4 Material und Umwelt
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Zahlreiche Insektenarten unter den Käfern und Schmetterlingen besitzen die ökologische Potenz, trockene Materialien pflanzlichen und tierischen Ursprungs als Nahrungs- und Brutsubstrat zu nutzen. Daher findet man diese Tiere auch an und in vom Menschen angelegten Nahrungsvorräten wie z. B. Getreidespeicher, an Kleidungs- und an Gebrauchsgegenständen aus Wolle, Pelzen oder Fellen sowie an oder in natürlichen Baumaterialien wie Holz. Aus wirtschaftlicher Sicht werden sie dann als Vorrats- bzw. Materialschädlinge bezeichnet.
Vorrats- und Materialschädlinge haben sehr ähnliche Lebensstrategien. Sie verfügen über eine breite Toleranz gegenüber abiotischen Umweltparametern und sind in der Regel Nahrungsopportunisten. Sie können längere Zeit ohne Nahrungsaufnahme überdauern und haben unter optimalen Bedingungen hohe Reproduktionsraten.
Es stellt sich die Frage, ob die auffälligen Anpassungen von Vorrats- und Materialschädlingen an einen menschennahen Lebensraum das Resultat von Prädispositionen und Selektion hin zu einem Lebensformtyp „Lager- oder Materialschädling“ sind, oder ob die synanthropen künstlichen (Öko)Systeme nur als überdimensionierte natürliche Reservoire fungieren.
Ökologische und ethologische Prädispositionen und Adaptationen sowie Verbreitungs- und Fortpflanzungsstrategien von Schadinsekten werden hier diskutiert, um phylogenetische und evolutionsbiologische Szenarien beim Übergang von ursprünglichen, also natürlichen Lebensräumen auf relativ jungzeitliche, von Menschen geprägte Habitate, zu rekonstruieren. Die angeführten Beispiele werden im kritischen Bezug zu publizierten Informationen über autökologische, faunistische sowie archäologische und historische Indizien über Ursprung und Ausbreitung von ausgewählten Schadinsekten (Hausbockkäfer, Textilmotten, Kornkäfer) begründet.
Methane emission by terrestrial invertebrates is restricted to millipedes, termites, cockroaches, and scarab beetles. The arthropod-associated archaea known to date belong to the orders Methanobacteriales, Methanomassiliicoccales, Methanomicrobiales, and Methanosarcinales, and in a few cases also to nonmethanogenic Nitrososphaerales and Bathyarchaeales. However, all major host groups are severely undersampled, and the taxonomy of existing lineages is not well developed. Full-length 16S rRNA gene sequences and genomes of arthropod-associated archaea are scarce, reference databases lack resolution, and the names of many taxa are either not validly published or under-classified and require revision. Here, we investigated the diversity of archaea in a wide range of methane-emitting arthropods, combining phylogenomic analysis of isolates and metagenome-assembled genomes (MAGs) with amplicon sequencing of full-length 16S rRNA genes. Our results allowed us to describe numerous new species in hitherto undescribed taxa among the orders Methanobacteriales (Methanacia, Methanarmilla, Methanobaculum, Methanobinarius, Methanocatella, Methanoflexus, Methanorudis, and Methanovirga, all gen. nova), Methanomicrobiales (Methanofilum and Methanorbis, both gen. nova), Methanosarcinales (Methanofrustulum and Methanolapillus, both gen. nova), Methanomassiliicoccales (Methanomethylophilaceae fam. nov., Methanarcanum, Methanogranum, Methanomethylophilus, Methanomicula, Methanoplasma, Methanoprimaticola, all gen. nova), and the new family Bathycorpusculaceae (Bathycorpusculum gen. nov.). Reclassification of amplicon libraries from this and previous studies using this new taxonomic framework revealed that arthropods harbor only CO2 and methyl-reducing hydrogenotrophic methanogens.
Numerous genus-level lineages appear to be present exclusively in arthropods,suggesting long evolutionary trajectories with their termite, cockroach, and millipede hosts, and a radiation into various microhabitats and ecological nichesprovided by their digestive tracts (e.g., hindgut compartments, gut wall, or anaerobic protists). The distribution patterns among the different host groups are often complex, indicating a mixed mode of transmission and a parallel evolution of invertebrate and vertebrate-associated lineages.
