Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

04.05.2014, Max-Planck-Institut für Ornithologie
Fressfeinde bestimmen die Lebenserwartung von Vögeln
Das Altern ist bei Mensch und Tier unausweichlich. Die Dauer eines Lebens jedoch unterscheidet sich von Art zu Art sehr stark. Forscher vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen haben nun einen möglicherweise allgemeingültigen Mechanismus gefunden, der die unterschiedlichen Lebenserwartungen erklären kann. Dazu haben sie Daten von knapp 1400 Vogelarten untersucht und fanden, dass die Anzahl und Verteilung von Fressfeinden die Lebenserwartung der Vögel bestimmt – unabhängig von Körpergewicht und Reproduktionsrate, die auch eine wichtige Rolle spielen. Mit diesen Ergebnissen konnten die Wissenschaftler eine Hauptaussage der klassischen Evolutionstheorie des Alterns bestätigen.
Lebewesen haben bekanntermaßen eine höchst unterschiedliche Lebenserwartung. Während einige Fische, Schildkröten und sogar Wirbellose mehrere hundert Jahre alt werden können, wird die im Korallenriff lebende Pygmäengrundel nur knapp 60 Tage alt. Bei Vögeln reicht die Lebenserwartung von über 100 Jahren bei Papageien wie dem Gelbhaubenkakadu bis zu lediglich vier Jahren bei Kolibris wie der Grünrücken-Zimtelfe, was einen 25-fachen Unterschied ausmacht. Wie kann man solch eine Variation erklären?
Die Evolutionstheorie des Alterns, die erstmals vor über 50 Jahren von dem Evolutionsbiologen George Willams aufgestellt wurde, kann eine Antwort darauf geben. Diese Theorie besagt, dass hohe Mortalitätsraten bei erwachsenen Tieren aufgrund von Fressfeinden, Parasiten oder anderen zufälligen Ereignissen mit einer niedrigen maximalen Lebenserwartung in Zusammenhang stehen. Denn bei hohen Sterberaten führen Fressfeinde oder Krankheiten schon zum Tod, ehe die natürliche Selektion an selten auftretenden Mutationen ansetzen kann, die zu einer gesünderen und widerstandsfähigeren Konstitution im Alter führen würden. Die Theorie wurde seitdem weiterentwickelt und in verschiedenen experimentellen und vergleichenden Studien getestet. Jedoch haben unterschiedliche Ergebnisse die Wissenschaftler an der Allgemeingültigkeit dieser Theorie zweifeln lassen.
Mihai Valcu und Bart Kempenaers vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen haben nun mit Kollegen aus Neuseeland und der Schweiz diese Theorie mittels einer umfassenden Datenbank getestet, die Altersdaten von insgesamt 1396 Vogelarten enthält; dabei handelte es sich um 1128 freilebende und 268 in Gefangenschaft lebende Arten. Die Forscher verwendeten eine globale Verbreitungskarte dieser Arten, fügten morphologische und brutbiologische Daten hinzu und bestimmten die Menge an Fressfeinden.
Aufwändige statistische Auswertemethoden haben ergeben, dass die maximale Lebensdauer mit der Dichte der Fressfeinde in umgekehrter Beziehung steht. Das heißt, je mehr räuberische Arten es im selben Lebensraum gibt und je gleichmäßiger sie verteilt sind, desto geringer ist die Lebenserwartung des Vogels. Diese Wechselbeziehung bestätigt die klassische Alterstheorie und besteht auch dann noch, wenn andere für die Lebenserwartung wichtige Faktoren wie Körpergewicht und Gelegegröße in das statistische Modell mit einbezogen werden. Tatsächlich leben größere Arten im Mittel länger. Sich schnell vermehrende Arten wiederum, beispielsweise solche die mehr Eier legen, haben eine durchschnittlich geringere Lebenserwartung.
Bemerkenswerterweise tritt dieser Zusammenhang auch auf regionaler Ebene auf: Die Lebenserwartung ganzer Gruppen von Arten innerhalb eines bestimmten Gebietes oder einer Bioregion hängt ebenfalls von der Anzahl und Verteilung der Fressfeinde ab. “Mit unserem Ergebnis konnten wir die Allgemeingültigkeit der 50 Jahre alten Evolutionstheorie des Alterns auf einer breiten geographischen Ebene bestätigen“, schlussfolgert Mihai Valcu, der Erstautor der Studie. Zumindest bei den Vögeln ist die Theorie also offenbar gültig.

05.05.2014, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Vogelarten im Himalaya sind vor vielen Millionen Jahren entstanden
Der Osthimalaya gehört mit seinem extrem hohen Aufkommen an verschiedenen Vogelarten zu den Biodiversitäts-Hotspots der Welt. Eine jetzt in „Nature“ veröffentlichte Studie, an der auch ein Forscher der Universität Heidelberg mitgewirkt hat, zeigt auf, dass diese Arten bereits vor vielen Millionen Jahren entstanden sind. Die Singvögel haben allerdings – so die Wissenschaftler – die ökologische Tragfähigkeit des Himalaya mittlerweile ausgeschöpft: Nächstverwandte Arten außerhalb dieses Gebietes sind längst reproduktiv von den himalayanischen Artgenossen isoliert, wandern aber nicht in den Himalaya ein. Gleichzeitig sei beispielsweise durch Raubbau das vorhandene Artengefüge gefährdet.
Vogelarten im Himalaya sind vor vielen Millionen Jahren entstanden
Internationales Forschungsteam sieht allerdings vorhandene Artenvielfalt gefährdet
Der Osthimalaya gehört mit seinem extrem hohen Aufkommen an verschiedenen Vogelarten zu den Biodiversitäts-Hotspots der Welt. Eine jetzt in „Nature“ veröffentlichte internationale Studie, an der auch ein Forscher der Universität Heidelberg mitgewirkt hat, zeigt auf, dass diese Arten bereits vor vielen Millionen Jahren entstanden sind. Die Singvögel haben allerdings – so die Schlussfolgerung der Wissenschaftler – die ökologische Tragfähigkeit des Himalaya mittlerweile ausgeschöpft: Nächstverwandte Arten außerhalb dieses Gebietes sind längst reproduktiv von den himalayanischen Artgenossen isoliert und differenziert, wandern aber nicht in den Himalaya ein. Gleichzeitig sei beispielsweise durch Raubbau des Menschen das vorhandene Artengefüge gefährdet.
Mit 358 Singvogelarten brüten in der Hochgebirgsregion Osthimalaya drei mal mehr Arten als auf einer vergleichbaren Fläche in Europa. Ein internationales Wissenschaftlerteam aus Indien, den USA, Deutschland und Schweden hat unter Leitung von Prof. Dr. Trevor Price von der University of Chicago nun nach den DNA-Sequenzen aller himalayanischen Singvögel geforscht. Überraschend große Unterschiede im Erbgut wurden dabei zwischen nahverwandt erscheinenden Arten gefunden, auch wenn sie einander sehr ähnlich sehen. „Im Durchschnitt hat sich jede einzelne osthimalayanische Art von ihren nahen Verwandten in der Region vor sechs bis sieben Millionen Jahren getrennt. Das entspricht etwa derselben Zeitspanne, über die sich Mensch und Schimpanse unabhängig voneinander entwickelten“, erläutert Dr. Dieter Thomas Tietze, der am Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Ruperto Carola tätig ist.
Zu Dr. Tietzes Aufgaben im Rahmen dieser Studie gehörte es unter anderem, die DNA-Sequenzen alter Sammlungsobjekte aus deutschen Museen zu analysieren. Darüber hinaus beobachtete er gemeinsam mit indischen Kollegen die Vögel in ihrem Lebensraum. Im indischen Bundesstaat Arunachal Pradesh gelang es dem Expeditionsteam, ein Exemplar des erst 2006 beschriebenen Bugunhäherlings einzufangen. Dabei handelt es sich um eine Vogelart, die nur dort und in einigen wenigen Paaren brütet. „Unter der Auflage, die genetischen Analysen in Indien durchzuführen, erhielt ich die Erlaubnis, eine Feder des seltenen Tieres zu untersuchen“, berichtet Dieter Thomas Tietze.
