Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

10.06.2014, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau
Bienen können wichtiger als Dünger sein
Experiment bestätigt die wichtige Rolle von Insekten für die Bestäubung von Kulturpflanzen
Das Fehlen von Bienen und anderen wildlebenden Insekten als Bestäuber von Nutzpflanzen kann den Ernteeintrag der Landwirtschaft stärker mindern als ausbleibende Düngung oder stark reduzierte Bewässerung. Findet dagegen Bestäubung in ausreichendem Maß statt, tragen die Pflanzen mehr Früchte, und deren Nährstoffgehalte verändern sich. Diese Ergebnisse hat die Freiburger Ökologin Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus den USA in einem Experiment an Mandelbäumen in Kalifornien erzielt. Das Team hat dazu Artikel in den Fachzeitschriften „Plant Biology“ und „PLoS ONE“ veröffentlicht. Für diese und weitere Arbeiten über die Bedeutung von Insekten für die Bestäubung von Kulturpflanzen erhält Alexandra-Maria Klein am Dienstag, 17. Juni 2014, den mit 25.000 Euro dotierten CULTURA-Preis. Die Alfred Toepfer Stiftung F.V.S. würdigt mit der Auszeichnung europaweit innovative und beispielhafte Arbeitsansätze auf den Gebieten Naturschutz, Land- und Forstwirtschaft sowie den damit verbundenen Wissenschaften.
Alexandra Klein manipulierte zusammen mit Studentinnen sowie Kolleginnen der University of California, Berkeley Mandelbäume, indem sie Bienen mit Hilfe von Käfigen vom Blütenbesuch ausschlossen oder die Bestäubung durch Bienen zuließen oder die Blüten mit der Hand bestäubten. Zudem bewässerten und düngten die Forscherinnen und Forscher Bäume nach lokalen Praktiken oder gaben ihnen nur wenig Wasser oder keinen Dünger. An einigen Mandelbäumen kombinierten sie die verschiedenen Manipulationen, um die Effekte auf den Ertrag und die Zusammensetzung der Nährstoffe in den Nüssen getrennt und in Kombination zu untersuchen. Mandelbäume, die mit der Hand bestäubt wurden, brachten die meisten Nüsse hervor, allerdings waren diese sehr klein. Dagegen trug ein Baum, der nicht bestäubt wurde, kaum Nüsse – aber sehr große. Der Ertrag durch Bienenbestäubung konnte im Vergleich zur Selbstbestäubung um etwa 200 Prozent gesteigert werden.
Düngung und Bewässerung hatten nur in Kombination mit den Bestäubungsmanipulationen einen Effekt auf den Ertrag. Allerdings verloren die unzureichend bewässerten Bäume mehr Blätter, und ohne Dünger wurden die Blätter vermehrt gelb. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schlossen aus den Ergebnissen, dass ein Mandelbaum kurzfristig Nährstoff- und Wasserentzug ausgleicht, indem Nährstoff- und Wasserreserven aus dem Baum in die Früchte geholt werden. Defizite in der Bestäubung kann der Baum allerdings nicht ausgleichen. Weiter zeigten die Wissenschaftler, dass die Nährstoffzusammensetzungen sich je nach Bestäubungsmanipulation unterschieden: Nüsse aus Selbstbestäubung enthielten einen geringen Anteil an Linolsäuren, aber einen höheren Anteil an Vitamin E.
Originalveröffentlichungen:
Klein, A.M., Hendrix, S.D., Clough, Y., Scofield, A., Kremen, C. 2014. Interacting effects of pollination, water and nutrients on fruit tree performance. Plant Biology, online first, DOI:10.1111/plb.12180
Brittain, C., Kremen, C., Garber, A., Klein, A.M. 2014. Pollination and plant resources change the nutritional quality of almonds for human health. PLoS ONE 9: e90082. DOI:10.1371/journal.pone.0090082

10.06.2014, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie (ZMT)
Forschung zur Nachzucht von Korallen
Gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft hat das ZMT ein Projekt eingeworben mit dem Ziel, die Nachzucht von Korallen zu optimieren. Vom Bundeministerium für Wirtschaft und Energie wird es mit 900.000 Euro finanziert.
Meerwasseraquaristik ist in vielen Industrienationen ein bedeutender Wirtschaftsfaktor. Meeresaquarien finden sich nicht nur in privaten Haushalten, als Exponat oder Statussymbol zieren sie häufig auch öffentliche Einrichtungen und Museen. Der hohe Bedarf an tropischen Korallen wird dabei hauptsächlich durch Entnahmen aus der Natur gedeckt – im Schnitt gelangt weit über eine Million Korallen jährlich in den Handel. In Ländern wie Indonesien oder den Philippinen wird den Riffen dadurch erheblicher Schaden zugefügt. Besonders beliebt sind Raritäten wie bestimmte Arten der Geweihkorallen, die daher in der freien Natur immer seltener werden.
Korallen vermehren sich sowohl durch Bruchstücke, die durch die Strömung an einen neuen Siedlungsplatz getrieben werden, als auch durch geschlechtliche Fortpflanzung, aus der die Larven entstehen. Um die steigende Nachfrage der Aquarianer zu decken, wird vor allem in Tropenländern versucht, Korallenzuchten aufzubauen. Diese setzen hauptsächlich auf Vermehrung über Bruchstücke. Korallen aus solchen Zuchten weisen eine geringere genetische Vielfalt auf. Ihnen fehlt die Bandbreite an verschiedenen Möglichkeiten, um auf Störungen aus der Umwelt zu reagieren.
In dem neuen Projekt wird das ZMT besonderes Augenmerk auf die Korallenlarven und ihr Verhalten legen. „Nur optimale Aufzuchtbedingungen garantieren eine erfolgreiche Korallennachzucht. Daher ist es notwendig, die artspezifischen Vorlieben der Larven sehr genau zu kennen“, erklärt der Ökologe Andreas Kunzmann vom ZMT, der auch mit seiner Forschung zur Aufzucht von Clownfischen der Ausbeutung der Riffe entgegensteuern möchte.
Gemeinsam mit den Firmen Ceramics, AquaCare und MiBiLab wird Kunzmanns Arbeitsgruppe untersuchen, welche Faktoren zu erfolgreicher Ansiedlung und gesundem Wachstum der Larven führen. Dabei spielt die Art des Substrates, auf dem sich die Larven niederlassen sollen, eine Rolle, aber auch Hälterungsbedingungen wie Temperatur, pH-Wert oder Nährstoffgehalt des Meerwassers. „Von besonderer Bedeutung sind jedoch die „Siedlungssignale“, die dazu führen, dass sich Korallenlarven an einem Ort festsetzen“, meint Kunzmann. „Den nackten Fels mögen sie nicht, sie brauchen ein biologisches Substrat. Wir haben bestimmte kolonienbildende Bakterienarten im Verdacht, sie mit chemischen Signalen anzulocken.“
„Unsere Erkenntnisse werden nicht nur für den Aquaristikhandel wichtig sein, sondern vor allem auch für die Restauration von Riffen“, meint Kunzmann. Es gibt bereits viele solcher Sanierungsmaßnahmen, doch die meisten berücksichtigen nicht die Faktoren, die die Ansiedlung und das Wachstum der Korallen beeinflussen. Für einen erfolgreichen Wiederaufbau eines Riffes sind sie aber entscheidend.

