Menzel, Florian PD Dr.

 

                                                                         
PD Dr. Florian Menzel                                            
Akademischer Rat

 

 

Curriculum Vitae

 

Dez 2016 Venia legendi in Ökologie und Evolution
seit 2011 Arbeitsgruppenleiter am Institut für Zoologie, Universität Mainz
2009-2011                      Arbeitsgruppenleiter am Institut für Ökologie und Evolution, Abteilung Gemeinschaftsökologie, Universität Bern (Schweiz)
2006-2009 Dissertation: “Mechanismen und adaptiver Wert interspezifischer Assoziationen zwischen tropischen Ameisenarten”; mit Freilandarbeit in Sabah und Sarawak (malaysisches Borneo)
2005 Diplomarbeit: "Crematogaster-Camponotus-Assoziationen in einem tropischen Regenwald: Mechanismen und Spezifität interspezifischer Erkennung”; mit Freilandarbeit in Sabah (malaysisches Borneo)
2000-2005 Studium der Biologie an der Universität Würzburg, einschließlich zweier Studiensemester an der Duke University (Durham, NC, USA) und eines Forschungssemesters an der Griffith University (Brisbane, Australien)

 

Forschungsinteressen

 

Mich faszinieren Interaktionen zwischen Organismen. Lebewesen interagieren auf vielfältige Weisen – sie konkurrieren miteinander, fressen einander, kooperieren, oder nutzen sich gegenseitig aus, mit allen möglichen Zwischenstufen. Ameisen sind besonders interessant, da sie zum einen sozial sind, zum anderen mit vielen anderen Arten interagieren. Wie organisieren Ameisen die verschiedenen Aufgaben innerhalb einer Kolonie? Und warum interagieren manche Ameisenarten mit anderen (als Konkurrenten, Symbionten oder Parasiten), andere aber nicht? Hier interessieren mich vor allem die chemischen Signale (v.a. kutikuläre Kohlenwasserstoffe) und die Verhaltensmechanismen, die für diese Interaktionen relevant sind – innerhalb einer Art, aber auch zwischen Arten. Ich untersuche die evolutionäre Ökologie dieser Signale und Mechanismen, aber auch ihre Effekte auf Artengemeisnchaften. Nicht zuletzt erforsche ich andere Mechanismen, die Artengemeinschaften strukturieren, wie z.B. Nischenpartitionierung und Konkurrenzausschluss. Neben Mitteleuropa führe ich Studien in den tropischen Regenwäldern Südamerikas und Südostasiens durch. Ich arbeite vor allem mit Ameisen, aber auch mit Interaktionen von Ameisen mit Spinnen, Blattläusen und parasitischen Bandwürmern. Meine Forschungsinteressen teilen sich in drei Gebiete auf:

1) Welche ökologischen und evolutionären Faktoren beeinflussen chemische Signale?

Kutikuläre Kohlenwasserstoffe (engl. cuticular hydrocarbons, CHC) stellen das wichtigste Kommunikationssignal bei Ameisen und anderen sozialen Insekten dar. Sie bedecken die Körperoberfläche praktisch aller Insektenarten und schützen den Insektenkörper vor Austrocknung, dienen aber auch zur intra- und interspezifischen Kommunikation. CHCs müssen also für mehrere Funktionen gleichzeitig optimiert werden, was zu Konflikten führen kann. Dies macht ihre Evolution hochinteressant, aber eben auch schwer zu durchschauen.

CHC-Profile sind Gemische aus Dutzenden verschiedener Verbindungen. Warum sind sie derart komplex? Wir versuchen gerade, dies herauszufinden, und untersuchen CHC-Variation zwischen und innerhalb von Arten. Obwohl die Zusammensetzung von CHC-Profilen größtenteils genetisch gesteuert wird, kann sie sich sogar innerhalb desselben Individuums ändern, z.B. wenn sich das Insekt an momentane Klimabedingungen akklimatisiert. Hier untersuchen wir momentan, inwiefern diese Änderungen von Vorteil sind, und wie sie sich auf die Kommunikation auswirken.

Wenn wir CHC-Profile zwischen Arten vergleichen, stoßen wir auf eine beeindruckende chemische Diversität selbst zwischen nahe verwandten Arten. Dies führt zu der Frage, wie dieses komplexe Merkmal evolviert, und welche Faktoren eigentlich die chemische Diversifizierung begrenzen. Momentan untersuchen wir die Evolution von CHC-Profilen auf globaler Ebene und beziehen Ameisenarten verschiedener biogeographischer Regionen in einem phylogenetischen Kontext ein. Wir analysieren, wie chemische Profile von phylogenetischen und physiologischen Faktoren beeinflusst werden, aber auch von Selektionsdrücken durch klimatische Bedingungen oder Interaktionen mit anderen Arten. Ein besonders faszinierendes Beispiel für chemische Diversität sind parabiotische Ameisen aus dem tropischen Südamerika. Parabiosen sind Assoziationen von zwei Ameisenarten, die in einer Symbiose zusammen im selben Nest leben. Vor einigen Jahren fanden wir heraus, dass diese Ameisen extrem divers sind – jede der beiden Arten kommt in mehreren, chemisch distinkten ‚Chemotypen‘ vor, die möglicherweise kryptische Arten darstellen. Anhand von Genexpressionsanalysen (Transkriptome) wollen wir die genetischen Mechanismen herausfinden, die dieser schnellen CHC-Diversifizierung zugrunde liegen, und feststellen, ob chemische Diversifizierung zu Artbildung führt (in Zusammenarbeit mit Barbara Feldmeyer, Frankfurt, und Thomas Schmitt, Würzburg).