Tatsächlich konnte der Heidelberger Wissenschaftler damit am Wildlife Institute of India DNA-Sequenzen erzeugen, aus denen die Forscher schlossen, dass sich der Bugunhäherling vor mehr als drei Millionen Jahren von seinem nächsten Verwandten in China getrennt hat. Damit liegt das sogenannte Artaufspaltungsereignis weit vor den Eiszeiten, was nach den Worten Dr. Tietzes die Einzigartigkeit des Bugunhäherlings unterstreicht. „Unsere Forschungen zeigen damit zugleich die Bedeutung, die derartige genetische Studien für den Artenschutz besitzen. Denn um Arten als schutzwürdige Einheiten sichtbar werden zu lassen, ist es notwendig, sie deutlich voneinander abzugrenzen – gerade auch gegenüber den oft zum Verwechseln ähnlichen nächsten Verwandten“, sagt der Heidelberger Wissenschaftler, der Assistent von Prof. Dr. Michael Wink ist.
Originalpublikation:
T.D. Price, D.M. Hooper, C.D. Buchanan, U.S. Johansson, D.T. Tietze, P. Alström, U. Olsson, M. Ghosh-Harihar, F. Ishtiaq, S.K. Gupta, J. Martens, B. Harr, P. Singh P und D. Mohan: Niche filling slows the diversification of Himalayan songbirds. Nature online (seit 30. April 2014). DOI: 10.1038/nature13272

05.05.2014, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Superhirn im Dienst der biologischen Vielfalt
Das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig nimmt einen neuen Hochleistungsrechner in Betrieb. Das High Performance Computing Cluster (HPC-Cluster) wird mit 1,03 Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert und besteht aus 70 Servern mit insgesamt 400 Terabyte Speicherkapazität. Integriert wird der Rechner in ein bereits bestehendes Cluster am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ. Das HPC-Cluster wurde heute von Prof. Christian Wirth, Direktor des Forschungszentrums iDiv, und Prof. Georg Teutsch, Wissenschaftlicher Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung, feierlich eingeweiht.
30 Billionen Rechenvorgänge pro Sekunde: Dazu ist der neue Hochleistungsrechner in der Lage, den das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) erworben hat. „Dieser Rechner ermöglicht uns Forschungsarbeit auf Spitzenniveau“, so Prof. Christian Wirth, Geschäftsführender Direktor des Forschungszentrums iDiv, „denn mit ihm lassen sich auch Big Data bearbeiten, also komplexe und verdichtete Informationsmengen.“ Solche hochdimensionalen Datensätze sind mittlerweile integraler Bestandteil in der Biodiversitätsforschung und ergeben sich beispielsweise, wenn Messpunkte von Kameradrohnen oder Satellitenaufnahmen auszuwerten sind, durch die Wissenschaftler Rückschlüsse auf Klimaveränderungen und die Vielfalt von Arten in bestimmten Naturräumen ziehen können. Weitere Anwendungsfelder des HPC-Clusters: das Simulieren von ökologischen Szenarien und die Auswertung von Sequenzanalysen, durch die zum Beispiel die genetischen Merkmale eines ganzen Ökosystems erfasst und codiert werden.
Das HPC-Cluster wird Wissenschaftlern des Universitätsverbundes Halle, Jena, Leipzig und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung zur Verfügung stehen. Die Partner sind über eine 10-Gigabit-Ethernet-Leitung mit dem System verbunden, was eine flexible und institutionenübergreifende Nutzung möglich macht.
Der Hochleistungsrechner wurde in einen am UFZ bereits vorhandenen Serververbund integriert, dessen Arbeitsspeicher sich damit von 5,5 auf annähernd 18 Terabyte erweitert. „Wir freuen uns sehr, dass wir durch die Wahl des Cluster-Standorts am UFZ unsere langjährigen Erfahrungen im Umgang mit großen Datenmengen zur Modellierung und Simulation von Umweltprozessen optimal in den iDiv-Verbund einbringen können“, so der Wissenschaftliche Geschäftsführer des UFZ, Prof. Georg Teutsch.
Das HPC-Cluster wurde am 5. Mai 2014 im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) feierlich eingeweiht. Der Festakt fand im Beisein von Prof. Beate Schücking (Rektorin der Universität Leipzig), Prof. Klaus Dicke (Rektor Friedrich-Schiller-Universität Jena), Prof. Udo Sträter (Rektor Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg) und weiteren Vertretern des Universitätsverbundes Halle, Jena und Leipzig statt. Nach den Grußworten von Prof. Georg Teutsch und Prof. Christian Wirth referierte der Leiter der Abteilung Bioinformatik am iDiv, Dr. Andreas Gogol-Döring, zum Thema: „Der Regenwald im Bauch – Warum die Erforschung der Artenvielfalt Computer benötigt“. Im Anschluss daran konnten sich die Gäste während eines Rundgangs durch die Clusterräume selbst ein Bild von den Dimensionen des Serververbundes machen.
Das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und widmet sich der biologischen Vielfalt auf der Erde.
iDiv ist eine zentrale Einrichtung der Universität Leipzig und wird zusammen mit der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Friedrich-Schiller-Universität Jena betrieben – sowie in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ und weiteren außeruniversitären Forschungseinrichtungen.

07.05.2014, Ruhr-Universität Bochum
Artenvielfalt auf dem Rückmarsch: Einfluss von Umweltstress auf Wasserorganismen
Die Artenvielfalt auf der Erde nimmt rasant ab, und Fließgewässer sind davon speziell betroffen. Welche Umwelteinflüsse den Wasserorganismen besonders zusetzen, untersuchen Biologen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Florian Leese. Erstmals nehmen sie auch die Kombination verschiedener Stressfaktoren in den Blick. Aus den Ergebnissen leiten die Forscher Vorschläge zum Schutz der Artenvielfalt ab. Es sei höchste Zeit, etwas für den Erhalt der Biodiversität zu tun, sagt Projektleiter Florian Leese.
Ein ausführlicher Beitrag mit Bildern zum Forschungsprojekt „GeneStream“ findet sich online auf der Webseite des Wissenschaftsmagazins „RUBIN
Stressfaktoren: Nährstoffe, Sedimenteintrag und reduzierte Fließgeschwindigkeit
Die Forscher zweigten Wasser mit den darin lebenden Organismen aus dem Breitenbach in Hessen in Gefäße ab. Diese setzten sie einem bestimmten Stressfaktor oder einer Kombination von Stressfaktoren aus. Konkret untersuchten sie den Einfluss von erhöhtem Nährstoffangebot, Sedimenteintrag und reduzierter Fließgeschwindigkeit. Auf die meisten Arten hatten alle drei Stressfaktoren einen negativen Einfluss. Gerade in Kombination zeigte sich jedoch die schädliche Wirkung: „Je mehr Stressoren wir in das Experiment hineingeben, desto gestresster reagieren die Organismen“, fasst Florian Leese zusammen. „Manchmal sind Stressor eins und Stressor zwei zusammen aber nicht einfach doppelt so schlecht, sondern drei-, vier- oder achtmal so schlecht.“
Genetische Ebene liefert Zusatzinformationen
Das „GeneStream“-Team baut die Versuchsreihe zurzeit am Felderbach in der Elfringhauser Schweiz aus. In diesem Experiment analysieren die Wissenschaftler auch die genetische Ausstattung der Organismen. Langfristig überleben in der sich rasch verändernden Umwelt nur Arten, die besonders anpassungsfähig sind, und besonders anpassungsfähig sind solche, die eine hohe genetische Vielfalt aufweisen. „Es ist wie beim Eisbär“, vergleicht Florian Leese. „Nur weil es aktuell noch viele Individuen einer Art gibt, heißt das nicht, dass diese auch dauerhaft überleben kann.“
Weniger als fünf Prozent naturnahe Fließgewässer in NRW
„In NRW sind weniger als fünf Prozent der Fließgewässer noch weitgehend naturnah, über 60 Prozent sind vom Menschen komplett überformt“, weiß Leese. Durch die Wasserrahmenrichtlinie haben sich die Mitgliedsstaaten der EU verpflichtet, bis 2027 alle Oberflächengewässer in einen chemisch und ökologisch guten Zustand zu versetzen. „Wir hängen diesem ambitionierten Zeitplan sehr weit hinterher. Eine enge Verzahnung zwischen Grundlagenforschung und Wassermanagern ist extrem wichtig“, so der Bochumer Forscher weiter.

