Aging in personal and social immunity: do immune traits senesce at the same rate?

How much should an individual invest in immunity as it grows older? Immunity is costly and its value is likely to change across an organism's lifespan. A limited number of studies have focused on how personal immune investment changes with age in insects, but we do not know how social immunity, immune responses that protect kin, changes across lifespan, or how resources are divided between these two arms of the immune response. In this study, both personal and social immune functions are considered in the burying beetle, Nicrophorus vespilloides. We show that personal immune function declines (phenoloxidase levels) or is maintained (defensin expression) across lifespan in nonbreeding beetles but is maintained (phenoloxidase levels) or even upregulated (defensin expression) in breeding individuals. In contrast, social immunity increases in breeding burying beetles up to middle age, before decreasing in old age. Social immunity is not affected by a wounding challenge across lifespan, whereas personal immunity, through PO, is upregulated following wounding to a similar extent across lifespan. Personal immune function may be prioritized in younger individuals in order to ensure survival until reproductive maturity. If not breeding, this may then drop off in later life as state declines. As burying beetles are ephemeral breeders, breeding opportunities in later life may be rare. When allowed to breed, beetles may therefore invest heavily in "staying alive" in order to complete what could potentially be their final reproductive opportunity. As parental care is important for the survival and growth of offspring in this genus, staying alive to provide care behaviors will clearly have fitness payoffs. This study shows that all immune traits do not senesce at the same rate. In fact, the patterns observed depend upon the immune traits measured and the breeding status of the individual.

The Pine Wood Nematode: a personal view

The first report of the disease (“pine wilt disease”) associated with the pinewood nematode, goes back to 1905, when Yano reported an unusual decline of pines from Nagasaki. For a long time thereafter, the cause of he disease was sought, but without success. Because of the large number of insect species that were usually seen around and on infected trees, it had always been assumed that the causal agent would prove to be one of these. However, in 1971, Kiyohara and Tokushike found a nematode of the genus Bursaphelenchus in infected trees. The nematode found was multiplied on fungal culture, inoculated into healthy trees and then re-isolated from the resulting wilted trees. The subsequent published reports were impressive: this Bursaphelenchus species could kill fully-grown trees within a few months in the warmer areas of Japan, and could destroy complete forests of susceptible pine species within a few years. Pinus densiflora, P. thunbergii und P. luchuensis were particularly affected. In 1972, Mamiya and Kiyohara described the new species of nematode extracted from the wood of diseased pines; it was a named Bursaphelenchus lignicolus. Since 1975, the species has spread to the north of Japan, with the exception of the most northerly prefectures. In 1977, the loss of wood in the west of the country reached 80%. Probably as a result of unusually high summer temperatures and reduced rainfall in the years 1978 and 1979, the losses were more than 2 million m3 per year. From the beginning, B. lignicolus was always considered by Japanese scientists to be an exotic pest. But where did it come from? That this nematode could also cause damage in the USA became clear in 1979 when B. lignicolus was isolated in great numbers from wood of a 39 year-old pine tree (Pinus nigra) in Missouri which had suddenly died after the colour of its needles changed to a reddish-brown colour (Dropkin und Foudin, 2 1979). In 1981, B. lignicolus was synonymised by Nickle et al. with B. xylophilus which had been found for the first time in the USA as far back as 1929, and reported by Steiner and Buhrer in 1934. It had originally been named Aphelenchoides xylophilus, the wood-inhabiting Aphelenchoides but was recognised by Nickle, in 1970,to belong in the genus Bursaphelenchus. Its common name in the USA was the "pine wood nematode" (PWN. After its detection in Missouri, it became known that B. xylophilus was widespread throughout the USA and Canada. It occurred there on native species of conifers where, as a rule, it did not show the symptoms of pine wilt disease unless susceptible species were stressed eg., by high temperature. This fact was an illuminating piece of evidence that North America could be the homeland of PWN. Dwinell (1993) later reported the presence of B. xylophilus in Mexico. The main vector of the PWN in Japan was shown to be the long-horned beetle Monochamus alternatus, belonging to the family Cerambycidae. This beetle lays its eggs in dead or dying trees where the developing larvae then feed in the cambium layer. It was already known in Japan in the 19th century but in the 1930s, it was said to be present in most areas of Japan, but was generally uncommon. However, with the spread of the pine wilt disease, and the resulting increase of weakened trees that could act as breeding sites for beetles, the populations of Monochamus spp. increased significantly In North America, other Monochamus species transmit PWN, and the main vector is M. carolinensis. In Japan, there are also other, less efficient vectors in the genus Monochamus. Possibly, all Monochamus species that breed in conifers can transmit the PWN. The occasional transmission by less efficient species of Monochamus or by some of the many other beetle genera in the bark or wood is of little significance. In Europe, M. galloprovincialis and M. sutor transmits the closely related species B. mucronatus. Some speculate that these two insect species are “standing by” and waiting for the arrival of B. xylophilus. In 1982, the nematode was detected and China. It was first found in dead pines near the Zhongshan Monument of Nanjing (CHENG et. al. 1983); 265 trees were then killed by pine wilt disease. Despite great efforts at eradication in China, the nematode spread further and pine wilt disease has been 3 reported from parts of the provinces of Jiangsu, Anhui, Guangdong, Shandong, Zhejiang and Hubei (YANG, 2003). In 1986, the spread of the PWN to Taiwan was discovered and in 1989, the nematode was reported to be present in the Republic of Korea where it had first been detected in Pinus thunbergii and P. densiflora. It was though to have been introduced with packing material from Japan. PWN was advancing. In 1984, B. xylophilus was found in wood chips imported into Finland from the USA and Canada, and this was the impetus to establish phytosanitary measures to prevent any possible spread into Europe. Finland prohibited the import of coniferous wood chips from these sources, and the other Nordic countries soon followed suit. EPPO (the European and Mediterranean Plant Protection Organization) made a recommendation to its member countries in 1986 to refuse wood imports from infested countries. With its Directive of 1989 (77/93 EEC), the European Community (later called the European Union or EU) recognised the potential danger of B. xylophilus for European forests and imposed restrictions on imports into the Europe. PWN was placed on the quarantine list of the EU and also of other European countries. Later, in 1991, a dispensation was allowed by the Commission of the EU(92/13 EEC) for coniferous wood from North America provided that certain specified requirements were fulfilled that would prevent introduction.