 
2) Welche Rolle spielen chemische Signale für interspezifische Interaktionen und Gemeinschaftsstruktur?

Die Koexistenz von Arten, und damit die Zusammensetzung einer Artengemeinschaft, wird letztlich von Interaktionen zwischen Arten bestimmt. Besonders Ameisenarten interagieren oft miteinander – und meistens aggressiv. Interaktionen spielen sich jedoch auch ohne direkten Kontakt ab – etwa, wenn ein Tier auf die Signale reagiert, die ein anderes im Lebensraum hinterlassen hat. Beutetiere reagieren beispielsweise auf die chemischen Signale von Prädatoren, und meiden Flächen mit hohem Prädationsrisiko (antipredator behaviour).

Kürzlich konnten wir zeigen, dass Arten nicht nur auf die Signale (d.h. Spuren) ihrer Prädatoren reagieren, sondern auch auf die ihrer Konkurrenten. Einige konkurrenzschwächere (subordinate) Ameisenarten vermeiden Spuren dominanter Arten, vermutlich um die Kosten von aggressiven Begegnungen zu reduzieren. Andere dagegen ignorieren Spuren anderer Arten oder suchen sie sogar gezielt auf. Um besser zu verstehen, wie die Nutzung solcher Signale innerhalb und zwischen Arten variiert, untersuchen wir gerade, wie Verhaltensantworten auf chemische Fußspuren von den Persönlichkeitseigenschaften der jeweiligen Ameisen abhängen (z.B. Explorationsverhalten und Aggressivität), und ob sie von vorheriger Erfahrung beeinflusst werden. Verhaltensantworten auf chemische Signale könnten auch die räumliche Verteilung von Ameisenkolonien beeinflussen. Wir untersuchen daher die Nutzung von Signalen, ihre Mechanismen und ihre Folgen sowohl experimentell als auch durch Modellierung am Computer. Das Veständnis dieser Zusammenhänge wird eine Brücke zwischen individuellem Verhalten und räumlicher Gemeinschaftsstruktur schlagen, und auf diese Weise chemische Ökologie und Gemeinschaftsökologie verknüpfen.

 

3) Welche Mechanismen strukturieren ökologische Gemeinschaften und ermöglichen die Koexistenz von Arten?

Eine zentrale Frage der Gemeinschaftsökologie betrifft die Mechanismen für die Koexistenz von Arten und die Aufrechterhaltung lokaler Biodiversität. Vor allem bei Ameisen spielen aggressive Interaktionen und Konkurrenzausschluss eine große Rolle für die Struktur von Artengemeinschaften. Koexistierende Arten können jedoch interspezifische Konkurrenz vermindern, indem sie sich unterschiedlich einnischen. Neben Unterschieden zwischen Arten mehren sich inzwischen die Hinweise, dass intraspezifische Variation zwischen Individuen (oder Kolonien) ebenso wichtig für die Koexistenz von Arten ist. ‚Individuelle Nischenpartitionierung‘ könnte die Koexistenz von Arten erklären, deren durchschnittliche Nischen sich scheinbar überschneiden, aber deren individuelle Nischen womöglich weit auseinanderliegen. In diesem Zusammenhang interessieren wir uns für die funktionellen Eigenschaften, die Nischenpartitionierung ermöglichen. Welche ökologischen, morphologischen, Verhaltens- und chemischen Merkmale einer Art sind tatsächlich relevant für ihre Interaktionen mit anderen? Hier untersuchen wir, wie die Differenzierung solcher Merkmale zur Koexistenz von Arten beiträgt, und wie die Verteilung funktioneller Eigenschaften die Gemeinschaftsstruktur und die Stabilität von Ökosystemen beeinflusst.


Mögliche Themen für Forschungspraktika, Bachelor-, Master-, Diplom- und Staatsexamensarbeiten:

  • Wie reagieren Ameisen auf chemische Fußspuren?
  • Welchen Einfluss haben Lernen und individuelle Persönlichkeit auf das Verhalten von Ameisen?
  • Mutualismus oder nicht? Kosten und Nutzen bei Ameise-Blattlaus-Interaktionen
  • Was fressen Ameisen? Partitionierung der Nahrungsnische zwischen und innerhalb von Ameisenarten
  • Chemische Diversifizierung bei Ameisenarten im tropischen Südamerika
  • Wie hängen chemische Variation und Kolonieerkennung zusammen?
  • Wie ändern Ameisen ihre Profile, um auf verändertes Klima zu reagieren?
  • Wie hängen chemische Profile und Austrocknungstoleranz bei verschiedenen Arthropodentaxa zusammen?

