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Fischgemeinschaften in Seen sind zunehmenden Umweltveränderungen unterworfen. Die Analyse des Einflusses abiotischer und biotischer Faktoren auf die Größenstruktur von Fischgemeinschaften ist entscheidend, um die Entwicklung von Seeökosystemen im Zuge von Umweltveränderungen vorhersagen zu können. Es ist jedoch schwierig Fische in Seen zu beproben, da Fanggeräte selektiv sind. Die Qualität und Vergleichbarkeit von Fischfängen durch Angler, Kiemennetze, Schleppnetze und Hydroakustik wurden untersucht. Anglerfänge eignen sich begrenzt für vergleichende Fischbestandsuntersuchungen. Vertikale Hydroakustik eignet sich für die Fischbiomassequantifizierung in geschichteten Seen. Der Beprobungsaufwand von Kiemennetzen kann reduziert werden, wenn zeitnah hydroakustische Untersuchungen statt finden. Schleppnetze eignen sich für die Beprobung von pelagischen Fischen in tiefen Seen. Die Größenstruktur von Fischgemeinschaften unterschied sich auf regionaler und überregionaler Ebene entlang abiotischer und biotischer Gradienten. Die regionale Studie zeigte, dass tiefe nährstoffarme Seen mit hohen Raubfischabundanzen durch mehr große Fische gekennzeichnet waren. Nährstoffreiche Flachseen mit wenigen Raubfischen zeigten höhere Anteile von mittleren Fischgrößen. Im überregionalen Vergleich führten Temperaturpräferenzen der Fischarten zu zwei Fischgemeinschaften, die sich in ihrer Größenzusammensetzung unterschieden. Ein hoher Anteil großer Salmoniden war typisch für hochgelegene Kaltwasserseen im Norden und Süden Europas. Flachlandseen mit Kühl- und Warmwasserfischen zeichneten sich durch eine Dominanz von kleinen Fischen aus. Das lässt vermuten, dass Fischgemeinschaften in Flachlandseen relativ robust gegenüber Umweltveränderungen reagieren. Kaltwasserfischgemeinschaften könnten im Zuge der Klimaerwärmung starken Änderungen unterliegen, da eine Veränderung in der Artenzusammensetzung von einer Verschiebung in der Größenstruktur hin zu mehr kleinen Fischen begleitet sein wird. / Lake fish assemblages are increasingly exposed to environmental change in their habitats. The investigation of abiotic and biotic factors and their effects on the size structure of lake fish is essential for predicting the response of fish assemblages to environmental change. However, sampling of lake fish is challenging because sampling gears are selective. The quality and correspondence of fish catches from angling, gillnetting, trawling and hydroacoustics were analysed. Non-standardised catch data from recreational angling were of limited quality for a comparison of fish stocks. Vertical hydroacoustics is an efficient method to quantify fish biomass in stratified lakes. Sampling effort of multi-mesh gillnets can be reduced when fish abundance estimates are derived from contemporarily operating hydroacoustics. Trawling is useful to sample pelagic fish assemblages in deep lakes. The size structures of fish assemblages differed on a small and a large geographical scale along gradients of abiotic and biotic lake descriptors and differences in fish assemblage composition. At a small geographical scale assemblages in deep and less nutrient-rich lakes with high predator abundances were characterised by a higher proportion of large fish. Shallow nutrient-rich lakes with few predators were characterised by more medium-sized fish. At a large geographical scale thermal optima of fish generated two types of assemblages with different size structures. A high proportion of large salmonids was observed in coldwater lakes at high elevation sites in northern and southern Europe. Lowland lakes with cool- and warmwater fish were dominated by small-sized individuals. The results suggest that lowland lake fish assemblages are relatively robust against environmental change. Coldwater fish assemblages instead may suffer dramatic consequences from global warming as expected species shifts are likely to be accompanied by shifts in the size structure towards smaller individuals.