10.06.2014, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
Zwergspinnen sichern ihre Vaterschaft mit Keuschheitsgürteln
Zwergspinnen-Männchen verwenden Begattungspfropfe, um den Genitaltrakt der Weibchen zu blockieren, nachdem sie sich gepaart haben. Je größer und älter der Pfropf, desto besser stehen die Chancen, dass andere Männchen keine Spermien im Weibchen mehr ablegen können. Zu diesen Forschungsergebnissen kommen Katrin Kunz und Co-Autorinnen vom Zoologischen Institut und Museum der Universität Greifswald. Ihre Ergebnisse sind jetzt im Springer Fachjournal Behavioral Ecology and Sociobiology erschienen.
Keuschheitsgürtel sind keine reine Erfindung des Mittelalters. Viele Tierarten haben vergleichbare mechanische Schutzvorrichtungen entwickelt, um ihre Vaterschaft sicherzustellen. Untersuchungen unter Leitung von Co-Autorin Prof. Dr. Gabriele Uhl hatten bereits gezeigt, dass Zwergspinnen-Männchen (Oedothorax retusus) Begattungspfropfe in den Geschlechtsöffnungen der Weibchen hinterlassen, die Wiederverpaarungen verhindern können. Katrin Kunz und ihre Kolleginnen führten diese Forschungsergebnisse einen Schritt weiter. Sie untersuchten, in wie weit Größe und Alter der Pfropfe die Wirksamkeit des Paarungsschutzes bestimmen. Sie stellten fest, dass das Männchen das Pfropfmaterial in flüssigem Zustand ins Weibchen injiziert und dass das Material bis zu einem gewissen Grad aushärten muss, bevor es effektiv ist.
Erneute Begattungen wurden initiiert, nachdem die Weibchen bei der ersten Begattung Pfropfe unterschiedlicher Größe von den Männchen erhalten hatten. Auch wurde getestet wie langlebig die Pfropfe sind. Nach der erneuten Paarung wurden die Spinnenweibchen unter einem Rasterelektronenmikroskop genau untersucht.
Insgesamt stellten die Wissenschaftlerinnen fest, dass kleinere Pfropfe nicht so effektiv wie größere waren. Das deutet darauf hin, dass kleinere Mengen des Pfropfmaterials leichter von nachfolgenden paarungswilligen Männchen entfernt oder überwunden werden können. Kleine Pfropfe sind kurz nach ihrer Platzierung am wenigsten effektiv. Nicht nur die Größe, sondern auch die Aushärtung des übertragenen Materials spielen folglich eine wichtige Rolle dabei, ob der Pfropf einen erneuten Penetrationsversuch oder Entfernungsversuche durch rivalisierende Männchen übersteht. Wenn die Pfropfe älter als einen Tag sind, versperren sie zuverlässig den Zugang zu den weiblichen Spermienspeicherorganen.
Die Untersuchungen zeigten, dass selbst bei erneuter Begattung durch nachfolgende Männchen ein Teil des Samens außerhalb des weiblichen Genitaltrakts verbleibt. Dies bestätigt die Wirksamkeit des Begattungspfropfes. Entsprechend sind die Erfolgschancen sehr hoch, die Vaterschaft durch Verpfropfung sicherzustellen. Ein Männchen wird sogar Vater aller Nachkommen des Weibchens, wenn er beide Geschlechtsöffnungen des Weibchens verschließen kann.
„Der Begattungspfropf der Zwergspinne ist offensichtlich ein mechanisches Hindernis für rivalisierende Männchen“, sagt Kunz. „Begattungspfropfe sind leistungsfähige mechanische Schutzvorrichtungen, deren Wirksamkeit von ihrer Größe und ihrem Alter abhängt.“
Kunz, K. et al (2014). Does the size and age of mating plugs alter their efficacy in protecting paternity? Behavioral Ecology and Sociobiology DOI 10.1007/s00265-014-1742-7

11.06.2014, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Komplizierte Familienbande – Neue Erkenntnisse zur Evolutionsgeschichte der Bären
Das Erbgut bringt es an den Tag: Einige Bärenarten, die heute entweder in Amerika oder in Asien vorkommen und sich stark unterscheiden, haben sich im Laufe ihrer Geschichte miteinander gekreuzt, berichtet ein Team des Frankfurter LOEWE Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F), der Goethe Universität und des US Wildlife Service. Möglich wäre dies gewesen, weil früher die Beringiabrücke die Verbreitungsgebiete dieser Arten miteinander verband. Das Team hatte für die großangelegte Studie Teile des Erbguts aller heute noch existierenden Bärenarten verglichen. Die Ergebnisse wurden vor kurzem im Fachjournal Molecular Biology and Evolution veröffentlicht.
Ob aus Naturdokumentationen oder dem Zoo – jeder kennt Braunbären, Eisbären und Pandas. Es gibt jedoch etliche weitere Bärenarten in Asien und Südamerika, die weniger bekannt sind, zum Beispiel den Lippenbär, den Kragenbär oder den Brillenbär. Trotz langjähriger Forschung sind die genauen Verwandtschaftsverhältnisse zwischen den insgesamt acht heute weltweit noch vorkommenden Bärenarten nach wie vor unklar.
Wer mit wem? Eisbär und Braunbär machen es vor
Bisherige Untersuchungen des Erbgutes der Eis- und Braunbären haben ergeben, dass sich die beiden Arten während ihrer langen Evolutionsgeschichte gekreuzt haben. Beobachtungen zeigen, dass sie dies auch heute wieder tun – die aktuellen Klimaveränderungen machen es möglich. Die Vermutung liegt nahe, dass auf ähnliche Weise auch zwischen anderen Arten der Bärenfamilie Genmaterial ausgetauscht wurde.
Auch Braun- und Schwarzbären haben sich gekreuzt
Ein Team des Frankfurter LOEWE Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F) und der Goethe Universität hat nun zusammen mit amerikanischen Kollegen Teile des Genoms aller heute vorkommenden Bärenarten verglichen. „Wir konnten zeigen, dass sich mehrere Bärenarten während ihrer Entwicklungsgeschichte über die Artgrenzen hinweg gepaart haben. Dadurch wurde genetisches Material ausgetauscht, was im Erbgut der heutigen Bären zu erkennen ist“, erklärt die Leitautorin der Studie, Verena Kutschera, BiK-F. Diese Vermischung erschwert die evolutive Zuordnung einiger Genabschnitte zu einer bestimmten Art.
Beringiabrücke als interkontinentaler Singletreff
Erstaunlicherweise haben sich offensichtlich auch Bärenarten miteinander gekreuzt, die heute weit entfernt voneinander auf unterschiedlichen Kontinenten leben. Das war möglich, weil der während früherer Eiszeitalter deutlich abgesenkte Meeresspiegel eine Landverbindung zwischen Asien und Nordamerika freigab, die Beringiabrücke. Vorfahren der heute noch vorkommenden Bärenarten, z.B. des Asiatischen Kragenbären und der Amerikanischen Schwarzbären, hatten so die Möglichkeit, sich zu begegnen und zu paaren.
Klassischer Stammbaum stellt Familienverhältnisse unzureichend dar
Alle heute noch vorkommenden acht Bärenarten haben sich gut an ihren jeweiligen heutigen Lebensraum angepasst und unterscheiden sich äußerlich sehr – man denke nur an Eisbären und Schwarzbären. Nichtsdestotrotz ist die Artbildung auf der Ebene einzelner Gene noch nicht vollständig abgeschlossen. Dies erschwert zusätzlich die Erforschung ihrer Evolution.
Außerdem werden mittels moderner Methoden immer häufiger Abschnitte in Genomen von Säugetieren gefunden, die von anderen Arten stammen könnten. Dem Anschein nach getrennte Erblinien „verschmelzen“ somit offenbar immer wieder und tauschen Genmaterial aus. „Die klassische Stammbaumdarstellung, wie sie schon Darwin verwendete, ist deshalb nicht immer geeignet, um die Evolutionsgeschichte vollständig abzubilden. Sogenannte phylogenetische Netzwerke, die eher einer Netzstruktur gleichen, stellen die von uns gefundenen genetischen Vermischungen viel besser dar“, so der Evolutionsbiologe Prof. Axel Janke, Leiter des Forschungsteams. Damit zeigt die Studie, dass Evolution oft nicht linear verläuft – und viele neue Ansätze, ihre komplexen Prozesse zu verstehen, erst durch die heutigen molekulargenetischen Methoden möglich werden.
Publikation:
Kutschera, V. et al. Bears in a forest of gene trees: Phylogenetic inference is complicated by incomplete lineage sortign and gene flow – Molecular Biology and Evolution, DOI: 10.1093/molbev/msu186

