc sử dụng các loại thuốc bị khuyến cáo, chẳng hạn như Vofatox, vẫn còn khá phổ biến. Người dân chưa tiến hành các biện pháp để xử lý nước thải, bao bì, vỏ chai thuốc BVTV sau khi sử dụng. Bên canh đó, họ còn sử dụng thuốc BVTV không đúng liều lượng cho một số loại cây rau để lại dư lượng thuốc trên nông sản cũng như đất canh tác. Sự tích lũy dư lượng của những chất độc hại này trong môi trường là vấn đề đáng lo ngại do sự ảnh hưởng nghiêm trọng của chúng đối với môi trường sống, hệ sinh thái nông nghiệp và sức khỏe con người.