Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

20.10.2014, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
Künstliches Licht lässt Vögel länger nach Nahrung suchen
Leipzig. Künstliches Licht verlängert die Nahrungsaufnahme bei Amseln. Vögel im Stadtzentrum sind deshalb nicht nur wesentlich früher, sondern auch länger aktiv als ihre Verwandten in dunkleren Stadtvierteln. Das ist das Ergebnis einer Untersuchung an rund 200 Amseln in Leipzig, die im Rahmen des Forschungs-verbundes „Verlust der Nacht“ durchgeführt wurde. Die Studie deute darauf hin, dass künstliches Licht einen bedeutenden Einfluss auf die Aktivitätszeiten von städtischen Amseln habe und damit die natürlichen Zyklen beeinflusse, schreiben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Universität Leipzig im Fachblatt Journal of Ornithology.
Bereits im Vorjahr konnten die Wissenschaftler zeigen, dass Straßenlärm und künstliches Licht dafür sorgen, dass Vögel im Stadtzentrum von Leipzig am Morgen bis zu fünf Stunden früher aktiv werden als ihre Verwandten in ruhigeren und unbeleuchteten Bereichen der Stadt Leipzig. Für die Studie hatten die Wissenschaftler die Amsel (Turdus merula) ausgewählt, da diese Vogelart ursprünglich ein Waldvogel war, sich jedoch seit dem frühen 19. Jahrhundert gut an die Bedingungen in Städten angepasst hat. Sie ist dort inzwischen weit verbreitet und durch ihren markanten Gesang leicht zu identifizieren. In den Jahren 2011 bis 2013 wurden in einem 215 Hektar großen Gebiet in Leipzig über 200 Amseln mit Genehmigung der Behörden gefangen. Das Untersuchungsgebiet umfasste dabei einen drei Kilometer langen südwestlich orientierten Gradienten vom Stadtzentrum über den Clara-Zetkin-Park bis hin zum die Stadt durchziehenden Auwald. Aufgrund der Straßenbeleuchtung ist es in den Grünflächen am Innenstadtring nachts wesentlich heller als im naturnahen unbeleuchteten Auwald.
Die gefangenen Amseln wurden vermessen, individuell mit Vogelringen markiert und wieder frei gelassen. Einige von ihnen wurden gezielt an 35 Tagen zwischen März und Juli bei ihrer Nahrungssuche beobachtet. „An den kurzen Tagen im März beendeten die Amseln im Wald ihre Nahrungssuche fast eine Stunde eher als ihre Artgenossen in der beleuchteten Innenstadt. Je länger die Tage wurden, umso geringer wurde der Unterschied. Im Sommer waren es am Ende nur noch wenige Minuten Unterschied zwischen Stadt und Wald“, berichtet Anja Ruß vom UFZ.
Bei den Beobachtungen fiel auf, dass in der beleuchteten Innenstadt die Männchen deutlich häufiger als letzte den Platz der Nahrungssuche verließen, während es im Wald keine Abweichung vom allgemeinen Geschlechterverhältnis gab. Die Forscher führen dies auf die unterschiedliche Lichtsensibilität der Geschlechter zurück. Von den Amselhähnen ist bekannt, dass diese insgesamt etwas größer sind als die Hennen. Dies gilt auch für die Augen. „Größere Augen ermöglichen ein besseres Sehen bei schlechten Lichtverhältnissen. Die Männchen haben es daher in der Dämmerung etwas leichter bei der Nahrungssuche als die Weibchen. Das künstliche Licht in der Stadt fördert diese Unterschiede zwischen den Geschlechtern noch zusätzlich und sorgt dafür, dass die Männchen abends länger aktiv sein können“, erklärt Dr. Reinhard Klenke vom UFZ.
Die Studie unterstreicht, dass künstliches Licht in der Nacht eine wichtige Rolle für den Biorhythmus der Amseln in der Stadt spielt. Es ermöglicht den Vögeln, ihre täglichen Aktivitäten auszudehnen. Dieser Effekt nimmt aber ab, je länger die Tage im Sommer werden. Im Gegensatz zu früheren Vermutungen scheinen Stadtamseln von dem künstlichen Licht und der zusätzlichen Zeit nicht körperlich zu profitieren. Zumindest konnten die Wissenschaftler keinen signifikanten Unterschied in der Körperkondition zwischen den beiden Gruppen für die Zeit der verlängerten Nahrungssuche feststellen und nehmen an, dass neben dem Licht auch die Verfügbarkeit und Qualität des Futters sowie das Risiko, gefressen zu werden, eine große Rolle spielen.
