Distribution, habitat binding and morphological peculiarities of selected mosquito species (Diptera: Culicidae) occurring in Germany | Verbreitung, Habitatbindung und morphologische Besonderheiten von ausgewählten in Deutschland vorkommenden Stechmückenarten (Diptera, Culicidae)

English. In Germany, basic data on the biology, ecology and distribution of rare mosquito species are insufficiently recorded leading to knowledge gaps, for example regarding their vector potential. The introduction of new mosquito species and of the pathogens they transmit has increased the risk of diseases previously uncommon in Germany. These circumstances have led to increased efforts within the past 10 years to better understand the spatio-temporal occurrence and underlying habitat binding of mosquito species and to predict their future distribution, particularly with regard to the changing climatic conditions and changing landscape. A reliable morphological and genetic identification was lacking for several native mosquito species, which forms the basis for any robust monitoring within mosquito surveillance programs or insect conservation projects. The aim of this thesis was to gain detailed knowledge on the current spatial and temporal occurrence, the habitat binding, and morphological and genetic features with regard to species identification for the non-native species Aedes albopictus (Skuse, 1895), the native species of the Aedes Annulipes Group, and the native and rare species Aedes refiki Medschid, 1928, Culex martinii Medschid, 1930 and Culiseta ochroptera (Peus, 1935). The thesis compares the suitability of the local climate for the persistence of the species Aedes albopictus sporadically observed in Jena (Thuringia) from 2015 to 2018 with two populations in southern Germany. The focus was on the analysis of extreme winter temperatures and the duration below selected temperature thresholds. In addition to critical temperature conditions, aquatic habitat conditions were of importance. The results of this study suggest that the population could become established in the long term. Through the monitoring conducted for this thesis, the very rare mosquito species Aedes refiki, Culex martinii in Thuringia and Culiseta ochroptera were rediscovered at several sites in northern and eastern Germany. It was possible to add new information on habitat binding, distribution and abundance for the considered mosquito species. The survival of these rare native mosquito species depends on the preservation of a few remaining habitats. In addition, it can be assumed that these species will become even rarer with future climate change in Germany and, therefore, should be considered endangered. In contrast, other mosquito species could benefit from an increase in average temperatures or precipitation in individual cases. Due to the contribution to species identification, difficulties in the morphological and genetic identification of selected mosquito species native to Germany could be dispelled. Three forms each were assigned to the known morphological variants of Aedes refiki and Culiseta ochroptera and their peculiarities were described, as well as a new character for species identification was highlighted in the case of Culiseta ochroptera. Generated CO1 mtDNA sequences provide the first DNA-barcodes of Aedes refiki and Culex martinii for Germany. In five native mosquito species of the Aedes Annulipes Group, twenty types of aberrant tarsal claws were illustrated and described in their morphology. Morphological peculiarities and an asymmetrical occurrence of the aberrant claw types were observed and possible causes for their development were discussed. Together with the development of a basic blueprint of mosquito tarsal claws, the results opened another field of research for the taxonomy, developmental biology and aquatic ecology of arthropods.

German. In Deutschland sind bei seltenen Stechmückenarten grundlegende Daten zur Biologie, Ökologie und Verbreitung nur unzureichend erfasst, weshalb Wissenslücken zum Beispiel hinsichtlich ihres Vektorpotentials vorhanden sind. Die Einschleppung neuer Stechmückenarten und durch sie übertragbare Pathogene hat das Risiko für in Deutschland bisher ungewöhnliche Krankheiten erhöht. Diese Umstände haben in den letzten 10 Jahren zu verstärkten Bemühungen geführt, das räumlich-zeitliche Vorkommen und die zugrundeliegende Habitatbindung von Stechmückenarten besser zu verstehen und deren zukünftige Verbreitung, insbesondere im Hinblick auf die sich ändernden Klimabedingungen und die sich verändernde Landschaft, vorherzusagen. Für mehrere einheimische Stechmückenarten fehlte eine zuverlässige morphologische und genetische Identifizierung, die die Grundlage für jedes robuste Monitoring innerhalb von Stechmückenüberwachungsprogrammen oder Insekten-Schutzprojekten bildet. Das Ziel dieser Arbeit war es, detaillierte Erkenntnisse über das aktuelle räumliche und zeitliche Vorkommen, die Habitatbindung sowie die morphologischen und genetischen Merkmale im Hinblick auf die Artbestimmung für die gebietsfremde Art Aedes albopictus (Skuse, 1895), die einheimischen Arten der Aedes Annulipes-Gruppe, sowie die einheimischen und seltenen Arten Aedes refiki Medschid, 1928, Culex martinii Medschid, 1930 und Culiseta ochroptera (Peus, 1935) zu gewinnen. In der Arbeit wird die Eignung des lokalen Klimas für das Überdauern der zwischen 2015 und 2018 in Jena (Thüringen) sporadisch beobachteten Art Aedes albopictus mit zwei Populationen in Süddeutschland verglichen. Dabei wurde der Schwerpunkt auf die Analyse von extremen Wintertemperaturen und die Dauer der Unterschreitung ausgewählter Temperaturschwellen gelegt. Neben kritischen Temperaturbedingungen waren die aquatischen Habitatbedingungen von Bedeutung. Die Ergebnisse dieser Untersuchung lassen darauf schließen, dass die Population sich langfristig ansiedeln könnte. Durch das für diese Arbeit durchgeführte Monitoring wurden die sehr seltenen Stechmückenarten Aedes refiki, Culex martinii in Thüringen und Culiseta ochroptera an mehreren Standorten in Nord- und Ostdeutschland wiederentdeckt. Für die betrachteten Stechmückenarten war es möglich, neue Angaben zu den Habitatbindungen, zur Verbreitung und Häufigkeit zu ergänzen. Das Überleben dieser seltenen einheimischen Stechmückenarten ist vom Erhalt weniger verbliebener Lebensräume abhängig. Zudem ist zu vermuten, dass diese Arten mit der zukünftigen Veränderung des Klimas in Deutschland noch seltener werden und daher gefährdet sind. Dagegen könnten im Einzelfall andere Stechmückenarten von steigenden Durchschnittstemperaturen oder Niederschlagszunahmen profitieren. Durch den Beitrag zur Artbestimmung konnten Schwierigkeiten bei der morphologischen und genetischen Identifizierung von ausgewählten, in Deutschland einheimischen Stechmückenarten ausgeräumt werden. Den bekannten morphologischen Varianten von Aedes refiki und Culiseta ochroptera wurden jeweils drei Formen zugeordnet und deren Merkmale beschrieben, sowie bei Culiseta ochroptera ein neues Merkmal zur Artbestimmung hervorgehoben. Generierte CO1 mtDNA-Sequenzen stellen die ersten DNA-Barcodes von Aedes refiki und Culex martinii für Deutschland zur Verfügung. Bei fünf einheimischen Stechmückenarten der Aedes Annulipes-Gruppe wurden zwanzig Typen von aberranten Tarsalkrallen in ihrer Morphologie dargestellt und beschrieben. Es wurden morphologische Besonderheiten und ein asymmetrisches Auftreten der aberranten Krallentypen beobachtet und möglichen Ursachen für deren Entstehung diskutiert. Zusammen mit der Entwicklung eines Grundbauplans der Stechmücken-Tarsalkrallen eröffneten die Ergebnisse ein weiteres Forschungsfeld für die Taxonomie, Entwicklungsbiologie und aquatische Ökologie von Arthropoden.