Ekologické a evoluční strategie nekrofágních brouků (Coleoptera)

Ing. Pavel Jakubec

Doctoral thesis

Ecological and evolution strategies of necrophagous beetles (Coleoptera)

Abstract:

Nekrofágní brouci (Coleoptera) jsou zajímavou a velmi diversifikovanou ekologickou skupinou, s velkým dopadem na přirozený cyklus živin. Jejich hlavní složkou potravy, a zároveň místem rozmnožování, jsou mršiny obratlovců, člověka nevyjímaje. Tento vztah je často různě využíván ve forenzní entomologii, ale jeho potenciál není zdaleka využit, protože znalost biologie a ekologie těchto brouků je velmi kusá. V této disertační práci chci prozkoumat geografické rozšíření, ekologické nároky a vývojovou biologii několika středoevropských druhů nekrofágních brouků, tedy výsledek jejich ekologických a evolučních strategií. Za tímto účelem jsem si položil tři široce formulované otázky. Které faktory jsou určující pro lokální abundanci mrchožroutovitých brouků (Coleoptera: Silphidae)? Jaké je současné geografické rozšíření mrchožroutů otevřené krajiny v České republice? Jak ovlivňuje teplota vývoj druhu Sciodrepoides watsoni (Spence, 1813)? Zjistili jsme, že půdní typ má statisticky významný vliv na početnost mrchožroutů. Šest druhů preferovalo černozemě -- Nicrophorus antennatus (Reitter), N. germanicus (Linnaeus), N. interruptus (Stephens), N. sepultor (Charpentier), Silpha obscura obscura (Herbst), T. sinuatus (Fabricius), a jeden fluvizemě -- N. humator (Gleditsch). Tyto závěry podporují naši hypotézu, že půdní typ by mohl být jedním z určujících faktorů pro výskyt nekrofágních evropských mrchožroutů. Za účelem zjištění geografického rozšíření mrchožroutů jsme položili 420 vnazených padacích pastí na 84 lokalitách a takto jsme získali 71 234 kusů 15 druhů těchto brouků. Mezi nimi byly i tři druhy hrobaříků, kteří jsou na Červeném seznamu bezobratlých. Dva z nich jsou zranitelné, teplomilné druhy otevřené krajiny Nicrophorus antennatus (Reitter, 1884) (nalezen okolo Loun a Židlochovic) a Nicrophorus germanicus (Linnaeus, 1758) (Louny, Zábřeh a Židlochovice). Třetí je téměř ohrožený druh Nicrophorus sepultor Charpentier, 1825 (nalezen okolo Loun, Kutné Hory, Zábřeha a Židlochovic), který taktéž preferuje otevřenou krajinu. Studium vývoje běžného holarktického druhu Sciodrepoides watsoni probíhalo v laboratoři za několika konstantních teplot (15, 18, 21, 25 a 28°C). Na základě pozorování délky vývoje jsme vypočítaly parametry termálně sumačního modelu s jejich standardní chybou pro každé stádium vývoje (vajíčko, tři larvální instary a kukla). Zároveň jsme zjistili, že šířka hlavové kapsule je u tohoto druhu dobrým nástrojem pro určení stupně larválního instaru. Popisná statistika tohoto znaku a nová metodika jak studovat velikostně definované znaky je přiložena k práci.

Abstract:

Necrophagous beetles (Coleoptera) are very interesting and diverse ecological group of species with an immense impact on a natural nutrient cycle. Their main food source and breeding ground are carrions of vertebrates, human remains included. This relationship is often used in various ways by forensic entomology, but its potential was not jet fully reached, because our knowledge of biology and ecology of these beetles is very much incomplete. In this thesis I would like to explore geographic distribution, ecological requirements and developmental biology of several Central European necrophagous beetles as an outcome of their ecological and evolution strategies. For that I raised three broad research questions. Which factors are determining the local abundance of carrion beetles (Coleoptera: Silphidae)? How the current geographical distribution of open-landscape carrion beetles looks like in the Czech Republic? How the temperature affects the development of Sciodrepoides watsoni (Spence, 1813)? We found out that soil type can have significant effect on abundance of carrion beetles. They showed preference for chernozem -- Nicrophorus antennatus (Reitter), N. germanicus (Linnaeus), N. interruptus (Stephens), N. sepultor (Charpentier), Silpha obscura obscura (Herbst), T. sinuatus (Fabricius) or for fluvisol as did N. humator (Gleditsch). These findings support our hypothesis that soil type could be an important factor determining the occurrence of necrophagous European carrion beetles. To collect novel data of the current geographical distribution of carrion beetles we used 420 baited pitfall traps at 84 localities, and we collected 71 234 specimens of 15 silphid species. Among them, three endangered carrion beetle species listed on the Czech Red List of Invertebrates, were found. Two are vulnerable thermophilic species of open landscapes, Nicrophorus antennatus (Reitter, 1884) (collected around Louny and Židlochovice) and Nicrophorus germanicus (Linnaeus, 1758) (Louny, Zábřeh and Židlochovice). The third is the near threatened species, Nicrophorus sepultor Charpentier, 1825 (collected around Louny, Kutná Hora, Zábřeh and Židlochovice), which also prefers open landscapes. We studied development of common Holarctic beetle Sciodrepoides watsoni under five constant temperature regimes in laboratory (15, 18, 21, 25 and 28°C). Parameters of thermal summation models and their standard errors were calculated for each developmental stage (egg, three larval instars and pupae). We also find a new character for larval instar determination (head width) and proposed novel approach for future studies of size-based characters in instar determination.

Keywords

determinace larválního instaru, forenzní entomologie, ochrana přírody, Coleoptera, Silphidae, Cholevinae, geografické rozšíření, vývojová biologie

Keywords

larval instar determination, forensic entomology, nature protection, Silphidae, Cholevinae, geographical distribution, developmental biology, Coleoptera

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 9. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Mgr. Jan Růžička, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Science

Doctoral programme / field:
Ecology / Ecology