Aufgrund ihrer niedrigen Stoffwechselrate zeigen Puppen des Atlasspinners Attacus atlas diskontinuierlichen Gasaustausch (DGC) mit drei deutlich getrennten Phasen. Andererseits sind einzelne Stigmen entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen. In dieser Arbeit wurden Attacus Puppen mit künstlichen Gasmischungen perfundiert, um das Steady-State Verhalten der Stigmen zu ermitteln. Es konnte gezeigt werden, daß die Flutterphase des DGC kein Gleichgewichtsverhalten darstellt. Weiterhin deuteten die Ergebnisse der Perfusion auf eine mögliche Interaktion zweier unabhängiger Regelkreise hin. Zwei mathematische Modelle untersuchten daraufhin mögliche theoretische Mechanismen, welche die beobachteten Muster erzeugen könnten. Die Modelle erlaubten die Erzeugung der Gasaustauschmuster ohne komplexe neurale Integration und deuten auf eine rein passive Erzeugung des DGC. Die Diskussion erläutert mögliche biologische Mechanismen, welchen den abstrakten Beschreibungen der Modelle zu Grunde liegen könnten. Sowohl die Perfusion als auch die Modelle sind dabei mit der ''Emergent Property Hypothesis'' der DGC Entstehung vereinbar. Zusätzlich wird dargelegt, wie alternative Hypothesen widerspruchslos in das sich abzeichnende Bild eingefügt werden können. / While having low metabolic activity, pupae of the giant silk moth Attacus atlas show triphasic discontinuous gas exchange cycles (DGC). However, a single spiracle is either fully open or fully closed. In this study moth pupae have been perfused to assess the steady state behavior of the spiracles in response to the endotracheal gas composition. It could be shown that the flutter phase of DGC is not a steady state behavior. Moreover, the results from the perfusion hint to a possible interaction between two independent spiracle control mechanisms. Two mathematical models then explore possible mechanisms of generating the observed respiratory patterns during DGC. The models indicate that DGC might be generated without complex neural integration and might thus be a purely ''passive'' pattern. The discussion focuses on biological processes and mechanisms that may back the abstract descriptions in the models. Both, the perfusion and the two mathematical models, are consistent with the emergent property hypothesis of DGC origin. However, it is discussed that other existing hypotheses are not mutually exclusive and that they can be subsumed using the non-adaptive emergent property hypothesis as a framework.

Durch vergleichende Analysen von morphologischen, anatomischen und molekulargenetischen Daten habe ich die Systematik zweier distinkter Taxa von Süßwasserschnecken innerhalb der Superfamilie Cerithioidea untersucht: Thiaridae Gill, 1871 und Pachychilidae Troschel, 1858. Die Familie Thiaridae wird durch eine endemische Art auf Jamaika (Hemisinus lineolatus) sowie zwei endemische Arten auf Kuba (H. cubanianus und Cubaedomus brevis) vertreten. Morphologisch unterscheidet sich Hemisinus von den anderen Thiaridae durch ein kurzes, anteriores Osphradium, einen Mitteldarm mit flach ausgeprägten Blinddarm sowie ein großes „accessory pad“. Phylogenetischen Analysen zeigen dass die jamaikanische H. lineolatus eng mit den Thiariden des nördlichen Südamerikas verwandt ist. Die anatomischen und morphologischen Ähnlichkeiten zwischen Hemisinus und afrikanischen Familien lassen vermuten, dass diese einen gemeinsamen Vorfahren haben. Die Geologischen und geographischen Daten deuten auf einen kontinentalen Ursprung von Hemisinus mit nachfolgender Kolonialisierung auf den Inseln hin. Bei den Pachychilidae beschränkte sich meine Arbeit auf die Karibischen und mittelamerikanischen Arten. Die geringen morphologischen Variationen der Schale und der Radula zwischen den meisten Arten, deuten auf Homoplasie hin, so dass diese Merkmale taxonomische wenig geeignete sind. Des weiteren scheint der Besitz von glatten Gehäusen ein konvergentes Merkmal ist, dass mindestens zweimal entstanden ist, während skulpturierte Schalen ehe Synapomorphie darstellen. Molekulare Untersuchungen zeigen dass die mittelamerikanischen und kubanischen Pachychilidae monophyletisch sind, während die Pachychiliden aus Zentral-Mexiko, Kuba sowie P. vallesensis nicht in die Gattung Pachychilus gehören. Die Analysierten Daten deuten auf einen vikarianten Ursprung der kubanischen und einen von