Der Verlust der Biodiversität wird sowohl auf einer globalen Skala als auch für die anthropogen geformten Landschaften, die heute fast 50% der terrestrischen Landfläche ausmachen, festgestellt. Auf den landwirtschaftlichen Anbauflächen werden Pestizide, biologisch aktive Chemikalien, ausgebracht um Schädlinge, Krankheiten und Unkräuter zu kontrollieren. Um die Auswirkung der Pestizide auf die Biodiversität zu verstehen ist die Quantifizierung der verbliebenen semi-natürlichen Strukturen wie Feldsäume und Hecken, die Organismen in Agrarlandschaften als Habitat dienen, eine Voraussetzung. Für eine Abschätzung ihrer potentiellen Pestizidexposition ist zudem die Anwesenheit der Organismen in diesen Habitaten und in den Feldkulturen notwendig. Im vorliegenden Text stelle ich Studien für Tiergruppen wie Amphibien, Fledermäuse und Motten vor, die bisher nicht in der Risikobewertung für Pestizide berücksichtigt worden sind. Für alle Gruppen wurde dargelegt, dass sie sowohl in der Agrarlandschaft leben als auch potentiell mit Pestiziden in Kontakt kommen und daher ein Risiko angezeigt ist. Für die Risikobetrachtung sind auch Informationen zur Empfindlichkeit der Organismen notwendig und hier werden neue Daten für Pflanzen, Amphibien und Bienen vorgestellt. Effekte die bis auf die Gemeinschaftsebene wirksam waren, wurden für die Auswirkungen von Herbizid, Insektizid und Dünger in einem natürlichen System betrachtet. Das Ergebnis nach drei Behandlungsjahren waren vereinfachte Pflanzengemeinschaften mit geringerer Artenzahl und einer reduzierten Anzahl von Blütenpflanzen. Die Abnahme an Blüten stellt ein Beispiel eines indirekten Effekts dar und war für die Effekte eines Herbizids auf den scharfen Hahnenfuß besonders auffällig. Subletale Herbizideffekte für Pflanzen hatten einen Einfluss auf daran fressende Raupen was durch eine Verminderung der Nahrungsqualität erklärbar ist. Für Feldsäume realistische Insektizidmengen reduzierten die Bestäubung der weißen Lichtnelke durch Motten um 30%. Diese indirekten Effekte durch Veränderungen im Nahrungsnetz spielen eine kritische Rolle für das Verständnis des Rückgangs von verschiedenen Organismengruppen, allerdings werden sie bisher nicht in die Risikobewertung von Pestiziden mit einbezogen. Der aktuelle intensive Pestizideinsatz in der Landwirtschaft und ihre hohe Toxizität könnten zu einer chemisch fragmentierten Landschaft führen in der Population nicht mehr verbunden sind und damit deren Größe und genetische Struktur beeinflussen. Die Modellierung von möglichen Pestizideffekten als Kosten für die Anwanderung von Amphibien zu Fortpflanzungsgewässern in Weinbergen in Rheinland-Pfalz zeigte die Isolation der untersuchten Populationen an. Eine erste Validierung für den Grasfrosch bestätigte die Modellvorhersagen für einige Populationen. Für den terrestrischen Bereich der Risiko-bewertung ist eine Vielzahl von Richtlinien vorhanden oder wird aktuell entwickelt oder verbessert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeiten zeigen, dass vor allem die reproduktiven Blütenstadien von Pflanzen sehr empfindlich sind und ihr Risiko unterschätz ist. Die Erholung von Arthropodenpopulationen nach Pestizideffekten muss auf Landschafts-ebene neu bemessen werden und eine Risikobewertung für Amphibien für die Zulassung wird vorgeschlagen. Die Etablierung und Anpassung von Risikobewertungssystemen ist allerdings ein zeitaufwändiger Prozess und daher stellt die Entwicklung von Risikomanagementmaßnahmen eine pragmatische Alternative mit unmittelbaren Auswirkungen dar. Künstliche Gewässer der Agrarlandschaft sind wichtige Nahrungsgebiete für Fledermäuse und ihre Anlage würde negative Auswirkungen des Pestizideinsatzes abschwächen. Die Einbindung von direkten und indirekten Effekten für alle Organismengruppen in eine Risikobewertung in der auch der Landschaftsmaßstab und Pestizidmischungen betrachtet werden wird viel Entwicklungszeit benötigen. Die Etablierung von Modellandschaften in der Managementmaßnahmen und integrierter Pflanzenschutz auf größerer Skala angewendet werden, würde es uns jedoch erlauben die Auswirkungen von Pestiziden in einem realistischen Szenario zu untersuchen und Ansätze für die Landwirtschaft der Zukunft zu entwickeln.