Während Luft-, Lärm- oder Gewässerverschmutzung seit langem im öffentlichen Bewusstsein verankert sind und entsprechend wissenschaftlich untersucht werden, wächst erst langsam ein Problembewusstsein für die zunehmende Verdrängung der natürlichen Dunkelheit der Nacht durch künstliches Licht und die dadurch erzeugten weitreichenden Veränderungen natürlicher Prozesse. Diese betreffen nicht nur empfindliche naturnahe Ökosysteme, sondern reichen bis weit hinein in die menschliche Gesellschaft. In den vergangenen drei Jahren hatte dazu der interdisziplinäre Forschungsverbund „Verlust der Nacht“ unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) Pionierarbeitet geleistet. Im Teilprojekt „BILL“ (Birds in ILluminated Landscapes) hatte die Arbeitsgruppe von Dr. Reinhard Klenke am UFZ vergleichende Untersuchungen unterschiedlicher Einflüsse von künstlichem Licht auf Vogelpopulationen durchgeführt. „Zu den Auswirkungen von Licht oder Lärm auf Vögel hat es bereits einige Studien gegeben. Unsere Studien haben aber erstmals das komplexe Zusammenspiel in der Kombination der beiden Faktoren Licht und Lärm analysiert, die nicht nur für uns Menschen Stress bedeuten, sondern auch für die Tiere in der Stadt“, unterstreicht der Biologe, der die Idee zur Studie hatte und die Auswirkungen auf die Fitness der Vögel künftig weiter untersuchen möchte.
Licht beeinflusst nicht nur den Biorhythmus von Lebewesen in der Stadt. Auch der Himmel in vielen Naturschutzgebieten ist durch die benachbarten Städte nachts inzwischen deutlich heller als ursprünglich. Bevölkerungswachstum und steigende Urbanisierung werden dieses Problem in vielen Regionen der Welt verschärfen. Dazu kommen technische Trends wie der zunehmende Einsatz von LED-Leuchten mit Lichtspektren, die sich vom natürlichen Licht zum Teil stark unterscheiden oder auch der zunehmende Einsatz von Licht als Gestaltungselement im Stadtbild. Umso wichtiger wird es, die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf Mensch und Tier zu untersuchen.
Publikationen:
Anja Russ, Annika Rüger, Reinhard Klenke (2014): Seize the night: European Blackbirds (Turdus merula) extend their foraging activity under artificial illumination. Journal of Ornithology.
http://dx.doi.org/10.1007/s10336-014-1105-1
Die Studie wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie von der Helmholtz-Gemeinschaft im Rahmen der Graduiertenschule HIGRADE gefördert.

Ommo Hüppop, Reinhard Klenke und Anja Nordt: Vögel und künstliches Licht
in: Thomas Posch, Franz Hölker, Thomas Uhlmann, Anja Freyhoff (Hrsg.): Das Ende der Nacht. Lichtsmog: Gefahren – Perspektiven – Lösungen.
Zweite, überarbeitete und erweiterte Auflage, September 2013. 232 Seiten, 50 Farbabb., Hardcover, WILEY-VCH, Weinheim, ISBN 978-3-527-41179-5

Nordt A, Klenke R (2013) Sleepless in Town – Drivers of the Temporal Shift in Dawn Song in Urban European Blackbirds. PLoS ONE 8(8): e71476. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0071476

20.10.2014, Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH
Manipulation des Begattungsverhaltens senkt Varroa-Population signifikant
TLB vermarktet für Universität Hohenheim ersten biologischen Schutz vor Varroamilben.
