Ecology and behavior of first instar larval Lepidoptera

Neonate Lepidoptera are confronted with the daunting task of establishing themselves on a food plant. The factors relevant to this process need to be considered at spatial and temporal scales relevant to the larva and not the investigator. Neonates have to cope with an array of plant surface characters as well as internal characters once the integument is ruptured. These characters, as well as microclimatic conditions, vary within and between plant modules and interact with larval feeding requirements, strongly affecting movement behavior, which may be extensive even for such small organisms. In addition to these factors, there is an array of predators, pathogens, and parasitoids with which first instars must contend. Not surprisingly, mortality in neonates is high but can vary widely. Experimental and manipulative studies, as well as detailed observations of the animal, are vital if the subtle interaction of factors responsible for this high and variable mortality are to be understood. These studies are essential for an understanding of theories linking female oviposition behavior with larval survival, plant defense theory, and population dynamics, as well as modern crop resistance breeding programs.

It's the first bites that count: Survival of first-instar monarchs on milkweeds

Mortality of first instars is generally very high, but variable, and is caused by many factors, including physical and chemical plant characters, weather and natural enemies. Here, a summary of detailed field-based studies of the early-stage survival of a specialist lepidopteran herbivore is presented. First-instar larvae of the monarch butterfly, Danaus plexippus, a milkweed specialist, generally grew faster and survived better on leaves when latex flow was reduced by partial severance of the leaf petiole. The outcome depended on milkweed species, and was related to the amount of latex produced, as well as other plant characters, such as leaf hairs, microclimate and concentration of secondary metabolites. Even for a so-called 'milkweed specialist', larval performance and survival appears to be related to the concentration of cardenolides produced by the plants (a potential chemical defence against herbivory). This case study of monarchs and milkweeds highlights the need for field-based experiments to assess the effect of plant characters on the usually poor survival of early instar phytophagous insects. Few similar studies concerning the performance and survival of first-instar, eucalypt-specific herbivores have been conducted, but this type of study is considered essential based on the findings obtained using D. plexippus.

Foraging and vein-cutting behaviour of Euploea core corinna (W.S. Macleay) (Lepidoptera : Nymphalidae) caterpillars feeding on latex-bearing leaves

Caterpillars of Euploea core corinna (W. S. Macleay) sever leaf veins prior to feeding on their latex-bearing host plants, which restricts the flow of latex at feeding sites. The severing of leaf veins by insects feeding on latex-bearing plants is commonly referred to as 'sabotaging' and is thought to be an evolved response by the insect to counter the negative effects of feeding on latex-rich leaves. Sabotaging behaviour is described for all instars of E. core corinna, with particular attention given to neonates. Vein cutting by neonate E. core corinna caterpillars can occur within 2 h of hatching, with most caterpillars establishing feeding sites within 10 h. Commonly, first instars cut an are-shaped row of leaf side-veins parallel to the leaf margin, but they may also cut the leaf mid-rib in a fashion similar to older instar larvae. From a sample of 50 E. core corinna larvae, representing all instars, we found that the diameters of the veins cut by caterpillars are closely correlated to larval head width (r=0.90). Through manipulative experiments, we demonstrate for the first time that sabotaging behaviour in neonate caterpillars imposes no detectable short-term physiological costs on those caterpillars.

Persistence and expression of Cotesia congregata polydnavirus in host larvae of the tobacco hornworm, Manduca sexta