11.06.2014, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Das Genom des Blindmulls: Schlüssel für ein langes Leben ohne Krebs?
Internationales Konsortium unter Beteiligung der JGU hat Erbinformation des Blindmulls entschlüsselt
Vor etwa 50 Millionen Jahren kühlt sich die Erde nach einer Hitze-Periode deutlich ab. Offenere Lebensräume wie Savannen entstehen, zahlreiche neue Arten bilden sich und passen sich an die veränderten Bedingungen an. Ein unscheinbares, rattengroßes Nagetier, der heute in Südosteuropa, Vorderasien und Nordafrika heimische Blindmull Spalax galili, entscheidet sich dabei für ein Leben unter Tage. Meist allein in seinen unterirdischen Gängen, findet er dort genug Wurzeln und Rüben als Nahrung und entgeht manchem Unbill an der Erdoberfläche. Augen werden nicht mehr gebraucht und überwachsen mit Fell. Die Kehrseite dieses Lebensstils ist jedoch anderer Stress: zu wenig lebensnotwendiger Sauerstoff, besonders wenn der Boden durch regionale Starkregen überflutet wird, und ein Zuviel an tödlichem Kohlendioxid. Doch Spalax passt sich perfekt an. Mit weniger als einem Drittel des normalerweise verfügbaren Sauerstoffs kann der Blindmull problemlos für viele Stunden ohne Schäden an empfindlichen Organen wie dem Gehirn überleben. Für Ratten oder Menschen wäre dies binnen kurzer Zeit tödlich, auch hiesige Maulwürfe können da nicht mithalten.
Dabei entwickeln sich weitere phantastisch klingende Fähigkeiten, die Biologen staunen lassen. Der Blindmull erreicht problemlos ein Alter von mehr als 20 Jahren, während seine engen Verwandten Maus und Ratte mit 3 Jahren bereits wahre Methusalems ihrer Art sind. Doch nicht genug, Spalax bekommt natürlicherweise und selbst nach einer Behandlung mit kanzerogenen Chemikalien im Labor keinen Krebs. Diese einzigartigen zellulären Mechanismen sind es, die den Blindmull für die Forschung hochgradig attraktiv machen. Hier kann die Wissenschaft untersuchen, wie Sauerstoffmangel etwa nach einem Schlaganfall oder Herzinfarkt, Krebs und Altern innovativ und erfolgreich zu bekämpfen wären.
Der potenzielle Schatz an biomedizinischem Wissen, der in Spalax ruht, wird nun mit Methoden der modernen Genomforschung untersucht. Ein internationales Konsortium, koordiniert von israelischen Wissenschaftlern der Universität Haifa um Prof. Dr. Eviatar Nevo, hat soeben die gesamte Erbinformation des Blindmulls entschlüsselt und initial ausgewertet. Daran beteiligt waren auch Molekulargenetiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU).
Zwar liefert die Entschlüsselung des genetischen Bauplans nur die Vorarbeit zum Verständnis der Biologie von Spalax, doch die Mainzer Forscher fanden bereits auffällige Veränderungen in manchen Blutfarbstoff-Genen, die Teil der Anpassung an akuten Sauerstoffmangel sein könnten. Dem durch Kohlendioxidanhäufung im Blut erzeugten Säureschmerz entgeht der Blindmull durch eine Mutation in einem Schmerzrezeptor-Gen. Auch erste Hinweise auf die möglichen Ursachen der Krebstoleranz erhielt das Wissenschaftler-Konsortium. Durch eine auffällige Mutation im wichtigen Schaltergen p53 reduziert Spalax wohl den Prozess des kontrollierten Zell-Selbstmords (Apoptose), was den Verlust von Zellen nach Sauerstoffmangel-Stress minimieren kann. Die Apoptose ist aber eigentlich auch für die effiziente Beseitigung von Krebszellen erforderlich. Diese Schwächung überkompensiert Spalax möglicherweise durch besonders starke Aktivierung eines alternativen Weges, entartete Zellen zu entfernen.
Der Mainzer Arbeitsgruppenleiter Thomas Hankeln betont: „Wir haben durch die Genomsequenz jetzt jede Menge molekularer Ansatzpunkte. Aber erst weitere Forschung im Labor wird die genauen biologischen Zusammenhänge zu Tage fördern.“ Die Mainzer verfolgen dabei einen evolutionären Ansatz: „Wir wollen die Gene von Spalax im Detail mit denen eines zweiten besonderen Nagetiers vergleichen, nämlich des afrikanischen Nacktmulls. Er hat ähnliche Eigenschaften wie der Blindmull, ist aber nur ein sehr weit entfernter Verwandter. Beide Arten haben vermutlich ihre speziellen Überlebensfähigkeiten unabhängig und auf unterschiedliche Weise entwickelt. Aus dem Vergleich versprechen wir uns quasi doppelt so viele Hinweise auf neuartige Stoffwechselprozesse, die irgendwann für die Medizin nützlich sein könnten.“
In den vom Land Rheinland-Pfalz unterstützen Arbeiten werden nun unter anderem durch „Next-Generation“-Sequenziertechnologien die Abläufe bestimmt, nach denen Mulle ihre Gene unter verschiedenen Stressbedingungen in einzelnen Organen aktivieren.