Zentral-Guatemala ausgehenden, dispersiven Ursprung der kontinentalen Pachychilidae hin. / Through comparative analyses of morphological, anatomical and molecular genetic data, I reviewed the systematics of two distinct lineages of Neotropical freshwater snails within the superfamily Cerithioidea: Thiaridae Gill, 1871 and Pachychilidae Troschel, 1858. Concerning the Thiaridae, this family is represented by one endemic species in Jamaica (Hemisinus lineolatus), and two endemic species in Cuba (H. cubanianus and Cubaedomus brevis). The diagnostic characters that separate Hemisinus from the rest of the thiarid are a short and anterior osphradium and a midgut with shallow caecum and large accessory pad. Phylogenetic analysis showed the Jamaican H. lineolatus closely related to the northern South American Thiaridae. I also found Hemisinus sharing anatomical and morphological features with African families other than Thiaridae, indicating common ancestry with an Oriental freshwater lineage. Geological and geographical data point to a continental origin of Hemisinus with subsequent dispersal to the Caribbean Islands. About the Pachychilidae, I have carried out a critical systematic revision only on its Mesoamerican members. Anatomical studies of shell and radula characters as well as phylogenetic analyses based on two mitochondrial genes (COI, 16S), were performed. Due to the subtle morphological variations in shells and radulae found, I propose that both are homoplasic features generally unsuitable for distinguishing Neotropical pachychilids. Molecular analyses showed that the Cuban and Mesoamerican Pachychilidae are monophyletic, suggesting also that the species from central Mexico, Cuba and P. vallesensis belong to genera different than Pachychilus. Also, that in the group the possession of smooth shells is a convergent character which has evolved at least twice, while a sculptured shell is a synapomorphy. Analyzed data evidence a vicariant origin of the Cuban Pachychilidae, and a dispersal origin of the continental members from a central Guatemalan ancestor.

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Die Arbeit beschreibt ein stochastisches Simulationsprogramm zur Modellierung von Honigbienenpopulationen unter Zuchtbedingungen. Dieses Programm wurde neu implementiert um unterschiedliche Selektionsstrategien zu evaluieren und zu optimieren. In einer ersten Studie wurde untersucht, inwiefern die Vorhersagen, die das Programm trifft, vom verwendeten genetischen Modell abhängt. Hierbei wurde festgestellt, dass das Finite-Locus-Modell dem Infinitesimalmodell in Langzeitstudien vorzuziehen ist. Eine zweite Studie beleuchtete die Bedeutung der sicheren Anpaarung auf Belegstellen für die Honigbienenzucht. Hier zeigten die Simulationen, dass die Zucht mit Anpaarungskontrolle derjenigen mit freier Paarung von Königinnen deutlich überlegen ist. Schließlich wurde in einer finalen Studie der Frage nachgegangen, wie erfolgreiche Zuchtprogramme bei der Honigbiene langfristig nachhaltig zu gestalten sind. Hierbei sind kurzfristiger genetischer Zugewinn und langfristige Inzuchtvermeidung gegeneinander abzuwägen. Durch umfangreiche Simulationen konnten für verschiedene Ausgangspopulationen Empfehlungen für eine optimale Zuchtintensität auf mütterlicher und väterlicher Seite gefunden werden. / The present work describes a stochastic simulation program for modelling honeybee populations under breeding conditions. The program was newly implemented to investigate and optimize different selection strategies. A first study evaluated in how far the program's predictions depend on the underlying genetic model. It was found that the finite locus model rather than the infinitesimal model should be used for long-term investigations. A second study shed light into the importance of controlled mating for honeybee breeding. It was found that breeding schemes with controlled mating are far superior to free-mating alternatives. Ultimately, a final study examined how successful breeding strategies can be designed so that they are sustainable in the long term. For this, short-term genetic progress has to be weighed against the avoidance of inbreeding in the long run. By extensive simulations, optimal selection intensities on the maternal and paternal paths could be determined for different sets of population parameters.

