Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

23.07.2015, Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere
Wie kam das tierische Leben in den Strand?
Torsten H. Struck, Mitarbeiter am Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig – Leibniz Institut für Biodiversität der Tiere in Bonn, weist am Beispiel der Ringelwürmer nach, dass die Fauna des Sandlückensystems zwei evolutionäre Wege aufweist. Damit wird jetzt in einer Veröffentlichung der renommierten Zeitschrift Current Biology die derzeit wissenschaftlich favorisierte These widerlegt, die Tierarten im Sand seien vor allem durch progenetische Evolution (evolutionäre Vorverlegung der Geschlechtsreife) entstanden.
Vielmehr spielte Miniaturisierung, also eine Verkleinerung von erwachsenen Individuen einer Art im Laufe der Zeit, ebenfalls eine wesentliche Rolle. Der Nachweis gelang anhand der Untersuchung von 679 Genen mittels moderner molekularbiologischer Methoden.
Bis Anfang des 20. Jahrhunderts ging man davon aus, dass es im Strand oder anderen marinen Sedimenten kein tierisches Leben geben würde. Der bekannte Kieler Zoologe Adolf Remane konnte jedoch zeigen, dass es sehr wohl eine umfangreiche Lebensgemeinschaft im Sandlückensystem gibt. Diese so genannten interstitiellen Arten besiedeln den Raum zwischen den Sandkörnern; sie sind dementsprechend einfach gebaut und mit maximal wenigen Millimetern Länge sehr klein.
Solche Tiere des Sandlückensystems sind von fast allen Gruppen der Wirbellosen bekannt, allerdings ist ihr evolutionärer Ursprung oft unbekannt. Für viele Arten wird angenommen, dass sie die ursprüngliche Organisation früher Organismen zeigen könnten, die von vorneherein immer klein waren und auch blieben. Alternativ wird jedoch heute eher vermutet, dass die Arten im Interstitium mit einer höheren Wahrscheinlichkeit von größeren Tieren abstammen.
In diesem derzeit präferierten Falle wird vor allem die sogenannte progenetische Evolution favorisiert. Bei diesem Szenario wird angenommen, dass die Arten von larvalen oder juvenilen Stadien größerer Vorfahren abstammen, die zunächst nur temporär den Sand besiedelten. Im Laufe der Evolution wurden die neuen Arten „frühzeitig“ geschlechtsreif und die weitere körperliche Entwicklung stoppte. Dadurch kam es zu einer dauerhaften Besiedlung des Sandes. Eine dritte, derzeit in der Wissenschaft weniger beachtete Alternative ist die Evolution durch eine schrittweise Reduzierung und Vereinfachung erwachsenere Stadien größerer Arten, welche auch als Miniaturisierung bekannt ist.
Unter der Federführung von Forschern des Zoologischen Forschungsmuseums Alexander Koenig – Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere (ZFMK) wurde die Evolution solcher interstitiellen Arten beispielhaft an der Gruppe der Ringelwürmer untersucht. Die Ringelwürmer oder Annelida sind eine sehr diverse Tiergruppe mit mehr als 15000 beschriebenen Arten.
„Ringelwürmer sind vor allem im marinen Lebensraum eine der dominanten bodenlebenden Tiergruppen, im Besonderen in der Tiefsee. Man kann sie aber auch im eignen Garten oder beim Heilpraktiker finden, da auch der Regenwurm und der Egel zu den Ringelwürmern gehören«, erklärt Struck.
In der neuen Studie, die diese Woche im hochangesehenen Wissenschaftsjournal Current Biology veröffentlicht wurde, untersuchen Struck und Ko-Autoren die verwandtschaftlichen Verhältnisse solcher interstitiellen Arten innerhalb der Annelida mit Hilfe von Transkriptom-Datenbanken, also Datenbanken, die alle zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiven Gene erfasst. In den Datenbanken werden die mRNA’s erfasst, welche die Zwischenprodukte in der Umsetzung der Gen-Information in Proteine sind. Durch diese Analyse war es den Wissenschaftlern möglich die Stammesgeschichte und Evolution der interstitiellen Anneliden anhand von 679 Genen nachzuvollziehen.