11.06.2014, Universität Wien
Darwin-Finken auf Galapagos vom Aussterben bedroht
Die Verhaltensbiologin Sabine Tebbich von der Universität Wien untersucht im Rahmen eines FWF-Projekts den teilweise dramatischen Populationsrückgang der Darwin-Finken auf den Galapagos-Inseln. Vermutlich ist es die parasitäre Fliege Philornis downsi, die den Kleinvögeln bedrohlich zu Leibe rückt.
„Wenn wir kein Mittel gegen die Fliege finden, könnten sogar manche Arten aussterben“, lautet die traurige Prognose von Sabine Tebbich. Seit 1998 dokumentiert die Verhaltensbiologin der Universität Wien gemeinsam mit KollegInnen von Birdlife Österreich den Populationsstand der Kleinvögel auf den Galapagos-Inseln und stellte bereits 2008 erstmals einen dramatischen Rückgang fest – „wir sprechen in manchen Populationen von einem Schwund von bis zu 75 Prozent“, so Tebbich und erklärt weiter: „Die Tier- und Pflanzenwelt auf den Galapagos-Inseln hat sich in Isolation entwickelt und kann eingeschleppten Parasiten nichts entgegensetzen“.
Der Übeltäter aus Trinidad
Die ForscherInnen bringen den drastischen Rückgang der Finken mit der Ausbreitung der parasitären Fliegenart Philornis downsi in Zusammenhang, die in den 1960er Jahren – vermutlich beim Import von Obst – aus Trinidad auf die Galapagos-Inseln gelangte. Die Fliegen besiedeln die Nester der Vögel, legen ihre Eier in den Nasenlöchern der Tiere ab und saugen das Blut der Küken. Entdeckt wurden die Parasiten eher zufällig – während einer Feldarbeit zum Werkzeuggebrauch der Darwin-Finken: „Wir fanden Küken, deren Körper von Parasiten zerlöchert waren und entdeckten beim Durchsuchen der Nester die Fliegenmaden“, erzählt Sabine Tebbich, die in ihrem aktuellen FWF-Projekt mehr über den Einfluss der Fliege herausfinden will.
Denn die Biologin geht davon aus, dass die von den Parasiten geschwächten Tiere auch für andere Stressfaktoren – wie Starkregen oder den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln – umso anfälliger sind: „Für diesen starken Populationsrückgang gibt es vermutlich eine Kombination von Ursachen.“ Diese möchte die Forscherin gemeinsam mit ihrem Doktoranden Arno Cimadom in einem experimentellen Ansatz nachweisen: Einige Nester werden von Parasiten befreit und in Teile des Nationalparks gesetzt, in denen kein Pflanzenschutzmittel verwendet wird. Durch diese Kontrollgruppen lässt sich feststellen, welche Faktoren und Wechselwirkungen den Bruterfolg gefährden.
Gefahr erkannt, Gefahr gebannt?
ExpertInnen aus aller Welt diskutieren seit Jahren Möglichkeiten zum Schutz der Darwin-Finken. Die Ideen reichen von Fliegenfallen mit Pheromonen über die Einführung einer hyperparasitären Wespe bis hin zur Züchtung männlicher Fliegen, die anschließend sterilisiert und per Hubschrauber „auf die Weibchen losgelassen werden“. Eingriffe in das Ökosystem bergen allerdings auch immer Gefahren und die Implementierung solcher Maßnahmen ist ein langwieriger und teurer Prozess. Tebbich und ihr Team hoffen, mit ihrem Projekt mehr über den Brutrückgang zu erfahren und der passenden Lösung auf die Spur zu kommen, denn eines ist der Forscherin klar: „Die Lage ist ernst.“

11.06.2014, Veterinärmedizinische Universität Wien
Pferdemütter sind während der Geburt völlig entspannt
Geburten sind nicht bei allen Spezies mit Stress und Schmerzen für die Mutter verbunden. Christina Nagel von der Vetmeduni Vienna untersuchte erstmals, was im Körper von Stuten während der Geburt genau vor sich geht. Die Forscherin wies nach, dass sich Pferdemütter während der Geburt in einem Zustand der Ruhe und Entspannung befinden, ganz anders als zuvor angenommen. Die Ergebnisse wurden im Journal Theriogenology veröffentlicht.
Das Forschungsteam hat bei 17 Stuten des Brandenburgischen Staatsgestütes in Neustadt (Deutschland) Pferdegeburten genau beobachtet und während des Abfohlens kontinuierlich ein Elektrokardiogramm bei den Müttern aufgezeichnet. Zur Bestimmung der Stresshormone Cortisol und Adrenalin entnahmen die Forschenden Speichel- und Blutproben bei den Tieren. „Die normale Pferdegeburt ist das Gegenteil einer Stressreaktion“, fasst Christina Nagel die Ergebnisse der Studie zusammen.
Kreislaufbelastung bleibt während der Geburt gering
Prinzipiell verlaufen Pferdegeburten sehr rasch. Der aktive Teil der Geburt, bei dem es aufgrund der Wehen zur Austreibung des Fohlens kommt, ist bei der Stute stark ausgeprägt. Mit nur 10 bis 20 Minuten Dauer, verläuft die Geburt beim Pferd deutlich kürzer als beim Menschen oder bei Kühen.
„Überraschenderweise kam es während der Geburt der Fohlen zu keiner Zunahme der mütterlichen Herzfrequenz. Stattdessen setzten bei den meisten der untersuchten Stuten immer wieder einzelne Herzschläge sogar ganz aus“, erklärt Nagel. Ursache dafür ist eine verzögerte Erregungsleitung im Herzen. Beim Menschen entsprechen solche, als AV-Blocks (atrioventrikuläre Blocks) bezeichnete, Herzrhythmusstörungen einem Krankheitsbild. Bei Pferden kommen AV-Blocks dagegen auch in Ruhesituationen, z.B. im Stall, regelmäßig vor und sind ein Aus¬druck von Entspannung. In Bewegung, z.B. beim Reiten, schlägt das Pferdeherz dann schneller und regel-mäßig.
Die Geburt bei Stuten steht unter dem Einfluss des, auch als „Ruhenerv“ bezeichneten, parasympathischen Nervensystems. Der Parasympathikus ist Teil des autonomen Nervensystems, das unbewusste Reaktionen des Körpers steuert. Sein Gegenspieler, das sympathische Nervensystem, bereitet den Organismus hingegen auf Stressreaktionen vor.
Eine Pferdegeburt kommt ohne „Adrenalinstoß“ aus
Auch die Freisetzung von Stresshormonen bleibt bei Stuten während der Geburt gering. Anders als erwartet trat der sprichwörtliche „Adrenalinstoß“ bei den untersuchten Stuten nicht auf. Die Geburt bewirkte also keine hormonelle Stressreaktion. Auch die Sorge der Stute um das neugeborene Fohlen stellte keine Belastung für das Tier dar. Im Gegenteil, der Kontakt mit dem gesunden Neuge¬borenen war mit einer messbaren Erleichterung bei den Stuten verbunden.
Pferdegeburten setzen absolute Ruhe voraus
„Geburten setzen bei der Stute einen Zustand von Ruhe und Entspannung voraus. Das stellt in freier Wildbahn einen Überlebensvorteil dar. Die Stute kann die Geburt nämlich so lange hinauszögern, bis die Umwelt als sicher und gefahrlos empfunden wird. Dann läuft die Geburt des Fohlens aber extrem schnell ab“, erklärt Christine Aurich, die Leiterin der Forschungsinstituts. „Alle untersuchten Stuten bekamen ihr Fohlen in der Nacht, wenn es im Stall besonders ruhig war.“
Der Artikel „Parturition in horses is dominated by parasympathetic activity of the autonomous nervous system“, von Christina Nagel, Regina Erber, Natascha Ille, Mareike von Lewinski, Jörg Aurich, Erich Möstl und Christine Aurich wurde in der Fachzeitschrift Theriogenology veröffentlicht.