Bursaphelenchus pinophilus Brzeski & Baujard, 1997 (Nematoda: Parasitaphelenchinae) associated with nematangia on Pityogenes bidentatus (Herbst, 1783) (Coleoptera: Scolytinae), from the Czech Republic

The occurrence of Bursaphelenchus species in the Czech Republic is poorly known, the first report of the genus being made by Kubátová et al. (2000) who reported the association of B. eremus with the hyphomycetous microfungus, Esteya vermicola, and the bark beetle, Scolytus intricatus, collected from Quercus robur, in central Bohemia. To date, four other species have been reported from the country, namely B. fungivorus (Braasch et al., 2002), B. hofmanni (see Braasch, 2001), B. mucronatus (see Braasch, 2001) and B. vallesianus (Gaar et al., 2006). More recently, a survey for Bursaphelenchus species associated with bark- and wood-boring insects in the Czech Republic identified B. pinophilus Brzeski & Baujard, 1997 from the Moravia region. Although this represents a new country record, it was also associated with nematangia on the hind wings of a new insect vector. A total of 404 bark- and wood-boring insects were collected from declining or symptomatic trees and screened for the presence of Bursaphelenchus. Bark and longhorn beetles were captured manually after debarking parts of the trunk displaying symptoms of insect attacks. Longhorn beetle larvae were also collected together with logs cut from the trunk. Logs were kept at room temperature in the laboratory until insect emergence. Each adult insect was individually dissected in water and examined for nematodes. All nematodes resembling dauer juveniles of Bursaphelenchus were collected and identified by molecular characterisation using a region of ribosomal DNA (rDNA) containing the internal transcribed spacer regions ITS1 and ITS2. ITS-RFLP analyses using five restriction enzymes (AluI, HaeIII, HinfI, MspI, RsaI) were performed to generate the species-specific profile according to Burgermeister et al. (2009). Species identification was also confirmed by morphological data after culture of the dauers on Botrytis cinerea Pers. ex Ft., growing in 5% malt extract agar. During this survey, only species belonging to the Curculionidae, subfamily Scolytinae, revealed the presence of nematodes belonging to Bursaphelenchus. Dauers of this genus were found aggregated under the elytra in nematangia formed at the root of the hind wings (Fig. 1). The dauers were identified from 12 individuals of Pityogenes bidentatus (Herbst, 1783) (Coleoptera: Scolytinae) collected under the bark of Pinus sylvestris trunks. Each insect carried ca 10-100 dauers. The ITS-RFLP patterns of the dauers so obtained confirmed the identification of B. pinophilus associated with this insect species. Bursaphelenchus pinophilus has been found mainly in Europe and has been reported from various countries such as Poland (Brzeski & Baujard, 1997), Germany (Braasch, 2001), and Portugal (Penas et al., 2007). The recent detection of this species associated with dead P. koraiensis in Korea (Han et al., 2009) expands its geographical distribution and potential importance. It has been found associated only with Pinus species, but very little is known about the insect vector. The bark beetle, Hylurgus ligniperda, was initially suggested as the insect vector by Pe-nas et al. (2006), although the nematode associated with this insect was later reclassified as B. sexdentati by morphological and molecular analysis (Penas et al., 2007). According to the literature, P. bidentatus has been cited as a vector of Ektaphelenchus sp. (Kakuliya, 1966) in Georgia, and an unidentified nematode species in Spain (Roberston et al., 2008). Interestingly, B. pinophilus was found in the nematangia formed at the root of the hind wings of P. bidentatus. Although this phenomenon is not so common in other Bursaphelenchus species, B. rufipennis has been found recently in such a structure on the hind wings of the insect Dendroctonus rufipennis (Kanzaki et al., 2008). Although other nematode species (e.g., Ektaphelenchus spp.) are frequently found associated within the same nematangia (see Kanzaki et al., 2008), in this particular case, only dauers of B. pinophilus were identified. The association between B. pinophilus and P. bidentatus represents the first report of this biological association and the association with the Scolytinae strengthens the tight and specific links between this group of Bursaphelenchus species and members of the Scolytinae (Ryss et al., 2005).