The gregarious braconid wasp Cotesia congregata parasitizes host larvae of Manduca sexta, and several other sphingid species. Parasitism induces host immunosuppression due to the disruptive action of the wasp's polydnavirus (PDV) on host blood cells. During the initial stages of parasitism, these cells undergo apoptosis followed by cell clumping, which clears the hemolymph of a large number of cells. In this study, the persistence and expression of Cotesia congregata PDV (CcPDV) were examined using Southern and Nor-them blots, respectively. Digoxygenin-labelled total polydnaviral DNA was used to probe genomic DNA isolated from fat body and brains of hosts with emerged wasps taken 6 days following egress of the parasitoids, and significant cross-hybridization between the host fat body genomic DNA with viral DNA was seen. Thus, the virus persists in the host for the duration of parasitism. even during the post-emergence period, and may even be integrated in the host caterpillar DNA. Viral gene expression was examined using Northern blots and probes to the Cotesia rubecula CrV1 homolog, and the CrV1-like mRNAs were expressed as early as 4 h post-parasitization for at least 72 h and faint hybrization is even seen at the time the wasps eclose. In contrast, in Pieris rapae larvae the CrV1 transcript is expressed only for a brief time, during which time hemocyte function is disrupted. The effect is transitory, and hemocytes regain their normal functions after the parasites emerge as first instars. The genome of CcPDV contains one copy of the CrV1-like homolog as shown on Southern blots of viral genomic DNA. In conjunction with our earlier studies of the PDV-encoded early protein 1, the current work suggests multiple viral transcripts are produced following parasitization of the host. and likely target host hemocytes to induce their apoptosis, thereby preventing encapsulation of the parasitoid's eggs. Whether viral DNAs are integrated in the host's genomic DNA remains to be proven, but our results provide preliminary evidence that viral DNAs are detected in the host's fat body cells examined at the time of wasp ernergence and several days later. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Evaluation of synergistic interactions between the Colorado potato beetle (Coleoptera : Chrysomelidae) pathogen Beauveria bassiana and the insecticides, imidacloprid, and cyromazine

Laboratory studies investigated the interaction between the fungal entomopathogen Beauveria bassiana (Balsamo) Vuillemin and sublethal doses of the insecticides imidacloprid and cyromazine when applied to larvae of the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlinenta (Say). When second instars were fed potato leaf discs treated with sublethal doses of imidacloprid and a range of doses of B. bassiana, a synergistic action was demonstrated. Similar results were observed when larvae were sprayed directly with B. bassiana conidia and immediately fed leaf discs treated with imidacloprid. No synergistic interaction was detected when larvae were fed leaf discs treated with sublethal doses of imidacloprid 24 h after application of R. bassiana conidia to larvae. However, a synergistic interaction was detected when larvae were fed leaf discs treated with imidacloprid and sprayed with B, bassiana conidia 24 h later. Although sublethal doses of both imidacloprid and the triazine insect growth regulator (IGR) cyromazine prolonged the duration of the second instar, only imidacloprid interacted with B. bassiana to produce a synergistic response in larval mortality. In leaf consumption studies, the highest dose of B, bassiana tested promoted feeding in inoculated second instars. Feeding was inhibited when larvae were fed foliage treated with sublethal doses of imidacloprid and significantly reduced when fed foliage treated with a sublethal dose of cyromazine. Starvation of larvae for 24 h immediately after B. bassiana treatment produced a similar result to the combined treatment of B. bassiana and imidacloprid and increased the level of mycosis when compared with B. bassiana controls. Imidacloprid treatment affected neither the rate of germination of B. bassiana conidia on the insect cuticle nor the rate at which conidia were removed from the integument after application. The statistical analysis used to detect synergism and the possible role of starvation-induced stress factors underlying the observed synergistic interactions are discussed.

Studies on Trypanosoma rangeli Tejera, 1920: IX. Course of infection in different stages of Rhodnius prolixus

Frequent individual observations od different stages of Rhodnius prolixus exposed to Trypanosoma rangeli, revealed a higher susceptibility to infection in the bugs exposed during the two first instars. The mortality rate in infected bugs was significantly higher than in controls, indicating that the parasite was responsible for the majority of deaths. An analysis of the mortality distribution, per instar, is presented. Statistical analysis of deaths among the different infected instars, showed that T. rangeli produces its pathological effect in any stage of R. prolixus independently of its susceptibility to the parasite. The survival to adult decreased in all the infected instar bugs. A significant longer time to reach the adult stage was observed in the infected bugs when compared with controls, excepting for specimens exposed in the third instar. The epidemiological significance of the present results is discussed.