Gesunder Honig ohne Pestizidrückstände – dieses Ziel stellt Imker angesichts der Varroamilbe jedes Jahr zur Brutzeit der Bienen erneut vor große Herausforderungen. Die Milbe gilt als weltweit größtes Problem der Imker und führt schlimmstenfalls zum Verlust ganzer Bienenvölker. Eine neue Erfindung der Universität Hohenheim, die das Sexualverhalten der Milben manipuliert, bietet erstmals umweltfreundlichen Schutz. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH in Karlsruhe arbeitet gemeinsam mit der Universität an der Patentierung und Verwertung der Erfindung.
„Das neue Verfahren wird Imkerbetrieben die Möglichkeit geben, auf umweltfreundliche Weise den Fortbestand ihrer Bienenvölker zu sichern und Honig zu produzieren, bei dem keine Rückstände zu erwarten sind“, so Dr. Iris Kräuter, Innovationsmanagerin des Technologie-Lizenz-Büros (TLB).
TLB managt im Auftrag der Universität Hohenheim die Patentierung der Erfindung und sucht Lizenznehmer zur Vermarktung. „Unternehmen aus dem Bereich der Schädlingsbekämpfung können sich hier einen lukrativen Wettbewerbsvorteil sichern, zumal mit der Erfindung ein weltumspannendes Problem gelöst werden kann – allein in der EU sind 14 Millionen Bienenvölker betroffen. Wir haben unsere Patentstrategie darauf abgestellt und die Erfindung international zum Patent angemeldet.“
Das neue Verfahren beeinflusst das Sexualverhalten der Milben und dämmt erfolgreich deren Vermehrung ein, die ausschließlich in den verdeckelten Brutzellen der Bienen stattfindet. Die Erfinder Professor Dr. Peter Rosenkranz und Diplombiologin Bettina Ziegelmann konnten nachweisen, dass das Milbenmännchen die Weibchen in der Zelle aufgrund von weiblichen Sexualpheromonen aufspürt. Die Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, den Lockstoff zu extrahieren und seine Zusammensetzung bestimmt.
Wird der Lockstoff vor der Verdeckelung mit einer einfachen Sprühapplikation in die Brutzelle eingebracht, irritiert dies das Begattungsverhalten des Milbenmännchens derart, dass es seine Fortpflanzung weniger zielgerichtet vornehmen kann: Nicht nur, dass es weniger Begattungsaktivität zeigt als normal, es begattet die Weibchen vielfach auch zum falschen Zeitpunkt, nämlich dann, wenn sie noch nicht geschlechtsreif sind. Mit geschlechtsreifen Weibchen hat es um 60 Prozent weniger Sex als ohne Verwirrtaktik, wobei auch deutlich weniger Spermien übertragen werden. Nicht begattete Milben sind weniger vital und können keine weiteren weiblichen, befruchteten Eier mehr legen. Dadurch tragen sie im folgenden Reproduktionszyklus nicht zur Erhöhung der Milbenpopulation bei.
„Wir erreichen nachweisbar einen signifikanten Verwirreffekt im Begattungsverhalten, der den Varroa-Befall im Bienenvolk deutlich eindämmt“, so Professor Rosenkranz.
Der Feldversuch bestätigt, dass das Verfahren nicht nur mit dem gesamten Pheromon-Cocktail sondern auch mit einer Einzelkomponente, nämlich der Ölsäure, erfolgreich durchgeführt werden kann. Diese ist relativ preiswert, lebensmittelrechtlich unproblematisch und leicht zu handhaben.
Derzeit wird das Verfahren in Zusammenarbeit mit einem etablierten Spezialisten für Milbenbekämpfung hinsichtlich der Dosierung und der Einbringung in die Brutzelle optimiert.

20.10.2014, Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke
Bittergeschmack spielt auch bei Hühnern und Puten eine wichtige Rolle
Während Menschen über 25 und Frösche* sogar über 54 verschiedene Rezeptoren für Bitteres verfügen, besitzen Puten und Hühner nur 2 bis 3 funktionstüchtige Bitterrezeptorvarianten. Dennoch haben die wenigen Rezeptoren dieser Vogelarten ausgereicht, um sie im Verlauf der Evolution vor Vergiftungen durch natürliche, bitter schmeckende Giftstoffe zu schützen. Eine neue Studie des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) und des Instituts für Genetik der Universität Köln gibt hierfür nun erstmals eine Erklärung. Wie sie zeigt, kompensieren die Vögel die geringe Rezeptorvielfalt und damit einen denkbaren Selektionsnachteil, durch ein sehr breites Erkennungsspektrum ihrer Sensoren.
