Neues aus der Wissenschaft

22.01.2013, Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Ein Verwandter aus der Tianyuan-Höhle
DNA-Analyse enthüllt Verwandtschaft zwischen heute lebenden Asiaten und amerikanischen Ureinwohnern mit frühen modernen Menschen aus Peking
Ein internationales Forscherteam um Svante Pääbo und Qiaomei Fu vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig hat das Erbgut eines frühen modernen Menschen aus der Tianyuan-Höhle bei Peking entschlüsselt. Die Analyse von DNA aus dem Zellkern und den Mitochondrien dieses Menschen zeigt, dass er eine gemeinsame Herkunft mit den Vorfahren heute lebender Asiaten und amerikanischer Ureinwohner teilt. Ein weiteres Ergebnis: Das Erbgut dieses frühen modernen Menschen enthält keinen größeren Anteil an Neandertaler- oder Denisova-DNA als das von heute in der Region lebenden Menschen.
Überreste von Menschen, deren anatomische Eigenschaften denen heute Lebender ähneln, erscheinen erstmals vor etwa 40.000 bis 50.000 Jahren in Asien und Europa. Die genetischen Beziehungen zwischen diesen frühen modernen Menschen und heutiger Populationen wurden bisher noch nicht erforscht. Im Rahmen einer aktuellen Studie untersuchten Qiaomei Fu, Matthias Meyer und Kollegen vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig die etwa 40.000 Jahre alten Oberschenkel- und Schienenbeinknochen eines frühen modernen Menschen, der im Jahre 2003 in der Tianyuan-Höhle nahe Peking ausgegraben wurde. Mit einem neuen von ihnen entwickelten Verfahren isolierten und sequenzierten sie DNA aus Zellkern und Mitochondrien. Damit können die Forscher uraltes Erbmaterial aus einem archäologischen Fund selbst dann identifizieren, wenn die Probe durch große Mengen an DNA von im Boden lebenden Bakterien verunreinigt ist.
Die Autoren rekonstruierten anschließend ein genetisches Profil des Tianyuan-Menschen. Er lebte während einer wichtigen evolutionären Übergangsperiode. „Zu jener Zeit teilten frühe moderne Menschen ihre Lebensräume mit Neandertalern und Denisova-Menschen, die später ausstarben“, sagt Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, der die Studie leitete. „Sie wiesen manchmal auch noch ähnliche Merkmale wie andere frühe Menschenformen auf, wie beispielsweise die Neandertaler.“
Das genetische Profil zeigt, dass der frühe moderne Mensch aus der Tianyuan-Höhle und die Vorfahren vieler heute lebender Asiaten und amerikanischer Ureinwohner eine gemeinsame Herkunft haben. Andererseits hatte sich seine Abstammungslinie bereits von der der Vorfahren heute lebender Europäer getrennt. Weiterhin ergab die Analyse: Im Erbgut des Tianyuan-Menschen findet sich kein größerer Anteil an Neandertaler- oder Denisova-DNA als bei heute in der Region lebenden Menschen. „Die Untersuchung weiterer früher moderner Menschen aus Eurasien wird unser Verständnis davon, wie sich moderne Menschen über Europa und Asien hinweg ausgebreitet haben, noch verfeinern“, sagt Svante Pääbo.
Ein Teil der Arbeiten wurde in einem neuen Labor durchgeführt, das die Max-Planck-Gesellschaft zusammen mit der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking betreibt.
Originalpublikation:
Qiaomei Fu, Matthias Meyer, Xing Gao, Udo Stenzel, Hernán A. Burbano, Janet Kelso, Svante Pääbo
DNA analysis of an early modern human from Tianyuan Cave, China
PNAS, Online Early Edition, 21. Januar 2013

22.01.2013, Deutsche Wildtier Stiftung
Weichfresser picken Alkohol mit vergorenen Früchten
Hamburg, 22. Januar 2013. Nicht alle Vögel fressen Körner. Für Früchtefresser ist das Nahrungsangebot im Winter besonders knapp. Sie picken Beeren und fressen alles an Obst, was sie finden können – auch vergorene Früchte. Weichfresser wie Amseln, Singdrosseln, Gimpel und Rotkehlchen schätzen Vogelbeeren, Schlehen und die Früchte vom Weißdorn und der Hagebutte, die noch an den Sträuchern hängen. „Heimische Gartenpflanzen bieten auch bei Eis und Schnee Nahrung“, sagt Eva Goris, Pressesprecherin der Deutschen Wildtier Stiftung. Auch übrig gelassene Winteräpfel am Baum sind willkommene Leckerbissen für Weichfresser.
