In ihrer stammesgeschichtlichen Entwicklung haben, neben Säugetieren, Vögeln und Insekten, auch Froschlurche ein umfangreiches Repertoire an akustischen Signalen zur Identifizierung arteigener Individuen und anlocken potenzieller Paarungspartner entwickelt. Diese sogenannten Anzeigerufe sind dabei für jede Art einzigartig. Beobachtungen zeigen aber, dass es neben dieser Artspezifität, auch Ähnlichkeiten in den Anzeigerufen zwischen nicht näher verwandten Arten existieren. Es stellt sich daher die Frage woher diese Ähnlichkeiten stammen. Stellen diese Ähnlichkeiten eine Anpassung an die Bedingungen der Lebensräume dar (konvergente Evolution) oder sind sie ein Ergebnis der stammesgeschichtlichen Entwicklung der Arten (divergente Evolution). Zur Klärung dieser Frage habe ich Anzeigerufe von ca. 1500 Arten aus den unterschiedlichsten Lebensräumen unseres Planten gesammelt und ausgewertet. Eine Korrelation der gemessenen akustischen Eigenschaften (z. B. dominante Frequenz) mit der Phylogenie der Amphibien sollte dabei klären, inwieweit die Phylogenie mit diesen akustischen Eigenschaften verknüpft ist. Vergleiche zwischen verschiedenen Kategorien aus Morphologie, Verhalten und Lebensraum in Bezug auf die akustischen Eigenschaften wiederum sollten mögliche Anpassungen der akustischen Eigenschaften herausstellen. Es stellte sich am Ende heraus, dass einige akustische Eigenschaften (z. B. dominante Frequenz) sowohl ein Ergebnis einer divergenten Evolution sind, als auch einer konvergenten Evolution. Zusätzlich war es mir möglich die Anzeigerufe in separate Gilden einzuteilen, die ähnliche strukturellen Eigenschaften aufweisen. Gilden in die Arten unabhängig von ihren verwandtschaftlichen Beziehungen eingeordnet werden können. Ein Werkzeug was Vergleiche zwischen Arten anhand ihrer Akustik vereinfacht und die Möglichkeit gibt zu verstehen wie Arten die Bedingungen ihrer Lebensräume auf ähnliche akustische Weise nutzen. / Beside mammals, birds and insects also anurans developed at their evolutionary history a wide repertoire of acoustic signals to identify conspecific individuals and to attract possible mating partners. These so-called advertisement calls are unique to every single species. However, beside this species-specific uniqueness we can also observe astonishing similarities among advertisement calls of not close related species. Therefore, there is the question of where these similarities came from. Are these similarities adaptations to conditions to similar biology’s and environments and so a result of a convergent evolution or these similarities arose by the anuran phylogeny and represent a divergent evolution? To answer these questions I collected and measured advertisement calls of ca. 1500 anuran species around the globe of different living habitats. A correlation between phylogeny and acoustic properties (e.g. dominant frequency) could show the influence of the phylogeny at the evolved acoustic traits. Comparisons among different categories of morphology, behaviour and habitat concerning the acoustic traits could show possible adaptations. The result of my research showed that some structural and spectral properties are a consequence of the phylogenetic history as well as an adaptation to conditions of biology and environment. Both, the divergent and the convergent evolution place a role in these cases. Additional I managed to introduce a system to order anuran advertisement calls into distinct guilds. These guilds show how different species uses their acoustic properties in a similar matter. An additional tool to make comparisons among species easier and to understand how anuran uses environments in a similar acoustic way.

Bei vielen Laubheuschreckenarten produzieren nur die Männchen Gesänge, hauptsächlich um arteigene Weibchen anzulocken und sich mit Rivalen zu messen. Die Produktion der durch sexuelle Selektion ausgewählten akustischen Signale kostet das singende Männchen Energie. Die Gesangsleistung kann aufgrund der unterschiedlichen Körperqualität von Männchen zu Männchen variieren, was zu relevanten Konsequenzen für das Ergebnis der sexuellen Selektion führt. In dieser Arbeit soll die Auswirkung sexueller Selektion auf sekundäre Merkmale der Männchen untersucht werden, wie die Größe der Organe zur Schallproduktion und die Struktur akustischer Signale. Der Fokus liegt dabei auf den Faktoren, die die Qualität des Signalgebers und die Zusammensetzung des sozialen Umfelds bestimmen. Um diese Ziele zu erreichen, werden zwei Laubheuschreckenarten Poecilimon ampliatus und Poecilimon v. veluchianus untersucht. Die morphologischen Befunde zeigen, dass die positive Selektion auf klangproduzierende Strukturen mit der Präferenz von Weibchen für schwerere Männchen übereinstimmt und daher Rückschlüsse von der Körpermasse der Männchen auf die Größe der schallerzeugenden Organe gezogen werden können. Die Ergebnisse der akustischen Daten betonen die entscheidende Relevanz der Kombination verschiedener Umweltfaktoren. Sie zeigen, wie Männchen auf akustische Signale reagieren, die von benachbarten Konkurrenten erzeugt werden, indem sie ihre Signalerzeugung kohärent an die Stärke der Konkurrenz und ihren persönlichen energetischen Status anpassen. Männchen beider Arten zeigen eine interindividuelle Variation in der Fähigkeit, ihre Signalproduktion anzupassen, die sowohl durch Faktoren wie die Körpermasse des Männchens und der Populationsdichte beeinflusst wird. In zukünftigen Untersuchungen könnte der Frage nachgegangen werden, wie Männchen in der Natur von ihrer Kondition abhängige Signale und alternative Verhaltensstrategien entwickeln. / Behaviours and structures related to mating are under sexual selection. Due