Die Geschmacksforscher unter Führung von Maik Behrens vom DIfE veröffentlichten ihre Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution (M. Behrens et al. 2014; DOI:10.1093/molbev/msu254).
Die Fähigkeit, Bitteres zu schmecken, ist wichtig, um das Verschlucken potentiell giftiger Stoffe zu vermeiden. Wissenschaftler gingen dabei bislang davon aus, dass eine große Rezeptorvielfalt notwendig ist, um möglichst viele der zahlreichen aber strukturell doch sehr unterschiedlichen Bittersubstanzen zu erkennen und einen möglichst großen Selektionsvorteil zu haben.
Die Beobachtung, dass Puten und Hühner nur zwei bis drei verschiedene Bitterrezeptoren besitzen, stellte die Forscher daher vor die Frage: Spielt die Geschmackswahrnehmung bei der Evolution von Hühnervögeln eher eine untergeordnete Rolle oder gibt es für die Beobachtung eine andere Erklärung? Für Ersteres würde sprechen, dass Hühner nur über wenige Geschmacksknospen verfügen, wenig Speichel produzieren sowie ihre Nahrung nicht kauen. Zudem besitzen sie ähnlich wie Katzen keinen funktionstüchtigen Süßgeschmacksrezeptor.
Die von den Geschmacksforschern nun erstmals durchgeführten, umfassenden Genanalysen sowie eine funktionelle Überprüfung der Bitterrezeptoren mit 46 verschiedenen Bitterstoffen in einem zellulären Testsystem geben nun eine andere Erklärung. Wie sie zeigen, sind Hühnervögel durchaus in der Lage, mit nur zwei bis drei verschiedenen Rezeptorvarianten ein breites Spektrum von Bitterstoffen zu erkennen. „Wenige Rezeptoren mit einem breiten Erkennungsspektrum reichen anscheinend bei der Ernährungsweise von Hühnervögeln aus, um die Tiere vor Vergiftungen zu schützen und einen Selektionsnachteil zu vermeiden“, sagt Erstautor Maik Behrens. Wie frühere Untersuchungen der Potsdamer Forscher belegen, erkennen auch drei der 25 menschlichen Bitterrezeptortypen ein sehr breites, überlappendes Spektrum an Bitterstoffen, wohingegen andere sehr spezifisch nur wenige Bitterstoffe detektieren. Ähnliches beobachteten die Wissenschaftler in ihrer neuen Arbeit auch beim Krallenfrosch. Doch welchen Sinn macht es dann, dass im Gegensatz zu den Hühnervögeln andere Wirbeltierspezies wie der Mensch oder der Krallenfrosch viele zusätzliche Rezeptorvarianten entwickelt haben, die nur einzelne Bitterstoffe erkennen? Eine weitere Erkenntnis der Potsdamer Geschmacksforscher könnte hierauf eine Antwort geben:
„Wie wir bereits 2011 beobachteten**, produzieren einige Pflanzen Bitterstoffe, die zumindest beim Menschen einige der Bitterrezeptoren aktivieren aber gleichzeitig andere hemmen“, erklärt Wolfgang Meyerhof, der die Abteilung Molekulare Genetik am DIfE leitet. „Würde der Mensch nur über zwei Rezeptorvarianten verfügen, wäre die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass alle Bitterrezeptoren gehemmt und giftige Bittersubstanzen verschluckt würden“, so der Experte weiter. „Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass Hühner und Puten generell empfänglicher für ernährungsbedingte Vergiftungen sein könnten als Menschen und Frösche. Eine Hypothese, die zukünftig überprüft werden sollte“, sagt Geschmacksforscher Maik Behrens.
Hintergrundinformationen:
* Bei der untersuchten Froschart handelt es sich um den Krallenfrosch Xenopus tropicalis.