»Unsere Studie zeigt nun, dass die interstitiellen Arten nicht nur durch progenetische Evolution entstanden wie es in den letzten Dekaden angenommen wurde« erläutert Struck. Viel mehr zeigt sich, dass die Miniaturisierung von größeren Arten eine ebenso wichtige Rolle in der dauerhaften Besiedlung des Sandlückensystems spielt. Die Miniaturisierung wird oft aufgrund der vermuteten längeren evolutiven Zeiträume auch in anderen Tiergruppen nicht berücksichtigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass neben einer ursprünglichen Besiedlung der Sandlückensystems und der progenetischen Evolution auch in diesen Tiergruppen die Miniaturisierung stärker in Betracht gezogen werden sollte.
Quelle: Torsten H. Struck, Anja Golombek, Anne Weigert, Franziska A. Franke, Wilfried Westheide, Günter Purschke, Christoph Bleidorn, Kenneth M. Halanych: The evolution of annelids reveals two adaptive routes to the interstitial realm. Current Biology.
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.06.007

23.07.2015, Forschungsverbund Berlin e.V.
Seeadler – keine Konkurrenz für die Fischerei
Seeadler stellen keine Konkurrenz für die Fischerei dar. Dies zeigten Forscher des Berliner Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) anhand der ersten Freilandstudie über die Nahrungswahl des Seeadlers (Haliaeetus albicilla) im Norddeutschen Raum. Die Studie, die im „Journal of Ornithology“ veröffentlicht wurde, erlaubt zudem wichtige Einblicke in das Jagdverhalten dieser Tierart und dafür relevante Schutzmaßnahmen.
Seeadler jagen hauptsächlich in Uferzonen von Seen. Ihre bevorzuge Beute sind Fische in der Größenklasse von 30 – 50 cm. Seeadler sind insbesondere auf den Fang von Brachsen spezialisiert, eine Fischart, die vom Menschen kommerziell nicht genutzt wird. Sie passen ihr Beutespektrum den Wetterbedingungen sowie dem Nahrungsvorkommen an. Neben Fischen gehören auch Wasservögel – insbesondere langsam fliegende Arten wie Blässrallen – und Aas von Wildtieren wie Rehen, Hirschen, Wildschweinen zu ihrem Nahrungsspektrum. Folglich stellen Seeadler keine Konkurrenz für die Fischerei dar.
Seeadler jagen hauptsächlich durch die sogenannte Ansitzjagd: Sie sitzen und warten, bis sie die Beute entdecken und zuschlagen. Die aktuelle Studie zeigt, dass Seeadler etwa 80 % ihrer Zeit mit dieser Tätigkeit verbringen und nur 7 % ihrer Zeit für Flugaktivitäten aufwenden. Die Ansitzjagd ist für die großen und schweren Tiere die kostengünstigste und ökonomischste Art der Nahrungssuche, da es ihnen die höchste Trefferquote aufgrund von Überraschungsangriffen ermöglicht. Da die Tiere Sitzplätze für dieses Jagdverhalten benötigen, sind Uferwälder und Solitärbäume ein Schlüsselelement für die Nahrungssuche des Seeadlers. Diese neuen Erkenntnisse beinhalten wichtige Informationen für effektive Schutzmaßnahmen der Seeadlerpopulationen.
„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass eine 100 Meter breite Zone mit Uferbewaldung obligatorisch sein müsste, um Sitzmöglichkeiten und die Kernzonen der Jagdgründe des Seeadlers zu erhalten“, sagt Dr. Oliver Krone, Wissenschaftler am IZW. Auch künstliche Sitzstangen wie z. B. Pfähle können als effektives Managementwerkzeug eingesetzt werden, wenn sie nicht zu nahe an Rad- oder Wanderwegen aufgestellt sind.
