Spatio-temporal trait change in selected insect species along land-use gradients

W��hrend des Anthropoz��ns f��hrten zunehmende, durch Menschen verursachte Umweltver��nderungen zu rasanten ��berg��ngen von naturnahen zu neuartigen ��kosystemen. Arten die in ��kosystemen w��hrend dieser ��berg��nge ��berdauern, k��nnten Ver��nderungen ihrer Merkmale aufweisen, die sie bef��higen, sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Andere Arten hingegen verschwinden aus neuartigen ��kosystemen da sie sich nicht an die rasant entstehenden neuen Umweltbedingungen anpassen k��nnen. In meiner Dissertation versuche ich anhand ausgew��hlter Insekten-Arten zu verstehen, welche Merkmale es Arten erm��glichen in Zeiten rasanter, von Menschen verursachter Umweltver��nderungen zu ��berdauern. Hierzu untersuche ich, stellvertretend f��r die F��higkeit der Adaption, morphologische und biochemische Merkmale von Arten aus der Region Berlin/Brandenburg in Deutschland. Diese Region ist durch zunehmende Urbanisierung und Landnutzung f��r den Ackerbau innerhalb der letzten 150 Jahre gekennzeichnet. F��r r��ckblickende Analysen entlang eines raumzeitlichen Gradienten untersuchte ich Sammlungsexemplare aus Naturkundemuseen die durch neu gesammelte Exemplare erweitert wurden. In Paper 1 untersuche ich in der Nachtfalterart Agrotis exclamationis Ver��nderungen von Merkmalen, die ein Verhalten beg��nstigen vom Licht angezogen zu werden, als Antwort auf die Zunahme k��nstlicher Lichtquellen in der Nacht in einer Region ��ber die letzten 137 Jahre. F��r diese Analysen verwende ich zur��ckwirkende Radianz-Werte basierend auf Satellitendaten der Jahre 2012 bis 2019. Entlang des r��umlichen Gradienten konnte ich keine Merkmalsver��nderungen nachweisen. Allerdings konnte ich Ver��nderungen der K��rpergr����en und in Weibchen Ver��nderungen der Augengr����en ��ber die Zeit nachweisen. Beide Ver��nderungen sind jedoch nicht direkt auf zunehmendes k��nstliches Licht in der Nacht zur��ckzuf��hren. Ich diskutiere den indirekten Einfluss k��nstlichen Lichts in der Nacht auf die nachgewiesenen Merkmalsver��nderungen als Verst��rkung der Habitat Fragmentierung sowie einer Beeinflussung der Sicht von Weibchen auf deren Wirtspflanzen. Allerdings konnte ich zeigen, dass in Weibchen ein Trend zwischen kleineren Augen und zunehmenden k��nstlichem Licht in der Nacht ��ber die Zeit zu erkennen ist. Dies k��nnte auf einen ersten Hinweis hindeuten, dass morphologische Merkmalsver��nderugen als Antwort auf zunehmendes k��nstliches Licht in der Nacht bereits stattfinden. In Paper 2 untersuche ich ob zunehmende Urbanisierung und Landnutzung f��r den Ackerbau ��ber die letzten 125 Jahre sowie zwischen beiden Landnutzungstypen einen Einfluss auf die K��rpergr����en und Biochemie zweier Laufk��ferarten, Harpalus affinis und Harpalus rufipes, hat. Ich konnte keine raumzeitlichen Ver��nderung der K��rpergr����en in Weibchen beider Arten nachweisen, allerdings eine Abnahme der K��rpergr����e in m��nnlichen H. rufipes in der Stadt ��ber die Zeit, wohingegen deren K��rpergr����en im l��ndlichen Raum ��ber die gleiche Zeit konstant blieben. Ich diskutiere diese Ergebnisse als ein Resultat verschiedener Aktivit��tstypen beider Arten. Die bioschemischen Untersuchungen zeigen, dass der intensivierte Einsatz von D��ngemitteln einen Einfluss auf die Biochemie derer K��fer hat, die in Ackerlandschaften vorkommen. Dies zeigt sich in meist h��heren Anreicherungen stabiler Stickstoff-Isotopen in deren Geweben im Vergleich zu K��fern die im urbanen Raum leben. Allerdings konnte ich zeigen, dass einige urbane Habitate einen ��hnlich hohen Stickstoffgehalt wie Ackerlandschaften aufzuweisen scheinen, was sich in den Geweben der dort lebenden K��fer wiederspiegelt und auf eine hohe Heterogenit��t urbaner Habitate hinweist. In meiner 3. Publikation untersuche ich die Auswirkungen der durch Menschen verursachte Umweltver��nderungen auf Farbmorph-H��ufigkeiten der Laufk��ferart Harpalus affinis zwischen urbanen und l��ndlichen Regionen ��ber die letzten 125 Jahre. Ich konnte einen Sexualdichromatismus nachweisen sowie generell konstant bleibende Farbmorphen entlang der raum-zeitlichen Gradienten in M��nnchen und Weibchen, au��er in den Weibchen die im urbanen Raum ��ber die Zeit untersucht wurden. Hierbei war in Zeiten mit hoher st��dtischer Luftverschmutzung durch Ru�� die bronze Farbmorphe der Weibchen in h��here Abundanz vertreten, wohingegen die gr��ne Farbmorphe mit abnehmender Luftverschmutzung im Laufe der Zeit an H��ufigkeit zunahmen. Ich interpretiere diese Ergebnisse als ein Resultat der nat��rlichen Selektion der jeweils am wenigsten f��r Pr��datoren auff��lligen Farbmorphe in der entsprechenden Zeit. Das Fehlen einer ��nderung der Farbmorph-H��ufigkeit bei den M��nnchen interpretiere ich hingegen als Ergebnis der sexuellen Selektion. In meinen Untersuchungen konnte ich zeigen, dass rasante, von Menschen verursachte Umweltver��nderungen morphologische und bioschemische Merkmalsver��nderungen in Arten, die in ver��nderten Lebensr��umen ��berdauern, verursachen k��nnen. Allerdings sind diese Merkmalsver��nderungen abh��ngig von der jeweiligen Art, deren Aktivit��tstyp und Geschlecht. Zus��tzlich konnte ich zeigen, dass manche Merkmalsver��nderungen derzeit nicht klar nachweisbar sind aufgrund der relativ kurzen Zeit in der durch Menschen verursachte Umweltver��nderungen stattfinden.