Vögel nehmen mit vergorenen Früchten zwar auch Alkohol auf, aber sie werden von dem „Obstler“ nicht betrunken, denn ihre Leber baut Alkohol schnell ab. „Die Vogelleber arbeitet effizienter als die des Menschen.“ Vögel picken auch hartgefrorene Beeren, ohne Schaden zu nehmen. „Vogelfreunde können die Tiere bei der Nahrungssuche unterstützen, indem sie kleingeschnittene Apfel- und Birnenstückchen anbieten“, empfiehlt die Pressesprecherin.
Körnerfresser wie Buch- und Bergfinken, Grünlinge, Kernbeißer und Spatzen brauchen bei eisigen Temperaturen vor allem Fett, um gut durch den Winter zu kommen. „Ausgewogenes Futter für Körnerfresser besteht aus aufgeschlossenen Weizen- und Haferflocken angereichert mit Nüssen, Sonnenblumenkernen und anderen Sämereien“, sagt Eva Goris. „Dann kommen auch Dompfaff und Kleiber gern zum Dinner.“ Die Qualität von Vogelfutter ist wichtig. Minderwertigem Futter werden häufig Füllstoffe wie harte Weizenkörner beigemischt. „Die bleiben liegen, werden feucht, verschimmeln und verschmutzen die Futterstelle“, sagt die Pressesprecherin. Absolut tabu bei der Vogelfütterung sind Abfälle und Speisereste. „Gewürze und Salz sind Gift für kleine Flieger.“

23.01.2013, Goethe-Universität Frankfurt am Main
Evolution hilft beim Abwerfen von Ballast
Neue Körpermerkmale entstehen in der biologischen Evolution durch natürliche Selektion. Aber wie ist es mit dem Verlust von Merkmalen, etwa der Augen, die der Krebs nicht mehr braucht, wenn er seinen Lebensraum in eine Höhle verlagert? Ist dies, weil vorteilhaft, ebenfalls der Selektion geschuldet, oder schlichtweg durch die Akkumulation von Genmutationen verursacht? Wie Evolutionsbiologen der Goethe Universität Frankfurt jetzt zusammen mit Kollegen der National University in Singapur herausgefunden haben, hat die Evolution auch beim Abwerfen von Ballast ihre Finger im Spiel.
FRANKFURT. „Wir übersehen oft, dass es im Laufe der Evolution ebenso häufig zum Verlust bestehender Merkmale kommen muss wie zur Entstehung neuer – ansonsten würden alle Tier- und Pflanzenarten noch immer alle Merkmale ihrer Vorfahren zeigen“, erklärt Dr. Sebastian Klaus. Der Mensch hätte beispielsweise immer noch die starke Körperbehaarung, die er mit dem gemeinsamen Vorfahren des Menschenaffen teilte. „Wenn der Merkmalsverlust der Selektion unterliegt, würde man eine rasche Reduktion annehmen. Anderenfalls sollte der Rückgang vergleichsweise langsam stattfinden“, ergänzt Privatdozent Dr. Martin Plath.
Wie die Evolutionsbiologen in der aktuellen Ausgabe von „Biology Letters“ mitteilen, untersuchten sie mehrere Populationen von Höhlenkrabben auf den Philippinen, die sich zu verschiedenen Zeitpunkten für ein Leben in der Dunkelheit entschieden hatten. Die Krabben zeigten deutliche Unterschiede in den Anpassungen an das Höhlenleben: Merkmale wie Augen oder Körperpigmentierung, die in Dunkelheit keine Funktion mehr haben, wurden reduziert, während Merkmale, die der besseren Orientierung in der Finsternis dienen, verstärkt ausgebildet wurden. So verlängerten sich die Extremitäten und Sinnesborsten.