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.

Einige wenig bekannte Aspekte der Biologie der Peloridiidae (Verhalten, intraspezifische Kommunikation, Wirtspflanzenassoziationen, Feinmorphologie usw.) wurden untersucht. Die gewonnenen Informationen wurden benutzt, um eine phylogenetische Hypothese zu Verhältnissen der Peloridiidae untereinander und zu anderen Hemiptera aufzustellen. Wirtspflanzen der Peloridiidae wurden in Australien, Chile und Neuseeland systematisch besammelt. Peloridiidae als Familie scheinen keine Präferenz für ein Taxon der Bryophyta zu haben, auch wenn sie eine Affinität zu einigen Gruppen der Moose zeigen. Unterschiedliche Arten und Gattungen der Peloridiidae können sich aber in ihrer Selektivität unterscheiden. Vibrationssignale von vier Arten der Peloridiidae wurden zum ersten Mal untersucht. Einige Eigenschaften dieser Signale variierten zwischen den Arten: australische und südamerikanische Vertreter waren einander ähnlich, die neuseeländischen unterschieden sich aber von ihnen beiden. Detaillierte Informationen zu feinen morphologischen Merkmalen der Antennen, Labiumspitze, Tarsen, Integumentaldrüsen usw. in 21 Arten der Peloridiidae und einigen Außengruppen wurden zum ersten Mal präsentiert. Die erarbeiteten Merkmale wurden zur Herstellung einer phylogenetischen Hypothese herangezogen. Die Peloridiidae erwiesen sich da als ein Monophylum, dessen Schwestergruppe die Auchenorrhyncha waren. Dieses Verhältnis wird anhand von Daten aus Literatur und anderen Untersuchungen diskutiert und etwas in Frage gestellt. Die intrafamiliären Verhältnisse der Peloridiidae sind nach der erarbeiteten phylogenetischen Hypothese denen aus Literatur bekannten ähnlich; der wichtige Unterschied ist die basale Position der Gattung Peloridium. In einer Analyse mit zusätzlichen drei verhaltensökologischen Merkmalen ändert Peloridium aber seine Position, was das Potential der integrativen Ansätze illustriert, aber vorsichtig interpretiert werden muss, da solche Merkmale schwer zu homologisieren sind. / Some insufficiently studied aspects of Peloridiidae biology such as behavior, intraspecific communication, host plant preferences and fine morphology were investigated. The newly acquired information was used for production of a phylogenetic hypothesis on Peloridiidae relationships and critical evaluation of the existing ones. Host plants of Peloridiidae were studied systematically in Australia, Chile and New Zealand. Peloridiidae as a whole were found not to be bound to particular bryophyte taxa, although they regularly occurred in species of Dicranaceae, Hypopterygiaceae, Polytrichaceae and Sphagnaceae. Still, different species and genera could vary in their host plant specificity. Vibrational signals of four Peloridiidae species were studied for the first time. Features of these signals varied between species, the Australian and South American ones being similar to each other and the New Zealand species different from both of them. Detailed information on fine morphology of antennae, genae, labium tip, tegminal sculpture, tarsi, abdominal sculpture and integumental glands in 21 Peloridiidae species and some sister groups was presented for the first time. The findings were formalized as a matrix of 93 characters and analyzed phylogenetically with methods of maximum parsimony. A monophyletic Peloridiidae resulted, with significant support of the sister-group relationship to Auchenorrhyncha. This relationship was discussed on the background of other studies and literature data. The intrafamiliar structure of Peloridiidae in the present study was quite similar to previously published works, with the major exception of the genus Peloridium branching off most basally in the phylogenetic tree. Three additional bioacoustic and behavioral characters, when integrated into the matrix, change the position of Peloridium and demonstrate the potential of integrative approaches, although this result must be treated with care due to complicated homologization of behavioral traits. / В данной работе исследуется ряд недостаточно изученных ранее аспектов биологии семейства Peloridiidae: поведение, внутривидовая