Woodworms, carpet beetles, clothes moths and termites are well known pests on artifacts of cultural importance. Lately also silverfish have gained importance. Protection of our cultural heritage for future generations is not a new task but the methods have changed. Conventional use of pesticides in the past has preserved precious objects up to the presence, which otherwise probably would have been lost over time due to the destruction by insects and microbes. However, several of the objects were contaminated with poisons in such a manner that they became unsafe to be handled and thus are useless for exhibitions or scientific studies.
Today, the concept of Integrated Museum Pest Management (IMPM) provides guidance for non-residue treatments of infested objects, followed by save storage or display under pest free (or maximum pest reduced) environments. Inert fumigants, physical and biological control measure, precise monitoring, threshold evaluations and detailed knowledge of the pest`s biology are key elements within IMPM.
Woodworms, clothes moths and termites, however, are not always considered as only pests. Some professionals have also used them to produce new pieces of art or for the installation of ephemeral displays. Under more or less controlled conditions, the insects´ destructive nature on wood or textiles has been turned around to a process of creation with aesthetic or philosophical messages.
Destructive or creative - it just depends on the point of view!
Larven und adulte Käfer von Korynetes caeruleus (DE GEER 1775) (Coleoptera: Cleridae) wurden in alten Kirchen gesammelt und im Labor auf Kulturen von Anobium punctatum (DE GEER 1774) (Coleoptera, Ptinidae, früher Anobiidae) aufgezogen. Der Bruterfolg von K. caeruleus war gering, aber es wurden grundlegende Parameter des Entwicklungszyklus dieser Art ermittelt. Bei 21 °C und 75 % relativer Luftfeuchtigkeit und einer viermonatigen Kälteperiode bei 4 °C dauerte die Entwicklung von K. caeruleus vom Ei bis zum erwachsenen Tier 2 Jahre. Das Puppenstadium kann nach eineinhalb Jahren erreicht und abgeschlossen werden.
Die Larven von K. caeruleus ernährten sich von den Larven von A. punctatum. Die Nahrungsaufnahme ist eine Kombination aus Saugen von Hämolymphe und Verzehr von Körperteilen. Die sichelartigen Mandibeln der Larven von K. caeruleus durchdringen die Cuticula der Beutetierlarven, gefolgt von pumpenden und saugenden Körperbewegungen.
Erwachsene Käfer von A. punctatum wurden von K. caeruleus-Larven nicht angegriffen. Das Fressverhalten von erwachsenen K. caeruleus wurde nicht untersucht.
Unsere Alltagssprache bedient sich so manchem Vorbild aus der Welt der Insekten. In Sinnsprüchen, Sprichwörtern, Redewendungen und Zitaten finden Fliegen und Mücken dabei besonders häufig Verwendung und dies meist in Form der Allegorie als wichtiges rhetorisches Gestaltungsmittel. Die eng mit dem Menschen verbundene Lebensweise der Stubenfliege z. B. bietet dafür die geschichtliche und kulturelle Basis.
Redensarten sind ein sprachliches Spiegelbild gelebter Kultur, was den Vergleich mit anderen Sprachen interessant macht. So hat jede Sprache ein charakteristisches Portfolio von ihnen, die sinnverwandt sein, aber auch bei wörtlicher Übersetzung zu Missverständnissen führen können.
Sprachen sind nicht gegeneinander isoliert. Während ihrer Differenzierung gab es immer auch aktiven Austausch von einzelnen Sprachelementen. Diesen Prozess zu rekonstruieren ist Aufgabe der vergleichenden Sprachwissenschaft, die sich dabei auch Methoden der biologisch-phylogenetischen Analyse bedient.
