Systematik, Phylogenie und Biogeografie neuguineanischer Exocelina

Das Projekt untersucht die taxonomische und phylogenetische Struktur und Biogeografie der Gattung Exocelina Broun, 1886 in Neuguinea. Die Insel eignet sich hervorragend für eine derartige Studie, nicht nur weil sie eine der drei letzen großen, nahezu intakten tropischen Waldgebiete darstellt, die eine ungeheure Artenvielfalt beherbergen, sondern auch wegen des diffizilen geologischen Ursprungs und der komplexen Besiedlungsgeschichte. Allen Punkten gemein ist eine sehr lückenhafte und bescheidene Verfügbarkeit an Informationen. Obwohl zahlreiche Publikationen zu verschiedenen Insektengruppen Neuguineas vorliegen, gab es keine Daten über die Wasserkäfer der Insel bis Dr. M. Balke (1995) eine Studie über die Schwimmkäfer (Dytiscidae) initiierte. Die Gattung Exocelina (91 beschriebene Arten) ist eine erst jüngst auf der Insel entdeckte Schwimmkäfergattung, die über ein hohes Maß an Artenvielfalt und Endemismus in der gesamten Australo-pazifischen Region verfügt. Die Gattung wurde ursprünglich als Untergattung Papuadytes Balke, 1998 der Gattung Copelatus Erichson, 1832 beschrieben, und zwar für mehr als 30 Arten von Neuguinea. Die später gewonnene Erkenntnis, daß die australische Art Exocelina advena Broun, 1886 kongenerisch mit den Arten von Papuadytes ist, führte zur Synonymisierung der zweiteren Gattung mit dem älteren Taxon Exocelina. Obwohl Neuguinea das Biodiversitätszentrum der Gattung darstellt, bleibt es doch die am schlechtesten erforschte Region innerhalb des Verbreitungsgebietes. Es existiert kein Bestimmungsschlüssel für die bereits beschreibenen Arten und intensive rezente Freilandarbeit enthüllte die Existenz mehr als 100 zusätzlicher unbeschriebener Arten. Weder morphologische noch taxonomische Untersuchungen wurden seit Beschreibung der Gattung durchgeführt, mit Ausnahme von Neubeschreibungen einiger weniger Arten. Zwar führte Dr. M. Balke phylogenetische Studien an Exocelina an Hand molekularer Daten durch, jedoch nur für 24 Arten, von denen wiederum lediglich 8 Arten gültige wissenschaftliche Namen tragen. Das Fehlen gültiger Namen ist ein Hemmschuh für weitere molekulare Untersuchungen der Gattung, weil es absolut notwendig ist, die Arten auch morphologisch abzugrenzen um zu verstehen wo die DNA-Sequenzen versagen um jüngere Abspaltungen von Morphospezies aufzuzeigen und wie viele Arten es überhaupt gibt. Formale Beschreibungen und morphologische Daten sollen helfen die Muster und Abläufe bei der Artbildung neuguineanischer Exocelina besser zu verstehen, die Monophylie der Gruppe zu testen sowie die Phylogenie und Evolution der Gattung in einer komplexen Weise zu studieren. Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung der Entstehung der Artenvielfalt von Exocelina unter den komplexen geologischen und ökologischen Randbedingungen Neuguineas. Um dieses Ziel zu erreichen, wird Folgendes durchgeführt: 1) taxonomische Revision der Gattung Exocelina von Neuguinea und Beschreibung der neuen Arten; 2) Test der Artgrenzen an Hand morphologischer und molekularer Daten; 3) separate Analysen der verwandtschaftlichen Beziehungen innerhalb der Gattung an Hand morphologischer und molekularer Daten; 4) kombinierte phylogenetische Analyse basierend auf morphologischen und molekularen Daten, inklusive biogeografischer und ökologischer Aspekte. Das Projekt wird am Naturhistorischen Museum Wien durchgeführt und ist als Kooperation mit Dr. M. Balke von der Zoologischen Staatssammlung München konzipiert. Wir sind überzeugt, dass das Projekt von hoher Bedeutung ist, weil es neue wissenschaftliche Informationen in zwei Aspekten bringt. Erstens, die Projektergebnisse testen/unterstützen theoretische und methodologische Hypothesen in der Biogeografie, z.B. dass die weitraumige Dispersion die Hauptrolle in der Artenverbreitung in der Südhemisphere spielen könnte, und in Systematik, z.B. a) Erfolg der integrativen Taxonomie zur Artabgrenzung; b) über 100 Arten werden neu für die Wissenschaft beschrieben. Die hier wichtigste moderne Näherungsweise ist die Schaffung einer "Cyber-Taxonomischen" Infrastruktur zur informellen Verbreitung der Resultate: Beschreibungen, Bestimmungtabellen, Digitalfotos, die mit Wiki-online Resourcen verbunden werden. Zweitens, es ist wichtig für die Gruppe: a) zum ersten Mal wird eine phylogenetische Analyse der Gattung durchgeführt, basierend auf sowohl morphologischen als auch molekularen Daten, zum bis dato größte Datenset für Evertebraten dieser Region kombiniert wird; b) eine neue supraspezifische Klassifikation der Gattung Exocelina wird vorgeschlagen; c) erstmalig wird eine substantielle Bestimmungshilfe für Exocelina-Arten zur Verfügung gestellt, bereichert durch Grafiken und Digitalfotos. Die Resultate dieses Projekts werden nicht nur in anderen biologischen Disziplinen (Ökologie, Naturinventarisierung, Naturschutz) Anwendung finden, sondern sollen auch Naturstudien, Naturschutz und die Ausbildung lokaler Parataxonomen populärer machen.