Nachdem das relative Alter der verschiedenen Höhlenpopulationen mithilfe molekularbiologischer Methoden bestimmt worden war, konnten die Autoren die Geschwindigkeit der Neu- und Rückbildung von Merkmalen abschätzen und vergleichen. Dabei zeigte sich, dass die Reduktion der Augen nicht etwa langsamer verläuft als die Entstehung von verlängerten Beinen und Sinnesborsten. In beiden Fällen fand die evolutionäre Veränderung bald nach der Besiedlung einer Höhle statt. „Wir folgern daraus, dass auch der Verlust von Merkmalen der Selektion unterliegt und den Höhlenkrabben einen evolutionären Vorteil verschaffen muss“, so Klaus.
Welcher Art dieser Vorteil ist, wollen die Forscher in Folgeexperimenten untersuchen. Denkbar wäre, dass die Höhlenkrabbe Energie spart, wenn sie die Augen nicht mehr voll ausbildet. Oder die Augenreduktion ist auf Ebene der Gene mit der Ausbildung anderer, in der Dunkelheit vorteilhafter Merkmale gekoppelt.
Studie: Klaus S, Mendoza JCE, Liew J-H, Plath M, Meier R, Yeo DCJ. Rapid evolution of troglomorphic characters suggests selection rather than neutral mutation as a driver of eye reduction in cave crabs. Biol Lett 20121098.
doi: 10.1098/rsbl.2012.1098

23.01.2013, Universität Ulm
Neotropische Fledermäuse: Schwirrflug als Jagdstrategie
Auf dem Speiseplan von neotropischen Großohrfledermäusen (Micronycteris microtis) stehen unter anderem Libellen, Käfer und Zikaden. Oft machen die nachtaktiven Säuger Beute, wenn diese Insekten im dichten Unterholz auf Blättern ruhen. Unter derartigen Bedingungen scheint eine Echoortung fast unmöglich. Wie gelingt es den Fledermäusen also, die bewegungs- und lautlose Beute aufzuspüren? Und welche visuellen Reize, Gerüche oder Laute könnten den Dschungelbewohnern neben der Echoortung beim Jagen helfen?
Diesen Fragen sind Ulmer Forscherinnen um Inga Geipel mithilfe von Verhaltensversuchen im Smithsonian Tropical Research Institute (Barro Colorado Island, Panama) nachgegangen. Ihre Erkenntnisse zum Schwirrflug als Jagdstrategie der Großohrfledermaus haben sie jetzt in der Fachzeitschrift „Proceedings of the Royal Society B“ veröffentlicht.
Fledermäuse werden im tropischen Regenwald mit unendlich vielen Reizen konfrontiert: Die überaus reiche Vegetation reflektiert nämlich Echoortungsrufe der Insektenfresser. Durch diese von Pflanzen zurückgeworfenen Störechos dürften die nachtaktiven Säuger auf Blättern ruhende Beutetiere kaum wahrnehmen. Die Forscherinnen sprechen von „akustischer Maskierung“. Trotzdem machen alleine bewegungsarme Libellen zehn Prozent der Nahrung von Micronycteris microtis aus. Wie die Fledermäuse diese und andere Insekten lokalisieren, haben Inga Geipel, Dr. Kirsten Jung und die 2011 verstorbene, ehemalige Leiterin des Ulmer Instituts für Experimentelle Ökologie, Professorin Elisabeth Kalko, in Verhaltensversuchen analysiert.