** DIfE-Wissenschaftler isolierten bereits 2011 in Zusammenarbeit mit italienischen Forschern der Universität Piemont zwei natürliche Substanzen aus Wermutgewächsen, die Bitterstoff und Bitterblocker in einem sind. Sie aktivieren einige der 25 Bittergeschmacksrezeptoren, hemmen aber gleichzeitig andere Bittersensoren des Menschen, so dass diese von bestimmten Bitterstoffen nicht mehr oder nur schwach aktiviert werden. Als Folge nimmt die Intensität des „Bittersignals“ ab. (Quelle: The Journal of Neuroscience; Brockhoff, A. et al. 2011; DOI:10.1523/JNEUROSCI.2923-11.2011)
Das DIfE ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Es erforscht die Ursachen ernährungsbedingter Erkrankungen, um neue Strategien für Prävention, Therapie und Ernährungsempfehlungen zu entwickeln. Forschungsschwerpunkte sind dabei Adipositas (Fettsucht), Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs. Näheres unter http://www.dife.de. Das DIfE ist zudem ein Partner des 2009 vom BMBF geförderten Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD). Näheres unter http://www.dzd-ev.de.
Die Leibniz-Gemeinschaft vereint 89 Einrichtungen, die anwendungsbezogene Grundlagenforschung betreiben und wissenschaftliche Infrastruktur bereitstellen. Insgesamt beschäftigen die Leibniz-Einrichtungen rund 17.200 Menschen – darunter 8.200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – bei einem Jahresetat von insgesamt knapp 1,5 Milliarden Euro. Die Leibniz-Gemeinschaft zeichnet sich durch die Vielfalt der in den Einrichtungen bearbeiteten Themen und Disziplinen aus. Die Forschungsmuseen der Leibniz-Gemeinschaft bewahren und erforschen das natürliche und kulturelle Erbe. Darüber hinaus sind sie Schaufenster der Forschung, Orte des Lernens und der Faszination für die Wissenschaft. Näheres unter http://www.leibniz-gemeinschaft.de.

22.10.2014, Nationalpark Hohe Tauern
24 Bartgeier fliegen in den österreichischen Alpen
Zumindest 24 Bartgeier leben aktuell in Österreich. Dies ergaben die vom Nationalpark Hohe Tauern organisierten heurigen Bartgeierzähltage. Damit konnten deutlich mehr Geier beobachtet werden als im Jahr 2013.
Im letzten Jahr wurden keine jungen Bartgeier freigelassen, zusätzlich waren auch beide Brutversuche erfolglos. Weiters waren die Wetterbedingungen vor einem Jahr sehr schlecht. Heuer hingegen strahlte die Sonne und zu den beiden freigelassenen Junggeiern Felix und Kilian gesellten sich noch zwei erfolgreiche Wildbruten in
Salzburg und in Kärnten. Viele hunderte Bartgeierfreunde nutzten das gute Wetter für einen Ausflug in die Berge und leiteten ihre Beobachtungen an das Bartgeier-Team des Nationalparks Hohe Tauern weiter. Seit vielen Jahren wird jedes Jahr im Herbst der Bartgeierbestand in den Alpen erhoben. Ziel des alpenweiten Zähltages ist es, einen möglichst genauen Überblick über den Bartgeierbestand zu gewinnen und eventuelle nicht bekannte Vorkommen zu entdecken. Zusätzlich soll auch die Bevölkerung motiviert werden, ihre Beobachtungen festzuhalten und zu melden.