07.05.2014, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Ameisen liefern neue Erkenntnisse für die Gehirnforschung
Welche Bedeutung hat die absolute oder relative Größe des Gehirns oder bestimmter Gehirnzentren für das Verhalten? Forscher am Biozentrum der Universität Würzburg gingen dieser Fragestellung bei Blattschneiderameisen nach und kamen zu überraschenden Ergebnissen.
Professor Wolfgang Rössler und seine Kollegen berichten in dem Wissenschaftsmagazin „Proceedings of the Royal Society B“, dass die bisher übliche Betrachtung der Volumen für den Vergleich der Leistungsfunktionen von Gehirnen nur sehr begrenzt Auskunft geben kann. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass reine Volumenmessungen – absolut wie relativ – für den Vergleich der Leistungsfähigkeit von Gehirnen nur eine sehr begrenzte Aussagekraft besitzen. Das trifft sowohl für den Vergleich innerhalb einer Art, zwischen zwei Arten, oder selbst zwischen verschiedenen Gehirnteilen zu“, sagt der Leiter des Lehrstuhls für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie an der Universität Würzburg.
Der Grund dafür ist relativ simpel: „Die Synapsendichten können jeweils gleich oder eben sehr unterschiedlich sein“, erklärt Rössler. Mit dem Unterschied der Gehirngrößen bei sehr großen gegenüber sehr kleinen Vertretern einer Art und bei verschiedenen Arten beschäftigt sich eine eigene Fachdisziplin innerhalb der Verhaltensneurowissenschaften: die Gehirnallometrie. Hier widmen sich die Wissenschaftler unter anderem der Frage, inwieweit die Größenzunahme bestimmter Hirnregionen in Relation zum Gesamtgehirn automatisch an die Zunahme von Lernfähigkeit oder Intelligenz gekoppelt ist – beim Menschen beispielsweise der Hippocampus oder der Frontallappen in Relation zum Gesamthirn.
Größenabhängige Arbeitsteilung bei Ameisen dient als Modell
Wie die meisten sozialen Insekten, besitzen Blattschneiderameisen die Fähigkeit zur Arbeitsteilung. Verschiedene Individuen einer Kolonie gehen unterschiedlichen Tätigkeiten nach. Bei Nestern mit mehreren Millionen Individuen ist dies für eine effiziente Logistik und damit den Fortbestand der eigenen Art unerlässlich. Bei den Blattschneiderameisen ist besonders interessant, dass die Mitglieder der einzelnen „Teams“ je nach Aufgabenbereich extreme Unterschiede in der Körpergröße aufweisen.
Winzige „Mini-Arbeiterinnen“ züchten als Pilzgärtnerinnen im unterirdischen Nest einen Pilz, der dem Nachwuchs als Nahrung dient. Andere Arbeiterinnen haben ein bis zu 200-fach größeres Körpergewicht. Sie verlassen bei langen Exkursionen das Nest und schaffen die Blätter herbei, die schließlich dem Pilz als Substrat dienen. Beide Tätigkeiten sind komplex und erfordern hochentwickelte Lern- und Gedächtnisleistungen.
Hierfür sind im Insektengehirn insbesondere die sogenannten Pilzkörper verantwortlich. Die duftverarbeitenden Anteile des Pilzkörpers sind für die Blattschneiderameisen dabei besonders wichtig. „Wie schaffen es Mini-Arbeiterinnen in ihren wesentlich kleineren Köpfen Gehirne unterzubringen, die ähnlich komplexe Leistungen schaffen?“, formuliert Claudia Groh vom Lehrstuhl für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie an der Uni Würzburg.
Synapsendichte als Limit für die Gehirnminiaturisierung
Blattschneiderameisen liefern damit ideale Modellsysteme für Kernfragen der Gehirnallometrie. Mit Hilfe molekularer Marker und hochauflösender konfokaler Laserscanning-Mikroskopie konnten die Forscher die winzigen Gehirne im Detail analysieren. Sie gingen dabei bis auf die Ebene der Synapsen, den Schaltstellen zwischen einzelnen Nervenzellen. Die Zahl der Synapsen gibt Auskunft über die Leistungskapazität eines Gehirnareals.
Die Ergebnisse zeigen, dass das absolute Volumen der Pilzkörper von Mini-Arbeiterinnen zwar etwa drei- bis vierfach kleiner ist als bei großen Arbeiterinnen, die Größe der Pilzkörper in Relation zum Gesamtgehirn aber bei Mini-Arbeiterinnen mehr als dreifach größer ist als bei den „großen Schwestern“. Daraus würde man auf der Basis rein volumetrischer Messungen schließen, dass die Mini-Arbeiterinnen deutlich mehr Gehirnmasse in die Pilzkörper investieren, um damit ihre Kleinheit zu kompensieren. Das dem nicht so ist, zeigten die Dichtemessungen der Synapsen im Pilzkörper.
Erkenntnisse für die Gehirnforschung
Die Analysen zeigten, dass die Synapsendichte innerhalb der Art erstaunlich konstant und damit unabhängig von der Körpergröße ist. „Daraus folgt, dass Mini-Arbeiterinnen trotz ihrer in Relation zum Gesamtgehirn größeren Pilzkörper nur ein Drittel der Synapsenzahlen im Vergleich zu großen Arbeiterinnen besitzen“, sagt Wolfgang Rössler. Die Gehirnminiaturisierung der Mini-Arbeiterinnen ist damit durch die artspezifische Synapsendichte in den Pilzkörpern limitiert.
„Da sich die Mini-Arbeiterinnen fast ausschließlich im Nest aufhalten, ist deren auf Gerüchen basierende Sinneswelt reduzierter als bei den Futter-Sammlerinnen. Der Nachteil einer geringeren Synapsenzahl in den duftverarbeitenden Zentren fällt daher wahrscheinlich nicht mehr so sehr ins Gewicht“, sagt Rössler und ergänzt: „Unsere Arbeit setzt ein deutliches Signal über die Ameisenwelt hinaus. Die Ergebnisse zeigen, dass reine Volumenmessungen- und Vergleiche für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Gehirnen nur sehr begrenzt Auskunft geben können.“
„Density of mushroom body synaptic complexes limits intraspecies brain miniaturization in highly polymorphic leaf-cutting ant workers“ Claudia Groh, Christina Kelber, Kornelia Grübel & Wolfgang Rössler. Proceedings of the Royal Society B. 20140432.May 7; http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2014.0432

07.05.2014, Forschungsverbund Berlin e.V.
Angler können „aus Versehen“ heimische Forellen und Lachse schützen
Ein internationales Forscherteam hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Besiedelung von europäischen Gewässern mit nicht heimischen und gebietsfremden forellenartigen Fischen (sogenannten Salmoniden) zu untersuchen. Ziel des dreijährigen Vorhabens ist es, Handlungsempfehlungen für den Umgang mit der biologischen Vielfalt bei Salmoniden zu entwickeln. Neben Forschern aus Norwegen, Schweden, Frankreich und Kanada sind auch Experten des Berliner Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der Humboldt-Universität zu Berlin Projektpartner.
Forelle ist nicht gleich Forelle. Während zum Beispiel die Bachforelle (Salmo trutta) in unseren Gewässern heimisch ist, wurde die Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) Ende des 19. Jahrhunderts aus fischereilichen Gründen aus Nordamerika eingeführt. Ihr schnelles Wachstum und das lachsfarbene Fleisch machten sie zu einem wirtschaftlich attraktiven Speisefisch. In der freien Natur jedoch können sich die Vorteile der exotischen Regenbogenforellen auch ins Gegenteil verkehren. Hier konkurrieren die Fremdlinge mit heimischen Arten um Futter und Unterstände. Größere ökologische Probleme mit nichtheimischen Salmonidenarten sind aus Deutschland aber bisher nicht bekannt geworden. Das Aussetzen nichtheimischer Arten ist nichtsdestotrotz gemäß Bundesnaturschutzgesetz untersagt.