Morphobiometric and molecular characterization of Bursaphelenchus Fuchs, 1937 (Nematoda: Aphelenchoididae) species associated with Pinus pinaster Ainton in Portugal

Abstract - The genus Bursaphelenchus comprises almost 100 species mainly from the northern hemisphere, with conifers as the most important hosts. Among the various nematode species, the pine wood nematode (PWN), Bursaphelenchus xylophilus, is the casual agent of pine wilt disease (PWD), and the most important forest pest for pines worldwide, classified as an A1 quarantine organism within the European Union. In 1999 this nematode was detected for the first time in Portugal and Europa associated with maritime pine, Pinus pinaster. Following detection, a national program denominated "Programa Nacional de Luta contra o Nemátodo da Madeira do Pinheiro" (PROLUNP) was created to, among other objectives, determine the distribution of the PWN and its associated vector(s) and host(s), and therefore intensive surveys covering the entire country were conducted with thousands of wood samples and suspected insects being analyzed. This thesis presents the listing, distribution, frequency and the insects associated with Bursaphelenchus species found associated with maritime pine in Portugal, identifying and characterizing the various species by morphological, biometrical and molecular biology (ITS-RFLP and rDNA sequencing analysis) techniques. To achieve the objectives, a total of 4813 maritime pine wood samples and 3294 insects from 22 species and six families were individually analyzed. A total of nine Bursaphelenchus species were found, namely: B. antoniae, B. hellenicus, B. leoni, B. mucronatus, B. pinasteri, B. sexdentati, B. teratospicularis, B. tusciae and B. xylophilus, all of them (with the exception of B. xylophilus) being new records for Portugal. Some of the species appear to have a widespread distribution, such as B. leoni, B. teratospicularis and B. tusciae while others were very rarely found and apparently have a localized distribution range within the country, namely B. antoniae and B. mucronatus. The majority of the species is characteristic of the Mediterranean region and can also be found in countries such as Spain, Italy and Greece, reflecting the affinity of our fauna with those locations. The association of B. hellenicus and B. tusciae with maritime pine is here reported for the first time. Six of the Bursaphelenchus species were also found associated with insects, mainly from the family Scolytidae (Coleoptera). Some of these interactions were described for the first time, namely: B. hellenicus with both Ips sexdentatus and Hylurgus ligniperda, B. sexdentati with both H. ligniperda and Orthotomicus erosus and B. tusciae with H. ligniperda. The exclusive association of B. xylophilus with the cerambycid Monochamus galloprovincialis was also confirmed. The nematode's dauer juveniles were usually found in low numbers in the insect vectors (ca 10-100 per insect), although for B. xylophilus a few thousand specimens per insect were sometimes found. The location of the dauer juveniles differed according to the species, although they were more common under the elytra and wings of the adult insects. A species new to science was detected and formally described as B. antoniae, associated with Hylobius sp. (Coleoptera; Curculionidae) beetles. Morphologically, this new species is very similar to B. hylobianum, although it's distinct ITS-RFLP molecular pattern (with only the enzyme Haelll producing comparable restriction bands) and the failure of hybridization supported the two species as distinct entities. Additional phylogenetic analysis of the 18S rDNA sequence further supported the taxonomical proximity of B. antoniae with B. hylobianum. Concerning the PWN, detailed studies on the development and morphology of B. xylophilus were conducted, and comparative measurements of field-collected and laboratory-maintained populations demonstrated that nematodes from the second group displayed larger size in all morphometric parameters, which could derive from more adequate conditions of nourishment and/or temperature. Taxonomical studies on the development stages of B. xylophilus confirmed the existence of four propagative juvenile stages (J1,J2,J3 and J4), an adult stage with both sexes and two dispersal stages (jIII e jIV), with the measurements of the gonad length allowing the separation of the propagative stages. It is hoped that the acquired knowledge will be useful on future surveys of nematodes of the Bursaphelenchus genus collected from either wood material or insect vectors, and facilitate the correct distinction and identification of the various species which are now known to occur. ### Resumo - 0 género Bursaphelenchus compreende quase 100 espécies, distribuídas sobretudo nos países do hemisfério norte do globo terrestre. Embora algumas espécies já tenham sido detectadas em plantas herbáceas, os hospedeiros vegetais mais comuns deste género são as coníferas, particularmente pinheiros. 