13.06.2014, WWF
Artensterben: Immer mehr „Todeskandidaten“ auf Roter Liste
FIFA-WM-Maskottchen weiterhin „gefährdet“
Die Rote Liste ist so etwas wie die Fieberkurve unserer Artenvielfalt und sie zeigt, dass es dem Patienten Erde immer schlechter geht. Zu diesem eindeutigen Fazit kommt der WWF nachdem die Weltnaturschutzunion IUCN heute ihre aktualisierte Rote Liste vorgelegt hat. Die Rote Liste, die 2014 ihr 50-jähriges Bestehen feiert, enthält jetzt 73.686 wissenschaftlich untersuchte Arten, von denen 22.103 in ihrem Bestand akut bedroht sind. Darunter ist auch das Maskottchen der Fußball-Weltmeisterschaft in Brasilien. Aber es gibt auch positive Beispiele von Arten, die sich erholen konnten.
„Der Mensch verursacht gerade das größte Massenaussterben seit dem Verschwinden der Dinosaurier und es gelingt bisher nicht, den Artenschwund zu verlangsamen. Ganz im Gegenteil geht es immer mehr Arten an den Kragen. Lebensraumzerstörung, Wilderei und dazu noch der Klimawandel setzen den Arten immer stärker zu. Viele Arten leben daher in immer kleiner werdenden Gebieten und sind dadurch stark gefährdet“, warnt WWF-Artenschutzexperte Arnulf Köhncke.
Unter den „Todeskandidaten“, deren Aussterberisiko als hoch, sehr hoch oder extrem hoch eingeschätzt wird, finden sich weiterhin so charismatische Vertreter wie der Afrikanische Elefant („Gefährdet“), der Tiger („Stark gefährdet“) oder das Spitzmaulnashorn („Vom Aussterben bedroht“). Und auch für das Maskottchen der FIFA WM 2014, das Brasilianische Dreibinden-Gürteltier, besteht keine Entwarnung. Die Art gilt weiterhin als „Gefährdet“.
Besorgt zeigt sich der WWF auch über unsere nächsten Verwandten, die Menschenaffen. Die Bonobos, also jene Affen-Vertreter, die dem Homo sapiens mit am nächsten stehen, gelten als „Stark gefährdet“, die Westlichen Flachlandgorillas gar als „Vom Aussterben bedroht“. Neu beurteilt wurde außerdem eine Delikatesse: Der Japanischen Aal gilt jetzt als „Stark Gefährdet“ und sollte damit nicht mehr auf dem Teller landen. Im Pflanzenreich sind hingegen 80 Prozent der in gemäßigten Breiten wachsenden und als Zierpflanzen beliebten Frauenschuh-Orchideen als gefährdete Arten gelistet.
Besonders besorgt zeigen sich Wissenschaftler und Umweltschützer über den Zustand der Lemuren auf Madagaskar. Demnach finden sich 94 Prozent dieser Affenarten in einer der drei höchsten Gefährdungskategorien. Dies macht sie zu einer der am meisten bedrohten Gruppen unter den Wirbeltieren. Darunter finden sich auch die größte bekannte Lemurenart, der Große Indri („Vom Aussterben bedroht“), sowie die kleinsten Primaten der Welt, der Berthe-Mausmaki („Gefährdet“). Lemuren sind nicht nur durch die Zerstörung ihres tropischen Lebensraums in Gefahr. Durch die zunehmende Armut auf Madagaskar werden die Tiere auch weiterhin stark bejagt.
Seit Bestehen der Roten Liste gibt es aber auch positive Nachrichten. So konnten etwa das Wisent oder das Przewalski Wildpferd – beide gab es nur noch in Gefangenschaft und sie galten als „in freier Wildbahn ausgestorben“ – durch Wiederansiedlungsmaßnahmen gerettet werden. Auch die weltweiten Wal-Bestände konnten sich dank des Walfangmoratoriums wieder erholen. Insgesamt nimmt die biologische Vielfalt trotzdem weiterhin ab.
„Die Erfolge zeigen, dass sich der Aufwand lohnt und stark gefährdete oder sogar in der Wildnis ausgestorbene Tierarten gerettet werden können“, so Köhncke. „Wenn der Raubbau aber ungebremst weitergeht, kann Artenschutz nur Schadensbegrenzung betreiben und viele Arten werden keine Überlebenschance haben. Besonders tragisch dabei ist, dass viele Arten ausgestorben sein werden, bevor sie überhaupt entdeckt worden sind. Denn bisher sind nur etwa zwei Millionen von insgesamt rund zehn Millionen vermuteten Arten weltweit wissenschaftlich beschrieben. Und selbst von diesen zwei Millionen wird nur ein kleiner Teil überhaupt von der Roten Liste erfasst.“

17.06.2014, Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Artensterben als Kettenreaktion
Im Laufe der Evolution sind in den letzten 500 Millionen Jahren immer wieder Tier- und Pflanzenarten in großer Zahl ausgestorben. Kann bereits das Aussterben weniger oder einzelner Arten zu Kettenreaktionen mit solchen verheerenden Folgen führen? Göttinger Forscher am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation und der ETH Zürich haben eine mathematische Theorie entwickelt, das unter Verwendung von Fossiliendaten eine Antwort geben kann. Die Theorie zeigt, dass Kettenreaktionen bei der unterschiedlichen Entwicklung der Artenvielfalt im Meer und an Land eine Rolle gespielt haben können. Sie kann dabei helfen, heutige und zukünftige Artensterben zu verstehen.
Bei den fünf größten Massenaussterben in der Erdgeschichte starben jeweils mehr als drei Viertel aller Arten aus, doch danach erholte sich die Artenvielfalt immer wieder. Als Ursachen werden Katastrophen von globaler Größenordnung vermutet, wie z.B. große Meteoriteneinschläge oder Vulkanausbrüche. Aber zum Glück führte nicht jede Naturkatastrophe im Laufe der Erdgeschichte zu einem Massenaussterben, und umgekehrt werden auch diese nicht nur durch globale Naturkatastrophen hervorgerufen.
Das mathematische Modell der Wissenschaftler geht davon aus, dass Arten entweder auf Grund von geänderten Umweltbedingungen aussterben oder durch das Aussterben bestimmter anderer Arten, die für sie unentbehrlich sind. Wenn sich beispielsweise das Klima erwärmt oder abkühlt oder wenn sich die durchschnittliche Niederschlagsmenge oder die Bodenbeschaffenheit ändert, sind dadurch Tiere und Pflanzen bedroht, die sich nicht schnell genug anpassen können oder keinen neuen Lebensraum finden. Wenn dadurch plötzlich einige wichtige Arten fehlen, können andere ebenfalls aussterben, die von ihnen abhängig waren: Das kann geschehen, wenn eine Tierart seine bevorzugte Beute oder Futterpflanze verliert, oder wenn einer Pflanze plötzlich das Insekt fehlt, das sie bestäubt oder der Vogel, der ihre Samen verbreitet.
„Wenn es viele Arten gibt, die von wenigen Arten abhängig sind, ist das Ökosystem instabil. Wenn dann wichtige „Schlüsselarten“ durch veränderte Umweltbedingungen aussterben, kann das eine Kettenreaktion auslösen und zu einem Massenaussterben vieler Arten führen“, erklärt Frank Stollmeier vom Göttinger Max-Planck-Institut. Wenn es dagegen wenige Arten gibt, die von vielen verschiedenen Arten abhängig sind, ist das Ökosystem stabil; veränderte Umweltbedingungen könnten dann zwar viele einzelne Arten auslöschen, aber nicht innerhalb einer großen Kettenreaktion.
Artenvielfalt im Meer und an Land
Damit kann das Modell auch erklären, warum sich die Artenvielfalt im Meer in den letzten 600 Millionen Jahren anders entwickelt hat als auf dem Land: Nachdem die ersten größeren Lebensformen im Meer entstanden waren, stieg die Artenvielfalt dort zunächst stark an und erreichte vor etwa 450 Millionen Jahren einen Wert, den sie für lange Zeit nicht mehr überschritt. Erst vor etwa 200 Millionen Jahren stieg die Anzahl der Meeresarten nach einem Massenaussterben wieder stark an. An Land dagegen begann der erste Anstieg der Artenvielfalt erst viel später, vor etwa 450 Millionen Jahren. Seitdem ist die kontinentale Artenvielfalt rasant gewachsen und hat die Vielfalt im Meer sogar übertroffen.
Eine zentrale Rolle bei dieser unterschiedlichen Entwicklung spielt in dem Modell das Verhältnis zwischen der Wahrscheinlichkeit, dass eine Art durch Umwelteinflüsse ausstirbt, und der Wahrscheinlichkeit, dass eine neue Art entsteht. Dieses Verhältnis sollte laut dem Modell im Meer höher sein. Eine Analyse von Fossilien-Datenbanken hat in der Tat ergeben, dass Arten im Meer tatsächlich eher aussterben als an Land. Ein Grund dafür könnte sein, dass es im Meer weniger verschiedene Lebensräume gibt als an Land: „Wenn im Meer eine neue Art entsteht, die nicht ideal an Umwelt angepasst ist, hat sie kaum eine Chance, einen neuen Lebensraum zu finden, in dem sie überleben könnte. An Land ist das eher möglich, da es dort sehr viele unterschiedliche Lebensräume gibt“, erklärt Jan Nagler, der die Studie leitete und jetzt an der ETH Zürich arbeitet. Wenn nun die Aussterbewahrscheinlichkeit deutlich kleiner ist als die Wahrscheinlichkeit, dass neue Arten entstehen, bleibt das Ökosystem stabil und die Artenvielfalt wächst schnell. Im umgekehrten Fall wächst die Artenvielfalt langsamer und das Ökosystem wird häufiger instabil.
Dies erklärt, warum die Artenvielfalt im Meer über so lange Zeit stagnierte. Wahrscheinlich war das Ökosystem dort über eine lange Zeit instabil: Es hatten sich zu viele Arten entwickelt, die von wenigen Schlüsselarten abhängig waren, so dass schon das Aussterben von einigen Arten zu einer fatalen Kettenreaktion führte. Somit wurde die Flora und Fauna anfällig für Massenaussterben, die das Wachstum verhinderten. Erst als das Ökosystem einen stabilen Zustand erreicht hatte, in dem weniger Arten von vielen abhingen, konnte die Vielfalt weiter ansteigen.
Das mathematische Modell wurde zwar entwickelt, um die Entwicklung der Artenvielfalt in der Vergangenheit zu erklären, doch es kann auch dazu beitragen, das heutige oder zukünftige Artensterben besser zu verstehen. Es gibt Anzeichen dafür, dass ein neues Massenaussterben begonnen hat, für das der Mensch wahrscheinlich maßgeblich mit verantwortlich ist. Schon 20 bis 40 Prozent der heute bekannten Arten gelten als vom Aussterben bedroht. Leider weiß man empirisch nur wenig darüber, wie sie voneinander abhängen und welche Folgen das Aussterben einer bestimmten Art auf andere hat. Das mathematische Modell ist daher sehr nützlich, um die Prinzipien des Artensterbens zu verstehen, die auch in der aktuellen Situation wirksam sind.