Aber auch innerhalb einer Art kann das Aussetzen gebietsfremder Individuen zu Problemen führen. Wenn sich zum Beispiel heimische Bachforellen, die sich durch natürliche Auslese optimal an ein Gewässer angepasst haben, mit regelmäßig ausgesetzten Artgenossen fremder Herkunft kreuzen, könnte das unbeabsichtigte Nebenwirkungen haben. Einer deutschlandweiten Befragung zufolge, die im Rahmen des Projekts Besatzfisch am IGB unter mehr als 1000 Angelvereinen durchgeführt wurde, setzen etwa die Hälfte aller hiesigen Angelvereine heimische Salmoniden in Fließgewässer aus. Es ist zu vermuten, dass sich darunter auch Individuen gebietsfremder Herkunft befinden. Mögliche Folgen für die heimischen Salmonidenbestände sind nicht ausgeschlossen. Aus Norwegen sind Fälle von aus Netzgehegen der Aquakultur entkommenen Zuchtlachsen bekannt, die gefährliche Lachsläuse übertrugen, an die die Wildpopulationen nicht angepasst waren.
Die Verbreitung fremder Arten oder Populationen mit negativen Auswirkungen auf heimische Bestände bezeichnet man als invasiv. Das internationale Forschungsprojekt SalmoInvade arbeitet gemeinsam mit Anglern und anderen wichtigen Interessengruppen, z. B. Fischfarmern und der Wasserwirtschaft, daran, den Effekt invasiver Salmoniden auf lokale Fischpopulationen in verschiedenen europäischen Ländern zu untersuchen. Dabei entwickeln die Wissenschaftler auch Lösungsvorschläge: „Einer unserer Forschungsschwerpunkte ist es, zu untersuchen, wie Hobbyangler als Schützer für lokale Populationen von Forelle und Lachs agieren können“, betont Projektkoordinator Professor Jörgen Johnsson von der Göteborger Universität. „Durch die enge Zusammenarbeit mit Anglern können wir auch überprüfen, ob diese unbeabsichtigt den möglichen negativen Effekten nichtheimischer Arten oder gebietsfremder Populationen in der Wildbahn entgegenwirken“, so Johnsson weiter. Zuchtfische verhalten sich nämlich oft weniger vorsichtig als ihre wilden Artgenossen und landen so öfter am Haken. Deshalb könnte Angeln die Ausbreitung besetzter Fische eindämmen. In der Tat ist bereits nachgewiesen worden, dass ausgesetzte große Regenbogenforellen meist sehr rasch wieder aus den Gewässern verschwinden, weil sie sich leichter angeln lassen als Bachforellen. Darüber hinaus tragen Angelvereine durch ihr vielfältiges Engagement für die Wiederansiedelung Lachses sehr effektiv zum Salmonidenschutz bei.
Auch interessieren sich die Forscher für die Unterschiede in der Wertschätzung, die die Bevölkerungen verschiedener Länder Forelle, Lachs und Co. entgegenbringen. Diese Forschungsfrage wird federführend vom IGB Sozialwissenschaftler Dr. Carsten Riepe mittels einer europaweiten Befragung untersucht. Alle Ergebnisse fließen am Ende in Handlungsempfehlungen zum Umgang mit nichtheimischen und gebietsfremden Salmoniden ein. Diese sollen verhindern helfen, dass bestimmte Aussetzungen invasiv werden. Bisher lassen sich in Deutschland noch keine invasiven Salmoniden in freier Wildbahn nachweisen. „Wir kennen zum Beispiel keine nennenswerten natürlich reproduzierenden Bestände der Regelbogenforelle in freier Wildbahn in Deutschland, wie eine Studie unter Beteiligung des IGB Fischbiologen Dr. Christian Wolter kürzlich gezeigt hat“, bestätigt der Koordinator der deutschen Teilgruppe Prof. Dr. Robert Arlinghaus. Dagegen sei der Besatz mit unterschiedlichen Bachforellen- oder Äschenbeständen auch in Deutschland weit verbreitet.

07.05.2014, Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Ernährung, Weinbau und Forsten Rheinland-Pfalz
„Mehr Wildnis für Rheinland-Pfalz“: Höfken stellt Projekte zu Luchsen und Mooren vor
„Mit der Wiederansiedlung von Luchsen im Pfälzerwald und der Wiederherstellung von Mooren im Hunsrück tragen wir zum Erhalt der Artenvielfalt in Rheinland-Pfalz und damit zur Umsetzung der nationalen Biodiversitätsstrategie bei. Gleichzeitig wer-den wir dem Wunsch der Bevölkerung nach mehr Wildnis gerecht“, sagte Umweltministerin Ulrike Höfken am Mittwoch bei der Vorstellung von zwei neuen Naturschutzprojekten, die maßgeblich von der Europäischen Union finanziert werden. Die Stiftung Natur und Umwelt Rheinland-Pfalz habe zwei der vier so genannten LIFE Natur-Projekte, die für Deutschland bewilligt wurden, für Rheinland-Pfalz eingeworben: Die Auswilderung von 20 Luchsen aus der Schweiz und der Slowakei im Biosphärenreservat Pfälzerwald ist vom Winter 2015/16 an geplant. Im Rahmen des Hochwald-Projekts sollen vom kommenden Jahr an die Feuchtgebiete und Moore eines geschlossenen Waldgebiets im künftigen Nationalpark renaturiert werden.
„Mit dem Luchs-Projekt tragen wir zum Schutz und Erhalt einer gefährdeten Art bei, die in Europa nur noch in wenigen Rückzugsgebieten vorkommt“, erklärte Höfken. Einst habe der Mensch den Luchs ausgerottet, heute sei die größte Katze Europas wieder akzeptiert und habe ein positives Image. Auch die Wälder seien in einem geeigneten Zustand. Dies seien die Voraussetzungen dafür, dass der Luchs im Pfälzerwald wieder heimisch werden könne. Der letzte Nachweis eines Luchses sei dort im Jahr 2009 erfolgt. Eine Machbarkeitsstudie habe erwiesen, dass der Lebensraum in einem der größten zusammenhängenden Waldgebiete Europas ausreichend sei für eine Wiederansiedlung des scheuen Waldbewohners. Bereits vom kommenden Jahr an soll der Einzug der Luchse vorbereitet werden: Das Projektbüro wird an der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft in Trippstadt angesiedelt. Dort werden ehrenamtliche Luchsberater ausgebildet, die im Rahmen eines Monitorings Spuren lesen und Daten auswerten sollen. Zudem wird eine Auffangstation mit tierärztlicher Betreuung aufgebaut. Ein deutsch-französisches Luchs-Parlament soll grenzüberschreitend die Interessen aller Beteiligten vertreten. Nach einem Jahr Vorbereitung könnten die ersten Luchse dann im Winter 2015/2016 ausgewildert werden. Das auf sechs Jahre angelegte Projekt soll rund 2,75 Millionen Euro kosten, die Hälfte davon trägt die EU. Das Umweltministerium steuert insgesamt 400.000 Euro bei. „Die Kosten verursachen weniger die Luchse als der Bedarf, ihr Verhalten zu dokumentieren, entstehende Schäden zu regulieren und mit begleitender Bildungs- und Öffentlichkeitsarbeit nachhaltige Akzeptanz für diese wunderbaren Tiere aufzubauen“, erklärte Höfken und wies darauf hin, dass alle neun Landkreise und kreisfreien Städte der Region das Vorhaben mittragen. Die Ministerin bedankte sich bei den Projektpartnern – insbesondere dem Landesjagdverband, sowie dem BUND und NABU Rheinland-Pfalz, dem Verein Luchs-Projekt sowie dem WWF und der Deutschen Wildtierstiftung – für ihre Vorarbeit und ihre Unterstützung. „Wir Jägerinnen und Jäger haben uns für eine konstruktive und offensive Partnerschaft entschieden, weil die natürliche Wiederbesiedlung des Pfälzerwaldes derzeit ausgeschlossen ist und wir einen gemeinsamen Managementplan entwickeln werden, in dem Nutzungskonflikte gelöst werden können“, erklärte Gundolf Bartmann, Vizepräsident des Landesjagdverbandes Rheinland-Pfalz.