Permanente und nachhaltige Deckung von Grundbedürfnissen der Nahrungs- und Materialversorgung, aber auch das Ausnutzen von Arbeitshilfen, der Gebrauch von Versuchstieren in der Wissenschaft und die Freude an tierischer Begleitung in der Freizeit waren Beweggründe für die Domestikation von Tieren. Haustiere gehen auf eine zu ihrer Art gehörige Stammform einer Wildtierart zurück. Haustier und Wildtier sind somit Angehörige einer biologischen Spezies. Bei der Domestikation von Tieren spielte zwischenartliche Introgression keine Rolle. Die Domestikation von Haustieren durch Separation von kleinen Gruppen von Wildtieren erfolgte nur wenige Male an wenigen Orten (primäre Domestikationszentren). Haustiere bilden artübergreifend auffällig ähnliche morphologische und ethologische Merkmale aus (Domestikationssyndrom). Domestikation bei Wirbeltieren erfolgt primär über Selektion auf zutrauliches und zahmes Verhalten und unterliegt einem sehr komplexen pleiotropen Netzwerk von Regelkreisen. Die Domestikation ist ein koevolutiver Prozess und das Resultat eines bilateralen wechselseitigen Zusammenfindens von Prädispositionen und reziproken Valenzen der jeweiligen Partner von Haustier und Mensch.
Larvae and adults of Korynetes caeruleus (de Geer 1775) (Coleoptera: Cleridae) were collected from old churches and reared in the laboratory on Anobium punctatum (de Geer 1774) (Coleoptera, Ptinidea, formerly Anobiidae). Breeding success of K. caeruleus was low, but basic parameters of this species’ developmental cycle were identified. At 21 °C and 75 % relative humidity and a four-month cold period at 4 °C, the development of K. caeruleus from egg to adult appearance lasted 2 years. The pupal stage may be reached and completed after one and a half years. Feeding on larvae of A. punctatum by larvae of K. caeruleus was observed and consisted of a combination of sucking haemolymph and consuming body parts. The sickle-like mandibles of larvae of K. caeruleus penetrate the cuticle of prey larvae followed by pumping and sucking body movements. Adult beetles of A. punctatum were not attacked by K. caeruleus larvae. Feeding behavior of adult K. caeruleus was not investigated.
Drei grundlegend verschiedene Ansätze für Umweltsimulation werden an Beispielen illustriert:
(i) Ganzheitlicher Ansatz - Nachstellen von Umweltmilieus im Labor
Ziel ist hier das Nachstellen von (kombinierten) Umweltbedingungen im Labor; die Umweltparameter werden mit all ihren Wechselwirkungen aufgebracht.
Hauptnutzen ist eine gegenüber der natürlichen Beanspruchung erhöhte Reproduzierbarkeit der Umweltbedingungen. Hat man sein Laborsetup entwickelt, ist es auf verschiedene Materialien anwendbar.
Unter solchen Laborbedingungen ermittelte Lebensdauern sind dabei nicht auf die typischerweise sehr variablen Real-Umweltbedingungen übertragbar.
(ii) Parametrisierter Ansatz - Ermittlung einzelner Materialempfindlichkeiten
Hierbei werden im Labor die Wirkungen separater Umweltparameter auf Materialien nachgestellt. Für eine solche Separation der Einflussfaktoren ist insbesondere die Aufschlüsselung möglicher Wechselwirkungen der Umwelt-parameter (z.B. Mikroklima an bestrahlten Oberflächen) erforderlich. Einzelne (meist Alterungs-) Empfindlichkeiten können qualitativ nachgewiesen werden oder sogar – als Beanspruchungs-Wirkungs-Funktionen – quantifiziert werden, was einen wesentlichen Schritt in Richtung der Digitalisierung der Material¬prüfung darstellt. Insbesondere ist dann auch eine Lebensdauer-vorhersage für vorgegebene Zeitreihen der Beanspruchungs¬parameter umsetzbar.
(iii) Rückwirkungen auf die Umwelt
Umweltbeanspruchungen können zur Freisetzung von Schadstoffen in die Umwelt führen. Durch die Nachstellung kritischer, aber realitätsnaher Einsatzszenarien kann die Menge an freigesetzten Substanzen abgeschätzt werden.
