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Feeding biology and diversity of oribatid mites (Oribatida, Acari)

Schneider, Katja :
Feeding biology and diversity of oribatid mites (Oribatida, Acari).
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Feeding biology and diversity of oribatid mites (Oribatida, Acari)
Language: English
Abstract:

The aim of this study was to understand the regulatory mechanism of the high diversity of soil living oribatid mites (Acari, Oribatida) which appear to coexist without extensive niche differentiation. I focussed on trophic niche differentiation, perturbation and resource quantity and quality as three putative mechanisms. Two food choice experiments, one stable isotope analysis and two field experiments were conducted. Dark pigmented fungi (‘Dematiacea’) are generally preferred as diet by soil microarthropods, such as collembolans and oribatid mites. I investigated the feeding preferences of ten oribatid mite species among eight ‘Dematiacea’ in a food choice experiment. The investigated oribatid mite species differentially fed on dark pigmented fungal species. Since overall oribatid mites preferred two ‘Dematiacea’ (Alternaria alternata and Ulocladium sp.), I conclude that niche differentiation in oribatid mites in respect to dark pigmented fungi is limited, but nevertheless may contribute to the high diversity of this microarthropod group. Mycorrhizal fungi reach high densities in forest soils and are a potential food resource for oribatid mites. I investigated the feeding preferences of three oribatid mite species among six ectomycorrhizal and one ericoid mycorrhizal fungal species in a food choice experiment. Feeding preferences significantly differed between the oribatid mite species. However, overall, oribatid mites preferred two mycorrhizal species, Hymenoscyphus ericae and Boletus badius. This also supports the hypothesis that trophic niche differentiation in oribatid mites occurs, but appears not to be sufficient to solve the enigma of the large number of oribatid mite species in soil. Trophic niche differentiation of 36 oribatid mite species/taxa from four forests was investigated using stable isotope analysis (15N). The oribatid mite species investigated formed a gradient from phytophagous species over primary and secondary decomposer to predators and scavengers (four trophic levels/feeding guilds). These surprisingly large differences in 15N values of oribatid mite species strongly indicate that oribatid mites occupy different trophic niches in the field. This finding clearly supports the view that trophic niche differentiation is an important mechanism for the maintenance of the high number of oribatid mite species in forest ecosystems. Intermediate disturbances may contribute to the coexistence of large numbers of plant and animal species. Therefore, I investigated the effect of three perturbation levels (single perturbation, perturbation once every two months and once every two weeks) on oribatid mite diversity and density in a field experiment. I hypothesised that the species number of oribatid mites is highest at the intermediate disturbance level (one perturbation every two month). In contrast to this hypothesis, oribatid mite diversity and density continually decreased with increasing perturbation level. These results suggest that the great majority of oribatid mite species are sensitive to disturbances irrespective of intensity and frequency. Therefore, the intermediate disturbance hypothesis presumably does not apply for oribatid mites. The effect of the temporary enhancement of resources of different nutrients (wood, glucose & nitrogen & phosphorous (CNP), pet food, wheat bran) on oribatid mite diversity and density was investigated in a field experiment in the Solling (Germany). I hypothesised that the number and the density of oribatid mite species increase with the amount and quality of resources. The results of this experiment did not support this hypothesis, since the diversity of oribatid mites generally did not respond to the experimental treatments. The density of oribatid mites was slightly higher in the CNP-treatment compared to the pet food treatment. However, this increase likely resulted from indirect effects due to the decrease in earthworm density in the CNP-treatment. The results indicate that the oribatid mite community is not limited by the amount or quality of resources but rather by the burrowing and mixing activity of earthworms. Overall, the results of the present study suggest that the coexistence of the large number of oribatid mites in soil cannot be explained by the presence of intermediate levels of disturbances or the amount and quality of resources but rather by the presence of trophic niche differentiation. The comparison of the results of the laboratory food choice experiments and the field study using stable isotopes indicate that oribatid mites feed on a wide range of substrates (when offered in the laboratory) but occupy rather distinct trophic niches in the field. To understand the factors that form these niches, further studies on the feeding biology of oribatid mites are necessary. In the future, recently established techniques such as the analysis of phospholipid fatty acids and the analysis of gut contents by molecular tools may contribute to the understanding of niche differentiation in oribatid mites.