Mit dem zweiten neuen LIFE-Projekt im Hochwald setze die Landesregierung die er-folgreiche Arbeit zur Wiederherstellung der Moore in Rheinland-Pfalz fort, so Höfken: „Moore sind Lebensräume seltener Tier und Pflanzenarten und tragen als CO2-Speicher zum Klimaschutz bei.“ So werde man mit dem neuen Vorhaben ganz in der Nähe des Erbeskopfes an die Erfahrungen laufender Projekte zum Erhalt von Hangbrüchern im Hunsrück und den Maaren der Eifel anknüpfen. In Zusammenarbeit mit freiwilligen Helfern des Bergwaldprojekts sollen in den kommenden fünf Jahren Staudämme gebaut, Bäche renaturiert, Wege zurückgebaut und Erlen-Eschen Wälder entlang der Bachaue angepflanzt werden. „Diese Moorlandschaft liegt im künftigen Nationalparkgebiet und kann sich langfristig zur Wildnis entwickeln“, so Höfken. Die Kosten dieses Projekts in Höhe von rund 2,05 Millionen Euro werden zur Hälfte von der EU getragen. Das Umweltministerium beteiligt sich mit 200.000 Euro.

07.05.2014, ZENTRUM FÜR UMWELTKOMMUNIKATION DER DEUTSCHEN BUNDESSTIFTUNG UMWELT ZUK
Die UN-Dekade Biologische Vielfalt lädt ein
2014 werden bundesweit drei UN-Dekade-Konferenzen rund um die biologische Vielfalt stattfinden (FOTO)
Das Team der deutschen UN-Dekade Biologische Vielfalt veranstaltet im Laufe des Jahres 2014 drei Konferenzen. Alle, die sich für den Schutz der Natur engagieren – beispielsweise in ausgezeichneten UN-Dekade-Projekten – sind herzlich eingeladen, daran teilzunehmen.
Die Veranstaltungen werden am 27.06.2014 in Osnabrück im DBU Zentrum für Umweltkommunikation, am 10.10.2014 in Leipzig im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung sowie am 07.11.2014 in Stuttgart in der Wilhelma (Zoologisch-Botanischer Garten) stattfinden. Es erwartet Sie ein attraktives Programm gefüllt mit Diskussionen, Angeboten zur Weiterqualifizierung und Möglichkeiten zur Darstellung Ihres eigenen Engagements. In Workshops zu den Themen Sponsoring-Partnerschaften, Umweltethik und Kampagnenarbeit werden Kompetenzen vermittelt, die später direkt in Ihre eigenen Projekte einfließen können und so den Einsatz für die biologische Vielfalt noch erfolgreicher werden lassen. Die Veranstaltungen bieten außerdem die Gelegenheit, sich mit Akteurinnen und Akteuren aus vielfältigen Bereichen, wie dem Naturschutz oder der Umweltbildung, zu vernetzen und sich zu neuen Ideen inspirieren zu lassen.
Prominente Botschafterinnen und Botschafter der UN-Dekade Biologische Vielfalt werden ihr Wissen auf einer Podiumsdiskussion zum Thema „Auf dem Weg vom nachhaltigen Konsum zur Bewahrung der biologischen Vielfalt“ beisteuern. Köchin Sarah Wiener hat ihre Teilnahme für Osnabrück zugesagt, Polarforscher Arved Fuchs kommt nach Stuttgart und Moderatorin Shary Reeves nach Leipzig.
Zu dem aktuellen Schwerpunktthema der UN-Dekade „Vielfalt nutzen – die Angebote der Natur“ werden Henning Osmers, Nachhaltigkeitsbeauftragter und Umweltmanager bei Lebensbaum (Dekade-Konferenz Osnabrück) und Dr. Sonja Knapp vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (Dekade-Konferenz Leipzig) die Bedeutung der biologischen Vielfalt für unsere alltäglichen Bedürfnisse erläutern und Wege aufzeigen, wie man nachhaltig mit ihr umgehen kann.
Auf jeder Konferenz werden ein bis zwei Projekte aus der Region als neue UN-Dekade-Projekte ausgezeichnet. Darüber hinaus werden auch Initiatoren von bereits ausgezeichneten Projekten vertreten sein, die ihre Erfahrungen an andere Akteure weitergeben wollen. Zudem wird es an jedem Veranstaltungsort für alle Teilnehmenden eine Möglichkeit geben, die eigenen Projekte und Ideen vorzustellen, in Osnabrück zum Beispiel durch eine Postersession.
Der aktuelle Stand und die Perspektiven der UN-Dekade in Deutschland werden von einer Mitarbeiterin bzw. einem Mitarbeiter des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) oder des Bundesministeriums für Naturschutz (BfN) vorgestellt.
Die UN-Dekade Biologische Vielfalt wurde von den Vereinten Nationen für den Zeitraum von 2011 bis 2020 ausgerufen. Ziel der internationalen Dekade ist es, den weltweiten Rückgang der biologischen Vielfalt aufzuhalten. Dazu strebt die deutsche UN-Dekade eine Förderung des gesellschaftlichen Bewusstseins an. Die drei UN-Dekade-Veranstaltungen im Jahr 2014 sind ein Weg, um dieses Ziel zu erreichen und die bereits in die Dekade eingebundenen Akteurinnen und Akteure miteinander zu vernetzen sowie zur Entwicklung neuer Projekte und Ideen zum Schutz der biologischen Vielfalt anzuregen. Ausgezeichnete UN-Dekade-Projekte sowie alle Menschen, die sich für den Erhalt der biologischen Vielfalt einsetzen, sind herzlich eingeladen teilzunehmen und sich für die Veranstaltungen anzumelden.
Die Teilnahme an den UN-Dekade-Veranstaltungen ist kostenlos. Pro Veranstaltung ist die Teilnehmerzahl auf 60 Personen limitiert. Melden Sie sich deshalb bitte verbindlich für den von Ihnen gewünschten Veranstaltungsort an. Nähere Informationen zur Anmeldung und den Veranstaltungen gibt es unter http://www.un-dekade-biologische-vielfalt.de/2316.html.

08.05.2014, Philipps-Universität Marburg
Domino im Urwald
Die Abholzung eines der letzten europäischen Urwälder hat weitreichende Konsequenzen für die darin lebenden Pflanzen und die mit ihnen vergemeinschafteten Tierarten – das belegen Marburger Biologinnen und Biologen sowie ihre polnischen Kooperationspartner anhand einer großangelegten Studie, die in der Onlineausgabe von „Nature Communications“ erscheint. Das Autorenteam berücksichtigt dabei unterschiedliche Wechselwirkungen der Pflanzen: mit Bestäubern einerseits, mit Samenausbreitern andererseits. Die Auswirkungen auf diese Interaktionspartner sind miteinander gekoppelt: Kennt man die Folgen für die Bestäuber, so lassen sich auch die Konsequenzen für die Samenausbreiter vorhersagen.
Pflanzen und Tiere eines Lebensraumes treten in vielfältige Beziehungen zueinander. „Beispielsweise sind viele Pflanzen auf die Bestäubung ihrer Blüten durch Insekten angewiesen und benötigen zusätzlich Vögel oder Säugetiere, die die Pflanzensamen ausbreiten“, führt Erstautor Jörg Albrecht aus. „In diesem Fall fördern sich Bestäuber und Samenausbreiter indirekt gegenseitig, weil sie die Fortpflanzungs- und Ausbreitungsfähigkeit der gemeinsam genutzten Nahrungspflanzen erhöhen.“ Veränderungen des Lebensraumes beeinflussen dieses Zusammenleben; die meisten Studien haben sich jedoch bislang auf nur einen einzigen Typus von Interaktion konzentriert: Zum Beispiel nur auf die Beziehung zwischen Räuber und Beute, oder auf die Wechselwirkung von Pflanzen mit ihren Bestäubern. „Dabei sind dieselben Arten oft an mehreren Prozessen beteiligt“, wie die Autoren betonen.