Egal, welcher Ansatz verfolgt wird – ein Vergleich mit der oder einer Real-beanspruchung ist unerlässlich, ebenso wie die Messdatenaufzeichnung (data logging) aller potenziell relevanten Beanspruchungsparameter während dieser Realbeanspruchung.
Obwohl die naturnahe Umwelt – sowohl in der BAM als auch bei der GUS – gegenüber der technischen Umwelt eher untergeordnet auftritt, werden zur Illustration Beispiele aus der naturnahen Umwelt verwendet.
The tropical environment of Sri Lanka accelerates bio-deterioration of cultural objects. Termites are one of the most damaging insect pests destroying the cellulose components of historical artifacts. Herbal extracts obtained from resin of Vateria copallifera (Retzius) Alston and seeds of Madhuca longifolia (Konig) Macbride have been used for centuries to preserve e.g. palm leaf manuscripts from insect attack. Herbal extractions of these traditional products for palm leaf manuscript were tested for their effect against the termite species Coptotermes formosanus Shiraki, 1909. Natural and artificial aged herbal extractions were tested to obtain a repellent index. Resin oil of V. copallifera caused slightly higher repellencies than M. longifolia. Artificially aged samples produced lower repellencies than naturally aged samples. The results indicate that the active ingredients are volatile. The potential for barrier treatment was tested only with V. copallifera. Tunnelling-behavior of C. formosanus workers through sand in the presence of V. copallifera resin oil was largely reduced.
Die Normenreihe DIN 68800 ist Ende der 2000er Jahre komplett überarbeitet worden. Der Kommentar bietet den interessierten Kreisen der Bauaufsicht, des Holzbaus, der Holzschutzmittelindustrie, der Wissenschaft, den Prüfinstituten, der Sägeindustrie, den Umweltverbänden, den Verbrauchern, den Schädlingsbekämpfern und Architekten wertvolle Hilfen bei der Anwendung und Interpretation der Norm.
Die Bewertung der Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten ist ein zentrales Thema im Holzschutz. Es wird zwischen einer natürlichen und einer herbeigeführten Dauerhaftigkeit unterschieden. Die Norm DIN EN 350 trägt beiden Richtungen Rechnung. Die Anwendung der Norm wird in vielen Fällen aber nicht korrekt durchgeführt. Schwachstellen werden diskutiert.
Wood-destroying pests such as Anobium punctatum and Xestobium rufovillosum cause damage to art and cultural objects as well as to buildings. Monitoring population dynamics of pest species as well as of their naturally occurring counterparts are an essential part in the development of biological control measures as alternatives to conventional wood protection. Therefore, both the dispersal and homogeneity of pest and beneficial insect populations across multiple sites and buildings were investigated in the present study using DNA barcoding. Specifically, beetles of Anobium punctatum (de Geer 1774) (Coleoptera, Ptinidae), Xestobium rufovillosum (de Geer, 1974) (Coloeptera, Ptinidae), and Korynetes caeruleus (de Geer 1775) (Coleoptera, Cleridae) were collected from buildings at four different sites in Mecklenburg-Western Pomerania, North-Eastern Germany. DNA analysis was performed using mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I (COI). For A. punctatum, low base pair variability was found in the gene segment studied (4-5 SNPs) within one building (Greven) and between four spatially separated sites. Conversely, in X. rufovillosum, the sequences from two sites studied were homogeneous within a site but differed between locations by nine base pair positions (SNPs). The main result of this study is that the pests A. punctatum and X. rufovillosum showed a higher variability in the investigated gene segment than the natural counterpart K. caeruleus.
Chemical modification of wood applying benzotriazolyl-activated carboxylic acids has proven to be a versatile method for the durable functionalization of its lignocellulosic biopolymers. Through this process, the material properties of Wood can be influenced and specifically optimized. To check the scope and limitations of this modification method, various benzamide derivatives with electron-withdrawing (EWG) or electron-donating (EDG) functional groups in different positions of the aromatic ring were synthesized and applied for covalent modification of Scots pine (Pinus sylvestris L.) sapwood in this study. The bonded amounts of substances (up to 2.20 mmol) were compared with the reactivity constants of the Hammett equation, revealing a significant correlation between the modification efficiency and the theoretical reactivity constants of the corresponding aromatic substitution pattern. The successful covalent attachment of the respective substituted benzamides was proven by attenuated total reflection infrared (ATR-IR) spectroscopy, while the stability of the newly formed ester bond was proven in a standardized leaching test.
