Brennholt, Nicole:

Geologische Störungszonen als Kriterium der Standortwahl Hügel bauender Waldameisen unter Berücksichtigung spezieller mikrobieller Gemeinschaften

Duisburg, Essen (2008), XVII, 239 S.
Dissertation / Fach: Biologie
Fakultät für Biologie » Geologie
Schreiber, Ulrich C. (Doktorvater, Betreuerin)
Schippers, Axel; Burda, Hynek; Chakraborty (GutachterIn)
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2009
Abstract:
Im Jahre 2002 fiel bei strukturgeologischen Kartierungen zur Untersuchung der rezenten Tektonik des Rheinischen Schiefergebirges erstmalig eine auffällige lineare Anordnung von Nestern Hügel bauender Waldameisen entlang von geologischen Störungszonen auf. Stichprobenartige Untersuchungen anderer, kleinräumiger Gebiete in Mitteleuropa führten zu ähnlichen Beobachtungen. In den meisten Gebieten fanden sich aktive Störungszonen an oder in der Nähe der Ameisennester. Diese, zunächst nur oberflächlichen Beobachtungen führten zu der Hypothese, dass das Auftreten von Nestern Hügel bauender Waldameisen an aktive, gaspermeable geologische Störungszonen gebunden sein könnte.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es eine empirische Überprüfung dieser Hypothese vorzunehmen. Hierzu wurde von April 2005 bis Mai 2007 erstmalig ein größeres zusammenhängendes, komplexes tektonisches Gebiet im Hunsrück (Rheinisches Schiefergebirge), in dem sowohl Bereiche mit rezenten Störungen als auch Bereiche ohne solche auftreten, im Hinblick auf die Waldameisenbesiedlung flächendeckend untersucht.
Es zeigte sich eine signifikante Häufung von Nestern auf geologischen Störungen im Vergleich zu nicht durch Störungen beeinflusste Bereiche. Obwohl die durch geologische Störungszonen beeinflussten Bereiche des Untersuchungsgebietes nur eine Fläche von 15,51 km² einnehmen, siedeln dort 267 Nester. Auf der 1,5-mal so großen, störungsunbeeinflussten Fläche (26,35 km²) sind es hingegen nur 172 Nester. Die Unterschiede in der Nestdichte sind mit 17,21 Nester / km² auf geologischen Störungen zu 6,53 Nester / km² auf „Nicht-Störungen“ sehr auffällig. Die Arten-Areal-Beziehung zwischen der Lage der Ameisennester und den geologischen Störungen im Untersuchungsgebiet machte deutlich, dass mit zunehmender Entfernung zu den Störungszonen die Anzahl der Nester kontinuierlich abnahm. Dabei fiel auch eine höhere Affinität der Waldameisen-nester, die sich ebenfalls in höheren Nestdichten widerspiegelte, zu den rezent offenen Störungen im Vergleich zu den variscischen Störungen auf. Eine Scheinkorrelation der geologischen Störungen mit den Standorten von Waldameisennestern über einen der anderen ökologischen Standortfaktoren hinweg konnte ausgeschlossen werden. Die weiteren Ergebnisse der detaillierten Waldameisenkartierung standortökologisch relevanter Parameter sind über-wiegend konsistent mit den in der Literatur beschriebenen Habitatansprüchen im Hinblick auf Vegetation, Höhenlage, Exposition, Inklination und Belichtungsverhältnissen.
Die vergleichende Populationsanalyse Hügel bauender Waldameisen von geologischen Störungszonen und „Nicht-Störungen“ machte deutlich, dass die im Untersuchungsgebiet eudominante Art F. polyctena FÖRSTER 1850 diejenige Waldameisenart ist, die dort in der Häufigkeit ihrer Nester positiv von geologischen Störungszonen beeinflusst wird. Daher ist vorrangig F. polyctena zur Indikation gaspermeabler Störungszonen geeignet.
Die vorliegende standortökologische Kartierung Hügel bauender Waldameisen ist ein erster bedeutender Schritt zum Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Nestern Hügel bauender Waldameisen und gaspermeabler, geologischer Störungszonen. Detailliertere, kausale Zusammenhänge aufzudecken, bleibt zukünftigen Untersuchungen vorbehalten. Geologische Störungszonen induzieren oft Diskontinuitäten, sowohl geophysikalischer und geochemischer Parameter als auch in Gesteinen. Die daraus resultierenden Modifikationen sind wahrscheinlich ursächlich für die Habitatwahl diverser Individuen.
Einer der möglichen, durch geologische Störungszonen beeinflussten Aspekte ist die mikrobielle Besiedlung des Bodens. Diese wurde an vier Standorten im Hunsrück exemplarisch untersucht. Habitatbestimmende Faktoren sind in der Regel nicht monokausal. Die Einflüsse durch gaspermeable, geologische Störungszonen auf die Bodenmikroorganismen sind oft nur schwer trennbar von denen anderer Umweltfaktoren. Im Rahmen der begrenzten bodenmikrobiologi-schen Untersuchungen dieser Arbeit ließ sich en Zusammenhang zwischen geo-logischen Störungszonen und der Bodenmikrobiologie nicht herausfinden.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass geologische Störungszonen im Untersuchungsgebiet im Hunsrück zu einer signifikant häufigeren Ansiedlung der Hügel bauenden Waldameise F. polyctena führen. Ein zwingender, kausaler Zusammenhang konnte in dieser Arbeit noch nicht nachgewiesen werden. Weitere, intensive Forschungen vorausgesetzt, kann F. polyctena deshalb als Kartierhilfe für einen ersten Überblick hinsichtlich tektonischer Gegebenheiten von unschätzbarem Vorteil sein. Die Analyse der in der vorliegenden Untersuchung erhobenen Daten legt allerdings den Schluss nahe, dass F. polyctena geeignet ist, als Bioindikator zur Identifikation versteckter Störungszonen genutzt zu werden. Unter der Voraussetzung weiterer wissenschaftlicher Überprüfungen ließe sich diese Eigenschaft von F. polyctena auch wirtschaftlich nutzen.