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Die Besiedlung von Gewässern durch Fische, ist neben abiotischen Lebensraumbedingungen auch von der Erreichbarkeit d.h. von der art-spezifischen Ausbreitungsfähigkeit sowie von Wanderhindernissen abhängig. Der erste Teil dieser Arbeit bietet die erste umfangreiche quantitative Analyse von Ausbreitungsmustern und -distanzen von Flussfischen. Aus der Fachliteratur wurden 160 empirische Datensätze aus 71 wissenschaftlichen Studien zur Ausbreitung von 62 Fischarten in Flüssen extrahiert und an leptokurse Wahrscheinlichkeits-Dichte-Funktionen (Dispersal kernel) angepasst. Es konnte bei Fischpopulationen zwischen einer stationären (ca. 2/3) und einer mobilen Komponente (ca. 1/3) unterschieden werden deren Ausbreitungsdistanzen von vier Faktoren abhängig sind: Fischlänge, Form der Schwanzflosse, Fließgewässergröße, betrachtete Zeitspanne. Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich dem neu entwickelten Fischausbreitungsmodell FIDIMO einem GIS-Softwareprogramm zur Modellierung und Simulation der räumlichen und zeitlichen Ausbreitungsmuster von Fischen in Flüssen unter Berücksichtigung von Wanderhindernissen. FIDIMO verknüpft konzeptionelle Überlegungen zu Ausbreitungsmodellen in verzweigten Fließgewässernetzwerken mit empirisch bestimmten leptokursen Fischausbreitungskurven unter ausschließlicher Verwendung von Free and Open Source Software. Im dritten Teil der Arbeit wurde FIDIMO zur Modellierung der Ausbreitung von 17 Fischarten angewendet um die Einflüsse von (i) Habitatqualität, (ii) Ausbreitungsfähigkeit und (iii) Fließgewässer-Fragmentierung auf die Besiedlungsmuster durch Fische zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass die artspezifische Habitatqualität und Ausbreitungsfähigkeit die Besiedlung maßgeblich bestimmen. Dagegen wurde kein signifikanter Einfluss von Barrieren auf das Vorkommen einer Art gefunden. Über längere Zeiträume sinkt der Einfluss von Fischausbreitung auf das lokale Vorkommen einer Fischart während die Habitatqualität relativ wichtiger wird. / The colonisation of rivers by fishes is directly linked to abiotic habitat conditions but often impaired by dispersal abilities of fishes and movement constraints such as barriers. The first part of this thesis provides the first comprehensive quantitative analysis of freshwater fish movement while considering fish populations consisting of differently mobile specimens. 160 empirical datasets from 71 studies on the movement of 62 riverine fish species were analysed based on refitted leptokurtic probability-density functions (dispersal kernels). A share of one third and two thirds emerged as a general pattern of the mobile and stationary component of a fish population, respectively. Moreover, four variables were identified primarily determining dispersal distances: fish length, aspect ratio of the caudal fin, river size and time. In the second part of the thesis, the novel fish dispersal model FIDIMO is introduced. FIDIMO provides a GIS-tool for predicting and simulating spatio-temporal patterns of fish dispersal in dendritic river networks considering movement barriers. The fish dispersal model FIDIMO links conceptual considerations on dispersal modelling with empirically observed leptokurtic fish movement patterns and the strengths of geographically explicit modelling in Free and Open Source GIS. In the third part of the thesis, FIDIMO was applied for modelling dispersal of 17 fish species to disentangle the effects of (i) habitat suitability, (ii) dispersal constraints and (iii) network fragmentation on the distribution of river fishes. The results show significant positive effects of both, local-scale habitat quality and species-specific dispersal ability on the distribution of river fishes, whereas no significant effect of barriers influencing the presence of a species could be found. Over longer time periods the importance of dispersal decreased in favour of habitat suitability becoming relatively more relevant in determining species'' presence.