Der Seeadler ist eine der größten europäischen Greifvogelarten. Innerhalb der letzten zwei Jahrhunderte hat sich die Population aufgrund intensiver Schutzmaßnahmen vom Rand des Aussterbens erholen können. Dennoch gibt es eine Reihe von Gefährdungsursachen, die lokal zu erheblichen Verlusten unter den Adlern führen. Ursachen hierfür sind Bleivergiftung, Kollision mit Zügen und Stromleitungen.
Bleivergiftungen stellen insbesondere im Winter ein erhöhtes Risiko für die Tiere dar. In dieser Jahreszeit sinkt die Erfolgsquote beim Beutefang aufgrund eines geringeren Nahrungsvorkommens und die Tiere müssen ihr Jagdgebiet und ihre Flugzeiten ausdehnen, um auf opportunistischen Konsum von Aas zurückgreifen zu können. Da das Wild jedoch häufig mit bleihaltiger Jagdmunition beschossen wurde, oder die Innereien mit den Resten der bleihaltigen Geschosse in der Natur liegengelassen werden, birgt der Konsum von Aas ein erhebliches Risiko für die Seeadler in sich. Die Erkenntnisse dieser neuen Studie bieten die Grundlage für effektivere Schutzmaßnahmen des Seeadlers.
Publikation:
Nadjafzadeh M, Hofer H, Krone O (2015): Sit-and-wait for large prey: foraging strategy and prey choice of white-tailed eagles. J Ornithol; DOI: 10.1007/s10336-015-1264-8

23.07.2015, Georg-August-Universität Göttingen
Vögel und Fledermäuse leisten enormen Beitrag
Vögel und Fledermäuse haben Insekten und dadurch auch viele Schädlinge auf ihrem Speiseplan. So verbessern sie die Erträge vieler Nutzpflanzen weltweit, darunter auch die Ernten in Kakao-, Kaffee-, und Obstgärten. Diese Dienstleistungen sind von bisher noch unschätzbar hohem wirtschaftlichem Gesamtwert. Beispielsweise sichern Vögel und Fledermäuse in indonesischen Kakaoplantagen über ein Drittel der Ernte, mit einem Wert von über einer Milliarde US-Dollar pro Jahr.
Vögel und Fledermäuse haben Insekten und dadurch auch viele Schädlinge auf ihrem Speiseplan. So verbessern sie die Erträge vieler Nutzpflanzen weltweit, darunter auch die Ernten in Kakao-, Kaffee-, und Obstgärten. Diese Dienstleistungen sind von bisher noch unschätzbar hohem wirtschaftlichem Gesamtwert. Beispielsweise sichern Vögel und Fledermäuse in indonesischen Kakaoplantagen über ein Drittel der Ernte, mit einem Wert von über einer Milliarde US-Dollar pro Jahr. In Kaffee- oder Reisplantagen, von denen Millionen von Haushalten in den Tropen abhängig sind, leisten sie ähnlich bedeutende Beiträge, die sich durch gezieltes Management sogar noch steigern ließen. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat in der Fachzeitschrift Biological Reviews eine Studie veröffentlicht, die einen globalen Überblick zum Thema gibt.
Besonders in den Tropen bedroht die rasant wachsende und intensive Landnutzung viele Lebensräume, Arten und Ressourcen. Natürliche Dienstleistungen von Vögeln und Fledermäusen bieten eine Möglichkeit, solche bedrohten Lebensräume nachhaltiger und dennoch gewinnbringend zu bewirtschaften. „Vögel und Fledermäuse sind bisher nicht gleich gut untersucht und werden in ihrer Bedeutung für die Landnutzung oftmals unterschätzt“, so Dr. Bea Maas, Göttinger Agrarökologin und Leiterin der Studie. „Unsere und andere Studien aus insgesamt sieben tropischen Ländern zeigen jedoch, dass die geleistete Schädlingskontrolle einen enorm hohen wirtschaftlichen Wert haben kann.“
Die Forschergruppe überprüfte unter anderem, wie gut sich Ergebnisse einzelner Studien auf andere Standorte und Regionen übertragen lassen. Der Vergleich zeigt, dass Vögel und Fledermäuse sehr unterschiedlich auf Landnutzung reagieren: Während Vögel, besonders Insektenfresser, mit deutlich weniger Arten in landwirtschaftlich genutzten Flächen vertreten sind, nimmt der Artenreichtum von Fledermäusen zwischen Wald und Landnutzung nicht so stark ab. „In den wenigen Studien, in denen die Leistungen von Fledermäusen gezielt berücksichtigt wurden, fallen sie als besonders starke Dienstleister auf“, erklärt Dr. Maas.