0 nemátode da madeira do pinheiro (NMP), Bursaphelenchus xylophilus, é considerado a espécie mais importante deste género uma vez que é o agente causal da doença da murchidão dos pinheiros ("pine wilt disease"). Originário dos Estados Unidos, onde não causa grande impacte, o NMP foi introduzido em alguns países da Ásia (China, Japão, Coreia e Taiwan) e mais recentemente na Europa (Portugal). Nestas regiões é responsável pela destruição de milhares de hectares de coníferas, assumindo uma elevada importância económica. Em Portugal, depois da sua detecção em 1999, associado a Pinus pinaster, foi implementado um programa nacional "Programa Nacional de Luta contra o Nemátodo da Madeira do Pinheiro" (PROLUNP) que permitiu determinar a área afectada pela praga (a sul do rio Tejo, península de Setúbal) bem como definir e implementar estratégias de controlo e prevenção da disseminação do NMP a outras zonas de Portugal. Recentemente, em Junho de 2008, foi confirmada a presença de B. xylophilus em outras regiões de Portugal levando as autoridades oficiais a definir todo o território continental como zona afectada e de restrição. As prospecções intensivas realizadas nos últimos anos incluíram a recolha e análise de milhares de amostras de madeira de pinheiro bem como de insectos associados ao pinheiro bravo conduzindo à identificação de várias espécies de Bursaphelenchus. Assim, os estudos conduzidos neste trabalho tiveram como objectivos efectuar uma caracterização morfológica, biométrica e molecular das espécies associadas a P. pinaster em Portugal bem como a sua distribuição geográfica e abundância. Os estudos biométricos foram realizados com populações extraídas directamente do meio natural. Foi ainda realizada uma pesquisa que permitiu identificar os insectos a que estão associadas essas espécies, os seus possíveis vectores. Foram analisadas no total 4813 amostras de P. pinaster e 3294 insectos (22 espécies pertencentes a seis famílias diferentes). Foram identificadas um total de nove espécies: B. antoniae n. sp., B. hellenicus, B. leoni, B. mucronatus, B. pinasteri, B. sexdentati, B. teratospicularis, B. tusciae e B. xylophilus. Foram realizados estudos morfológicos e biométricos de todas as espécies com excepção de B. mucronatus; o reduzido número de exemplares encontrados em apenas uma amostra foram utilizados para efectuar o diagnóstico molecular desta espécie (ITS-RFLP). Apesar de ter havido, sempre que possível, a confirmação molecular, na maioria dos casos a caracterização morfológica e biométrica permitiu a correcta identificação das espécies. Contudo, foi imprescindível a análise molecular em algumas amostras, nomeadamente para a identificação de B. xylophilus e B. sexdentati; dada a grande semelhança entre B. xylophilus e B. mucronatus e tendo sido encontradas algumas populações de B. xylophilus que possuíam fêmeas com cauda mucronada, foi necessária a realização da confirmação molecular. Com excepção de B. xylophilus, todas as outras espécies foram reportadas pela primeira vez em Portugal. Juntamente com B. xylophilus, B. pinasteri foi a espécie encontrada nas amostras de madeira de pinheiro com maior frequência. Algumas destas espécies como B. leoni, B. teratospicularis e B. tusciae foram reportadas em diferentes localidades do norte, centro e sul de Portugal, apresentando uma vasta distribuição geográfica; este resultado está em consonância com a forte associação destas espécies a climas mediterrânicos tal como acontece em Espanha, França, Itália e Grécia. Em oposição, espécies como B. antoniae e B. mucronatus foram encontradas apenas numa ocasião na região centro (Leiria) e norte (Figueira da Foz) do país, respectivamente. Bursaphelenchus mucronatus é igualmente pouco frequente em Espanha onde ocorre sobretudo na região norte, na Galiza. Esta espécie preferirá climas mais frios, ocorrendo com uma maior frequência nas regiões de latitude norte; esta análise é corroborada pela presença constante em países como Alemanha, Finlândia, França, Noruega, Rússia e Suécia. A nível mundial são descritas neste trabalho pela primeira vez as associações das espécies B. hellenicus e B. tusciae ao hospedeiro vegetal P. pinaster.