Individuelle Verhaltensunterschiede (sog. „Animal personality“) werden oft als konsistent über die Zeit und situationsunabhängig angenommen. Vielfach werden solche Persönlichkeitsunterschiede zwischen Tieren einer Art durch individuelle Unterschiede im Energiehaushalt sowie Lebenszyklusvariablen (sog. ‚state variables‘, dt. Zustandsgrößen) erklärt. Dies ist in der „pace-of-life“ Hypothese zusammengefasst. In neueren Arbeiten wurde jedoch die Konsistenz von Persönlichkeitsmerkmalen über den Lebensverlauf und deren strikte Abhängigkeit von Zustandsgrößen in Frage gestellt. Die vorliegende Dissertation soll neue Einblicke in die Mechanismen, die zur Entstehung von Persönlichkeitsunterschieden im Verlauf des Lebens von Fischen, deren Situationsabhängigkeit sowie ihre Verbindung zu individuellen Unterschieden in Zustandsgrößen liefern. In einer Abfolge von fünf unabhängigen Studien untersuchte ich die genannten Annahmen und fand, dass (1) Persönlichkeitsunterschiede sich im Laufe des Lebens von Tieren vergrößern; (2) Persönlichkeitsabschätzungen bei jungen Tieren oft stärker vom experimentellen Aufbau beeinflusst werden als bei Erwachsenen; (3) der Energiehaushalt und Lebenszyklusvariablen Persönlichkeitsunterschiede sowohl unter Laborbedingungen als auch im Freiland nicht hinreichend erklären können; (4) Beziehungen zwischen Persönlichkeitsunterschieden und Unterschieden im Energiehaushalt und in Lebenszyklusvariablen fanden sich nur bei Fischen einer Population mit langsamer Lebenszyklusstrategie nicht jedoch in einer Population mit schnellem Lebenszyklus. Die vorliegende Arbeit suggeriert daher, dass sich erst im Verlauf des Lebens eines Tieres Persönlichkeitsunterschiede unvermeidbar entwickeln. Dies stellt Persönlichkeitsmessungen bei juvenilen Tieren grundsätzlich in Frage. Weiterhin scheinen Persönlichkeitsunterschiede und Zustandsgrößen unter bestimmten Umweltbedingungen und evolutiven Szenarien voneinander unabhängig zu sein. / Among-individual differences in behavior (i.e., animal personality) are assumed to be consistent over time and contexts. In theory, they are often explained by individual variations in energy costs of self-maintenance as well as life history among animals (i.e., state variables), commonly expressed as the pace-of-life syndrome hypothesis. Yet, recent theories have disputed the consistency of personality types over lifetime and their rigid state-dependency. This thesis aims to offer novel insights on the mechanisms behind the emergence and development of personality over lifetime of fishes, its context dependency, and its link to individual variation in state variables. In a sequence of five independent yet interconnected studies, I tested the assumptions above and observed that (1) personality differences increased during lifetime as a function of consistent declines in the behavioral plasticity with increasing age of animals; (2) personality estimates in young animals were weaker and thus more vulnerable to experimental biases compared to adults; (3) personality variation did not depend upon individual differences in energy costs of self-maintenance and life-history traits among individuals, under both laboratory and natural settings; and (4) the relationship between behavioral, metabolic, and life-history traits was manifested only in fish populations with slow rather than fast life-history strategies. This thesis suggests that personality variation in animals might be the inevitable outcome of development, raising questions about the reliability of personality estimates in juvenile individuals. Furthermore, individual variation in personality and “states” may act independently (i.e., phenotypes are uncorrelated) under environmental conditions and evolutionary contexts that mask or select against their trade-offs.