Role of enhanced detoxication in a deltamethrin-resistant population of Triatoma infestans (Hemiptera, Reduviidae) from Argentina

Deltamethrin and other pyrethroids have been extensively used in Argentina since 1980, for the chemical control of Triatoma infestans Klug (Hemiptera: Reduviidae). Recently, resistance to deltamethrin was detected in field populations by the survival of bugs exposed by topical application to the diagnostic dose estimated on the CIPEIN susceptible strain. Results of the current study showed low resistant ratios (RRs) to deltamethrin for the resistant populations (RR ranged from 2.0 for San Luis colony to 7.9 for Salta colony). Biochemical studies were made on the most resistant colony (Salta) and the susceptible strain (CIPEIN), in order to establish the importance of degradative mechanisms as a cause of the detected resistance. Esterase activity was measured on 3 days old first instars through phenylthioacetate and a-naphtyl acetate activities. The results showed a significant difference in no cholinesterase esterase activity from susceptible (7.6 ± 0,7 µM S./i.min.) and Salta resistant colony (9.5 ± 0.8 µM S./i.min.). Cytochrome P450 mono-oxygenase (P450) activity was measured on individual insects through ethoxycoumarine deethylase (ECOD) activity using a fluorescence micro plate reader. The dependence of ECOD activity on age and body region of the nymphs, and pH and time of incubation were studied in order to optimize the measurement. As a result, comparative studies were performed on abdomens of 2 days old first instars at pH 7.2 and 4 h incubation time. ECOD activity of first nymphs was significantly lower in the susceptible colony (61.3 ± 9.08 pg ECOD/ insect) than in the resistant one (108.1± 5.7 pg ECOD/ insect). These results suggest that degradative esterases (no-cholinesterase) and mono-oxygenases cytochrome P450, play an important role in the resistance to deltamethrin in Salta colony from Argentina.

Toxicity of non-pyrethroid insecticides against Triatoma infestans (Hemiptera: Reduviidae)

Triatoma infestans (Klug) is the main vector of Chagas disease, which is a public health concern in most Latin American countries. The prevention of Chagas disease is based on the chemical control of the vector using pyrethroid insecticides. In the last decade, different levels of deltamethrin resistance have been detected in certain areas of Argentina and Bolivia. Because of this, alternative non-pyrethroid insecticides from different chemical groups were evaluated against two T. infestans populations, NFS and El Malá, with the objective of finding new insecticides to control resistant insect populations. Toxicity to different insecticides was evaluated in a deltamethrin-susceptible and a deltamethrin-resistant population. Topical application of the insecticides fenitrothion and imidacloprid to first nymphs had lethal effects on both populations, producing 50% lethal dose (LD50) values that ranged from 5.2-28 ng/insect. However, amitraz, flubendiamide, ivermectin, indoxacarb and spinosad showed no insecticidal activity in first instars at the applied doses (LD50 > 200 ng/insect). Fenitrothion and imidacloprid were effective against both deltamethrin-susceptible and deltamethrin-resistant populations of T. infestans. Therefore, they may be considered alternative non-pyrethroid insecticides for the control of Chagas disease.

How feeding on young and old leaves affects the performance of Ascia monuste orseis (Godart) (Lepidoptera, Pieridae)

In the field, immature individuals of Ascia monuste orseis (Godart), the kale caterpillars, migrate in great proportion to other regions of the host in order to complete their development; there, they find leaves of different ages and are exposed to the nutritional variation of these leaves. The objective of this study was to find out how the change to leaves of different ages affects the A. monuste orseis performance. The experiments were carried out providing one kind of leaf during the three first instars, and afterwards providing leaves of different ages during the fourth and fifth instars, since it is in these two instars that the changing movement prevails in that species. The parameters to measure performance were time of development (both to complete the three first instars and the fourth and fifth instars), ingestion of food, incorporated biomass, digestive indices that evaluated efficiency in food utilization, relative growth and intake rates, percentage of emergence, weight and size of the adults. In general, the caterpillars which were first fed on new leaves presented a better performance, but this study concluded that the A. monuste orseis caterpillars have shown skills to compensate food with lower nutritional value or less abundant in nature.