During the Anthropocene increasing human induced environmental changes have led to rapid transitions from natural to novel ecosystems. Species that persist during this transition process may respond to these new conditions by altering their traits. This may enable some species to persist where others disappear due to their lack of adaptability to these new conditions. In this thesis, I aim to understand what enable selected insect species to persist during human induced rapid environmental changes. I use morphology and biochemistry as a proxy for species��� adaptations in the German Berlin-Brandenburg area, an area that is characterized by increasing urbanisation and agricultural land-use over the past 150 years. For retrospective analyses over a spatio-temporal gradient, I examined voucher specimens from natural history museums combined with newly collected specimens. In paper 1, I examine changes in flight-to-light dependent traits in the moth species Agrotis exclamationis in response to increasing artificial night light in the same region over the past 137 years. For these analyses I use retrospective radiance values based on satellite data from the years 2012 to 2019. Along the spatial gradient I could not find any trait changes. However, I verified changes in body size and females��� eye-size over time, although this was not directly related to artificial night light. I suggest that artificial night light influences trait changes indirectly by reinforcing habitat fragmentation and influencing females��� sighting of hostplants. However, I could show a trend between smaller eyed females and increasing artificial night light over time. This provides, the first evidence that morphological trait changes in response to increasing artificial night light might already taking place. In the second paper I investigate if increasing urbanisation and land-use for agriculture across space and time (the past 125 years) have an influence on body size and biochemistry in two ground beetle species, Harpalus affinis and Harpalus rufipes. I found no spatio-temporal changes in both species��� female body size but identified a decrease in male H. rufipes��� body size in the city, whereas their sizes stayed constant in rural areas over time. I discuss different activity pattern of both species as the reason for these findings. The biochemical examinations show that intense application of fertilizer influences the biochemistry of specimens living in agricultural habitats. This, results in stable nitrogen isotope signatures in their tissues that are mostly higher than those living in urban habitats. However, I show that some urban habitats might be equally enriched with nitrogen (as reflected in the specimens��� tissues), indicating the heterogeneity of urban habitats. In paper 3, I investigate the effects of human induced environmental changes on the frequency of colour change in the ground beetle species Harpalus affinis between urban and rural habitats over the past 125 years. I found sexual dichromatism, and similar colour morphs between males and females over time, with the exception of females examined from urban regions. In this case, bronze colour morphs in females were more abundant in times with high levels of soot pollution in the city, whereas green colour morphs became more dominant with decreasing levels of soot pollution over time. I interpret this finding to be driven by natural selection of the less cryptic colour morph during the respective time period, whereas the lack of any change in colour morph frequencies in males is likely the result of sexual selection. These studies show that rapid human induced environmental changes are triggering morphological and biochemical trait changes in species that persist in altered habitats across space and time. However, these trait changes are dependent on the species, their activity pattern and sexes. Additionally, I show that some trait changes are not clearly verifiable at present due to the relatively short timeframe in which human induced environmental changes are taking place.