коммуникация, трофические связи с растениями и тонкие детали морфологии. Полученная информация используется для создания новой филогенетической гипотезы о родственных связях Peloridiidae и для критической оценки существующих гипотез. Кормовые растения семейства систематически изучены в Австралии, Новой Зеландии и Чили. Peloridiidae в целом, как выяснилось, не привязаны к отдельным таксонам мохообразных, хотя они регулярно встречались на представителях Dicranaceae, Hypopterygiaceae, Polytrichaceae и Sphagnaceae. Однако, трофическая специфичность отдельных родов и видов может сильно различаться. Впервые изучены вибрационные сигналы четырех видов пелоридиид. Черты сигналов различались внутри семейства: сигналы южноамериканских и австралийских видов были похожи, в то время как новозеландские виды от них отличались. Впервые представлена подробная информация о морфологии антенн, кончика хоботка, лапок, скульптуры тегменов, брюшка и покровных желез для 21 вида пелоридиид и некоторых внешних групп. Эти находки были организованы в матрицу из 93 признаков и проанализированы филогенетически с помощью методов минимизации изменений. В результате монофилетические Peloridiidae оказались сестринской группой монофилетических Auchenorrhyncha, с неплохим статистическим подтверждением. Эта группировка обсуждается в свете других работ и данных литературы. Внутренняя структура семейства в настоящей работе оказалась довольно похожей на данные литературы, за важным исключением рода Peloridium, который оказался на самом нижнем ответвлении филогенетического древа. Когда к анализу были привлечены три дополнительных признака (биоакустические и поведенческие), позиция Peloridium изменилась. Этот результат иллюстрирует потенциал интегративных методов, хотя и требует осторожного к себе отношения из-за сложностей гомологизации поведенческих признаков.

Innerhalb der Arthropodensystematik sind die phylogenetischen Beziehungen der höheren Crustaceataxa seit langem von besonderen Interesse. Ziel dieser Arbeit ist die Rekonstruktion der phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse mit Hilfe molekularer Datensätze für die Phyllopoda, die zusammen mit den Anostraca die Branchiopoda bilden und der Astacoidea (Astacida), einer Teilgruppe der Flusskrebse. Folgende molekulare Marker kamen zum Einsatz: 1) Für die Phyllopoda: Die 3. Domäne der mitochondrial codierten 12S rRNA, unter Berücksichtigung von Sekundärtrukturinformationen, das nukleare Gen EF-1 alpha und die Positionen von Introns im Gen EF-1 alpha. 2) Für die Astacoidea: Die 3. Domäne der 12S rRNA und das mitochondrial codierte Gen cox1. Durch die Wahl der molekularen Marker, die mit unterschiedlichen computerkladistischen Methoden ausgewertet wurden, konnten für die meisten Fragen eine eindeutige und im Fall der Astacoidea überraschende phylogenetische Aussage getroffen werden. Die gewonnenen Hypothesen werden ausführlich im Licht morphologischer Hypothesen diskutiert. / The phylogenetic relationships of the higher arthropod taxa are still of special interest. Especially the interrelationships of the different Crustacea taxa have long been debated. The focus of this investigation is to make a contribution to the phylogenies of two Crustacea taxa using molecular markers: The Phyllopoda which belong together with the Anostraca to the branchiopods, and of the Astacoidea, one of the two higher crayfish taxa (Astacida). The following molecular markers were used: 1) Phyllopoda: the 3rd domain of the mitochondrial encoded 12S rRNA taking into account informations of the secondary structure, the nuclear encoded proteingene EF-1 alpha and the positions of introns found in the coding region of EF-1 alpha. 2) Astacoidea: the 3rd domain of the 12S rRNA and the mitochondrial encoded proteingene cox1. The choice of the mentioned markers in combination with different computercladistical methods allowed to give a satisfying, and in the case of the Astacoidea a more surprising answer to most addressed phylogenetic questions. The gained hypotheses are then discussed in detail in the light of morphological features and hypotheses.

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