„Es ist erfreulich, dass nach vielen arbeitsintensiven Jahren im Bartgeierwiederansiedelungsprojekt nun derartige Erfolge eingetreten sind. Seit 1986 werden in den Hohen Tauern Junggeier ausgewildert. 2014 ist ein Rekordjahr. Neben dem herausragenden Zählergebnis von 24 Bartgeiern, sichern zwei erfolgreiche Freilandbruten im Nationalpark
Hohe Tauern und die Freilassung zweier weiterer Junggeier im Osttiroler Debanttal den Bestand zusätzlich“, so LHStv. Mag. Ingrid Felipe, derzeitige Ratsvorsitzende des Nationalparks Hohe Tauern. Dr. Hans Frey, Leiter des Europäischen Erhaltungszuchtprogramm Bartgeier, betont die Wichtigkeit eines freiwilligen Beobachternetzwerks: „Herzlichen Dank von Seiten des Bartgeier-Zuchtnetzes für den Einsatz so vieler Interessierter, die auch heuer wieder an den Beobachtungstagen einen überaus wichtigen Beitrag zur Überwachung der freigelassenen Bartgeier liefern konnten. Neben vielen anderen Methoden, wie z.B. Telemetrie und genetisches Monitoring, ermöglicht diese Initiative einen alpenweiten Überblick. Besonders erfreulich sind heuer die Rekordergebnisse in den
österreichischen Alpen, die zeigen, dass wir auf einem vielversprechenden Kurs sind.“
Nur ein Teil der Bartgeier tragen Sender, deshalb ist die Mithilfe vieler Beobachter von Nöten, um die Bartgeier bei ihren Wanderungen verfolgen zu können und wieder zu entdecken. Junge Bartgeier durchstreifen dabei innerhalb weniger Tage sehr große Gebiete. Felix z.B. verbrachte die letzte Woche in Osttirol, am Samstag flog er in
einem Zug nach Cortina. Sein Nestpartner Kilian war in der Vorwoche bis ins Tiroler Lechtal geflogen, am Retourweg in die Hohen Tauern überflog er die gesamten Dolomiten. Unter www.hohetauern.at Online Service kann man die Ausflüge der beiden live mitverfolgen.

22.10.2014, Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Erbgut des bisher ältesten modernen Menschen entschlüsselt
Forscher entdecken Anteile von Neandertaler-DNA im Erbgut eines 45.000 Jahre alten modernen Menschen aus Sibirien
Ein Forscherteam unter der Leitung von Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig hat das Gesamtgenom eines 45.000 Jahre alten modernen Menschen aus Westsibirien entziffert und mit dem Erbgut von später in Europa und Asien lebenden Menschen verglichen. Dabei zeigte sich, dass dieser Mann zu einer Zeit lebte, als die Vorfahren heute lebender Europäer und Asiaten gerade begannen, sich getrennt voneinander weiterzuentwickeln. Wie es bei allen heute außerhalb von Afrika lebenden Menschen der Fall ist, enthielt auch das Erbgut des Mannes aus Ust‘-Ishim Anteile von Neandertaler DNA. Diese Segmente waren jedoch viel länger als bei heute lebenden Menschen und belegen, dass die Vermischung von modernen Menschen mit Neandertalern vor etwa 50.000 bis 60.000 Jahren stattfand.
Im Jahre 2008 wurde am Ufer des Flusses Irtysch in der Nähe des Dorfes Ust‘-Ishim in Westsibirien der relativ vollständig erhaltene Oberschenkelknochen eines Menschen gefunden. Mithilfe der Radiokohlenstoff(14C)-Methode konnten die Forscher das Alter des Knochens auf etwa 45.000 Jahre datieren. „Anhand der Form und Beschaffenheit des Knochens können wir sagen, dass es sich bei seinem Besitzer um einen frühen modernen Menschen handelte. Er war also mit den Populationen verwandt, die die direkten Vorfahren aller heute lebenden Menschen sind“, sagt Bence Viola, ein Anthropologe am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, der das Fundstück untersuchte. „Der Ust‘-Ishim Mann ist einer der ältesten modernen Menschen, die außerhalb des Mittleren Ostens und Afrikas gefunden wurden“.
Anschließend sequenzierten die Forscher das Genom dieses Menschen in einer sehr hohen Qualität und verglichen es mit den Genomen heute lebender Menschen aus mehr als 50 verschiedenen Populationen. Dabei stellten sie fest, dass der Knochen aus Ust‘-Ishim einer männlichen Person gehörte, die enger mit heute außerhalb von Afrika lebenden Menschen verwandt ist als mit Afrikanern. Es handelt sich bei diesem Mann also um einen frühen Vertreter der modernen Population, die Afrika verließ.