Auf Barro Colorado Island und in Gamboa (Panama) haben die Biologinnen Großohrfledermäuse gefangen und für die Versuche in eine Voliere gesetzt. Auf Blättern von Topfpflanzen (Ormosia macrocalyx), deren Position mehrfach verändert wurde, präsentierten sie ihnen verschieden gestaltete Libellen-Attrappen. Mit diesen Nachbildungen wollten die Wissenschaftlerinnen den Einfluss von Form, Struktur und Material auf das Verhalten der Fledermäuse überprüfen. Die Aktionen und Echoortungsrufe der nachtaktiven Säuger wurden mit Hochgeschwindigkeitskameras und Ultraschallgeräten festgehalten.
Bei allen Fledermäusen haben die Forscherinnen ähnliche Verhaltensmuster beobachtet: Die Tiere flogen im „Schwirrflug“ vor den Topfpflanzen und stießen kurze, multi-harmonische und breitbandige Echoortungsrufe aus. Die Beutelokalisation gelang erstaunlich schnell. Das gilt in besonderem Maße für Libellen-Nachbildungen, die eine für diese Insekten charakteristische Kreuzform aufwiesen. Offenbar macht sich Micronycteris microtis im Schwirrflug ein detailliertes akustisches Bild – basierend auf der Beuteform und –struktur sowie dem Beutematerial. „Die Großohrfledermaus nutzt bei ihrer Jagd lediglich die Echoortung. Weitere Strategien zur Reizreduktion konnten wir nicht feststellen“ erklärt Inga Geipel.
Im jetzt veröffentlichten Fachartikel beschreiben die Forscherinnen erstmals, dass eine Fledermausart alleine durch Echoortungsrufe bewegungslose Beute im dichten Unterholz aufzuspüren kann. Allen Störechos zum Trotz können die Säugetiere sogar die Nahrung klassifizieren und ihre exakte Position bestimmen. „Offenbar ist der Schwirrflug kombiniert mit kurzen Echoortungsrufen eine spezielle Strategie, die Großohrfledermäusen das Jagen unter schwierigen Bedingungen ermöglicht“, fasst Inga Geipel zusammen.
Veröffentlichung:
Geipel I, Jung K, Kalko EKV. 2013 Perception of silent and motionless prey on vegetation by echolocation in the gleaning bat Micronycteris microtis. Proc R Soc B 280: 20122830.

24.01.2013, Universität Koblenz-Landau
Pflanzenschutzmittel gefährden Frösche
Der Kontakt mit Pflanzenschutzmitteln kann für Frösche tödlich sein. Eine aktuelle, im Auftrag des Umweltbundesamtes durchgeführte Studie des Instituts für Umweltwissenschaften Landau an der Universität Koblenz-Landau hat aufgedeckt, dass schon der Einsatz der empfohlenen Produktmenge bei Grasfröschen (Rana temporaria) zu Sterblichkeitsraten von 20 bis 100 Prozent führt. Die Gefahr besteht für alle sieben getesteten Mittel – ob Fungizid, Herbizid oder Insektizid. Sie sind jedoch trotzdem zugelassen, da das entsprechende Verfahren bislang mögliche Auswirkungen auf Amphibien (Lurche) nicht untersucht.
„Es ist kaum fassbar, dass es bei Pestiziden, die das aktuell praktizierte Zulassungsverfahren für Pestizide durchlaufen haben, zu direkter Mortalität bei Amphibien kommt“, sagt Carsten Brühl, Leiter der Studie. „Unsere Laborversuche zeigen eine derartige Wirkung auf an Land lebende Entwicklungsstadien der Tiere. Dieser in der Risikobewertung bislang nicht berücksichtigte Effekt sollte in den Schutzbemühungen von Frosch- und Krötenpopulationen Berücksichtigung finden.“
Die feuchte Haut von Fröschen absorbiert Pestizide in größeren Mengen
Amphibien sind die am stärksten gefährdeten Wirbeltiere weltweit. Als mögliche Ursachen werden der Wettbewerb mit eingewanderten Arten, erhöhte UV-Strahlung, die globale Klimaerwärmung, ansteckende Krankheiten sowie der Verlust an Lebensraum diskutiert. Bislang nicht beachtet wird der Einfluss von Pestiziden. Dies liegt daran, dass die Untersuchung möglicher Effekte bislang nur unzureichend erfolgte und nicht Bestandteil des Zulassungsverfahrens für Pflanzenschutzmittel ist. Zurzeit werden nur Auswirkungen auf Vögel und Säugetiere sowie auf in Gewässern lebende Organismen getestet.