Die Nutzung und der damit verbundene Schutz von natürlichen Dienstleistungen würden auch dem Schutz anderer Arten und der Nachhaltigkeit zu Gute kommen. „Um Vögel und Fledermäuse optimal als Dienstleister in tropische Landschaften zu intergieren, benötigt es ein noch besseres Verständnis, welche Rolle die Zusammensetzung von Lebensräumen und lokales Management spielen“, so Dr. Maas. „Es besteht jedoch kein Zweifel, dass ein optimiertes und Biodiversitäts-freundliches Landschaftsmanagement das Wohlergehen von Mensch und Natur verbessern kann.“
Originalveröffentlichung: Bea Maas et al. Bird and bat predation services in tropical forests and agroforestry landscapes. Biological Reviews 2015. Doi: 10.1111/brv.12211.

23.07.2015, Universität Leipzig
Kiwi-Genom entschlüsselt
(Gemeinsame Mitteilung der Universität Leipzig und des Max-Planck-Instituts (EVA))
Neuseeländisches Nationalsymbol gewährt Einblick in die Evolution der Nachtaktiven
Ungewöhnliche biologische Eigenschaften machen die flugunfähigen Kiwis zu einer einzigartigen Vogelgruppe. Wissenschaftler der Universität Leipzig und des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie haben den genetischen Code der vom Aussterben bedrohten Lebewesen sequenziert. Dabei konnten sie wertvolle Rückschlüsse auf die evolutionäre Entwicklung hin zu einem nachtaktiven Vogel mit fehlender Farbsichtigkeit, aber ausgeprägtem Geruchssinn ziehen, die jetzt in der Fachzeitschrift „Genome Biology“ publiziert wurden.
Kiwis sind für die Wissenschaft ausgesprochen interessant: Sie haben nur noch rudimentäre Flügel, keinen Schwanz und einen sehr langen Schnabel mit Nasenlöchern an der Spitze. Sie sind hauptsächlich nachtaktive Vögel, haben einen geringen metabolischen Grundumsatz und die geringste Körpertemperatur unter den Vögeln. Bisher gab es allerdings nur wenig genetische Informationen über diese Spezies, die für ein besseres Verständnis ihrer Biologie notwendig wären. Eine internationale Gruppe unter Leitung von Prof. Dr. Torsten Schöneberg vom Institut für Biochemie der Medizinischen Fakultät an der Universität Leipzig und Dr. Janet Kelso vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie haben das Genom des Braunen Kiwi sequenziert.
Die Analysen ergaben genetische Veränderungen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf seine Anpassung an das Nachtleben zurückzuführen sind. Beispielsweise sind bei ihm einige Gene für die Farbsichtigkeit inaktiv. Er besitzt eine hohe Diversität an Riechrezeptoren, sein Geruchssinn ist hoch entwickelt. Die Veränderungen in der Vogelspezies liegen geschätzte 35 Millionen Jahre zurück und lassen vermuten, dass sie nach der Besiedelung des Archipels durch den Kiwi stattfanden.