Die Wissenschaftler um Juniorprofessorin Dr. Nina Farwig und Professor Dr. Roland Brandl von der Philipps-Universität wollten wissen, ob die Naturzerstörung in gleicher Weise auf mehrere Interaktions-Netzwerke einwirkt. Als Untersuchungsgebiet wählten sie Europas letzten Rest ursprünglichen Auwalds: Białowieża im Osten Polens. Während des letzten Jahrhunderts fielen über 80 Prozent des polnischen Teils dieses Urwaldes kommerziellem Holzeinschlag zum Opfer. „Derzeit zeigen nur 45 Quadratkilometer des Waldes noch immer eine natürliche Dynamik, die für Urwälder typisch ist“, führen die Verfasser aus. Für ihre zweijährige Feldstudie nahmen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zehn Pflanzenarten vor, deren Blüten und Früchte einer Vielzahl wildlebender Tierarten als Nahrungsgrundlage dienen – unter anderem Himbeere, Traubenkirsche und die wilden Formen der Roten und Schwarzen Johannisbeere. Die Forscher dokumentierten 5.784 Interaktionen mit 294 Bestäuberarten (hauptsächlich Insekten wie Bienen, Schmetterlinge und Käfer) und 5.935 Interaktionen mit 34 samenausbreitenden Arten (ganz überwiegend Vögel und Säugetiere); das Team verzeichnete die Anzahl der Partner sowie die Häufigkeit von Interaktionen.
Das Ergebnis: Waldnutzung erhöht die Anzahl der Partner bei der Bestäubung um 18 Prozent. „Dies beruht womöglich auf der vermehrten Verfügbarkeit von offenen Lebensräumen“, vermuten die Autoren. Bei der Samenausbreitung hingegen sinkt die Partnerzahl um 27 Prozent und die Frequenz der Wechselwirkungen um 50 Prozent; „dieser erhebliche Rückgang kann zumindest teilweise einem Verlust spezialisierter Arten zugeschrieben werden, die auf alte Waldbestände angewiesen sind“, erklären die Wissenschaftler.
Mehr noch: Obwohl die Waldnutzung ungleiche Folgen für Bestäuber und Samenausbreiter hat, fanden die Forscher starke Hinweise darauf, dass die Reaktionen von Bestäubern und Samenausbreitern gekoppelt sind: „Pflanzenarten, die in genutzten Wäldern viele Samenausbreiter verloren, waren auch stärker von einem Verlust an Bestäubern betroffen“, erläutert Albrecht. Dabei reiche es aus, dass die Häufigkeit einer einzigen Pflanzenart sich ändert, um andere Arten zu beeinflussen, die mit ihr in Beziehung stehen – eine Art Dominoeffekt. „Unsere Ergebnisse sind alarmierend“, schreibt das Autorenteam: „Sie lassen den Schluss zu, dass die Vernichtung von Urwald zum parallelen Verlust mehrerer Leistungen dieses Ökosystems führt.“
Dr. Nina Farwig hat seit 2008 die Robert-Bosch-Juniorprofessur für „Nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen“ an der Philipps-Universität inne. Die aktuelle Studie entstand im Rahmen der Dissertation von Jörg Albrecht im Fachgebiet Naturschutzökologie unter Betreuung von Nina Farwig. Das Projekt wurde im Rahmen eines Promotionsstipendiums der Deutschen Bundesstiftung Umwelt an Jörg Albrecht und durch Mittel der Robert-Bosch-Stiftung an Nina Farwig finanziell gefördert. Roland Brandl leitet die Arbeitsgruppe „Allgemeine Ökologie und Tierökologie“ der Philipps-Universität.
Originalveröffentlichung: Jörg Albrecht & al.: Correlated loss of ecosystem services in coupled mutualistic networks, Nature Communications 2014, DOI: 10.1038/ncomms4810

08.05.2014, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie
Käfer, die nach Senf schmecken – Kohlerdflöhe schlagen Wirtspflanzen mit ihren eigenen Waffen
Kohlerdflöhe gehören zu den Flohkäfern und sind sind bedeutende Schädlinge an Kohlgemüse, aber auch anderen Kreuzblütengewächsen wie Senf, Meerrettich oder Raps. Diese Pflanzen nutzen gegen Fraßfeinde ein ausgeklügeltes Abwehrsystem, das als Senföl-Bombe bekannt ist: Wird pflanzliches Gewebe verletzt, kommen Senfölglycoside und ein Enzym, welches als Myrosinase bezeichnet wird, miteinander in Kontakt und es entstehen giftige, die meisten Insekten abschreckende Abbauprodukte. Dieser Verteidigungsmechanismus ist bei Kohlerdflöhen jedoch wirkungslos, wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena nachweisen konnten.
Fast alle pflanzenfressenden Insekten haben sich auf bestimmte Wirtspflanzen spezialisiert und an deren chemische Abwehrstoffe angepasst. Kohlerdflöhe gehören zu den Flohkäfern und sind sind bedeutende Schädlinge an Kohlgemüse, aber auch anderen Kreuzblütengewächsen wie Senf, Meerrettich oder Raps. Diese Pflanzen nutzen gegen Fraßfeinde ein ausgeklügeltes Abwehrsystem, das als Senföl-Bombe bekannt ist: Wird pflanzliches Gewebe verletzt, kommen Senfölglycoside und ein Enzym, welches als Myrosinase bezeichnet wird, miteinander in Kontakt und es entstehen giftige, die meisten Insekten abschreckende Abbauprodukte. Dieser Verteidigungs-mechanismus ist bei Kohlerdflöhen jedoch wirkungslos, wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena nachweisen konnten. Kohlerdflöhe können die Senfölglycoside der Pflanze im Körper einlagern, ohne dass das pflanzliche Enzym die Senföl-Bombe aktivieren kann. Vielmehr besitzt das Insekt sogar eine eigene Myrosinase und kann somit diese Abwehrstoffe für eigene Zwecke nutzen. Die Senföl-Bombe der Käfer schreckt wahrscheinlich ihre eigenen Feinde ab. (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Mai 2014, doi: 10.1073/pnas.1321781111)
Pflanzen wehren sich durch ein vielfältiges Arsenal an chemischen Substanzen, sogenannten sekundären Pflanzenstoffen, gegen ihre Fraßfeinde. Viele Insekten haben sich jedoch im Gegenzug an die Abwehr einzelner Pflanzen angepasst und können daher problemlos an ihnen fressen. Das „Wettrüsten“ von Pflanzen und Insekten ist der Grund dafür, dass im Laufe der Koevolution dieser beiden Großmächte eine erstaunliche Vielfalt von Arten entstanden ist. Manche Insekten machen sich sogar Pflanzeninhaltsstoffe für die eigene Verteidigung zunutze, wie beispielsweise Blattkäfer oder Tabakschwärmer.
Franziska Beran, Leiterin der Forschungsgruppe „Sequestrierung und Detoxifizierung in Insekten“ am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, erforscht mit ihren Kollegen Kohlerdflöhe (Phyllotreta). Die kleinen Käfer, deren Name auf ihr erstaunliches Sprungvermögen zurückzuführen ist, fressen viele kleine Löcher in die noch jungen Blätter sämtlicher Kohlgemüsearten und sind deshalb bei Gärtnern und Landwirten gefürchtet. Bevor sie 2008 mit ihrer Promotion an der Humboldt-Universität zu Berlin begann, absolvierte die junge Wissenschaftlerin ein Praktikum am AVRDC-The World Vegetable Center in Taiwan, wo sie erstmals mit diesem Käfer, der in Südostasien verheerende Schäden im Kohlgemüseanbau verursacht, in Kontakt kam. In ihrer Doktorarbeit stand daher die Frage im Mittelpunkt, wie sich diese Schädlinge mit Hilfe von Lockstoffen und Pflanzenduftstoffen auf ihren Wirtspflanzen versammeln. Dabei fand sie heraus, dass die männlichen Käfer einen Duft abgeben, der Artgenossen anlockt, allerdings nur in Verbindung mit Pflanzenduftstoffen. Sie konzentrierte sich in ihren Untersuchungen vor allem auf die Abbauprodukte der Senfölglycoside, die für den typischen Kohlgeruch verantwortlich sind.