Diese Dissertation ist ein Beitrag zum Forschungsfeld der Stressökologie, im Spe-ziellen der Verhaltensökotoxikologie. Das spontane lokomotorische Verhalten der Fischarten Danio rerio und Leucaspius delineatus wurde unter sublethaler Expo-sition mit dem Cyanobakterientoxin Microcystin-LR (MC-LR) und dem Xenobio-tikums 2.4.4`-Trichlorobiphenyl (PCB 28) quantifiziert. Die Schwimmgeschwin-digkeit und Anzahl der Wendungen wurden kontinuierlich mit einem automati-schen Video-Monitoringsystem unter Laborbedingungen aufgezeichnet. In Hin-blick auf zyklische Aspekte wurden die Verhaltensanalysen mit chronobiologi-schen Methoden kombiniert. Hiermit wurde gezeigt, dass MC-LR und PCB 28 zu signifikanten Effekten in Verhalten und Aktivitätsrhythmik beider Fischarten führten. Höhere Konzentrati-onen beider Untersuchungssubstanzen verursachten eine deutliche Aktivitätsredu-zierung bei Danio rerio und Leucaspius delineatus. Einige der festgestellten Do-sis-Wirkungsbeziehungen entsprechen der Hormesistheorie, z. B. war bei geringe-ren MC-LR Konzentrationen ein Aktivitätsanstieg und bei höheren ein Aktivitäts-abfall beider Fischarten zu verzeichnen. Die Exposition mit MC-LR und PCB 28 verringerte bei beiden Testfischarten die Synchronisation der Aktivität mit dem Zeitgeber Licht. Dies führte bei beiden Fischarten zu einer Phasenverschiebung. Bei Leucaspius delineatus war unter dem Einfluss von MC-LR eine Phasenumkehr zu verzeichnen, die Fische wechselten von Tag- zu Nachtaktivität. Die Cosinor Analyse zeigte Dosis abhängige Veränderungen der circadianen Rhythmen der Schwimmaktivität (z.B. MESOR, Akrophase) unter Einfluss von MC-LR und PCB 28 an. Die Power Spektral Analyse indizierte für beide Fischar-ten unter Einwirkung von MC-LR and PCB 28 eine reduzierte Dominanz des cir-cadianen Rhythmuspeaks. Da die registrierten Unterschiede in der Reaktion beider Fischarten auf MC-LR und PCB 28 eher gering waren, sind Ergebnisse der Art Danio rerio, die häufig in Toxizitätstests verwendet wird, mit denen der einheimischen Art Leucaspius deli-neatus vergleichbar. Die Ergebnisse belegen, dass Verhaltensuntersuchungen in Kombination mit chronobiologischen Auswertemethoden eine sensitive und zuverlässige Abschät-zung des Gefährdungspotentials von Substanzen sowohl auf dem Gebiet der Öko-toxikologie als auch für Biomonitoring ermöglichen. / This thesis contributes to the field of stress ecology specifically behavioural ecotoxicology. The spontaneous locomotor behavior of two fish species Danio re-rio and Leucaspius delineatus was recorded and quantified continuously under sublethal exposure to the cyanotoxin microcystin-LR (MC-LR) and the xenobioti-cum 2.4.4`-trichlorobiphenyl (PCB 28). By using an automated video-monitoring system, the swimming velocity and the number of turns were assessed under labo-ratory conditions. For analysing cyclic aspects basic behavioural analyses were combined with chronobiological procedures as cosinor analysis and power spec-tral analysis. Both MC-LR and PCB 28 acted as stressors and caused significant changes in the behaviour and circadian activity rhythms of Danio rerio as well as Leucaspius de-lineatus. So for both species elevated concentrations of the stressors led to a re-duction of their activity. Some dose-responses correspond to the hormesis theory, e.g., there was an increase of daytime activity at lower MC-LR concentrations and a decrease at elevated concentrations of MC-LR for both species. A degree of desynchronisation of activity to the zeitgeber light, which led to a phase shift was caused by the chemicals in both fish species. In Leucaspius de-lineatus this shift was so drastic that this species reversed their significant diurnal activity and became nocturnal under the influence of MC-LR. The Cosinor analysis revealed MC-LR- and PCB 28-induced, dose-dependent al-terations of the circadian rhythms of activity (e.g., MESOR, acrophase). The power spectral analysis showed that the dominance of the circadian rhythmic peak (of 24 h) was reduced under MC-LR and PCB 28 for both species. Since the observed differences in the reactions of both species to MC-LR and PCB 28 were rather small, the results of the species Danio rerio which is widely used for environmental risk assessment tests, are comparable to those of the native European species Leucaspius delineatus. The findings of this study proved that the basic behavioural analyses combined with chronobiological procedures could be valuable tools for the study of stressful or even harmful environmental factors in the field of ecotoxicology as well as for biomonitoring.