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Mechanismen zu verstehen, die die Koexistenz einer Vielzahl an Hornmilbenarten (Oribatida, Acari) ermöglichen, die ohne deutliche Nischendifferenzierung im Boden leben. Im Rahmen dieser Arbeit habe ich in zwei Nahrungswahlexperimenten, einer stabilen Isotopenanalyse (15N) und zwei Freilandexperimenten drei Mechanismen untersucht, die die hohe Diversität von Hornmilben erklären könnten: trophische Einnischung, Störung und Nahrungsmenge bzw. -qualität. Bodenmikroarthropoden, wie zum Beispiel Springschwänze und Hornmilben, fressen bevorzugt an dunkel pigmentierten Pilzen (‚Dematiacea’). In einem Nahrungswahlversuch habe ich die Nahrungspräferenzen von zehn Hornmilben für acht ‚Dematiacea’ untersucht. Die untersuchten Hornmilbenarten fraßen zwar signifikant unterschiedlich an den jeweiligen Pilzarten, generell bevorzugten sie jedoch alle die gleichen Pilze (Alternaria alternata und Ulocladium sp.). Hornmilben sind also hinsichtlich der Nahrungsresource ‚Dematiacea’ nur schwach eingenischt. Diese geringe Einnischung kann jedoch zumindest einen Teil der hohen Diversität der Hornmilben erklären. Mykorrhizapilze erreichen im Waldboden hohe Dichten und stellen eine potenzielle Nahrungsresource für Hornmilben dar. Daher habe ich in einem Nahrungswahlexperiment drei Hornmilbenarten sechs Ektomykorrhizapilze und einen ericoiden Mykorrhizapilz als Nahrung angeboten. Die untersuchten Hornmilbenarten unterschieden sich signifikant in ihren Nahrungspräferenzen, allgemein bevorzugten sie jedoch zwei Mykorrhizapilze, Hymenoscyphus ericae und Boletus badius. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass es trophische Einnischung innerhalb der Hornmilben gibt. Diese ist jedoch hinsichtlich der Mykorrhizapilze nicht deutlich genug, um die hohe Anzahl koexistierender Hornmilbenarten zu erklären. Die trophische Nischendifferenzierung von 36 Hornmilbenarten/-taxa aus vier Wäldern wurde mit Hilfe der Analyse der natürlichen Variation des stabilen Stickstoffisotops (15N) untersucht. Die untersuchten Hornmilbenarten ließen sich in vier trophische Gruppen einteilen. Dabei bildeten sie einen Gradienten von Pflanzenfressern über Primär- und Sekundärzersetzer bis hin zu Räubern und Aasfressern. Diese überraschend großen Unterschiede in den 15N-Werten unterstützen die Befunde der trophischen Einnischung von Hornmilben der Laborversuche. Die Ergebnisse dieser Analyse deuten stark darauf hin, dass Nischendifferenzierung hinsichtlich der Nahrung eine wichtige Rolle für die Koexistenz von Hornmilben und damit für die Diversität dieser Tiergruppe spielt. Die ‚intermediate disturbance hypothesis’ besagt, dass die Diversität von Pflanzen und Tieren bei mittlerer Störungsintensität am höchsten ist. Daher habe ich die Auswirkung von drei Störungsintensitäten (einmalige Störung, Störung alle zwei Monate und Störung alle zwei Wochen) auf die Diversität und Dichte von Hornmilben untersucht. Dabei nahm ich an, dass die Artenzahl in den Behandlungen mit mittlerer Störungsintensität (Störung alle zwei Monate) am höchsten ist. Im Gegensatz zu dieser Annahme nahm die Diversität der Hornmilben in allen drei Störungsbehandlungen ab. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass nahezu alle Hornmilbenarten empfindlich gegenüber Störungen sind, und dass die ‚intermediate disturbance hypothesis’ nicht auf Hornmilben anwendbar ist. Allgemein kann man sagen, dass die Diversität von Hornmilben nicht von Störungen profitiert. Der Einfluss der temporären Erhöhung der Verfügbarkeit von Nahrung unterschiedlicher Qualität (Holz, Glukose & Stickstoff & Phosphor (CNP), Tierfutter, Weizenkleie) auf Hornmilben wurde in einem Freilandexperiment im Solling (Deutschland) untersucht. Ich nahm an, dass die Diversität der Hornmilben mit der Nahrungsquantität und –qualität ansteigt. Die Ergebnisse dieses Experimentes konnten diese Hypothese jedoch nicht bestätigen, da die Artenzahl der Hornmilben sich nicht zwischen den Behandlungen mit erhöhter Ressourcenqualität bzw. -quantität und der Kontrolle unterschied. Die Dichte der Hornmilben war jedoch in der CNP-Behandlung im Vergleich zur Tierfutter-Behandlung leicht erhöht. Dies ist jedoch eher ein indirekter Effekt, der aus der Abnahme der Regenwurmdichte in der CNP-Behandlung resultiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Hornmilbengemeinschaften nicht durch die Nahrungsmenge oder –qualität limitiert sind, sondern eher durch die Grab-Aktivitäten von Regenwürmern. Die Menge und Qualität von Ressourcen trägt daher nicht zur hohen Diversität von Hornmilben bei. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit darauf hin, dass die Koexistenz der Vielzahl an Hornmilbenarten im Boden nicht von dem Auftreten von Störungen mittlerer Intensität oder von der Nahrungsmenge abhängt, sondern sich durch die trophische Einnischung der verschiedenen Hornmilbenarten erklären lässt. Ein Vergleich der Ergebnisse der Nahrungswahlexperimente und der stabilen Isotopenanalyse zeigt, dass Hornmilben im Labor an einer Vielzahl von verschiedenen Ressourcen fressen, im Freiland jedoch unterschiedliche Nahrungsnischen besetzen. Um diese Nahrungsnischen besser zu verstehen, sind weitere Untersuchungen der Nahrungsbiologie von Hornmilben nötig. Moderne Techniken, wie z.B. die Analyse von Phospholipidfettsäuren oder die Darmanalyse mit Hilfe molekularer Methoden, können in Zukunft wesentlich zum Verständnis der trophischen Nischendifferenzierung von Hornmilben beitragen.German
Uncontrolled Keywords: diversity, feeding biology, disturbance, fungi, bottom-up controlll, stable isotope analysis, food choice experiments, niche partitioning, feeding guilds
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
diversity, feeding biology, disturbance, fungi, bottom-up controlll, stable isotope analysis, food choice experiments, niche partitioning, feeding guildsEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:51
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000585
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5853
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Scheu, Prof.Dr. Stefan and Bonkowski, Dr.Habil. Michael
Advisors: Scheu, Prof.Dr. Stefan
Refereed: 5 July 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/585
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