The PREDICTS database: a global database of how local terrestrial biodiversity responds to human impacts

Biodiversity continues to decline in the face of increasing anthropogenic pressures such as habitat destruction, exploitation, pollution and introduction of alien species. Existing global databases of species’ threat status or population time series are dominated by charismatic species. The collation of datasets with broad taxonomic and biogeographic extents, and that support computation of a range of biodiversity indicators, is necessary to enable better understanding of historical declines and to project – and avert – future declines. We describe and assess a new database of more than 1.6 million samples from 78 countries representing over 28,000 species, collated from existing spatial comparisons of local-scale biodiversity exposed to different intensities and types of anthropogenic pressures, from terrestrial sites around the world. The database contains measurements taken in 208 (of 814) ecoregions, 13 (of 14) biomes, 25 (of 35) biodiversity hotspots and 16 (of 17) megadiverse countries. The database contains more than 1% of the total number of all species described, and more than 1% of the described species within many taxonomic groups – including flowering plants, gymnosperms, birds, mammals, reptiles, amphibians, beetles, lepidopterans and hymenopterans. The dataset, which is still being added to, is therefore already considerably larger and more representative than those used by previous quantitative models of biodiversity trends and responses. The database is being assembled as part of the PREDICTS project (Projecting Responses of Ecological Diversity In Changing Terrestrial Systems – www.predicts.org.uk). We make site-level summary data available alongside this article. The full database will be publicly available in 2015.

Diagnóstico de estruturas de madeira em serviço num palacete do século XIX

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Edificações

Avaliação de estruturas de madeira em serviço: caso de estudo da Ermida da Ascensão de Cristo

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Synthesis of isotope-labelled methoxypyrazine compounds as internal standards and quantitative determination of aroma methoxypyrazines in water and wines by solid-phase extraction with isotope dilution-GC-MS /

An efficient way of synthesizing the deuterium labelled analogues of three methoxypyrazine compounds: 2-d3-methoxy-3-isopropylpyrazine, 2-d3-methoxy-3- isobutylpyrazine, and 2-d3-methoxy-3-secbutylpyrazine, has been developed. To confirm that the deuterium labels had been incorporated into the expected positions in the molecules synthesized, the relevant characterization by NMR, HRMS and GC/MS analysis was conducted. Another part of this work involved quantitative determination of methoxypyrazines in water and wines. Solid-phase extraction (SPE) proved to be a suitable means for the sample separation and concentration prior to GC/MS analysis.Such factors as the presence of ethanol, salt, and acid have been investigated which can influence the recovery by SPE for the pyrazines from the water matrix. Significantly, in this work comparatively simple fractional distillation was attempted to replace the conventional steam distillation for pre-concentrating a sample with a relatively large volume prior to SPE. Finally, a real wine sample spiked with the relevant isotope-labelled methoxypyrazines was quantitatively analyzed, revealing that the wine with 10 beetles per litre contained 138 ppt of 2-methoxy-3-isopropylpyrazine. Interestingly, we have also found that 2-methoxy-3-secbutylpyrazine exhibits an extremely low detection limit in GC/MS analysis compared with the detection limit of the other two methoxypyrazines: 2- methoxy-3-isopropylpyrazine and 2-methoxy-3-isobutylpyrazine.

The impact of the Multicolor Asian Lady Beetle (Harmonia axyridis) on wine quality /

The Impact of the Multicolor Asian Lady Beetle (Harmonia axyridis) on Niagara Wine Quality The possible influence of Harmonia axyridis (the Multicolored Asian Lady Beetle) on the sensory properties of wine was investigated. H. axyridis beetles were added to white and red grape musts at a rate of 0, 1 or 10 per L, and a trained panel evaluated the finished wines using flavor-profiling techniques. Significant modification of both wine aroma and flavor characteristics were observed in the 10 beetlelL treatments, with smaller effects noted at the 1 beetlelL rate. Vinification in the presence of H. axyridis gave higher intensity scores for peanut, bell pepper and asparagus aromas and flavors in the white wines, and peanut, asparagus/bell pepper, and earthy/herbaceous aromas and flavors in the red wines. In addition, sweet, acid and bitter tastes were affected in red wines, and a general trend of decreasing fruit and floral intensities with increasing beetle rate was observed in both white and red wines. 15 ngIL Isopropylmethoxypyrazine was added to control wines and sensory profiles similar to high beetle treatments were obtained, supporting the hypothesis that methoxypyrazines from beetles are implicated in the taint. A trained panel evaluated the treated wines after 10 months of aging using the same sensory methods described above. Sensory profiles were very similar. Fennenting in the presence of Harmonia Axyridis (HA) had little influence on the chemical composition of the ftnished wine. The notable exception IS Isopropylmethoxypyrazine content, which was assessed usmg GC-MS analysis and showed increased concentration with increasing beetle nwnber for both white and red wmes. The influence of potential remedial treatments on the sensory properties of white and red wines tainted by Harmonia axyridis were also investigated. Bentonite, activated charcoal, oak chips, de-odorized oak chips, and UV or light irradiation were applied to tainted wine, and these wines evaluated chemically and sensorially. Both white and red wines treated with oak chips had strong oak characteristics, which masked the Harmonia axyridis-associated aroma and flavour attributes. In red wine, asparagus/bell pepper characteristics were decreased by bentonite and charcoal treatments. Only activated charcoal significantly decreased methoxypyrazine levels and only in white wine.