18.06.2014, Universität Zürich
Tiere verbergen ihr Kranksein in gewissen Situationen
Tiere können in bestimmten sozialen Situationen verbergen, dass sie krank sind. Wenn sie die Gelegenheit haben, sich fortzupflanzen, oder wenn ihre Jungen anwesend sind, geben kranke Tiere vor, gesund zu sein. Die Analyse einer Evolutionsbiologin der Universität Zürich ist für das Verständnis über die Verbreitung von Infektionskrankheiten wichtig.
Sind Tiere krank, dann essen und trinken sie häufig weniger, verringern ihre Aktivität und schlafen mehr. Dadurch sparen sie Energie für ihre Genesung. Allerdings können gewisse soziale Situationen diese Verhaltensanpassungen an den gesundheitlichen Zustand beeinflussen. Die Evolutionsbiologin Patricia Lopes vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich hat eine Reihe von Studien analysiert, die zeigen, dass die Anwesenheit von Jungen, Feinden oder potentiellen Paarungspartnern das Verhalten von kranken Tieren verändert. In diesen sozialen Situationen verbergen die beobachteten Tiere, darunter Mäuse, Vögel, Hausschweine und Affen, ihr Krankheitsverhalten. In einer eigenen Studie konnte Lopes zudem zeigen, dass sich kranke Zebrafinken so verhalten, als wären sie gesund, wenn sich ihnen die Gelegenheit zur Paarung bietet.
Einmalige Möglichkeiten nutzen können
Patricia Lopes erklärt: «Grundsätzlich sollten sich kranke Tiere auch krank verhalten, da sie dadurch Energie sparen können und schneller wieder gesund werden. Wenn aber das Kranksein mit einer einmaligen Möglichkeit zusammenfällt, zum Beispiel sich fortzupflanzen, können Tiere ihr Verhalten gemäss ihren Prioritäten anpassen und somit verbergen, dass sie krank sind.» Lopes legt nahe, dass solch eine Anpassung für Tiere mit limitierter Energie ein Kompromiss sein kann, zwischen einem Verhalten, das die Genesung fördert und dem Paarungsdrang oder der elterlichen Fürsorge.
Laut Lopes sind die gewonnenen Erkenntnisse für unser Verständnis über die Verbreitung von Infektionskrankheiten wichtig. Zu erkennen, wann Tiere ihre Krankheit verbergen, sei entscheidend, um die Verbreitung von Infektionskrankheiten besser entdecken und kontrollieren zu können «Ein besseres Verständnis darüber, wie der soziale Kontext das Verhalten eines Tiers beeinflusst, kann unsere Modelle zur frühzeitigen Entdeckung und Verbreitung von Infektionskrankheiten verbessern», so die Evolutionsbiologin. Dieses Wissen ist umso mehr von Bedeutung, da gemäss Angaben des U.S. Center for Disease Control rund 60 Prozent aller Infektionskrankheiten beim Menschen ihren Ursprung im Tierreich haben.