to their costs, these traits honestly reflect the quality of the signaller. Using structures located on the wings, bushcricket males signal to attract females and repel rivals. Sound performance can vary between individuals of different body conditions, leading to relevant consequences for the outcome of sexual selection. This thesis aims to investigate the effect of sexual selection on secondary male traits, such as the size of sound production organs and the structure of acoustic signals. The focus is on the factors that determine the quality of the signaller and the composition of the social environment. To fulfil the aims, two bushcrickets species were used: Poecilimon ampliatus and Poecilimon v. veluchianus. In P. ampliatus, sexual selection plays a role in determining the size of morphological structures that are responsible for producing female-preferred acoustic signals. A positive relationship between body condition and size of sound-producing organs was found. Heavier and larger males had larger wing and longer stridulatory file with disproportionally longer and less dense stridulatory teeth. A further effect of sexual selection is highlighted during the acoustic contest. In both species, only heavy males shown plasticity in acoustic behaviour. Moreover, the sound produced in competition honestly reflects the males’ body condition. In P. ampliatus heavier males signal at higher effort than lighter males and increased their activity when the light rival was placed at a closer distance. In P. v. veluchianus heavy males increased their signal activity only when the number of light rivals increased. Future endeavour will be to study how males in nature evolve condition-dependent signalling and alternative behavioural strategies.

Im ersten Teil analysiere ich die Selbstorganisation zur Kritikalität (hier ein Phasenübergang von Ordnung zu Unordnung) und untersuche, ob Evolution ein möglicher Organisationsmechanismus ist. Die Kernfrage ist, ob sich ein simulierter kohäsiver Schwarm, der versucht, einem Raubtier auszuweichen, durch Evolution selbst zum kritischen Punkt entwickelt, um das Ausweichen zu optimieren? Es stellt sich heraus, dass (i) die Gruppe den Jäger am besten am kritischen Punkt vermeidet, aber (ii) nicht durch einer verstärkten Reaktion, sondern durch strukturelle Veränderungen, (iii) das Gruppenoptimum ist evolutionär unstabiler aufgrund einer maximalen räumlichen Selbstsortierung der Individuen. Im zweiten Teil modelliere ich experimentell beobachtete Unterschiede im kollektiven Verhalten von Fischgruppen, die über mehrere Generationen verschiedenen Arten von größenabhängiger Selektion ausgesetzt waren. Diese Größenselektion soll Freizeitfischerei (kleine Fische werden freigelassen, große werden konsumiert) und die kommerzielle Fischerei mit großen Netzbreiten (kleine/junge Individuen können entkommen) nachahmen. Die zeigt sich, dass das Fangen großer Fische den Zusammenhalt und die Risikobereitschaft der Individuen reduziert. Beide Befunde lassen sich mechanistisch durch einen Aufmerksamkeits-Kompromiss zwischen Sozial- und Umweltinformationen erklären. Im letzten Teil der Arbeit quantifiziere ich die kollektive Informationsverarbeitung im Feld. Das Studiensystem ist eine an sulfidische Wasserbedingungen angepasste Fischart mit einem kollektiven Fluchtverhalten vor Vögeln (wiederholte kollektive Fluchttauchgängen). Die Fische sind etwa 2 Zentimeter groß, aber die kollektive Welle breitet sich über Meter in dichten Schwärmen an der Oberfläche aus. Es zeigt sich, dass die Wellengeschwindigkeit schwach mit der Polarisation zunimmt, bei einer optimalen Dichte am schnellsten ist und von ihrer Richtung relativ zur Schwarmorientierung abhängt. / In the first part, I focus on the self-organization to criticality (here an order-disorder phase transition) and investigate if evolution is a possible self-tuning mechanism. Does a simulated cohesive swarm that tries to avoid a pursuing predator self-tunes itself by evolution to the critical point to optimize avoidance? It turns out that (i) the best group avoidance is at criticality but (ii) not due to an enhanced response but because of structural changes (fundamentally linked to criticality), (iii) the group optimum is not an evolutionary stable state, in fact (iv) it is an evolutionary accelerator due to a maximal spatial self-sorting of individuals causing spatial selection. In the second part, I model experimentally observed differences in collective behavior of fish groups subject to multiple generation of different types of size-dependent selection. The real world analog to this experimental evolution is recreational fishery (small fish are released, large are consumed) and commercial fishing with large net widths (small/young individuals can escape). The results suggest that large harvesting reduces cohesion and risk taking of individuals. I show that both findings can be mechanistically explained based on an attention trade-off between social and environmental information. Furthermore, I numerically analyze how differently size-harvested groups perform in a natural predator and fishing scenario. In the last part of the thesis, I quantify the collective information processing in the field. The study system is a fish species adapted to sulfidic water conditions with a collective escape behavior from aerial predators which manifests in repeated collective escape dives. These fish measure about 2 centimeters, but the collective wave spreads across meters in dense shoals at the surface. I find that wave speed increases weakly with polarization, is fastest at an optimal density and depends on its direction relative to shoal orientation.