Die meisten Tiere haben natürliche Feinde. Neben dem Töten von Beute (Prädation), können Räuber auch die Physiologie, Morphologie und das Verhalten von Beutetieren beeinflussen. Spinnen sind eine ausgesprochen diverse und häufige Räubergruppe in terrestrischen Ökosystemen. Unsere Verhaltensexperimente haben gezeigt, dass nur wenige Insekten- und Spinnenarten das Verhalten in der Anwesenheit von Spinnengeruchstoffen ändern. Besonders Waldgrillen (Nemobius sylvestris) änderten ihr Verhalten aufgrund von Geruchsstoffen mehreren Spinnenarten. Dabei bewirkten Geruchstoffe von relativ größeren und häufigeren Spinnenarten stärkere Verhaltensänderungen. Verhaltensänderungen unter Prädationsrisiko erhöhen die Überlebensrate von Beutetieren, sind aber oft mit Kosten verbunden. Grillen, die vorher schon mit Geruchstoffen der Listspinne (Pisaura mirabilis) konfrontiert wurden, konnten den Spinnen tatsächlich erfolgreicher entkommen. Während des Experiments haben Grillen unter Prädationsrisiko geringfügig mehr gefressen und weniger Gewicht verloren als Kontrollgrillen. Dies deutet darauf hin, dass Grillen durch das Prädationsrisiko verursachte Kosten kurzzeitig kompensieren können. In einem Wahlexperiment bevorzugten Grillen Pflanzen ohne Spinnengeruchsstoffe. Infolgedessen wurde an Pflanzen mit Spinnengeruchsstoffen weniger gefressen. Auch Ameisen sind allgegenwärtige Räuber und können einen starken Einfluss auf Pflanzenfresser (Herbivore) aber auch auf andere Räuber haben. Wenn junge Spinnen mit Ameisengeruchstoffen konfrontiert wurden, stieg ihre Bereitschaft sich über größere Entfernungen auszubreiten. Junge Spinnen nutzen diese passive Ausbreitung über die Luft ("ballooning") um Ameisen zu entkommen und neue Lebensräume zu besiedeln. In einem Freilandexperiment haben wir die Besiedlung von Pflanzen durch Arthropoden in Abhängigkeit von Spinnengeruchsstoffen untersucht. Dabei haben wir den Fraß an den Blättern und die Tiergemeinschaften erfasst. Vergleichbar zum Pflanzenwahlversuch im Labor wurde an Pflanzen mit Spinnengeruchstoffen weniger gefressen. Zusätzlich konnten wir Veränderungen in den Tiergemeinschaften feststellen: Kleine Spinnen und die Schwarze Gartenameise (Lasius niger) haben Pflanzen mit Spinnengeruchstoffen gemieden. Im Gegensatz dazu stieg die Anzahl der Arbeiterinnen der Roten Gartenameise (Myrmica rubra), möglicherweise um ihre Blattläuse gegen die drohende Gefahr zu verteidigen. Obwohl Verhaltensänderungen auf Filterpapieren mit Spinnengeruchstoffen selten waren, haben unsere Experimente unter natürlicheren Bedingungen deutliche und weitreichende Reaktionen auf die mögliche Anwesenheit von Spinnen (Risikoeffekte) gezeigt. Unsere Resultate legen nahe, dass Risikoeffekte von Räuber die räumliche Verteilung von Pflanzenfraß verändern. Die Gesamtherbivorie wurde allerdings nicht reduziert, was erwartet wird wenn Räuber Pflanzenfresser töten. Wie stark sich Prädation und Risikoeffekte relativ auf die Beute auswirken ist entscheidend für den Einfluss von Räuber auf niedrigere Nahrungsebenen.