Europäische große Flüsse wurden über Jahrhunderte entscheidend verändert und zu Wasserstraßen für die Schifffahrt ausgebaut. Flussregulierung, Begradigung und Hochwasserschutz tragen zu multiplen Stressoren bei, wobei die Schifffahrt bislang keine Beachtung als potentieller zusätzlicher Einflussfaktor (Stressor) fand. Die zentrale Fragestellung dieser Arbeit befasste sich mit der Rolle der Schifffahrt zwischen multiplen Stressoren und deren Auswirkungen auf die Fischgemeinschaften großer Flüsse. Hierzu wurde die „Large River Fish Database“ (LRDB), ein weltweit einzigartiger Datensatz zusammengestellt, der 2693 Befischungen an 358 Probestellen in 16 europäischen großen Flüssen enthält. Die Probestellen sind durch verschiedene Einflussfaktoren (Stressoren) und Schiffsverkehr beschrieben. Um ein für große Flüsse repräsentatives Abbild der Fischgemeinschaften zu erhalten, wurden zunächst die angewendeten Fischfangmethoden analysiert. Mit der Elektrofischerei wurden die höchsten Fischdichten und die höchste Biodiversität erfasst. Die Elektrofischerei ist daher für eine repräsentative Erfassung der Fischgemeinschaften großer Flüsse geeignet und wurde für weitere Analysen ausgewählt. Die kommerzielle Frachtschifffahrt trat als einer der einflussreichsten Stressoren hervor, zusammen mit erhöhter Fließgeschwindigkeit und dem Verlust von Überschwemmungsflächen. Dichten von insbesondere Habitat-sensitiven Fischen sanken bereits ab acht Frachtschiffen pro Tag signifikant ab. Darüberhinaus hatte auch die Freizeitschifffahrt (Flusskreuzfahrten und motorisierte Sportboote) deutliche und zu Frachtschiffen unterscheidbare ökologische Konsequenzen. Die Wirkungen der Schifffahrt sind ebenso verheerend wie die der hydromorphologischen Degradierung und benötigen eine gesonderte Beachtung im Flussmanagement und der Flussrevitalisierung. Freizeitboote und Flussdampfer wirken der Flussrenaturierung kleinerer Wasserstraßen entgegen und gefährden den ökologischen Erfolg des Blauen Bandes. / European large rivers have been tremendously modified over centuries and transformed into waterways for inland navigation. Extensive river modifications such as river regulation, channel straightening and flood protection have resulted in multiple pressures. However, inland navigation has not been considered as a potential pressure yet. This thesis aimed to assess the role of inland navigation among the most prevailing pressures in large rivers under field conditions. A worldwide unique and complementary dataset, the Large River Fish Database (LRDB) was compiled. The LRDB consists of 2693 fish samples assessed at 358 sampling sites in 16 European large rivers. Sites were characterized by various pressure variables and frequencies of ship traffic. To derive representative samples of large rivers fish assemblages, performance of various fishing gears applied was assessed. Electrofishing samples represented highest densities of fish and highest overall biodiversity. Therefore, electrofishing is suitable for fish-based assessments of large rivers and only electrofishing samples were selected to assess multiple pressures and inland navigation. Commercial cargo navigation appeared as the most influential pressures on large rivers fish assemblages among increased velocities and the loss of floodplains. Starting at already eight passing vessels per day, densities of particularly habitat-sensitive spawners significantly declined. Moreover, recreational navigation such as river cruises and motorized sport boats had distinct ecological consequences to those of cargo vessels. Inland navigation is as detrimental as the hydromorphological degradation of the river channel and requires specific attention in river management and rehabilitation. Pleasure boating (river cruises and sport boats) will counteract river rehabilitation also in smaller waterways and delimit ecological success of the Blue Band initiative in Germany.