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

 

Meine Forschungsgruppe untersucht Interaktionen zwischen Ameisenarten, die beteiligten chemischen Signale, und ihre Auswirkungen auf Gemeinschaftsstruktur und Ökosystemfunkionen. Wir erforschen vor allem tropische und temperate Ameisengemeinschaften, sowie Interaktionen von Ameisen mit anderen Ameisenarten, Spinnen und Blattläusen. Neben Mitteleuropa führen wir Freilandarbeit in den tropischen Regenwäldern von Malaysia (Sabah/Borneo), Französisch-Guyana und Australien durch.

1) 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 Ameisengemeinschaften. Koexistierende Arten können jedoch interspezifische Konkurrenz vermindern, indem sie sich unterschiedlich einnischen. Dies gilt besonders für kompetitiv unterlegene (subordinate) Arten, die ihre realisierte Nische anpassen müssen, um Konkurrenzausschluss durch dominante Arten zu vermeiden. 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 den letzten Jahren ist daher die Variation von morphologischen und anderen funktionellen Eigenschaften zwischen und innerhalb von Arten zunehmend ins Blickfeld der Forschung geraten. Über spezifische Artgemeinschaften hinausgehend, könnte diese Variation erklären, welche Arten in einem bestimmten Ökosystem koexistieren können und wie sich dies auf die Stabilität von Ökosystemfunktionen auswirkt.

In diesem Kontext untersuchen wir Nischenpartitionierung innerhalb und zwischen Ameisenarten in gemäßigten und tropischen Wäldern, mit einem Fokus auf Verhalten, Nahrung und zeitliche Aktivitätsmuster. Zudem erforschen wir den Zusammenhang zwischen morphologischen und ökologischen Merkmalen. Schließlich untersuchen wir, wie die Verteilung funktioneller Eigenschaften die Stabilität von Ökosystemen beeinflusst, und verwenden dazu ein von uns entwickeltes Konzept zur Quantifizierung der funktionellen Redundanz.

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 – 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). Die Reaktion auf Prädator-Signale kann sogar die Zusammensetzung ganzer Artengemeinschaften beeinflussen.
Kürzlich konnten wir zeigen, dass Arten nicht nur auf die Signale ihrer Prädatoren reagieren. Ameisen z.B. reagieren auch auf ‘chemische Fußabdrücke’ oder kutikuläre Kohlenwasserstoffe anderer Arten, die potentielle Konkurrenten darstellen. Einige subordinate Arten vermeiden Signale dominanter Arten, vermutlich um die Kosten von aggressiven Begegnungen zu reduzieren. Andere dagegen ignorieren heterospezifische Signale 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. Beispielsweise könnten Gründungsköniginnen ihre Nester vorzugsweise in Gebieten ohne Signale von Konkurrenten gründen. Wir planen daher, die Nutzung von Signalen, ihre Mechanismen und ihre Folgen sowohl experimentell als auch durch Modellierung zu ntersuchen. Das Veständnis dieser Zusammenhänge wird eine Brücke zwischen individuellem Verhalten und räumlicher Gemeinschaftsstruktur schlagen, und auf diese Weise chemische Ökologie und Gemeinschaftsökologie verbinden.

3) Durch welche ökologischen und evolutionären Effekte werden chemische Signale beeinflusst?

Das wichtigste chemische Kommunikationssignal bei Ameisen und anderen sozialen Insekten ist das kutikuläre Kohlenwasserstoffprofil. Kutikuläre Kohlenwasserstoffe (englisch ‚CHC’ abgekürzt) bedecken die Körperoberfläche aller Insekten und schützen sie vor Austrocknung. Gleichzeitig dienen sie als intra- und interspezifisches Kommunikationssignal, z.B. um Nestgenossen von Fremden zu unterscheiden. CHC-Profile sind größtenteils genetisch determiniert, variieren aber auch innerhalb einer Art, z.B. im Laufe des Lebens eines Insekts. Dies liegt an Umwelteinflüssen wie z.B. der Nahrung eines Insekts, aber auch daran, dass es sich an die aktuellen klimatischen Bedingungen anpasst. Ich untersuche daher, welche Faktoren kurzfristige CHC-Änderungen auslösen, aber auch, welche Selektrionsdrücke langfristig die Evolution von CHC-Profilen beeinflussen. Momentan untersuchen wir, welche Auswirkungen Klimaregimes auf das CHC-Profil haben, und inwiefern dies das Überleben und und die Erkennung von Nestgenossen beeinflusst. Die Fähigkeit, sich ans aktuelle Klima anzupassen, scheint zwischen Arten zu variieren. Es scheint plausibel, dass diese CHC-Plastizität die Klimatoleranz und damit das geographische Verbreitungsgebiet einer Art mitbestimmt, sowie seine Reaktion auf ein sich änderndes Klima.