Weltweit sind ein Drittel bis die Hälfte der Flusskrebsarten von Populationsrückgang oder Aussterben bedroht. Neben einer Verschlechterung der Habitate, Umweltverschmutzung und anderen vom Menschen verursachten Umweltveränderungen stellen eingeschleppte exotische Arten und Krankheitserreger eine große Bedrohung für das Überleben europäischer Flusskrebsarten dar. Flusskrebse sind die größten Wirbellosen in limnischen Systemen und haben einen entsprechend großen Einfluss auf die Struktur der Nahrungsnetze. Das Verschwinden von Flusskrebsen aus einem Gewässer kann Nahrungsnetze verändern und somit dramatische Konsequenzen für ein Ökosystem zur Folge haben. Ein Ziel im modernen Artenschutz ist die Erhaltung der genetischen Vielfalt. Eine hohe genetische Vielfalt ist für das langfristige Überleben einer Art von Vorteil. Das Hauptziel meiner Arbeit war es, die genetische Struktur des gefährdeten Edelkrebses (Astacus astacus) in seinem europäischen Verbreitungsgebiet zu untersuchen und die besonders schützenswerten genetische 'Hotspots' zu identifizieren (Teil 1 der Dissertation). Die größte Bedrohung für die Diversität europäischer Flusskrebsarten stellt der Krebspesterreger Aphanomyces astaci dar. Daher muss die Verbreitung des Krankheitserregers bei Schutzprogrammen beachtet werden. Im zweiten Teil der Dissertation untersuchte ich neue Aspekte der Verbreitung von A. astaci. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für zukünftige Artenschutzprogramme für Flusskrebse. Im ersten Teil dieser Arbeit führte ich eine phylogeographische Analyse der Edelkrebse durch, um genetische 'Hotspots' zu identifizieren und die nacheiszeitliche Wiederbesiedlung Zentraleuropas durch diese Art zu rekonstruieren. Mit mitochondrialer DNA und nuklearen Mikrosatelliten-Markern ermittelte ich eine hohe genetische Vielfalt in Südosteuropa, die darauf hinweist, dass der Edelkrebs die kalten Klimaphasen des Pleistozäns in diesem Gebiet überdauerte (Appendix 1). Wegen der hohen genetischen Vielfalt ist Südosteuropa von besonderer Bedeutung für den Schutz des Edelkrebses. Die mitochondriale DNA-Analyse deutet auf eine gegabelte Kolonisierung vom unteren Donaueinzugsgebiet in a) das Einzugsgebiet der Nordsee und b) das Einzugsgebiet der Ostsee hin (Kapitel 2). Ein zweites, unabhängiges Refugium, welches im westlichen Balkan lokalisiert wurde, hat vermutlich nicht zur Besiedlung Mitteleuropas beigetragen. Außerdem stellte ich fest, dass die natürliche genetische Struktur teilweise überlagert ist, wahrscheinlich aufgrund des hohen menschlichen Einflusses auf die Verbreitung des Edelkrebses (bspw. künstliche Translokation). Im zweite Teil dieser Arbeit konnte ich mittels real-time-PCR ermitteln, dass neben den bekannten drei nordamerikanischen Flusskrebsarten auch Kalikokrebse (Orconectes immunis) Träger des Krebspesterregers sind (Kapitel 3). Des Weiteren habe ich den Krebspesterrreger in der unteren Donau in Rumänien an amerikanischen Kamberkrebsen (Orconectes limosus) und europäischen Galizierkrebsen (Astacus leptodactylus) nachweisen können (Kapitel 4). Die Ausbreitung der infizierten Kamberkrebse bis in die untere Donau stellt eine große Bedrohung für die Artenvielfalt in Südosteuropa dar und zeigt das hohe Invasionspotential der Kamberkrebse. Darüber hinaus stellte ich fest, dass auch einheimische Galizierkrebse im Donaudelta, etwa 970 km hinter der aktuellen Invasionsfront des Kamberkrebses, Träger von A. astaci sind (Kapitel 5). Diese Erkenntnis ist von besonderer Bedeutung, da die einheimischen Arten offenbar nicht an der Infektion leiden. Die Untersuchung koexistierender Populationen europäischer und amerikanischer Flusskrebse ergab, dass die Abwesenheit des Krebspesterregers in diesen Populationen die wahrscheinlichste Erklärung für die erfolgreiche Koexistenz in den untersuchten Gewässern in Mitteleuropa ist (Kapitel 6). Die Ergebnisse meiner Dissertation zeigen neue Aspekte, die von hoher Relevanz für den Schutz und Erhalt einheimischer Flusskrebsarten und deren genetischer Vielfalt sind: 1)Die genetische Diversität des Edelkrebses ist in Südosteuropa am höchsten. Dort überdauerten Edelkrebse die letzte Eiszeit in mindestens zwei unabhängigen Refugien. 2) Nicht alle amerikanischen Flusskrebspopulationen sind Träger der Krebspest und 3) nicht alle europäischen Flusskrebspopulationen sterben innerhalb kurzer Zeit an einer Infizierung mit dem Krebspesterreger. Um einheimische Flusskrebse und deren (genetische) Vielfalt langfristig zu erhalten, dürfen keine weiteren amerikanischen Flusskrebse in der Natur ausgesetzt werden. Das unbefugte Aussetzen wird jedoch erst zurückgehen, wenn der Handel mit exotischen Flusskrebsen verboten wird.