Seit Darwin und Wallace sind Biologen fasziniert von Inselbiodiversität und Evolution der Artenvielfalt. Unser Projekt untersuchte die taxonomische und phylogenetische Struktur und Biogeografie der Schwimmkäfergattung Exocelina Broun, 1886 in Neuguinea.Mit einer Fläche von 800.000 km2 ist Neuguinea die zweitgrößte Insel der Welt und gleichzeitig eines von nur drei verbleibenden großen tropischen Wildnisgebieten mit sehr reicher Biodiversität. Insekten sind in Neuguinea enorm vielfältig und spielen in den Ökosystemen der Insel eine wichtige Rolle. Sie sind aber mangelhaft erforscht, vor allem die Käfer. Schwimmkäfer (Dytiscidae) sind Raubinsekten, die in fast allen aquatischen Lebensräumen zu finden sind und über 4300 beschriebene Arten weltweit zählen. Gegenwärtig sind nur knapp mehr als 170 Arten von Neuguinea bekannt. Die Gattung Exocelina wurde vor weniger als 20 Jahren entdeckt und enthält Arten, die in fließenden Berggewässern der australischen und pazifischen Regionen auftreten. Neuguinea ist das Biodiversitätszentrum der Gattung, deren Vertreter mehr als 60% der Dytiscidenfauna der Insel ausmachen. Deshalb konzentrierte sich unsere Forschung auf diese Insektengruppe.Während unseres Projektes entdeckten und beschrieben wir 121 Arten und vier Unterarten neu für die Wissenschaft, die die Gesamtzahl der neuguineanischen Exocelina auf 157 Arten und vier Unterarten erhöhten. Wir erstellten eine Artengruppenstruktur der Gattung, die 26 Artengruppen umfasst, und einen Schlüssel zur Identifizierung der Arten. Wir untersuchten die phylogenetischen Beziehungen der Arten, Evolution der Artenmorphologie und wichtige biogeografische Ereignisse. Darüberhinaus prüften wir einige allgemeine biogeografische und phylogeografische Hypothesen. Wir haben herausgefunden, dass die Gattung vor 20-15 Millionen Jahren in Australien entstanden ist und Neuguinea zweimal, vor etwa 10-5 Millionen Jahren, kolonisiert hat. Allerdings war nur eine der Kolonisationen sehr erfolgreich, führte aber zur Entwicklung von mehr als 150 Arten. Der Hauptgrund für diese erstaunliche Artenvielfalt ist die geologische Entwicklung der Insel. Neuguinea, mit ihren komplexen geologischen Prozessen, war eine "Wiege der Biodiversität" für die Gattung, was sich im Artenreichtum und hohem lokalem Endemismus wiederspiegelt. Die Ergebnisse unserer Studie hoben das Wissen über die Gattung auf ein völlig neues Niveau, üben Einfluss auf allgemeine Wissenschaftsgebiete aus und sind so für jede wissenschaftliche Disziplin, die sich mit biologischen Objekten beschäftigt und Artnamen als Etiketten für Organismen verwendet, unerlässlich. Vor allem Bestimmungstabellen und Verbreitungskarten können in der ökologischen Forschung und für Naturschutzzwecke herangezogen werden. Dahingehend haben wir die Verfügbarkeit unserer Daten nicht nur durch die Veröffentlichung der wissenschaftlichen Arbeiten, sondern auch durch Verbreitung von Artenbeschreibungen, Illustrationen, Karten, digitalen Bildern in den Cybermedien erhöht. Diese Daten richten sich nicht nur an professionelle Entomologen, sondern auch an alle, die sich für Natur interessieren. Wir denken auch, dass Informationen über unsere Forschung andere Entomologen anregen, die Insektenfauna von Neuguinea zu studieren und das Interesse der Allgemeinheit in der Erkundung der Natur und Erhaltung derselben wecken.