18.06.2014, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Spanische Schnecke? – Das Ende eines Invasions-Mythos
Über die Spanische Wegschnecke (Arion lusitanicus) stolpert praktisch jeder. Es gibt kaum Felder oder Gärten, die von dem gefräßigen Weichtier verschont bleiben. Ursprünglich stammt sie aus Südwest-Europa – dachte man jedenfalls bis vor kurzem. Studien am LOEWE Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) und der Goethe-Universität zeigten nun, dass das angebliche Paradebeispiel einer einwandernden Art eigentlich aus Zentraleuropa kommt. Damit wären Bekämpfungsmaßnahmen, wie sie im Rahmen einer derzeit diskutierten EU-Verordnung zur besseren Kontrolle, Eindämmung und Bekämpfung invasiver Arten beschlossen werden sollen, gar nicht auf diese Tierart anzuwenden.
Naturschützer warnen seit geraumer Zeit davor, dass die sich explosionsartig vermehrende braune Nacktschnecke die einheimische Schwarze Wegschnecke verdränge und erhebliche Fressschäden an der heimischen Vegetation und in der Landwirtschaft anrichtet. Immerhin ist Arion lusitanicus mittlerweile die häufigste Schneckenart in Deutschland. Sie wird auf der Liste der europäischen „100 of the worst“ Tier- und Pflanzenarten geführt, die erheblichen Einfluss auf biologische Vielfalt, Ökonomie und Gesundheit haben. Eingeschleppt wurde die Spanische Wegschnecke angeblich nach dem Zweiten Weltkrieg durch Obst- und Gemüseimporte.
In der angeblichen Heimat unauffindbar
Bei einer Bestandsaufnahme konnten Frankfurter Forscher aber nicht ein einziges Exemplar der Schnecke in ihrem angeblichen Herkunftsgebiet finden. Das Team des BiK-F und der Goethe-Universität hatte im Frühjahr 2010 an 60 Orten in Frankreich, Spanien, Großbritannien und den Beneluxländern 300 Exemplare der Schnecke gesammelt und bestimmt. „Statt der sogenannten Spanischen Wegschnecke haben wir zahlreiche mit herkömmlichen Methoden nicht bestimmbare, sogenannte kryptische Arten gefunden. Deshalb haben wir die Tiere anschließend mittels DNA-Taxonomie klassifiziert. Dabei werden die Erbinformationen zur Bestimmung herangezogen“, so der Erstautor der Studie, Prof. Markus Pfenninger, der am BiK-F und der Goethe-Universität forscht und lehrt.
Viele „kryptische“ Artvarianten
Viele der untersuchten Exemplare waren keiner beschriebenen, genetisch charakterisierten Art zuzuordnen. Dazu Pfenninger: „Wir haben zum Teil stark voneinander abweichende Genvarianten gefunden, die auf eine hohe Zahl bisher nicht als eigene Spezies dokumentierter Arten hinweisen. Das wiederum heißt: Arion ist taxonomisch eine sehr unklare Gattung.“ Die genetischen Informationen verrieten aber noch mehr: Geteilte Mutationen in den Erbinformationen unterschiedlicher Individuen weisen auf Verwandtschaftsverhältnisse hin. „Wir haben einen genetischen Stammbaum erstellt und ihn in Beziehung zur geographischen Verbreitung gesetzt. Die Ergebnisse zeigten uns, warum wir Arion lusitanicus in ihrer angeblichen Heimat nicht finden konnten. Diese Art ist definitiv nicht dort heimisch, sondern bei uns“, folgert Pfenninger.
EU-Maßnahmen gegen die Art als invasive Art wären damit obsolet
In Europa gibt es Schätzungen zufolge über 12.000 eingewanderte Pflanzen-, Tier- und Pilzarten, und es werden immer mehr. Die Folgen sind ein Verlust biologischer Vielfalt und die Verdrängung heimischer Arten sowie immense wirtschaftliche Schäden, beispielsweise durch Ernteverluste. Im April 2014 befürwortete das EU-Parlament daher Maßnahmen, die künftig verhindern sollen, dass noch mehr invasive Arten in die EU gelangen, und die bereits eingewanderte Arten wirksamer bekämpfen sollen. „Bei schlecht dokumentierten Einwanderungen wie bei der Spanischen Wegschnecke müssen wir mit dem Begriff ,invasiv‘ künftig vorsichtiger sein, denn diese Einstufung hat konkrete Auswirkungen auf die Umweltpolitik“, resümiert Pfenninger und fährt fort: „Vielleicht hat sich die Schneckenart in den vergangenen Jahrzehnten auch einfach aufgrund veränderter landwirtschaftlicher Anbaumethoden so stark vermehrt, dass es uns wie eine Invasion erscheint“.
Publikation:
Pfenninger, M., Weigand, A., Bálint, M., Klussmann-Kolb, A.: Busting an invasion myth: the Lusitanian slug (Arion lusitanicus auct. non Mabille or Arion vulgaris Moquin-Tandon 1855) is native in Central Europe . – Evolutionary Applications, DOI: 10.1111/eva.12177

9.06.2014, Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland
Forscher haben zum ersten Mal Angst bei einem wirbellosen Tier beobachtet
Forscher des CNRS und der Universität Bordeaux haben bei einem Flusskrebs ängstliches Verhalten ausgelöst und beobachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit der Angst verbundenen neuronalen Mechanismen die Evolution überdauert haben. Die Analyse dieses Verhaltens an einem einfachen Tiermodell eröffnet neue Perspektiven für die Untersuchung der neuronalen Grundlagen dieser Emotion.
Bislang wurde die nicht-pathologische Angst nur beim Menschen und einigen Wirbeltieren untersucht, jedoch nie bei einem wirbellosen Tier. Zu diesem Zweck setzten die Forscher des Instituts für kognitive und integrative Neurowissenschaften von Aquitanien (CNRS/Universität Bordeaux) und des Instituts für neurodegenerative Erkrankungen (CNRS/Universität Bordeaux) die Flusskrebse über 30 Minuten immer wieder einem elektrischen Feld aus. Anschließend setzten sie die Flusskrebse in ein Wasserlabyrinth in Form eines Kreuzes (zwei Arme waren beleuchtet, die beiden anderen dunkel) und analysierten dann das Erkundungsverhalten. Normalerweise meiden Flusskrebse Helligkeit und bewegen sich tendenziell eher im Dunklen. Die in Angst versetzten Tiere hielten sich vorwiegend im dunklen Teil des Labyrinths auf, während die Kontrolltiere das gesamte Labyrinth erkundeten. Dieses Verhalten ist eine adaptive Reaktion auf den erlebten Stress: Das Tier versucht, das Risiko einer Begegnung mit einem Angreifer zu minimieren.
Der Angstzustand der Flusskrebse geht mit einer Erhöhung der Serotonin-Konzentration im Gehirn einher. Dieser Neurotransmitter ist an zahlreichen physiologischen Regulationsprozessen beteiligt und wird u. a. auch in Stresssituationen freigesetzt. Er reguliert beispielsweise den Anstieg des Glukosespiegels im Blut. Die Forscher konnten ebenfalls nachweisen, dass durch die Verabreichung eines beim Menschen häufig angewandten Anxiolytikums (Benzodiazepin) das Vermeidungsverhalten der Flusskrebse behoben wurde.
Diese Ergebnisse machen Flusskrebse für Stress- und Angstforscher zu einem einzigartigen Tiermodell. Dank des einfachen Nervensystems eignen sich diese Tiere sehr gut zur Erforschung der neuronalen Mechanismen, die in Stresssituationen ausgelöst werden und zur Untersuchung der Rolle der Neurotransmitter wie Serotonin und GABA.
In einem nächsten Schritt will das Forscherteam den Angstzustand der Flusskrebse bei sozialem Stress untersuchen und die neuronalen Veränderungen analysieren, die auftreten, wenn sich die Angst über mehrere Tage erstreckt.