The effect of sub-lethal doses of Azadirachta indica (Meliaceae) oil on the midgut of Spodoptera frugiperda (Lepidoptera, Noctuidae)

The fall armyworm, Spodoptera frugiperda, is one of the major field pests for maize production. It is mainly controlled by means of synthetic, and more recently by resistant cultivar of maize expressing Bt toxins. The neem tree, Azadirachta indica, is a plant that can potentially control insects with the advantage of being food and environmental safe. The aim of this study was to assess the effect of neem oil on the development and survival of S. frugiperda caterpillars by assessing histological alterations caused on their midgut. Newly hatched caterpillars were submitted to three neem oil concentrations: 0.006; 0.05; 0.4%, which were added to their artificial diet. Ten 3rd instar caterpillars, taken from each treatment, were submitted to histological analysis. The alimentary canals from the specimens were fixed in Baker for 12 hours, desiccated and diaphanized in alcohol/xylol (1:1) and xylol. After placing the samples in paraffin, they were sliced in 8 µm sections and stained with hematoxylin-eosin stain. The neem oil added to the diet of S. frugiperda caused total mortality at dose of 0.4% whilst still in the first instars, prolonged the larval and pupal stages, and reduced the pupal weight. Histo-physiological alterations such as degeneration of the epithelial lining of the midgut and in the peritrophic matrix were found at all concentrations of neem oil.

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.

Respiratory metabolism of Camponotus rufipes ants: Brood and adults

The respiratory metabolism of immature forms (eggs, larvae, prepupae and pupae) of Camponotus rufipes (Hymenoptera: Formicidae) was studied at 25 degrees C, using a Warburg respirometer. Mean respiratory rates (mu l O gamma mg(-1) live weight.hr(-1)) for eggs, first instars, second instars, third instars, fourth instars, prepupae, and pupae were respectively: 2.53, 5.07, 1.23, 0.32, 0.22, 0.19 and 0.13. Adult workers with body mass between 20 and 30 mg had a mean respiratory rate of 0.43. The high respiratory rate in first instars probably reflects, besides the size influence, the metabolic costs of differentiation that occurs in this phase. (C) 1998 Published by Elsevier B.V.

Morphometry and morphology of the antennae of Panstrongylus megistus Burmeister, Rhodnius neglectus Lent, Rhodnius prolixus Stal and Triatoma vitticeps Stal (Hemiptera: Reduviidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo biológico e morfométrico dos estádios ninfais de Rhodnius neglectus Lent, 1954 (Hemiptera, Reduviidae)

The following parameters of the biological cycle of the Rhodnius neglectus were determined under a temperature of 28°C and relative humidity of the air varying between 52-94%: a) average period of incubation: 13.67 days; b) rate of the eggs eclosion: 86.18%; c) average period of growth of the 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th instar nymphs: 18.91, 15.19, 21.38, 21.34, 30.43 days, respectively; d) percentage of death in the instar nymphs: 13.82, 18.26, 9.95, 8.78, 15.06% respectively; e) percentage of changes per instar nymphs: 86.18, 81.74, 90.05, 91.22, 84.94% respectively. The morphometric study with the stereoscopic microscope and Leica image analyses system, using the Qwin software, of the five instar nymphs showed that in the five instar nymphs a gradual growth of the head, thorax and abdomen occurs. In all the instars the abdomen is the largest segment. In the four first instars the head is larger than the thorax. In the fifth instar the head and the thorax present equivalent sizes.

Estudo biológico e biométrico dos estádios ninfais de Rhodnius prolixus Stäl, 1859 (Hemiptera, Reduviidae) sob condições laboratoriais

Eggs and nymphs originated from couples of Rhodnius prolixus obtained from nymphs of the 5th instar were used for biological cycle and biometric studies. The following biological cycle parameters were determined under a temperature of 28°C and relative humidity, varying between 52 - 94% : medium period of incubation: 13.01 days; rate of eggs eclosion: 77.6%; medium period of development of the 1st, 2nd, 3rd, 4 th, 5th instar nymphs : 19.33, 19.09, 20.38, 24.37, 38.14 days, respectively; percentual of deaths in the nymph instar: 26.70, 14.00, 18.26, 17.02, 35.47% respectively; percentual of changes per instar nymphs; 73.30, 86.03, 81.73, 82.97, 64.52%, respectively. Biometric measurements performed, showed that in all the instars the abdomen is the largest segment. In the four first instars, the head is larger than the thorax. In the fifth instar, the head and thorax present are about the same size.