Methoxypyrazine removal in grape juice: Development of a removal system using odorant and pheromone binding proteins coupled with bentonite fining

Multicoloured Asian Lady Beetles (MALB) and 7-spot Lady Beetles that infect vineyards can secrete alkyl-methoxypyrazines when they are processed with the grapes, resulting in wines containing a taint. The main methoxypyrazine associated with this taint is 3-isopropyl-2-methoxypyrazine (IPMP). The wines are described as having aroma and flavours of peanut butter, peanut shells, asparagus and earthy which collectively, have become known as “ladybug taint”. To date, there are no known fining agents used commercially added to juice or wine that are effective in removing this taint. The goal of this project was to use previously identified proteins with an ability to bind to methoxypyrazines at low pH, and subsequently develop a binding assay to test the ability of these proteins to bind to and remove methoxypyrazines from grape juice. The piglet odorant binding protein (plOBP) and mouse major urinary protein (mMUP) were identified, cloned and expressed in the Pichia pastoris expression system. Protein expression was induced using methanol and the proteins were subsequently purified from the induction media using anion exchange chromatography. The purified proteins were freeze-dried and rehydrated prior to use in the methoxypyrazine removal assay. The expression and purification system resulted in yields of approximately 78% of purified plOBP and 62% of purified mMUP from expression to rehydration. Purified protein values were 87 mg of purified plOPB per litre of induction media and 19 mg of purified mMUP per litre of induction medium. In order to test the ability of the protein to bind to the MPs, an MP removal assay was developed. In the assay, the purified protein is incubated with either IPMP or 3-isobutyl-2-methoxypyrazine (IBMP) for two hours in either buffer or grape juice. Bentonite is then used to capture the protein-MP complex and the bentonite-protein-MP complex is then removed from solution by filtration. Residual MP is measured in solution following the MP removal assay and compared to that in the starting solution by Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS). GC/MS results indicated that the mMUP was capable of removing IBMP and IPMP from 300 ng/L in buffer pH 4.0, buffer pH 3.5 and Riesling Juice pH 3.5 down to the limit of quantification of the instrument, which is 6ng/L and 2ng/L for IBMP and IPMP, respectively. The results for the plOBP showed that although it could remove some IBMP, it was only approximately 50-70 ng/L more than bentonite treatment followed by filtration, resulting in approximately 100 ng/L of the MPs being left in solution. pIOBP was not able to remove IPMP in buffer pH 3.5 using this system above that removed by bentonite alone. As well, the pIOBP was not able to remove any additional MPs from Chardonnay juice pH 3.5 above that already removed by the bentonite and filtration alone. The mouse MUP was shown to be a better candidate protein for removal of MPs from juice using this system.