18.06.2014, Universität Basel
Fischfressende Spinnen sind weltweit verbreitet
Spinnen werden traditionell als Insektenfresser angesehen. Zoologen aus der Schweiz und Australien haben nun eine Studie veröffentlicht, die zeigt: Spinnen machen auf der ganzen Welt Jagd auf Fische. Die Fachzeitschrift «Plos One» hat soeben die Resultate veröffentlicht.
Obwohl eigentlich als typische Insektenfresser bekannt, erkennt die Fachwelt in den letzten Jahren immer deutlicher, dass Spinnen nicht ausschliesslich Insekten jagen. Bestimmte grössere Spinnenarten ergänzen ihren Nahrungsplan durch kleinere Fische. Dies zeigt eine Studie des Zoologen und Spinnenexperten Martin Nyffeler von der Universität Basel und seinem australischen Kollegen Bradley Pusey von der University of Western Australia. Die Forscher trugen eine Vielzahl von Vorfällen mit fischfressenden Spinnen aus der ganzen Welt zusammen.
Fisch als wichtige Nahrungsergänzung
Die systematische Übersicht zeigt, dass Spinnen aus fünf Familien beim Erbeuten von kleineren Fischarten in der Wildnis beobachtet wurden. Drei weitere Familien enthalten Spinnenarten, die unter Laborbedingungen Fische erbeuteten. Diese sogenannten semi-aquatischen Spinnen leben typischerweise in der unmittelbaren Nähe von seichten Süsswasserbächen, Weihern oder Sümpfen. Diese Spinnenarten – manche davon können schwimmen, tauchen oder sich auf der Wasseroberfläche fortbewegen – produzieren starke Nervengifte und Verdauungsenzyme, die es ihnen ermöglichen, Fische zu töten und zu verdauen, die sie in Grösse und Gewicht übertreffen. «Dass so viele Spinnenarten auf Fischjagd gehen, ist eine neue Entdeckung. Unsere Resultate lassen vermuten, dass die gelegentliche Fischbeute eine wichtige Rolle in der Ernährung der Spinnen spielt», sagt Martin Nyffeler.
Die Forscher konnten ebenfalls zeigen, dass dieses Fressverhalten weltweit verbreitet ist: Semi-aquatische Spinnenarten erbeuten auf allen Kontinenten, mit Ausnahme der Antarktis, gelegentlich Fische. Am häufigsten dokumentiert wurde dies in Nordamerika, im Speziellen in den Feuchtgebieten Floridas, wo semi-aquatische Spinnen oft beim Erbeuten und Fressen von kleineren Süsswasserfischen, wie dem Moskitofisch beobachtet wurden. Um ihre Beute zu fangen, verankert sich die Spinne mit ihren Hinterbeinen an einem Felsen oder einer Pflanze und platziert ihre Vorderbeine auf der Wasseroberfläche, bereit die Beute zu attackieren. Der Fisch wird dann zuerst an einen trockenen Platz geschleppt, bevor ihn die Spinne frisst – ein Prozess, der mehrere Stunden dauern kann.
Original Beitrag
Martin Nyffeler & Bradley Pusey (2014) Fish Predation by Semi-Aquatic Spiders: A Global Pattern. PLOS ONE http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0099459

18.06.2014, Universität Basel
Evolutionsbiologie: Weshalb Rinder nur zwei Zehen haben
Bei Paarhufern wie Rindern und Schweinen wurde im Verlauf der Evolution die Zahl der Zehen reduziert und diese zu Klauen umgewandelt. Forscher der Universität Basel konnten nun einen Genschalter identifizieren, der bei der evolutionären Anpassung der Gliedmassen eine zentrale Rolle spielt. Die Studie, welche faszinierende Einblicke in die molekulare Evolutionsgeschichte bietet, wurde in der Fachzeitschrift «Nature» veröffentlicht.
Fossile Funde zeigen, dass die frühen Paarhufer Füsse mit fünf Zehen besassen – so wie Mäuse und Menschen. Dieser Grundbauplan wurde aber bei Paarhufern im Lauf der Evolution nachhaltig verändert. Heute haben etwa Flusspferde vier Zehen, und bei Schweinen ist die zweite und fünfte Zehe nach hinten gerichtet. Bei Rindern besteht das Zehenskelett neben zwei rudimentären Afterklauen aus zwei symmetrisch verlängerten mittleren Zehen, welche die paarigen Klauen bilden und die schnelle Fortbewegung auf unterschiedlichen Terrains erleichtern.
Embryonalentwicklung verglichen
Forscher um Prof. Rolf Zeller vom Departement Biomedizin der Universität Basel sind nun der Frage nachgegangen, welche molekularen Veränderungen für diese evolutionäre Anpassung der Gliedmassen von Paarhufern verantwortlich sein könnten. Dazu verglichen sie bei Rinder- und Mäuseembryonen die genetischen Aktivitäten, welche die Bildung von fünf Fingern und Zehen bei Mäusen steuern.
Zunächst verläuft die Entwicklung der Gliedmassen bei beiden Gattungen erstaunlich ähnlich. Erst während der Bildung der Hand- und Fussanlagen zeigen sich deutliche molekulare Unterschiede: In Mäuseembryonen sind die Transkripte der sogenannten Hox-Gene in den Extremitätenknospen asymmetrisch verteilt, was für die korrekte Anlage des Hand- und Fussskeletts wichtig ist. Im Unterschied dazu wird deren Verteilung in den Extremitätenknospen von Rinderembryonen schon früh symmetrisch. «Diesen frühen Verlust der molekularen Asymmetrie betrachten wir als Auslöser von evolutionären Veränderungen, welche die Ausbildung des paarigen Klauenskeletts bei Rindern und anderen Paarhufern begünstigt haben», so der Entwicklungsgenetiker Prof. Rolf Zeller.
Erst ging die Asymmetrie verloren, dann die Zehen
Darauf richteten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf den Sonic Hedgehog (SHH) Signalpfad, welcher bei Mäusen und Menschen die Expression von Hox-Genen und die Bildung von fünf Zehen steuert. Sie stellten fest, dass in Rinderembryonen ein Genschalter so verändert ist, dass die Zellen, welche das Zehenskelett bilden, den Hedgehog-Rezeptor namens Patched1 nicht exprimieren. Normalerweise funktioniert Patched1 als Antenne für SHH, aber ohne Patched 1 kann das SHH-Signal nicht empfangen werden und die Entwicklung von fünf unterschiedlichen Zehen findet nicht mehr statt. Die Forscher konnten zeigen, dass der veränderte Genabschnitt – eine sogenannte cis-regulatorische Sequenz – ursächlich mit der Absenz des Patched1-Rezeptors und dem damit verbundenen Verlust der Asymmetrie der Zehenknochen in Rinderembryonen verknüpft ist.
«Die identifizierten Veränderungen im Genschalter bieten beispiellose molekulare Einblicke, wie sich die Gliedmassen von Paarhufern vor etwa 55 Millionen Jahren von anderen Säugetieren zu unterscheiden begannen», erläutert Rolf Zeller. Noch ist unklar, was die Änderung des Genschalters hervorgerufen hat. «Wir gehen von einer progressiven evolutionären Veränderung aus, da dieser Schalter bei Rindern und vermutlich auch anderen Paarhufern degeneriert ist, während er bei anderen Wirbeltiergattungen wie Mäusen und Menschen aktiv geblieben ist.»
Originalbeitrag
Javier Lopez-Rios, Amandine Duchesne, Dario Speziale, Guillaume Andrey, Kevin A. Peterson, Philipp Germann, Erkan Ünal, Jing Liu, Sandrine Floriot, Sarah Barbey, Yves Gallard, Magdalena Müller-Gerbl, Andrew D. Courtney, Christophe Klopp, Sabrina Rodriguez, Robert Ivanek, Christian Beisel, Carol Wicking, Dagmar Iber, Benoit Robert, Andrew P. McMahon, Denis Duboule and Rolf Zeller
Attenuated sensing of SHH by Ptch1 underlies evolution of bovine limbs
Nature (2014) | doi: 10.1038/nature13289

Dieser Beitrag wurde unter Wissenschaft/Naturschutz abgelegt und mit , , , verschlagwortet. Setze ein Lesezeichen auf den Permalink.

Kommentar verfassen