Die genetische Populationsstruktur von Arten wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, z.B. vom Reproduktionsmodus. Ein spezieller Reproduktionsmodus ist die zyklische Parthenogenese, eine Abwechslung von Phasen asexueller und sexueller Reproduktion. Die klonale Diversität von zyklisch parthenogenetischen Zooplanktonorganismen wird durch die Größe der Dauerstadienbank im Sediment beeinflusst, d.h. durch die Anzahl der sexuell produzierten Dauereier die sich im Sediment akkumulieren. Weiterhin verringert klonale Erosion, ausgelöst durch stochastische und selektive Prozesse, die Diversität über die Zeit. Da zyklisch parthenogenetische Zooplanktonorganismen neue Habitate effektiv monopolisieren können, wurden die Auswirkungen von Genfluss als vernachlässigbar angenommen. Unter Monopolisierung wird die schnelle Vergrößerung der Population verstanden, was zu einem Vorteil für die ersten Ankömmlinge führt (priority-Effekt). Durch lokale Anpassung und das Aufbauen einer Dauerstadienbank wird Genfluss effektiv entgegen gewirkt, da später ankommende Genotypen sich nicht in der Population etablieren können. Das Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung der Prozesse, die die populationsgenetische Struktur von zyklisch parthenogenetischen Zooplanktonorganismen beeinflussen, mit besonderem Fokus auf Monopolisierung und Genfluss. Als Organismen wurden Seenarten der Gattung Daphnia eingesetzt, für die zunächst 32 variable Mikrosatellitenmarker entwickelt wurden. Ein ausgewähltes Marker-Set von zwölf Mikrosatellitenmarkern wurde zusätzlich für die Art- und Hybriddetektion getestet. Mit diesem Marker-Set und einem zusätzlichen mitochondrialen DNA-Marker wurden Proben aus 44 europäischen Gewässern untersucht, die die Arten D. cucullata, D. galeata und D. longispina enthielten. Bei D. galeata sind viele Populationen durch eine geringe klonale Diversität charakterisiert, was darauf hindeutet, dass die Dauerstadienbank nur wenig zur klonalen Diversität beiträgt, wodurch die Effekte der klonalen Erosion sehr schnell detektiert werden. Die genetischen Muster zeigen weiterhin auf, dass rezente Expansion stattgefunden hat, die wahrscheinlich durch die anthropogene Veränderung limnischer Ökosysteme hervorgerufen und begünstigt wurde, wobei hier vor allem die Eutrophierung vieler europäischer Seen im Vordergrund steht. Bei D. longispina und D. cucullata wurde eine von D. galeata stark abweichende Populationsstruktur detektiert. Hohe genetische Differenzierung zwischen Populationen spricht für geringen Genfluss was im Einklang mit den Annahmen von Monopolisierung ist. Weiterhin ist die klonale Diversität vieler Populationen sehr hoch und deutet somit einen großen Einfluss der Dauerstadienbank an, weshalb die Effekte der klonalen Erosion nicht oder nur gering detektiert wurden. Bei der Analyse der mitochondrialen DNA von D. longispina wurde ein Anstieg der Populationsgröße nach der letzten Eiszeit ermittelt, da die Entstehung vieler Gletscherseen, die ein ideales Habitat für D. longispina darstellen, zu einer Expansion dieser Art führte. Nicht nur die klonale Diversität der D. longispina-Populationen war hoch, sondern die genetische Diversität im Allgemeinen. Dies zeigt auf, dass während der Entstehung dieser Populationen Genfluss hoch gewesen sein muss. Um die Prozesse, die während der frühen Entwicklungsphase einer Population herrschen, besser beurteilen zu können, wurde eine experimentelle Studie durchgeführt, die den zeitlichen Vorteil von ankommenden Genotypen auf den Etablierungserfolg dieser Genotypen untersucht. Es zeigte sich, dass früh ankommende Genotypen einen Vorteil in der Population haben. Bei ähnlicher Fitness war dieser Vorteil langfristig, aber Genotypen mit einer höheren Fitness dominierten die Population auf lange Sicht, unabhängig vom zeitlichen Vorteil den die einzelnen Genotypen zuvor hatten.rnZusammenfassend, die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass zusätzlich zu den bisher untersuchten Prozessen (lokale Anpassung, klonale Erosion und die Größe der Dauerstadienbank) auch Genfluss die Populationsstruktur zyklisch parthenogenetischer Zooplanktonorganismen effektiv beeinflussen kann. Zum Einen, während der Entstehung von Population können mehrere Genotypen zum Aufbau beitragen. Zum Anderen, bei starken Veränderungen der Umweltfaktoren kann Genfluss stark auf die Populationsstruktur wirken.