The clothes moth Tineola bisselliella is one of a few insects that can digest keratin, leading to the destruction of clothing, textiles and artwork. The mechanism of keratin digestion is not yet fully understood, partly reflecting the lack of publicly available genomic and transcriptomic data. Here we present a high-quality gut transcriptome of T. bisselliella generated from larvae reared on keratin-rich and keratin-free diets. The overall transcriptome consists of 428,221 contigs that were functionally annotated and screened for candidate enzymes involved in keratin utilization. As a mechanism for keratin digestion, we identified cysteine synthases, cystathionine β-synthases and cystathionine γ-lyases. These enzymes release hydrogen sulfite, which may reduce the disulfide bonds in keratin. The dataset also included 27 differentially expressed contigs with trypsin domains, among which 20 were associated with keratin feeding. Finally, we identified seven collagenases that were upregulated on the keratin-rich diet. In addition to this enzymatic repertoire potentially involved in breaking down keratin, our analysis of poly(A)-enriched and poly(A)-depleted transcripts suggested that T. bisselliella larvae possess an unstable intestinal microbiome that may nevertheless contribute to keratin digestion
Viele Menschen erfreuen sich an Schmetterlingen. Besonders die farbfrohen Tagfalter lösen angenehme Gefühle aus. In der kulturellen Entomologie haben Schmetterlinge daher einen hohen Stellenwert, so auch in der schöngeistigen Literatur. Eine aktuelle stichprobenartige Untersuchung von 54 Büchern der deutschsprachigen Belletristik mit Insektenbezug im Titel oder auf dem Cover zeigte, dass sich zwei Drittel von ihnen des Schmetterlingnarrativs bedienten. Die folgende Analyse setzte das Ergebnis in einen historischen Bezug zur Verwendung von Insektenvorbildern in der Unterhaltungsliteratur und in Autorenbiografien. Die besondere Stellung der Schmetterlinge wird dabei geschichtlich als Relikt einer kulturellen Genese mit mythologisch-religiösen Wurzeln interpretiert. Im antiken Griechenland wurde die Bezeichnung Psyche mit bewusster Doppelbedeutung für Schmetterling und Seele verwendet. Im Hellenismus wurden die Seele und Seelenwesen wie z. B. die Daimons (Genien) oftmals mit Schmetterlingsflügeln dargestellt. Auch in den levantinischen Religionen wurden einzelne Gottheiten und Schutzgeister mit Flügeln nach Schmetterlingsart, jedoch aus Vogelfedern bestehend, abgebildet. Mit der Entstehung und Verbreitung der monotheistischen Lehren gingen viele dieser geflügelten Glaubenswesen dann in die Engelschöre über. Auch wenn die Flügel der Engel letztendlich wahrscheinlich von denen der Vögel abzuleiten sind, bleibt ein starker emotionaler Bezug zu den Schmetterlingen, der weit über den rein ästhetischen ausstrahlt.
Frass (fine powdery refuse or fragile perforated wood produced by the activity of boring insects) of larvae of the European house borer (EHB) and of drywood termites was tested as a natural and novel feedstock for 3D-printing of wood-based materials. Small particles produced by the drywood termite Incisitermes marginipennis and the EHB Hylotrupes bajulus during feeding in construction timber, were used. Frass is a powdery material of particularly consistent quality that is essentially biologically processed wood mixed with debris of wood and faeces. The filigree-like particles flow easily permitting the build-up of woodbased structures in a layer wise fashion using the Binder Jetting printing process. The Quality of powders produced by different insect species was compared along with the processing steps and properties of the printed parts. Drywood termite frass with a Hausner Ratio HR = 1.1 with ρBulk = 0.67 g/cm3 and ρTap = 0.74 g/cm3 was perfectly suited to deposition of uniformly packed layers in 3D printing. We suggest that a variety of naturally available feedstocks could be used in environmentally responsible approaches to scientific material sciences/additive manufacturing.