Auch bei Vögeln und Säugetieren gibt es seit längerer Zeit die Diskussion, ob Pestizide über die Haut aufgenommen werden und wie groß die dadurch bedingte Gefahr ist. Die feuchte Haut von Fröschen absorbiert Stoffe in viel größeren Mengen, da sie im direkten Kontakt mit der Umwelt steht. Daher ist die Gefahr der so genannten dermalen Exposition hoch. Während die Zulassungsverfahren für Pestizide im Rahmen von Gewässeruntersuchungen Kaulquappen berücksichtigen, gilt dies nicht für die erwachsenen Frösche. Hier galt bislang die Einschätzung, dass für Vögel und Säugetiere unbedenkliche Mengen auch bei Fröschen kein großes Problem darstellen.
Zu 100 Prozent tödlich
Diese Haltung muss jedoch grundlegend überdacht werden. Schließlich führen bereits die empfohlenen Einsatzmengen des Fungizids „Headline“ im Laborversuch bei juvenilen Grasfröschen innerhalb einer Stunde zu einer Sterblichkeitsrate von 100 Prozent. Da jedoch ein anderes Mittel, das die gleiche Menge des Wirkstoffs enthält, nur zu 20 Prozent tödlich ist, liegt die Gefahr wohl eher in den jeweils verwendeten Zusatzstoffen oder deren Konzentration. Welche Stoffe dies sind und wie sie wirken, ist jedoch noch völlig unklar und bedarf weiterer Forschungen. Dies gilt auch für die möglichen Effekte der Pestizide auf Freiland-Populationen.
„Unsere Studie zeigt aber, dass schon jetzt dringender Handlungsbedarf besteht“, so Carsten Brühl weiter. „Auch Landwirte haben schließlich ein großes Interesse an einer intakten Natur und wollen Amphibien schützen, die schädliche Insekten vertilgen. Sie wollen daher Pestizide einsetzen, die diese nicht gefährden.“ Ebenso sollten sich die für die Risikobewertung für Pestizide Verantwortlichen mit diesem Thema auseinandersetzen und Amphibien in ihre Betrachtung einschließen.
Die Studie:
„Terrestrial pesticide exposure of amphibians: An underestimated cause of global decline?“, Carsten A. Brühl, Thomas Schmidt, Silvia Pieper, Annika Alscher. Die Studie wurde am 24. Januar 2013 in der Fachzeitschrift „Scientific Reports (Nature)“ veröffentlicht: http://www.nature.com/srep.

24.01.2013, Universität Bayreuth
Parasiten auf Partnersuche – Bayreuther Biologen entdecken sexuellen Lockstoff bei Fächerflüglern
Fächerflügler sind äußerst ungewöhnliche Insekten, die als Parasiten in anderen Insekten leben. Sie befallen unter anderem Wildbienen, die im Unterschied zu Honigbienen vereinzelt vorkommen und keine Bienenstaaten bilden. Ein Team mit Wissenschaftlern der Universität Bayreuth hat jetzt erstmals einen sexuellen Lockstoff – ein sogenanntes Sexualpheromon – identifiziert, mit dem das in der Biene lebende Fächerflügler-Weibchen ein Männchen von außen anlockt und damit die Fortpflanzung sichert. Im „Journal of Chemical Ecology“ stellen die Bayreuther Forscher ihre Ergebnisse vor.