„Schon der französische Botaniker und Zoologe Jean-Baptiste de Lamarck, der im 18. Jahrhundert lebte, postulierte, dass die Evolution nach dem ‚use it or lose it‘-Prinzip funktioniert. Deshalb ist es sehr wahrscheinlich, dass die Kiwis die Farbsichtigkeit verloren haben, weil sie bei einer Nachtaktivität nicht mehr notwendig war“, sagt Erstautorin Diana LeDuc, Medizinerin an der Universität Leipzig. „Dieser Theorie folgend, entwickelte sich der für die nächtliche Nahrungssuche notwendige Geruchssinn der Kiwis weiter und das Repertoire der Geruchsrezeptoren adaptierte sich an eine breitere Vielfalt.“
Wichtige Informationsquelle für Vergleichsanalysen
Die Genomanalyse von zwei Kiwi-Individuen zeigte ersten Schätzungen zufolge jedoch auch eine geringe genetische Variabilität, was den Arterhalt weiter gefährden könnte und bei zukünftigen Zuchtprogrammen berücksichtigt werden muss. „Das Genom des Kiwis ist eine wichtige Informationsquelle für zukünftige, vergleichende Analysen mit anderen ausgestorbenen wie noch lebenden Laufvogelarten“, sagt Janet Kelso, Bioinformatikerin am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie.
Der Kiwi ist nicht nur das nationale Symbol Neuseelands, er kommt auch nur auf dem Archipel vor. Der Braune Kiwi ist eine von zwei flugunfähigen Vogelspezies auf der Nordinsel. Zu seiner Gruppe der sogenannten Ratiten zählen auch die ausgestorbenen Neuseeländischen Moa sowie flugunfähige Laufvögel wie Strauß, Emu und Nandu. Nachdem der Mensch vor 800 Jahren Neuseeland besiedelte, starben viele der dort ansässigen Vogelarten aus. Der Kiwi ist trotz intensiver Schutzmaßnahmen stark bedroht.
Le Duc D., Renaud G., Krishnan A., Sällman Almén M., Huynen L., Prohaska S.J., Ongyerth M., Bitarello B.D., Schiöth H.B., Hofreiter M., Stadler P.F., Prüfer K., Lambert D., Kelso J., Schöneberg T.
Kiwi genome provides insights into evolution of a nocturnal lifestyle
DOI 10.1186/s13059-015-0711-4
Genome Biology, 23. Juli 2015

24.07.2015, Universität Regensburg
In Symbiose mit der Ameise als Wirtstier: Regensburger Forscher entdecken neue Bakterien-Art
Die Regensburger Zoologen Antonia Klein, Lukas Schrader, Prof. Dr. Jürgen Heinze und Dr. Jan Oettler haben in Kooperation mit Forschern aus Jena, Spanien, den USA und Neuseeland eine neue Bakterien-Art entdeckt, die in den Zellen der invasiven Ameise Cardiocondyla obscurior lebt. Die Bakterien tragen zur Gesundheit und Entwicklung der Ameisen bei. Zu Ehren der Evolutionsbiologin Mary Jane West-Eberhard haben die Regensburger Forscher das neue Bakterium Candidatus Westeberhardia cardiocondylae getauft. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „ISME Journal“ erschienen (DOI: 10.1038/ismej.2015.119).
Bakterien sind nicht nur die Ursache von Krankheiten. In vielen Fällen fördern sie als symbiotische Partner die Gesundheit des Wirtes, indem sie beispielsweise Nährstoffe verfügbar machen oder einen wichtigen Beitrag zum Immunsystem leisten. Die Evolution von vielen Tieren wird deshalb auch von der Symbiose mit ihren Mikroben beeinflusst.
Auch die neu entdeckte Bakterien-Art Candidatus Westeberhardia cardiocondylae spielt eine wesentliche Rolle in der Entwicklung ihrer Wirtstiere. Sie kommen in speziellen Darm-assoziierten Organen – den sogenannten „Bakteriomen“ – vor und ermöglichen es der Ameise, ihr Nahrungsspektrum in nährstoffarmen Bäumen zu erweitern. Zudem unterstützen sie den Aufbau des Chitinpanzers in der Puppenphase. Während die „Bakteriome“ in den erwachsenen Arbeiterinnen abgebaut werden, wandern die Bakterien in erwachsenen Königinnen in die Eierstöcke ein, um dort an die sich entwickelnden Eier weitergegeben zu werden. So wird der Fortbestand der Symbiose zwischen Bakterien und Ameisen gesichert.