Ein Vergleich seines Erbguts mit dem von Nicht-Afrikanern ergab, dass der Mann aus Ust‘-Ishim ähnlich nahe mit Menschen aus Ostasien verwandt ist wie mit Menschen, die während der Steinzeit Europa bevölkerten. „Die Population, zu der der Ust’-Ishim Mann gehörte, könnte sich von den Vorfahren heute lebender westasiatischer und osteurasischer Populationen abgespalten haben, bevor oder zeitgleich als sich diese erstmals voneinander trennten“, sagt Svante Pääbo. „Es ist sehr befriedigend, dass wir jetzt zusätzlich zu den Genomen von Neandertalern und Denisova-Menschen auch das Genom eines sehr frühen modernen Menschen in so hoher Qualität vorliegen haben”. Der Paläoanthropologe Jean-Jacques Hublin, der ebenfalls am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie forscht und an der Studie beteiligt war, ergänzt: „Möglicherweise gehörte der Mann aus Ust’-Ishim einer Population früher Migranten in Richtung Europa und Zentralasien an, die keine Nachkommen in heute lebenden Populationen hinterlassen haben.“
Da der Mann aus Ust’-Ishim zu einer Zeit lebte, als es in Eurasien noch Neandertaler gab, wollten die Forscher herausfinden, ob sich seine Vorfahren schon mit diesen vermischt hatten. Dabei wurden sie fündig: Zwei Prozent seines Erbguts stammten vom Neandertaler, also ein ähnlich großer Anteil, wie man ihn bei heute lebenden Ostasiaten und Europäern findet. Interessanterweise sind die Neandertaler-Fragmente im Genom dieses frühen modernen Menschen aber viel länger als bei heute lebenden Menschen, weil die Vermischung mit den Neandertalern noch nicht so lange zurück lag und die Fragmente sich über die wenigen Generationen hinweg noch nicht so stark verkürzt hatten. „So konnten wir schätzen, dass sich die Vorfahren des Ust’-Ishim Mannes etwa 7.000 bis 13.000 Jahre vor dessen Geburt bzw. vor etwa 50.000 bis 60.000 Jahren mit Neandertalern vermischt hatten. Das war nicht lange nachdem sich der moderne Mensch aus Afrika und dem Mittleren Osten ausbreitete“, sagt Janet Kelso, die am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie die Computer gestützten Genomanalysen leitete.
Dank der hohen Qualität dieses 45.000 Jahre alten Genoms konnten die Forscher die Rate schätzen, mit der sich Mutationen im menschlichen Genom ansammeln. Das Ergebnis: Seit der Zeit als der Ust’-Ishim Mann gelebt hatte, haben sich pro Jahr ein bis zwei Mutationen im Erbgut heute lebender Populationen aus Europa und Asien angesammelt. Das entspricht in etwa aktuellen Schätzungen der Anzahl von genetischen Unterschieden zwischen Eltern und Kindern und ist niedriger als die früheren indirekten Schätzungen, die auf Unterschieden zwischen den Fossilien verschiedener Arten basieren.
Originalpublikation:
Qiaomei Fu, Heng Li, Priya Moorjani, Flora Jay, Sergey M. Slepchenko, Aleksei A. Bondarev, Philip L.F. Johnson, Ayinuer A. Petri, Kay Prüfer, Cesare de Filippo, Matthias Meyer, Nicolas Zwyns, Domingo C. Salazar-Garcia, Yaroslav V. Kuzmin, Susan G. Keates, Pavel A. Kosintsev, Dmitry I. Razhev, Michael P. Richards, Nikolai V. Peristov, Michael Lachmann, Katerina Douka, Thomas F.G. Higham, Montgomery Slatkin, Jean-Jacques Hublin, David Reich, Janet Kelso, T. Bence Viola, Svante Pääbo
The genome sequence of a 45,000-year-old modern human from western Siberia
Nature, 23 October 2014, DOI: 10.1038/nature13810

24.10.2014, Max-Planck-Institut für Ornithologie
Zebrafinken nutzen ihr spezialisiertes Gesangssystem für einfache Kommunikation
Singvögel besitzen neben ihrem Gesang ein umfangreiches Repertoire an Rufen. Während der artspezifische Gesang als Jungvogel erlernt werden muss, sind die meisten Rufe wie bei allen anderen Vögeln angeboren. Forscher vom Max-Planck-Institut in Seewiesen haben nun an Zebrafinken entdeckt, dass auch bei Kommunikationsrufen ein sonst für den Gesang wichtiges Gehirnareal aktiv wird. Diese Beziehung zwischen ungelernten Rufen und einem für gelernte Lautäußerungen zuständigen Hirnareal ist wichtig für das Verständnis der Evolution des Gesangslernens bei Singvögeln.