Für die aktuelle Arbeit, verglichen die Forscher die Senfölglycoside in den Wirtspflanzen mit den flüchtigen Abbauprodukten, die entstehen, wenn Käfer beim Fressen das Pflanzengewebe verletzen. Dieses Zwei-Komponenten-System, bestehend aus Senfölglycosid (Glucosinolat) und dem spaltenden Enzym Myrosinase, wird auch als Senföl-Bombe bezeichnet, weil die Abbauprodukte giftig sind. Das Glucosinolat-Myrosinase-System ist normalerweise eine hochwirksame Verteidigungsstrategie von Kohlpflanzen gegen ihre Fraßfeinde. Die Untersuchungen ergaben, dass bei Befall durch die Käfer zwar flüchtige Abbauprodukte vorhanden sind, diese allerdings nicht von der Pflanze stammen können. Die Wissenschaftler vermuteten deshalb, dass die Käfer selbst imstande sind, flüchtige Glucosinolat-Abbauprodukte abzugeben. In weiteren Analysen konnten die Forscher nachweisen, dass Kohlerdflöhe Senfölglycoside in ihrem Körper anreichern können, und zwar bis zu einer Menge, die fast 2% ihres Körpergewichts entspricht. Obwohl Kohlpflanzen viele verschiedene Senfölglycoside enthalten, nehmen die Käfer nur ganz bestimmte dieser Substanzen auf. Erstaunt hat Franziska Beran jedoch vor allem, dass die Insekten eine eigene Myrosinase haben: „Die Käfer haben ihr eigenes aktivierendes Enzym entwickelt, welches auch spezifisch die Senfölglycoside abbaut, die sie hauptsächlich angereichert haben.“
Die Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass Kohlerdflöhe nicht nur die Senföl-Bombe ihrer Wirtspflanze unbeschadet überstehen, sondern die selektiv angereicherten Senfölglycoside für eigene Zwecke nutzen können. Von Blattläusen ist eine solche Vorgehensweise bereits bekannt. Im Gegensatz zu Blattläusen, die Pflanzensaft aus dem Blatt saugen und dabei einzelne Zellen anstechen, sind Kohlerdflöhe jedoch kauende Insekten, die Pflanzengewebe verletzen und damit eigentlich die pflanzliche Senföl-Bombe aktivieren müssten. Die Wissenschaftler rätseln bislang noch, wie die Käfer intakte Senfölglycoside aufnehmen können und wodurch die pflanzliche Myrosinase möglicherweise außer Kraft gesetzt wird. Sie wollen nun klären, wo die Käfer die Senfölglycoside speichern, wie sie ihre eigene Senföl-Bombe mit der Käfer-Myrosinase kontrollieren und warum sie Glucosinolat-Abbauprodukte bilden können, ohne dabei selbst vergiftet zu werden. Spannend ist insbesondere die Frage, warum die Käfer die Senfölglycoside aufnehmen und deren Abbau mit einem eigenen Enzym steuern: „Auf der einen Seite könnten entweder die Senfölglycoside selbst oder deren Abbauprodukte eine Rolle bei der Kommunikation mit Artgenossen spielen. Andererseits könnten sie auch eine wichtige Funktion bei der Verteidigung gegen eigene Fraßfeinde haben,“ vermutet Franziska Beran. Sie denkt dabei auch an die Käferlarven, die im Boden leben und an den Wurzeln fressen. Dort sind sie einer Reihe von Feinden ausgesetzt, sodass eine gute chemische Verteidigung von Vorteil sein kann.
Welche ökologische Bedeutung die Anreicherung von Senfölglycosiden in diesem Schädling hat, sollen nun auch Verhaltensstudien mit den Käfern klären. Ein grundlegendes Verständnis der Anpassung von Schadinsekten an die chemische Verteidigung von Pflanzen soll dazu beitragen, das immer wieder vorkommende massenhafte Auftreten von Schädlingen in der Landwirtschaft besser zu verstehen und zu kontrollieren. [AO/FB]
Originalveröffentlichung:
Beran, F., Pauchet, Y., Kunert, G., Reichelt, M., Wielsch, N., Vogel, H., Reinecke, A., Svatoš, A., Mewis, I., Schmid, D., Ramasamy, S., Ulrichs, C., Hansson, B. S., Gershenzon, J., Heckel, D. G. (2014). Phyllotreta striolata flea beetles utilize host plant defense compounds to create their own glucosinolate-myrosinase system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. doi: 10.1073/pnas.1321781111
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1321781111

08.05.2014, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Den Zusammenhang zwischen der Hebung des Tibetischen Plateaus und Artenvielfalt besser erforschen
Deutsche, Schweizer und österreichische Forschende des Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F), der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig und des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben den gegenwärtigen Kenntnisstand zur Entstehung tibetischer Pflanzen und Tiere zusammengefasst. Die Gemeinschaftsarbeit zeigt, wie geologische Prozesse, die zur Hebung des Qinghai-Tibet-Plateaus und des Himalayas führten, die Artbildung direkt und indirekt, z.B. durch veränderte klimatische Verhältnisse, beeinflussten. Die Studie erschien in Biological Reviews.
Die Überblicksstudie beleuchtet eine der faszinierendsten und artenreichsten Regionen der Erde der Welt. „Wir haben die geologische, klimatische und evolutionsgeschichtliche Entwicklung der Region interdisziplinär betrachtet und setzen damit neue Maßstäbe für Forschungen im Bereich Geobiodiversität. Wir schlagen ein Konzept vor, wie diese Region zukünftig stärker hypothesen-getrieben und fachübergreifend erforscht werden könnte.”, so Prof. Alexandra Muellner-Riehl, Universität Leipzig. Sie ist Leiterin des DFG-Forschungsclusters und Mitglied des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig.
Die biologische Vielfalt in Gebirgen ist oft von den vorhandenen Höhengradienten abhängig. In dieser Hinsicht ist das Qinghai-Tibet-Plateau und der Himalaya weltweit einzigartig. Der südliche Fuß des Himalaya liegt auf nur 500m Höhe, das Qinghai-Tibet-Plateau befindet sich durchschnittlich 4500 über dem Meeresspiegel und der Mount Everest bringt es schließlich auf knapp 8900m. Dass die Entstehung dieser gewaltigen Gebirgslandschaften Auswirkung auf die Artbildung hatte ist naheliegend. „Unsere Analyse ergab jedoch, dass der Zusammenhang zwischen vorhandener biologischer Vielfalt, der Entstehung von Arten und geologischen Prozessen in dieser Region bisher gering erforscht ist“, so Ko-Autor der Studie, Dr. Steffen Pauls, Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) und fährt fort „Ursache ist, dass meist mit unterschiedlichen geologischen Konzepten der Hebung des Gebiets gearbeitet wird. Außerdem verwenden dort arbeitende Teams verschiedene Analysemethoden und Daten, die nur schwer miteinander vergleichbar sind.“
Die Autoren schlagen deshalb drei Schritte vor, um das Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Hebung des Qinghai-Tibet-Plateaus und des Himalayas sowie der dort vorhandenen Artenvielfalt zu verbessern. Zunächst sollen Hypothesen und Forschungsergebnisse dadurch vergleichbar werden, dass alle dort aktiven Forschenden sich auf die aktuellsten Szenarien zur Hebung der Region im Lauf der Zeit und deren Einfluss auf die regionalen klimatischen Verhältnisse während der letzten 40 Millionen Jahre beziehen. Dieses Szenario stellen die Autoren aus Veröffentlichungen verschiedener geowissenschaftlicher Disziplinen zusammen. Als einen zweiten Schritt fassen sie neueste Entwicklungen im Bereich der Datenanalyse zusammen: Forschende sollen damit in die Lage versetzt werden, Zusammenhänge zwischen Geologie und der Artbildung stärker quantitativ und weniger ad hoc zu untersuchen. Durch diese Herangehensweise können schließlich Meta-Analysen vergleichbarer, bestehender Datensets durchgeführt werden, um eine breiteres Verständnis der Artenvielfalt vor Ort zu gewinnen.
„Sehr wahrscheinlich hatte die Hebung des Qinghai-Tibet-Plateaus unterschiedliche Auswirkungen auf die Entstehung verschiedener Taxa.“ streicht der Leitautor der Studie, Adrien Favre, Universität Leipzig, heraus. „Wir schlagen daher detaillierte Kriterien vor, an denen sich individuelle Datensätze messen müssen, um die zukünftige Erforschung dieses hochinteressanten Gebiets zu verbessern.“ ergänzt Dr. Steffen Pauls.