METHOXYPYRAZINES AND LADYBUG TAINT IN WINES

Methoxypyrazines are aroma active compounds found in many wine varietals. These compounds can be of either grape-derived nature or can be introduced into wines via Coccinellidae beetles. Regardless of their origin, methoxypyrazines can have either a beneficial role for wine quality, contributing to the specificity of certain wine varietals (Cabernet sauvignon, Cabernet franc, Sauvignon blanc) or a detrimental role, particularly at higher concentrations, resulting in overpowering green, unripe and herbaceous notes. When methoxypyrazines of exogenous nature are responsible for these unpleasant characteristics, wines are considered to be affected by what is generally known as Ladybug taint (LBT). This is work is a collection of studies seeking to create a sensitive analytical method for the detection and quantification of methoxypyrazines in wines; to investigate the role of different Coccinellidae species in the tainting of wines with LBT and identify the main compounds in ladybug tainted wines responsible for the typical green herbaceous characteristics; to determine the human detection threshold of 2,5-dimethyl-3-methoxypyrazine in wines as well as investigate its contribution to the aroma of wines; and finally to survey methoxypyrazine concentrations in a large set of wines from around the world. In the first study, an analytical method for the detection and quantitation of methoxypyrazines in wines was created and validated. The method employs multidimensional Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry to detect four different methoxypyrazines (2,5-dimethyl-3-methoxypyrazine, isobutyl methoxypyrazine, secbutyl methoxypyrazine and isopropyl methoxypyrazines) in wine. The low limits of detection for the compounds of interest, improved separation and isolation capabilities, good validation data, as well as the ease of use recommend this method as a good alternative to the existing analytical methods for methoxypyrazine detection in wine. In the second study the capacity of two Coccinellidae species, found in many wine regions – Harmonia axyridis and Coccinella septempunctata - to taint wines is evaluated. Coccinella septempunctata is shown to be as capable as causing LBT in wines as Harmonia axyridis. Dimethyl methoxypyrazine, previously thought to be of exogenous nature only (from Coccinellidae haemolymph), is also detected in control (untainted) wines. The main odor active compounds in LBT wines are investigated through Aroma Extract Dilution Assay. These compounds are identified as isopropyl methoxypyrazine, sec- and iso- butyl methoxypyrazine. In the third study, the human detection threshold for dimethyl methoxypyrazine in wine is established to be 31 ng/L in the orthonasal modality and 70 ng/L retronasally. After wines spiked with various amounts of dimethyl methoxypyrazine are evaluated sensorally, dimethyl methoxypyrazine causes significant detrimental effects to wine aroma at a concentration of 120 ng/L. The final study examines methoxypyrazine (dimethyl methoxypyrazine, isopropyl methoxypyrazine, secbutyl methoxypyrazine and isobutyl methoxypyrazine) concentrations in 187 wines from around the world. Dimethyl methoxypyrazine is detected in the majority of the red wines tested. Data are interpreted through statistical analyses. A new measure for predicting greenness/herbaceousness in wines - methoxypyrazine “total impact factor” is proposed.

Impact des coupes partielles sur l’activité de coléoptères phloeophages et xylophages en forêt boréale

Ce projet de recherche évalue la réponse à court terme de coléoptères phloeophages et xylophages (Cerambycidae et Scolytinae) à différentes intensités de coupes partielles (0, 25 et 40% de la surface terrière prélevée) afin de déterminer la viabilité de cette méthode sylvicole en forêt boréale. Disposant de 12 parcelles expérimentales (4 répétitions pour chaque intensité de coupe) dans une sapinière à bouleau blanc située au sud de la forêt boréale (Québec, Canada), nous avons évalué l’abondance, la diversité ainsi que l’établissement (taux d’attaque) de ces deux groupes d’insectes, et ce dès la première année suivant la coupe. L’échantillonnage a été réalisé à l’aide de pièges à interception multidirectionnelle et de l’écorçage de sections de 3 espèces d’arbres exposées dans l’ensemble des parcelles. Nos résultats montrent une plus grande activité/abondance des deux taxons (abondance 5 à 6 fois plus élevée) ainsi qu’une composition en espèces différente et plus diversifiée dans les peuplements partiellement coupés (25 et 40%). De plus, la présence et la distribution d’espèces colonisant habituellement des hôtes affaiblis (e.g., Trypodendron lineatum, Rhagium inquisitor) – et pouvant donc réduire la valeur économique d’arbres résiduels – a été recensée et semble être favorisée entres autres par l’ouverture de la canopée et des blessures physiques faites aux arbres pendant les opérations sylvicoles. Par ailleurs, l’approche combinant différentes techniques d’échantillonnage a permis une meilleure compréhension des mécanismes de localisation/sélection d’hôte (variant en fonction de l’espèce), un aspect important de la dynamique des insectes pour l’évaluation des risques suite aux coupes forestières. Sur la base de cette étude à court terme, il ne semblerait pas y avoir de différence significative sur les risques pour le milieu quant à l’augmentation d’activité des Cerambycidae et Scolytinae entre les deux traitements de coupe appliqués. Il reste cependant indispensable de vérifier la validité de ces résultats sur une plus longue période afin d’établir des plans d’aménagement forestier durables pour la forêt boréale.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Response of the benthic macroinvertebrate community to a point source in La Tordera stream (Catalonia, NE Spain)