In der unmittelbaren Umgebung von Bayreuth haben die Biologen Dr. Siegfried Kehl und Dr. Stefan Dötterl Fächerflügler der Art Stylops melittae beobachtet. Die ausgewachsenen Weibchen verbringen ihre gesamte Lebenszeit in ihren Wirtsbienen, wobei sie fast keine der für Insekten typischen Merkmale aufweisen. Ihr Körper besteht im Wesentlichen aus einem lang gestreckten weißlichen Hinterleib, der die Biene nie verlässt, und einem Kopfbereich, mit dem sich das Weibchen aus dem Hinterleib der Biene herausbohrt. Dies geschieht kurz vor der Geschlechtsreife. Die geschlechtsreifen Männchen hingegen befreien sich völlig aus der Wirtsbiene. Sie sind mit großen, fächerartig zusammenfaltbaren Hinterflügeln ausgestattet und leben frei in der Natur, ohne dabei Nahrung aufzunehmen. Ihre Lebenszeit ist sehr gering, sie umfasst meistens nur wenige Stunden. Denn die geschlechtsreifen Männchen haben nur eine Funktion: sich mit geschlechtsreifen Weibchen zu paaren.
Die Paarung kommt dadurch zustande, dass das Weibchen, das im Hinterleib der Biene steckt, aus dem Kopfbereich ein Sexualpheromon ausstößt. Diesen Lockstoff nehmen die Männchen mit ihren großen, verzweigten Fühlern wahr. Wie hochempfindlich die Fühler auf den Lockstoff reagieren, haben die Bayreuther Forscher mit Hilfe von elektrophysiologischen Messungen nachgewiesen. Die Wahrnehmung des Pheromons löst nun bei jedem Fächerflügler-Männchen den Impuls aus, der Spur des Pheromons zu folgen. Ist das Männchen bei der Wildbiene angekommen, findet es das Fächerflügler-Weibchen vor, das aus dem Hinterleib der Biene heraussteht und daher von außen zugänglich ist. Mit seinem dolchartigen Begattungsorgan durchsticht das Männchen das Gewebe im Kopfbereich des Weibchens und pumpt seine Spermien hinein. Auf diesem Weg gelangen die Spermien in den Hinterleib des Fächerflügler-Weibchens, wo sie dessen Eier befruchten.
Der sexuelle Lockstoff, den die Bayreuther Biologen erstmals bei Fächerflüglern nachgewiesen haben, konnte in Zusammenarbeit mit Dr. Till Tolasch am Institut für Zoologie der Universität Hohenheim präzise bestimmt werden. Es handelt sich um einen Aldehyd; die genaue chemische Bezeichnung lautet (3R,5R,9R)-3,5,9-Trimethyldodecanal.
Nach der Paarung entwickeln sich die befruchteten Eier im Hinterleib des Weibchens zu Larven, die lebend geboren werden. Sie werden vom Weibchen „ausgespuckt“, so dass sie sich außen am Kopfbereich des Weibchens oder auf der Wirtsbiene befinden. Jede Larve ist dabei nur 0,4 mm groß. Die Biene transportiert die Larven auf die von ihr besuchten Blüten; von hier werden sie auf diejenigen Bienen übertragen, die die Blüten als nächste besuchen. Diese „gesunden“ Bienen nehmen die Fächerflügler-Larven mit in ihre Nester, wo sie sich in die jungen Bienenlarven hineinbohren.
Eine parasitierte Bienenlarve kann sich zwar zu einer erwachsenen Biene entwickeln, doch verliert sie ihre eigene Fortpflanzungsfähigkeit. In ihrem Hinterleib wächst dagegen die Fächerflügler-Larve zu einem geschlechtsreifen Insekt heran. Handelt es sich um ein Männchen, bohrt es sich aus der Biene heraus und lebt in freier Natur weiter. Ein Weibchen jedoch bleibt in der Biene, um mithilfe des jetzt entdeckten Lockstoffs ein Männchen anzulocken.
Veröffentlichung:
Till Tolasch, Siegfried Kehl, Stefan Dötterl,
First Sex Pheromone of the Order Strepsiptera: (3R,5R,9R)-3,5,9-Trimethyldodecanal in Stylops melittae KIRBY, 1802, in: Journal of Chemical Ecology, Dec. 2012, Volume 38, Issue 12, pp 1493-1503
DOI: 10.1007/s10886-012-0215-6

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