Verwendete Methoden:

  • Freilandversuche
  • Verhaltensversuche im Labor
  • Chemische Analysen von kutikulären Kohlenwasserstoffen und Fettsäuren mittels GC-MS
  • Transkriptomanalysen (RNAseq)
  • Populationsgenetik
  • Agentenbasierte Simulationen


Bei Interesse zögern Sie bitte nicht, mich zu kontaktieren!

Publikationen

Menzel F, Zumbusch M, Feldmeyer B: How ants acclimate: impact of climatic conditions on the cuticular hydrocarbon profile. Functional Ecology, in press

Sprenger PP, Burkert LH, Abou B, Federle W, Menzel F (2018): Coping with the climate: Cuticular hydrocarbon acclimation of ants under constant and fluctuating conditions. Journal of Experimental Biology, doi: 10.1242/jeb.171488

Beros S, Foitzik S, Menzel F (2017): What are the mechanisms behind a parasite-induced decline in nestmate recognition in ants? Journal of Chemical Ecology 43: 869–880

Rosumek FB, Brückner A, Blüthgen N, Menzel F, Heethoff M (2017): Patterns and dynamics of neutral lipid fatty acids in ants - implications for ecological studies. Frontiers in Zoology 14:36

Houadria M, Menzel F (2017): What determines the importance of a species for ecosystem processes? Insights from tropical ant assemblages. Oecologia  184: 885-899

Bott RA, Baumgartner W, Bräunig P, Menzel F, Joel A-C (2017): Adhesion enhancement of structural capture threads by epicuticular waxes of the insect prey sheds new light on spider web evolution. Proceedings of the Royal Society B 284: 20170363

Menzel F, Schmitt T, Blaimer BB (2017): The evolution of a complex trait: cuticular hydrocarbons in ants evolve independent from phylogenetic constraints. Journal of Evolutionary Biology doi: 10.1111/jeb.13115

Junker RR, Kuppler J, Amo L, Blande JD, Borges RM, van Dam NM, Dicke M, Dötterl S, Ehlers B, Etl F, Gershenzon J, Glinwood R, Gols R, Groot AT, Heil M, Hoffmeister M, Holopainen JK, Jarau S, John L, Kessler A, Knudsen JT, Kost C, Larue-Kontic AAC, Leonhardt SD, Lucas-Barbosa D, Majetic CJ, Menzel F, Parachnowitsch AL, Pasquet RS, Poelman EH, Raguso RA, Ruther J, Schiestl FP, Schmitt T, Tholl D, Unsicker SB, Verhulst N, Visser ME, Weldegergis BT, Köllner TG (2017): Covariation and phenotypic integration in chemical communication displays: biosynthetic constraints and eco-evolutionary implications. New Phytologist doi: 10.1111/nph.14505

Kleeberg I, Menzel F and Foitzik S. 2017. The influence of slavemaking lifestyle, caste and sex on chemical profiles in Temnothorax ants: Insights into the evolution of cuticular hydrocarbons. Proceedings of the Royal Society B, 284: 20162249.

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Menzel F, Blüthgen N, Tolasch T, Conrad J, Beifuß U, Beuerle T, Schmitt T (2013): Crematoenones – a novel substance class exhibited by ants functions as appeasement signal. Frontiers in Zoology 10:32

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Menzel F, Pokorny T, Blüthgen N, Schmitt T (2010): Trail-sharing among tropical ants: interspecific use of trail pheromones? Ecological Entomology 35: 495-503

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Menzel F, Schmitt T, Blüthgen N (2009): Intraspecific nestmate recognition in two parabiotic ant species: acquired recognition cues and low inter-colony discrimination. Insectes Sociaux 56: 251-260

Menzel F, Blüthgen N, Schmitt T (2008): Tropical parabiotic ants: Highly unusual cuticular substances and low interspecific discrimination. Frontiers in Zoology 5: 16

Menzel F, Linsenmair KE, Blüthgen N (2008): Selective interspecific tolerance in tropical Crematogaster-Camponotus associations. Animal Behaviour 75: 837-846

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Blüthgen N, Menzel F, Blüthgen N (2006): Measuring specialization in species interaction networks. BMC Ecology 6: 9

Beaulieu F, Walter DE, Proctor HC, Kitching RL & Menzel F (2006): Mesostigmatid mites (Acari: Mesostigmata) on rainforest tree trunks: arboreal specialists, but substrate generalists? Experimental and Applied Acarology 39: 25-40

Menzel F, Kitching RL, Boulter SL (2004): Host specificity or habitat structure? – The epicortical beetle assemblages in an Australian subtropical rainforest. European Journal of Entomology 101: 251-259

Menzel F (1999): Anatomie der Farnpflanzen: Artbestimmung und Evolution. Jahreshefte der Gesellschaft für Naturkunde Württemberg 155: 107-133

Menzel F (1999): Leitbündelevolution bei Farnen. junge wissenschaft 56: 34-39