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In Germany, basic data on the biology, ecology and distribution of rare mosquito species are insufficiently recorded leading to knowledge gaps, for example regarding their vector potential. The introduction of new mosquito species and of the pathogens they transmit has increased the risk of diseases previously uncommon in Germany. These circumstances have led to increased efforts within the past 10 years to better understand the spatio-temporal occurrence and underlying habitat binding of mosquito species and to predict their future distribution, particularly with regard to the changing climatic conditions and changing landscape. A reliable morphological and genetic identification was lacking for several native mosquito species, which forms the basis for any robust monitoring within mosquito surveillance programs or insect conservation projects.
The aim of this thesis was to gain detailed knowledge on the current spatial and temporal occurrence, the habitat binding, and morphological and genetic features with regard to species identification for the non-native species Aedes albopictus (Skuse, 1895), the native species of the Aedes Annulipes Group, and the native and rare species Aedes refiki Medschid, 1928, Culex martinii Medschid, 1930 and Culiseta ochroptera (Peus, 1935).
The thesis compares the suitability of the local climate for the persistence of the species Aedes albopictus sporadically observed in Jena (Thuringia) from 2015 to 2018 with two populations in southern Germany. The focus was on the analysis of extreme winter temperatures and the duration below selected temperature thresholds. In addition to critical temperature conditions, aquatic habitat conditions were of importance. The results of this study suggest that the population could become established in the long term.
Through the monitoring conducted for this thesis, the very rare mosquito species Aedes refiki, Culex martinii in Thuringia and Culiseta ochroptera were rediscovered at several sites in northern and eastern Germany. It was possible to add new information on habitat binding, distribution and abundance for the considered mosquito species. The survival of these rare native mosquito species depends on the preservation of a few remaining habitats. In addition, it can be assumed that these species will become even rarer with future climate change in Germany and, therefore, should be considered endangered. In contrast, other mosquito species could benefit from an increase in average temperatures or precipitation in individual cases.
Due to the contribution to species identification, difficulties in the morphological and genetic identification of selected mosquito species native to Germany could be dispelled. Three forms each were assigned to the known morphological variants of Aedes refiki and Culiseta ochroptera and their peculiarities were described, as well as a new character for species identification was highlighted in the case of Culiseta ochroptera. Generated CO1 mtDNA sequences provide the first DNA-barcodes of Aedes refiki and Culex martinii for Germany.
In five native mosquito species of the Aedes Annulipes Group, twenty types of aberrant tarsal claws were illustrated and described in their morphology. Morphological peculiarities and an asymmetrical occurrence of the aberrant claw types were observed and possible causes for their development were discussed. Together with the development of a basic blueprint of mosquito tarsal claws, the results opened another field of research for the taxonomy, developmental biology and aquatic ecology of arthropods.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verbreitung und Populationsgenetik der invasiven asiatischen Buschmücke Ae. j. japonicus, die sich seit 2008 durch Menschen-vermittelten Transport in Deutschland ausbreitet. Aedes j. japonicus ist unter Laborbedingungen Vektor für verschiedene Viren, unter anderem für das Dengue-Virus und das Chikungunya-Virus, und wurde im Feld mit dem Japanische Enzephalitis-Virus, dem West Nil-Virus und dem La Crosse-Virus infiziert gefunden. 2012 wurde aufgrund mehrerer unabhängiger Mücken-Einsendungen im Rahmen des Citizen-Science-Projekts “Mückenatlas” eine Population der Asiatischen Buschmücke in Westdeutschland entdeckt. Das Verbreitungsgebiet dieser Population befand sich weit nördlich der bisher angenommenen nördlichen Verbreitungsgrenze der Art in Süddeutschland. Das Ausmaß der Population wurde nach einem zeitlich begrenzten Monitoring auf eine Fläche von ca. 2000 km2 bestimmt. Aus dieser Population wurden Individuen von fünf Orten populationsgenetischen Analysen unterzogen, um verwandtschaftliche Beziehungen innerhalb der Population und im Vergleich zu anderen europäischen Populationen aufzudecken. Hierzu wurden sieben Mikrosatelliten-Loci untersucht. Zusätzlich wurde ein Teil der mitochondrialen nad4-Genregion der Individuen auf Nukleotid-Polymorphismen untersucht. Die Ergebnisse wurden mit bereits zuvor erhobenen Daten von Populationen aus der Schweiz, aus Österreich/Slowenien und Belgien verglichen. Die Mikrosatellitensignatur der westdeutschen Population unterschied sich deutlich von der der anderen europäischen Populationen. Weiterhin wurden verschiedene nad4-Haplotypen gefunden, die zuvor nirgendwo sonst in Europa aufgetreten waren. Demnach ist zu vermuten, dass diese Population auf eine unabhängige Einschleppung von Individuen aus Übersee zurückgeht. Der genaue Ursprung – USA oder Ostasien – konnte nicht bestimmt werden. 2013 wurden zwei weitere Ae. j. japonicus-Populationen in Europa entdeckt: eine in Norddeutschland und eine weitere in den Niederlanden. Die genetischen Signaturen von Individuen dieser Populationen wurden wie beschrieben analysiert. Zusätzlich wurde das genetische Material einer größeren Menge von Individuen aus Slowenien sowie von Individuen aus Kroatien und Süddeutschland untersucht. Die Ergebnisse wurden mit denen aus der vorigen Studie verglichen und zeigten aufgrund einer ähnlichen Mikrosatellitensignatur und gleicher nad4-Haplotypen klar, dass die norddeutsche Population eine Subpopulation der westdeutschen ist. Die geringe Populationsdichte und die vergleichsweise kleine Ausdehnung der norddeutschen Population deuten außerdem darauf hin, dass die Abspaltung nicht lange zurückliegt. Die niederländische Population scheint hingegen auf einer weiteren Einschleppung von Individuen aus Übersee zu basieren. Im Spätsommer 2015 wurde die bisher letzte deutsche Ae. j. japonicus-Population in Oberbayern und dem angrenzenden Österreich entdeckt. Populationsgenetischen Analysen zufolge ist diese Population eng mit der früher beschriebenen österreichisch-slowenischen Population verwandt und unterscheidet sich von allen anderen deutschen Populationen, was darauf schließen lässt, dass es sich bei ihr um eine Abspaltung von der österreichisch-slowenischen Population handelt. Die Ver- und Ausbreitung von Ae. j. japonicus in West- und Norddeutschland wurde vom Zeitpunkt der Entdeckung in 2012/2013 bis 2015 beobachtet. In dieser Periode erweiterte die westdeutsche Population ihr Verbreitungsgebiet beträchtlich, während die norddeutsche überhaupt nicht zu expandieren schien. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die norddeutsche Population jünger als die westdeutsche ist, das Verschleppungsereignis noch nicht so weit zurückliegt und die Population sich noch in der Gründerphase befindet. Die passive weltweite Verschleppung von Stechmücken wird in der Zukunft vermutlich zunehmen, und die Etablierung und Ausbreitung invasiver Spezies, inklusive der Asiatischen Buschmücke und anderer potenzieller Überträger von Krankheitserregern, werden Europa und Deutschland weiterhin vor herausfordernde Probleme stellen. Das Monitoring der Ausbreitung von Populationen und die Durchführung populationsgenetischer Analysen zur Ermittlung von geographischen Ursprüngen sowie von Wanderungs- und Transportrouten werden helfen, weitere Einschleppungs- und Ausbreitungsereignisse nachzuvollziehen und zu unterbinden und sind daher essenzielle Instrumente des Managements von Mückenvektoren.