Nandi forests (South and North Nandi forests) are situated in the Rift Valley Province of Kenya very close to Kakamega forest. From previous documents it has been seen that Kakamega and Nandi forests were connected to each other forming one big "U" shaped forest block till the beginnings of 1900s. Due to human pressures, currently there are three different forests form the previous one block forest. Although they were one forest, information on Nandi forests is very scanty when it is compared to that of Kakamega forest. The species composition and diversity as well as plant communities and population structure of Nandi forests have not been studied. Information is not available about the similarity status of South and North Nandi forests. Furthermore the natural regeneration potential (seedling bank) of these forests is not well studied and documented. Hence this study aims to fill these gaps. In this study totally 76 quadrates (49 from South Nandi and 27 from North Nandi) were used to collect data. In the South Nandi forests 27 of the quadrates were laid in the better side of the forest (at Kobujoi) and the remaining 22 were in the heavily disturbed part of this forest (Bonjoge). The quadrates were arranged on transects that have one to one and half km which were parallel to the slope. The distance between the quadrates was 100 meter and transects are 500 m apart. The size of the main quadrate was 400 m2 (20 X 20 m) which also had five small plots (3 X 3 m) distributed on the four corners and in the center. Each woody plants (climbers, shrubs and trees) having more than one meter and greater than two centimeter diameter at breast height (dbh) were measured and recorded. Seedlings and herbaceous plants were sampled in the smaller plots. Individual plants were identified at species level and when it was not possible to identify in the field voucher specimen were prepared and latter identified at the East African Herbarium, National Museum of Kenya, and Nairobi. Clustering and ordination were performed using PC-ORD and CANOCO ecological softwares, respectively. For both clustering and ordination abundance data of the species was used. Shannon diversity index and evenness were computed using PC-ORD while similarity indices, Fisher alpha, rarefaction, species richness estimation (nonparametric species richness estimators) were conducted using EstimateS. Indicator species analysis was undertaken using PC-ORD. Basal area and height class distribution at forests level or site level (Bonjoge and Kobujoi) and diameter (dbh) class distribution for selected trees species were performed to evaluate population structure. Furthermore importance value (IV) of woody plant species was calculated. SPSS version 16 was used to undertake both parametric (when data assume normal distribution) and nonparametric (when data are not assuming normal distribution) comparison of means, correlation and regression analysis. In this study totally 321 vascular plant species comprising 92 families and 243 genera were identified in Nandi forests (both South and North Nandi forests). In South Nandi forest 253 plant species form 82 families and 201 genera were recorded while in North Nandi 181 species comprising 67 families and 155 genera were recorded. Jackknife second order estimators gave the highest species richness estimate for both South and North Nandi forests i.e. 284 and 209, respectively. In the case of highly disturbed and less disturbed parts of South Nandi forest 138 and 172 vascular plant species were recorded, respectively. Asteraceae, Rubiaceae and Euphorbiaceae are the top three species rich families of Nandi forests. In terms of different diversity measures (i.e. alpha and beta diversity, Fisher alpha, Shannon diversity and evenness indices) South Nandi is more diverse than North Nandi forest. Sörensen and Jaccard (classic) as well as their respective abundance based similarities showed that there is a low species similarity between South and Nandi forests. The cluster analysis resulted in three different plant communities and this result is supported by the ordination result. South and North Nandi forest has inverted "J" height class distribution showing that larger proportion of woody plant individuals are found in the lower height classes. Similar pattern is observed when the diameters of all woody plants were considered together. However, different diameter class distributions (seven types) were identified when selected tree species were analyzed separately. It has been observed that the basal area of South Nandi forest is significantly lower than that of North Nandi forest (Mann-Whitney U =358, p < 0.001). Similarly Bonjoge has significantly lower basal area (t-value=3.77, p<0.01) than that of Kobujoi. Number of woody plat seedlings in South Nandi forest is significantly higher than that of North Nandi (Mann-Whitney U = 362.5, p<0.001). In the same way Bonjoge has significantly smaller number of ssedlings than Kobujoi (t-value 4.24, p<0.001). Most of species in both forests are able to resprout from stumps after physical damage; hence this helps the regeneration of the forests in addition to seedling banks. This study enables to fill some of the information gaps about Nandi forests especially of floristic composition, population structure, natural regeneration and human impacts on this ecosystem.