Die Studie “The role of the uplift of the Qinghai-Tibetan Plateau for the evolution of Tibetan biotas” erscheint in Biological Reviews (DOI 10.1111/brv.12107). Sie steht zum kostenlosen Download (open access) bereit unter: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/brv.12107/full

09.05.2014, Humboldt-Universität zu Berlin
Heuschrecken auf Sparflamme
HU-Wissenschaftler zeigen, wie die Nervenzellen wechselwarmer Tiere trotz Temperaturschwankungen funktionieren
Warmblütige Tiere wie Säuger und Vögel investieren einen großen Anteil ihrer Energie, um ihre Körpertemperatur konstant zu halten. Die Körpertemperatur von wechselwarmen Tieren wie Amphibien und Insekten hingegen folgt der Umgebungstemperatur. Solche Änderungen in der Betriebstemperatur des Nervensystems wirken sich jedoch auf die elektrische Aktivität der Nervenzellen aus und können theoretisch negative Folgen für die Signalverarbeitung nach sich ziehen. Erstaunlicherweise „funktioniert“ das Nervensystem vieler wechselwarmer Tiere trotzdem über eine stark variierende Temperaturskala ohne Beeinträchtigung.
„Demnach müssen sie Wege gefunden haben zu verhindern, dass Temperaturschwankungen die Verarbeitung der Signale im Nervensystem beeinflussen“, erklärt Nachwuchswissenschaftler Frederic Römschied, der im Forscherteam um Bernhard Ronacher und Susanne Schreiber vom Fachinstitut für Theoretische Biologie an der Humboldt-Universität zu Berlin diesem Phänomen nachgegangen ist. Bisher wurde angenommen, dass diese Temperaturkompensationen durch netzwerkartige Verschaltungen der Nervenzellen verliefen. Die Studie „Cell-intrinsic mechanisms of temperature compensation in a grasshopper sensory receptor neuron“ beweist, dass Temperaturkompensation auch in einzelnen Nervenzellen vorkommen kann, ganz ohne Einflüsse des Netzwerks. Die Ergebnisse wurden nun im Wissenschaftsmagazin eLife veröffentlicht.
Untersucht hatten die HU-Wissenschaftler Nervenzellen im Hörsystem der Heuschrecke, die die Lautstärke von eintreffenden akustischen Signalen in Nervenimpulse umwandeln. An der Anzahl der ausgelösten Impulse ließ sich beobachten, dass sich die neuronale Aktivität durch die akustische Stimulierung auch bei Temperaturschwankungen von bis zu 10°C nur wenig veränderte. Die untersuchten Zellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie Informationen über die Lautstärke an andere Nervenzellen weiterleiten, jedoch selbst keine Signale von anderen Nervenzellen erhalten. Demnach muss die beobachtete Temperaturkompensation ohne Einflüsse von vernetzten Nervenzellen erfolgt sein.
Mit Hilfe von mathematischen Modellen konnte das Team aufzeigen, wie die Temperaturkompensation möglich ist: Durch eine geschickte Kombination von spezifischen Ionenkanälen mit entgegengesetzten Einflüssen auf die Nervenzelle wird die Temperaturabhängigkeit der Nervenzellantwort verringert. So hängt die Anzahl ausgelöster Impulse weit weniger von Temperaturschwankungen ab als erwartet. Außerdem unterscheiden sich die für die Temperaturkompensation wichtigsten Ionenkanäle von denen, die den Energieverbrauch pro Nervenimpuls regulieren. So müssen für die Temperaturkompensation keine zusätzlichen energetischen Kosten entstehen.
Originalveröffentlichung:
Frederic A Roemschied, Monika J Eberhard, Jan-Hendrik Schleimer, Bernhard Ronacher, Susanne Schreiber (2014): Cell-intrinsic mechanisms of temperature compensation in a grasshopper sensory receptor neuron. eLife.

09.05.2014, Freie Universität Berlin
Forscher der Freien Universität veröffentlichen Erkenntnisse zur Kommunikation von Nachtigallen
Der Gebrauch und die Anordnung des Gesangs von Nachtigallen ist Thema von zwei Studien, die kürzlich von Mitgliedern der Arbeitsgruppe Biokommunikation der Freien Universität Berlin publiziert wurden. Pünktlich zum Beginn der diesjährigen Brutsaison der heimischen Singvögel haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um die Juniorprofessorin für Biologie Silke Kipper das Verständnis darüber erweitert, wie die Tiere Nachrichten kodieren sowie austauschen und wie ihre Kommunikation funktioniert.
In der Studie „Singing onstage: female and male common nightingales eavesdrop on song type matching im Fachmagazin „Behavioral Ecology and Sociobiology“ analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, nach welchen Kriterien weibliche und männliche Nachtigallen bei den Gesangsduellen männlicher Artgenossen Präferenzen bilden. Im renommierten Journal „Proceedings of the Royal Society B“ wurde die Studie „The use of network analysis to study complex animal communication systems: a study on nightingale song“ veröffentlicht, in der die langen Gesangssequenzen der Nachtigallen anhand von Netzwerk-Modellen nachvollzogen werden.
Zur Studie „Singing onstage: female and male common nightingales eavesdrop on song type matching“ (Gesangsduell):
Bei den vielfältigen und komplexen Gesangsduellen männlicher Nachtigallen kommt es mitunter zum sogenannten Gesangs-Matching, bei dem ein Vogel eine Strophe singt und sein Kontrahent mit der gleichen Melodie antwortet; manchmal singen beide Tiere sogar gleichzeitig dasselbe. Angesichts von fast 200 verschiedenen Strophen, die jedes Männchen singen kann, ist das Matching kein Zufall, sondern richtet sich vermutlich an Zuhörer, nämlich weibliche und männliche Artgenossen. Für die Studie wurden Gesangs-Interaktionen mit Matchings am Computer und mit zwei weit voneinander entfernten Lautsprechern nachgestellt.
Die Forscher fanden heraus, dass sich Weibchen wie Männchen schneller und verstärkt dem Lautsprecher zuwandten, der den Anführer im Gesangs-Matching darstellte. Die Zuwendung des Weibchens deuteten sie als Paarungsinteresse, die des zuhörenden Männchens als Reaktion auf Aggressions- oder Dominanzverhalten. Fazit ihrer Studie ist, dass in der Erforschung der Kommunikation von Nachtigallen nicht nur die direkt Interagierenden zu untersuchen sind, sondern ebenso die zuhörenden Artgenossen.
Zur Studie The use of network analysis to study complex animal communication systems: a study on nightingale song (Netzwerk-Analyse):
Nachtigall-Männchen tragen ihre verschiedenen Strophen – durchschnittlich etwa 180 – nicht geordnet vor. Allerdings ist die Sequenzabfolge nicht zufällig. Die Wissenschaftler vermuteten, dass in der Reihenfolge der Strophen Informationen enthalten sind, ähnlich wie in der Syntax menschlicher Sprache. Sie setzten Gesangsketten in Buchstaben- und Zahlenkombinationen um und berechneten daraus Gesangsnetzwerke. Dieses Vorgehen – eigentlich aus Untersuchungen von komplexen Sozialgefügen oder Logistiksystemen bekannt – ermöglichte eine genaue Analyse der Gesangsnetzwerke und insbesondere der sogenannten „Knoten“ beziehungsweise Übergänge zwischen einzelnen Strophen.
Die Berechnungen wiesen bemerkenswerte Unterschiede zwischen den Nachtigallen auf. Zum Beispiel stellte sich heraus, dass Gesangsnetzwerke mit dem Alter der Männchen zusammenhängen: Ältere Männchen singen ihre Sequenzen geordneter. So können Weibchen anhand der Sequenzordnung ein Männchen bestimmten Alters erwählen. Weiterhin passen Männchen in einem Gesangsduell je nach Muster der ihnen vorgesungenen Strophen oder Knoten ihren Gesang an ihren Kontrahenten an. Das bedeutet, dass sie in einer Interaktion leichter die Führung der gesungenen Strophen übernehmen können.
Insgesamt lassen die Befunde Rückschlüsse auf die Organisation der Verknüpfungen von Strophen im Gehirn der Nachtigallen zu und bieten den Verhaltensbiologen somit einen Zugang zu den neuronalen Grundlagen des Verhaltens der Tiere. Bei beiden Studien setzen die Verhaltensbiologinnen und -biologen der Freien Universität mit Folgeexperimenten an.

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