Vam monitoritzar paràmetres físics i químics, macroinvertebrats bentònics, clorofil·la a, productors primaris i matèria orgànica durant un any (2001-2002) per examinar els efectes d'una font puntual sobre la composició taxonòmica, la estructura de la comunitat, l'organització funcional, la utilització de l'habitat i la estoquiometria al riu la Tordera (Catalunya). Aigües avall de la font puntual, concentració de nutrients, cabal i conductivitat eren majors que al tram d'aigües amunt, mentre que oxigen dissolt era menor. La densitat de macroinvertebrats era més elevada al tram d'aigües avall però la biomassa era similar als dos trams. La riquesa taxonòmica al tram de dalt era un 20% més alt que al tram de baix. Els anàlisis d'ordenació separen clarament els dos trams en el primer eix, mentre que els dos trams presentaven una pauta temporal similar en el segon eix. La similaritat entre els dos trams en composició taxonòmica, densitats i biomasses després de les crescudes d'abril i maig de 2002, indiquen que les pertorbacions del cabal poden actuar com a un mecanisme de reinici de la comunitat bentònica i jugar un paper important per a la restauració d'ecosistemes fluvials. Els dos trams presentaven una biomassa de perifiton, plantes vasculars, CPOM i FPOM similars, mentre que clorofil·la a, algues filamentoses, molses i SPOM eren majors al tram d'aigües avall. La densitat relativa de trituradors era menor sota la font puntual mentre que col·lectors i filtradors van ser afavorits. La biomassa relativa de trituradors també era menor sota la font puntual, però la biomassa de col·lectors i depredadors va augmentar. Les relacions entre densitat de grups tròfics i els seus recursos eren rarament significatives. La relació s'explicava millor amb la biomassa de macroinvertebrats. Els dos trams compartien la mateixa relació per raspadors, col·lectors i filtradors però no per trituradors i depredadors. La densitat i la biomassa de macroinvertebrats es trobaven positivament correlacionades amb la quantitat de recursos tròfics i la complexitat d'habitat, mentre que la riquesa taxonòmica es trobava negativament relacionada amb paràmetres hidràulics. La influència dels substrats inorgànics prenia menor rellevància per a la distribució dels macroinvertebrats. Els anàlisis d'ordenació mostren com les variables del microhabitat de major rellevància eren CPOM, clorofil·la a, algues filamentoses i velocitat. La cobertura de sorra només era significativa per al tram d'aigües amunt i les molses, al d'aigües avall. El número de correlacions significatives entre macroinvertebrats i les variables del microhabitat era més elevat per al tram de dalt que per al de baix, bàsicament per diferències en composició taxonòmica. La biomassa de macroinvertebrats va aportar una informació semblant a la obtinguda per la densitat. Perifiton i molses tenien uns continguts de nutrients similars en els dos trams. Els %C i %N d'algues filamentoses també eren similars en els dos trams però el %P sota la font puntual era el doble que al tram de dalt. Les relacions estoquiomètriques en CPOM, FPOM i SPOM eren considerablement menors sota la font puntual. Els continguts elementals i relacions van ser molt variables entre taxons de macroinvertebrats però no van resultar significativament diferents entre els dos trams. Dípters, tricòpters i efemeròpters presentaven una estoquiometria similar, mentre que el C i el N eren inferiors en moluscs i el P en coleòpters. Els depredadors presentaven un contingut en C i N més elevat que la resta de grups tròfics, mentre que el P era major en els filtradors. Els desequilibris elementals entre consumidors i recursos eren menors en el tram d'aigües avall. A la tardor i l'hivern la major font de nutrients va ser la BOM mentre que a la primavera i a l'estiu va ser el perifiton.

Experimental verification of suction sampler capture efficiency in grasslands of differing vegetation height and structure

1. Suction sampling is a popular method for the collection of quantitative data on grassland invertebrate populations, although there have been no detailed studies into the effectiveness of the method. 2. We investigate the effect of effort (duration and number of suction samples) and sward height on the efficiency of suction sampling of grassland beetle, true bug, planthopper and spider Populations. We also compare Suction sampling with an absolute sampling method based on the destructive removal of turfs. 3. Sampling for durations of 16 seconds was sufficient to collect 90% of all individuals and species of grassland beetles, with less time required for the true bugs, spiders and planthoppers. The number of samples required to collect 90% of the species was more variable, although in general 55 sub-samples was sufficient for all groups, except the true bugs. Increasing sward height had a negative effect on the capture efficiency of suction sampling. 4. The assemblage structure of beetles, planthoppers and spiders was independent of the sampling method (suction or absolute) used. 5. Synthesis and applications. In contrast to other sampling methods used in grassland habitats (e.g. sweep netting or pitfall trapping), suction sampling is an effective quantitative tool for the measurement of invertebrate diversity and assemblage structure providing sward height is included as a covariate. The effective sampling of beetles, true bugs, planthoppers and spiders altogether requires a minimum sampling effort of 110 sub-samples of duration of 16 seconds. Such sampling intensities can be adjusted depending on the taxa sampled, and we provide information to minimize sampling problems associated with this versatile technique. Suction sampling should remain an important component in the toolbox of experimental techniques used during both experimental and management sampling regimes within agroecosystems, grasslands or other low-lying vegetation types.