Diversity and distribution of amphipods in Switzerland

Abstract

The present thesis investigated the diversity and distribution of amphipods (Crustacea, Amphipoda) in Switzerland, based on an extensive collection and analysis of faunistic and ecological data. The thesis aimed to provide an updated and substantiated foundation for future ecological, faunistic and taxonomic research on these important crustaceans, with a particular focus on Switzerland. The thesis was conducted as integral part of the project Amphipod.CH that was initiated to intensify the study of amphipods in Switzerland.
Amphipods are an order of crustaceans that represent keystone species in a wide variety of both marine and freshwater ecosystems. As such they contribute considerably to the biodiversity and functioning of these ecosystems, for example by linking different trophic levels or as major decomposers. In many temperate freshwater ecosystems (including groundwater, caves, lakes and stream ecosystems), amphipods are among the most abundant macroinvertebrates. However, their communities are also rapidly changing due to their high sensitivity to environmental change and pollution as well as a high proportion of non-native amphipod species reaching new habitats, particularly in Europe and Switzerland. It is therefore crucial to understand their ecology and systematics in order to detect and understand such changes and take appropriate conservation measures.
In my thesis I focused on improving the knowledge and data on amphipods in Switzerland. Before the onset of the project, only limited information on amphipods had been available for the European Alps and Switzerland in particular. With several major European drainage areas originating in Switzerland, the region represents a biogeographically interesting area. In a first step, I reviewed for the thesis all previously published literature on amphipods and summarized this ecological and faunistic information th for a general introduction to amphipods of Switzerland. This includes publications from the 19 century up to the most recent findings from 2017. I then described several new species for Switzerland or even new to science based on molecular methods and morphological features, some of these species are even endemic to Switzerland. Based on this work, I developed a fully illustrated species identification key. It covers all 44 species of amphipods known from Switzerland, is fully compliant with recent systematics and covers all drainage areas of Switzerland. Thereby, it is the first-ever key to all amphipods of Switzerland. Finally, I analyzed amphipod communities using diversity analyses covering a large spatial extent to get a deeper insight into the importance of dispersal and habitat connectivity for community formation and biological invasions in dendritic networks. Overall, my thesis improves and synthesizes the knowledge on amphipods of Switzerland and will hopefully ease all future work on this important taxonomic group of freshwater macroinvertebrates.


Die vorliegende Doktorarbeit untersucht die Diversität und Verbreitung von Flohkrebsen (Crustacea, Amphipoda) in der Schweiz. Sie beruht sowohl auf umfangreichen wissenschaftlichen Aufsammlungen und Felderhebungen als auch auf der Auswertung bestehender faunistischer und ökologischer Daten. Das Ziel der Arbeit war es, aktualisierte und fundierte Grundlagen für die ökologische, faunistische und taxonomische Forschung über diese bedeutenden Krebstiere zu liefern, insbesondere für die Schweiz. Als solches stellt die vorliegende Doktorarbeit einen wesentlichen Bestandteil des Projektes Amphipod.CH dar, das mit dem Ziel einer Intensivierung der Flohkrebsforschung in der Schweiz initiiert wurde.
Flohkrebse als Ordnung innerhalb der Krebstiere stellen in vielen marinen und Süsswasserökosystemen biologische Schlüsselarten dar. Als solche tragen sie wesentlich zur Biodiversität und zum Funktionieren dieser Ökosysteme bei, beispielsweise durch die Verknüpfung unterschiedlicher Nahrungskettenebenen oder als bedeutende Zersetzer von organischem Material. In vielen Süsswasserökosystemen der gemässigten Zonen (u. a. Grundwasser-, Höhlen-, See- und Fliessgewässerökosystemen) gehören Flohkrebse zu den häufigsten Makroinvertebraten. Allerdings verändern sich deren ökologische Gemeinschaften aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen der Umwelt, gegenüber Verschmutzung und aufgrund des hohen Anteils nicht einheimischer Arten momentan rasch und verstärkt. Nicht einheimische Arten erreichen immer neue Gebiete, insbesondere auch in Europa und der Schweiz. Es ist daher äusserst wichtig die Ökologie und die Systematik der Flohkrebse zu verstehen, um solche Veränderungen frühzeitig zu erkennen und geeignete Schutzmassnahmen ergreifen zu können.
In meiner Doktorarbeit legte ich den Fokus darauf, das Wissen und die Datengrundlage über die Flohkrebse der Schweiz zu verbessern. Vor dem Start des Projektes gab es nur beschränkte Informationen über Flohkrebse in den Alpen, insbesondere der Schweiz. Als Ursprungsort mehrerer Haupteinzugsgebiete Europas stellt diese Region ein biogeographisch interessantes und bedeutendes Gebiet dar. In einem ersten Schritt habe ich die bestehende Literatur über Flohkrebse durchforstet und die ökologischen und faunistischen Informationen in einer allgemeinen Einleitung zusammengefasst. Diese umfasst Publikationen aus dem 19. Jahrhundert bis hin zu aktuellsten Ergebnissen von 2017. Danach habe ich aufgrund genetischer und morphologischer Merkmale mehrere neue Arten für die Schweiz oder sogar für die Wissenschaft beschrieben, wobei einige dieser Arten endemisch für die Schweiz sind. Aufgrund dieser Arbeit und den bestehenden Daten habe ich einen umfangreich illustrierten Bestimmungsschlüssel entwickelt. Er deckt alle 44 Flohkrebsarten ab, die aus der Schweiz bekannt sind, er ist mit der bestehenden Systematik konform und umfasst alle Einzugsgebiete der Schweiz. Damit ist es der erste einheitliche Bestimmungsschlüssel für alle Amphipodenarten der Schweiz. Schliesslich habe ich Flohkrebsgemeinschaften geographisch umfangreich analysiert, um ein besseres Verständnis über die Bedeutung von Ausbreitung und Habitatverknüpfung für die Gemeinschaftszusammensetzung zu erhalten. Dies insbesondere auch im Hinblick auf biologische Invasionen in solchen dendritischen Netzwerken. Meine Arbeit verbessert das Wissen über Flohkrebse der Schweiz, und liefert erstmalig einheitliche ökologische und faunistische Daten für alle Flohkrebsarten er Schweiz. Dadurch erleichtert es zukünftige Arbeiten zu dieser Gruppe von Süsswassermakroinvertebraten.