Wood protection technology in the marine environment has changed over the last decades and will continue to do so. New active ingredients, newer formulations, and novel wood-based materials including physically- and chemically-modified wood, together with increasing concerns over environmental impacts of wood preservatives, urgently demand a major revision of EN 275 “Wood preservatives – Determination of the Protective Effectiveness against Marine Borers”, dated from 1992. This IRG document reports on the technical work in CEN TC 38 regarding the revision of this standard. A Task Group within WG 24 of CEN TC 38 was formed consisting of experts from different field of competence (e.g. wood preservatives industry, wood scientists, marine biologists, archaeologists and cultural heritage conservators). Starting by e-mail correspondence in 2014, and continuing with four physical meetings (Berlin 2x, Florence, Venice) with experts from Germany, Italy, Sweden, and UK were held so far. Significant items for revision in EN 275 were identified as: number of replicates, duration of the test, dimension of specimens, number of test sites, number of reference species, reference material including reference preservative, re-immersion of specimens after non-destructive periodical evaluation for longer periods of time vs higher number of replicates for successive destructive examinations without re-immersion, utilization of X- ray apparatus and specific software to ease evaluation, etc.
Furthermore, the task group is working on a standardized lab test for time-saving evaluation of different wood qualities for their potential to resist attack by limnorids. The suitability of this lab test will be determined by round robin tests as soon as safe face-to-face collaboration permits. The outcome will be published as a CEN TR (Technical Report) document, with a view to eventual adoption within the revised standard.
Social immune behaviors are described in a great variety of insect societies and their role in preventing emerging infectious diseases has become a major topic in insect research. The social immune system consists of multiple layers, ranging from the synthesis of external immune molecules to the coordination of individual behaviors into sophisticated collective defensive tasks. But our understanding of how complex group-level behavioral defenses are orchestrated has remained limited. We sought to address this gap in knowledge by investigating the relationship between the external activity of an important immune effector molecule in termites, Gram negative binding protein 2 (GNBP-2) and collective grooming and cannibalism. We reasoned that as an external enzyme capable of degrading entomopathogenic fungi, GNBP-2 can facilitate the spread of pathogenic molecules in the colony, and thus serve to trigger collective defenses in a manner analogous to pathogen-associated molecular signatures (PAMPs) of the individual immune system. To test whether GNBP-2 could play a role in regulating social immune behavior, we experimentally inhibited its fungicidal activity using the glycomimetic molecule, D-d-gluconolactone (GDL) and recorded collective behavioral responses to an infected nestmate. Contrary to expectations, GNBP-2 inhibition did not influence the rate or intensity of grooming of either control or fungus-infected
nestmates. By contrast, we found that the probability of being harmed through defensive cannibalistic behaviors was significantly reduced by the inhibition of GNBP-2. Our findings indicate that the regulation of collective immune behaviors may depend in part on the external secretion of an enzyme originating from the individual immune system, but that other cues are also necessary.
Microbial communities in the immediate environment of socialized invertebrates can help to suppress pathogens, in part by synthesizing bioactive natural products. Here we characterized the core microbiomes of three termite species (genus Coptotermes) and their nest material to gain more insight into the diversity of termite-associated bacteria.
Sampling a healthy termite colony over time implicated a consolidated and highly stable microbiome, pointing toward the fact that beneficial bacterial phyla play a major role in termite fitness. In contrast, there was a significant shift in the composition of the core microbiome in one nest during a fungal infection, affecting the abundance of wellcharacterized Streptomyces species (phylum Actinobacteria) as well as less-studied bacterial phyla such as Acidobacteria. High-throughput cultivation in microplates was implemented to isolate and identify these less-studied bacterial phylogenetic group.
Amplicon sequencing confirmed that our method maintained the bacterial diversity of the environmental samples, enabling the isolation of novel Acidobacteriaceae and expanding the list of cultivated species to include two strains that may define new species within the genera Terracidiphilus and Acidobacterium.