Geological studies in the Rhenish Massif in 2002 indicated connections between active, gas permeable fracture zones and the amount of nests of hill-building forest ants. Spot checks of other small-scale areas in Central Europe led to similar observations. Most of the ant nests were located on or near active gas permeable faults.
This research work resulted to a new thesis of fault zones beeing responsible for the site selection by hill-building forest ants. A large, coherent area in the Hunsrück (part of the Rhenish Massif) with a complex tectonic setting was therefore mapped with regard to hill-building forest ants from April 2005 up to and including May 2007.
The analysis of the ant mapping demonstrates a significant correlation between ant nest locations and fault pattern. The investigation showed a higher density of 17.21 nests / km² fault zones compared to inter fault areas (6.53 nests / km²). The species-area-relationship was revealing a dimination of nest numbers with increasing distance to the fault zone. Because no correlation of fault zones with a known habitat requirement was found, an indirect link can be denied. Further results of ant nests mapping were mostly consistent with the habitat requirements, like vegetation, altitude, exposition, inclination and insolation found in literature. The population analysis of hill-building forest ants between nests on fault zones and inter fault zones clarified the positively influence of fault zones upon the eudominant species Formica polyctena FÖRSTER 1850. Therefore F. polyctena is qualified for a visible indication of gas permeable fault zones.
However, causal factors between ant nests and fault zones are unknown and should possibly be sought of outside the known habitat requirements. Fault zones often induce discontinuities of geophysical and geochemical parameters as well as lithology. These modifications are contingently causal for site selection of different individuals.
One model proposes that fault zones promote a special microbial composition in the soil. An exemplary investigation was taken at four sites in the Hunsrück area. Influences of gas permeable fault zones on soil microorganisms can hardly be separated from other environmental factors. Within the scope of the limited soil microbiology investigations of this work a connection between fault zones and soil microbiology could not be discovered.
Summing up it can be noticed that the monitored ant F. polyctena showed a significantly higher preference over fault zones to inter fault zones. The kind of connection is not yet known exactly. Despite there is every indication of F. polyctena beeing a perfect hint to fault pattern location.