Eine Zusammenfassung der Original-Publikation im Internet unter:
www.nature.com/ismej/journal/vaop/ncurrent/full/ismej2015119a.html

24.07.2015, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Aktenzeichen „X/Y Polarbär“ gelöst – Wesentliche Teile des Y-Chromosom von Eisbären entschlüsselt
Ein Wissenschaftlerteam rund um Prof. Axel Janke vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt hat erstmalig den männlichen Teil des Eisbärgenoms rekonstruiert. Die Forscher konnten 1,9 Millionen Basenpaare den Y-Chromosomen der Polarbären zuordnen. Sie zeigen in ihrer heute im Fachjournal „Genome Biology and Evolution“ veröffentlichten Studie, dass sich vor mehr als 100.000 Jahren zwei genetische Gruppen männlicher Eisbärlinien auseinander entwickelt haben.
Der Eisbär ist das größte an Land lebende Raubtier auf der Erde und nicht zu übersehen. Die Erforschung der Arktisbewohner ist dennoch schwierig: Eisbären leben und sterben auf dem Meereis, ihre Überreste sind selten auffindbar. „Um dennoch Einblicke in die evolutionäre Entwicklung von Ursus maritimus zu erhalten, verwenden wir daher anstelle von Fossilien das Erbgut “, erklärt Prof. Axel Janke vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt.
Der Evolutionsbiologe und Genetiker hat gemeinsam mit seinem Doktoranden und Erstautoren der Studie Tobias Bidon und weiteren Wissenschaftlern erstmals große Teile des Y-Chromosoms der Eisbären rekonstruiert. „Das gesamte Genom eines Organismus zu sequenzieren ist heutzutage relativ schnell und kostengünstig möglich“, erläutert Janke. Für solche umfassenden Genomprojekte wurden bislang oft nur weibliche Tiere herangezogen. Das spezielle Chromosom männlicher Tiere – das Y-Chromosom – wurde bisher vernachlässigt. Bidon hierzu: „Das ist insofern überraschend, da das Y-Chromosom ein wichtiger Bestandteil des Säugetiergenoms ist. Er wird nur von Männchen zu Männchen vererbt und liefert damit wichtige Erkenntnisse über die geschlechtsspezifische Evolutionsgeschichte und Populationsdynamik.“
Dem Frankfurter Forscherteam gelang es nun aus Billionen anonymer Sequenzabschnitte jene zu identifizieren, die dem Y-Chromosom der Eisbären zuzuordnen sind. Dabei machten sie es sich zu nutze, dass das Y-Chromosom in nur einer Kopie im Männchen vorliegt und im weiblichen Tier gänzlich fehlt, während alle anderen Chromosomen in zweifacher Kopie vorliegen. „Mit dieser ‚Auschluss-Methode‘ konnten wir insgesamt 1,9 Millionen Basenpaare des männlichen Erbgutes identifizieren“, ergänzt Janke.
Durch die Analyse der fast zwei Millionen Y-Chromosom-Nukleotide der Eisbären identifizierten die Senckenberger Wissenschaftler zwei genetische Gruppen männlicher Eisbärlinien, die sich nach ihren Berechnungen vor über 100.000 Jahren auseinander entwickelten. „Individuen beider genetischer Gruppen finden wir heute in verschiedenen arktischen Regionen – von Alaska bis Spitzbergen“, erzählt Bidon. Dies bestätigt die Vermutung, dass Eisbären über gewaltige Distanzen wandern und so ihr genetisches Material in der gesamten Arktis verteilen.
„Wir hoffen mit unserer Methode in Zukunft auch von anderen Tieren große Teile des Y-Chromosoms rekonstruieren zu können, um damit die väterliche Vererbung zu studieren“, gibt Janke einen Ausblick auf weitere Projekte.
Publikation
Bidon, T., Schreck, N., Hailer, F., Nilsson, M., & Janke, A. (2015). Genome-wide search identifies 1.9 megabases from the polar bear Y chromosome for evolutionary analyses. Genome biology and evolution. Article Doi: 10.1093/gbe/evv103

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