Annähernd die Hälfte aller Vogelarten sind Singvögel. Nur sie haben die Fähigkeit, komplizierte Lautmuster zu erlernen, die wir allgemein als Gesang bezeichnen. Zahlreiche Studien belegen, dass die Gesänge der Singvögel hauptsächlich der Partnerwahl und der Verteidigung eines Territoriums dienen. In den gemäßigten Breiten der Nordhalbkugel singt meist nur das Männchen.
Rufe hingegen gibt es bei allen Vögeln und stets bei beiden Geschlechtern – auch bei Arten wie dem Zebrafinken, bei denen das Weibchen niemals singt. Die Rufe müssen bis auf wenige Ausnahmen nicht gelernt werden und dienen der Kommunikation. Meist sind sie mit einem bestimmten Zweck verbunden, wie es bei Warnrufen und Kontaktrufen der Fall ist. Für Neurobiologen ist der Gesang der Singvögel interessant, da er von einem Netzwerk aus Neuronenkernen im Vorderhirn gesteuert wird. An diesem Netzwerk können Neurowissenschaftler allgemeingültige Gesetzmäßigkeiten erforschen, wie das Gehirn Verhalten steuert.
Diese Zusammenhänge hat nun ein Team von Forschern aus dem Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen mittels speziell entwickelter Aufnahmemethoden der Gesangs- und Gehirnaktivität gefunden. Die Forscher befestigten ultraleichte, selbstgebaute Mikrofonsender wie Rucksäckchen mit Gummibändern auf dem Rücken verpaarter Zebrafinkenweibchen und -männchen. Bei den Männchen wurde ein Aufnahmesystem zum Messen der Gehirnaktivität aufgesetzt, das per Funk Daten überträgt.
Dank dieser telemetrischen Miniaturtechnik konnten sich die Tiere in Gruppen in großen Volieren frei bewegen, so dass die Wissenschaftler das komplette Verhaltensrepertoire der Tiere kontinuierlich aufzuzeichnen konnten. Dabei konzentrierten sich die Forscher auf sogenannte “Stack”-Rufe. Es zeigte sich, dass sie hauptsächlich innerhalb gefestigter Paarbindungen den Zusammenhalt von Männchen und Weibchen fördern. “Der ständige Kontakt zum Partner ist wichtig, da die Zebrafinken in großen sozialen Gruppen leben“, sagt Lisa Trost, Mitautorin der Studie.
Erstaunlicherweise wird nicht jeder der Paarbindungsrufe auch beantwortet, was die Forscher zunächst vor ein Problem bei der Analyse stellte. Sie legten fest, dass ein Ruf des Partners nur dann als Antwort gilt, wenn er innerhalb von zwei Sekunden erfolgt. “So konnten wir eine Matrix erstellen, die klar zeigte, dass fast ausnahmslos die beiden Paarpartner miteinander die Rufe austauschen, was die wichtige soziale Komponente dieses “Stack“-Rufes unterstreicht“, sagt Andries Ter Maat, Erstautor der Studie.
Als die Forscher nun die Aktivität eines für die Gesangsproduktion wichtigen Hirnareals analysierten – des sogenannten RA-Kerns -, fanden sie eine klare Übereinstimmung zwischen dessen Aktivitätsmuster und dem Auftreten des “Stack“-Rufes. “Dieser Zusammenhang zwischen einem angeborenen Ruf und der Aktivität eines für erlernte Lautäußerungen wichtigen Gehirnareals lässt vermuten, dass sich während der Evolution der Singvögel die Rolle der Gesangsareale im Gehirn von einem einfachen Vokalisationssystem für angeborene Rufe hin zu einem spezialisiertem neuronalen Netzwerk für gelernte Gesänge geändert hat“, schlussfolgert Manfred Gahr, Koordinator der Studie.

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