Wenn wir CHC-Profile zwischen Arten vergleichen, stoßen wir auf eine beeindruckende chemische Diversität. Dies führt zu der Frage, wie CHC-Profile evolvieren, und was die Diversifizierung der chemischen Profile auslöst oder auch einschränkt. Wir untersuchen daher die Evolution von CHC-Profilen auf globaler Ebene und betrachten dazu Ameisenarten verschiedener biogeographischer Regionen in einem phylogenetischen Kontext. Wir erforschen, wie phylogenetische und physiologische Einschränkungen CHC-Profile beeinflussen, aber auch, welche Selektionsdrücke durch das Klima und durch Interaktionen mit anderen Arten entstehen. Mittels transkriptomischer Methoden wollen wir Genexpression und selektierte Gene analysieren, um die genetischen Mechanismen zu bestimmen, die der ungewöhnlich schnellen Diversifizierung von CHC-Profilen bei symbiotischen Ameisenarten im tropischen Südamerika zugrundeliegen.


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

• Faktoren, die kutikulären Kohlenwasserstoffprofile beeinflussen
• Bedeutung chemischer Signale bei inter- und intraspezifischen Interaktionen
• Verhaltensinteraktionen zwischen Ameisenarten oder zwischen Ameisen- und Spinnenarten
• Konsequenzen der Bandwurminfektion auf chemische Signale bei Ameisenkolonien
• Nischendifferenzierung zwischen Ameisenarten und Konsequenzen für die funktionelle Redundanz der Ameisengemeinschaft
• die Beziehung zwischen morphologischen Merkmalen und der ökologischen Nische


verwendete Methoden:

• Freilandarbeit
• Verhaltensversuche im Labor
• chemische Analysen (GC-MS)
• statistische Analysen von Ameisengemeinschaften
• morphologische Messungen


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

Beros S, Foitzik S, Menzel F. What are the mechanisms behind a parasite-induced decline in nestmate recognition in ants? Journal of Chemical Ecology, in press.

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

Houadria M, Menzel F. What determines the importance of a species for ecosystem processes? Insights from tropical ant assemblages. Oecologia, in press.

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 B. The evolution of a complex trait: cuticular hydrocarbons in ants evolve independent from phylogenetic constraints. Journal of Evolutionary Biology, in press.

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: Covariation and phenotypic integration in chemical communication displays: biosynthetic constraints and eco-evolutionary implications. New Phytologist, in press.

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.

Menzel F, Blaimer BB and Schmitt T. 2017. How do cuticular hydrocarbons evolve? Physiological and climatic constraints on a complex functional trait in insects. Proceedings of the Royal Society B, 284: 20161727.

Salas-Lopez A, Houadria M, Menzel F, Orivel J 2017. Ant-mediated ecosystem processes are driven by trophic community structure but mainly by the environment. Oecologia, 183: 249-261.

Menzel F, Radke R, Foitzik S. 2016. Odor diversity decreases with inbreeding in the ant Hypoponera opacior. Evolution, 70: 2573-2582.

Edenhofer S, Tomforde S, Fischer D, Hähner J, Menzel F, von Mammen S. 2017. Decentralised trust-management inspired by ant pheromones. International Journal of Mobile Network Design and Innovation, 7: 46-55.

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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

Menzel F, Staab M, Chung AYC, Gebauer G, Blüthgen N (2012): Trophic ecology of parabiotic ants: Do the partners have similar food niches? Austral Ecology 37: 537-546

Menzel F, Schmitt T (2011): Tolerance requires the right smell: first evidence for interspecific selection on chemical recognition cues. Evolution 66-3: 896-904

Lang C, Menzel F (2011): Lasius niger ants discriminate aphids based on their cuticular hydrocarbons. Animal Behaviour 82: 1245-1254

Menzel F, Woywod M, Blüthgen N, Schmitt T (2010): Behavioural and chemical mechanisms behind a Mediterranean ant-ant association. Ecological Entomology 35: 711-720

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

Menzel F, Blüthgen N (2010): Parabiotic associations between tropical ants: equal partnership or parasitic exploitation? Journal of Animal Ecology 79: 71-81

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

Blüthgen N, Fründ J, Vázquez DP, Menzel F (2008): What do interaction network metrics tell us about specialization and biological traits? Ecology 89: 3387-3399

Blüthgen N, Menzel F, Hovestadt T, Fiala B, Blüthgen N (2007): Specialization, constraints, and conflicting interests in mutualistic networks. Current Biology 17: 341-346

Zhou P, Menzel F, Shaw J (2007): Systematics and population genetics of Sphagnum macrophyllum and S. cribrosum (Sphagnaceae). Systematic Botany 32: 493-503

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