Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

13.03.2017, Dachverband Deutscher Avifaunisten
Alarmierend! Brachvögel weltweit in Bedrängnis
Insgesamt 13 größere Limikolenarten wie Großer Brachvogel, Pfuhl- und Uferschnepfe lassen sich in der Gruppe der Numeniini zusammenfassen. Diese Gruppe ist auf allen Kontinenten außer der Antarktis anzutreffen, brütet jedoch nur auf der Nordhalbkugel. Mehr als die Hälfte dieser Arten sind weltweit gefährdet, wobei Eskimo- und Dünnschnabel-Brachvogel vermutlich bereits ausgestorben sind und mit Isabell- und Borstenbrachvogel zwei weitere kurz davor sind zu verschwinden. Mit Großem Brachvogel, Pfuhl- und Uferschnepfe werden drei auch in Deutschland vorkommende Arten global als „potenziell gefährdet“ eingestuft. In einer Studie wurden nun Literaturangaben zu den Gefährdungsursachen dieser Vogelarten überprüft und mehr als 100 Fachleute befragt.
Als stärkster Gefährdungsfaktor wurde die Lebensraumzerstörung außerhalb der Brutzeit ermittelt. Viele der Numeniini sind abseits der Brutgebiete auf Ästuare und Feuchtgebiete angewiesen, von denen viele zunehmendem Druck durch Bauvorhaben und Störungen unterliegen. Am gravierendsten ist dieser Druck im Gelben Meer vor China und Korea, dem vielleicht bedeutendsten Zugvogelrastgebiet der Welt, bezogen auf Anzahl, Artenspektrum und Anteil gefährdeter Arten. Auf dem Ostasiatisch-Australischen Zugweg bildet das Gelbe Meer einen entscheidenden Rastplatz zwischen den nördlichen Brutplätzen in Asien und Alaska und den südlichen Überwinterungsgebieten, die sich bis nach Indien und Neuseeland erstrecken. Seit den 1980er Jahren gingen rund ein Viertel der Wattbereiche verloren und auch der Zustand der verbliebenen Flächen hat sich stark verschlechtert, was zu einem Rückgang vieler dort rastender Watvogelarten führte. Vergleichbare Entwicklungen finden sich auch an vielen anderen Stellen entlang der Zugvogelrouten weltweit.
Alle Brachvogelarten, Pfuhl- und Uferschnepfen sind Bodenbrüter offener Landschaften. Die Zerstörung dieser Lebensräume, z.B. durch Änderungen der Landnutzung und –bearbeitung, Entwässerung oder Aufforstung haben erheblichen Einfluss auf die Bestände. Auch ein steigender Prädatorendruck, z.B. durch Füchse, wirkt sich negativ aus. Ganzjährig könnten sich auf längere Sicht zudem Klimaveränderungen problematisch auswirken.
Doch noch ist es nicht zu spät! Gebiete mit bedeutenden Rastbeständen müssen erkannt und effektiv vor der Zerstörung geschützt werden. Gleichzeitig müssen in den Brutgebieten in Europa und Nordamerika geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Bestände zu stabilisieren.
Wie sich die Brutbestände von Großem Brachvogel und Uferschnepfe hierzulande lang- und kurzfristig entwickelt haben und wo diese Arten heute noch als Brutvogel zu finden sind, ist im Atlas Deutscher Brutvogelarten umfangreich erläutert und anhand von Verbreitungskarten dargestellt.
Weitere Informationen
Pearce-Higgins et al. 2017: A global threats overview for Numeniini populations: Synthesising expert knowledge for a group of declining migratory birds. Bird Conservation International 27: 6-34. doi:10.1017/S0959270916000678

13.03.2017, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Gefährdete Giganten: Große Süßwasser-Tierarten sind weltweit am stärksten vom Aussterben bedroht
Süßwasser-Megafauna wie Flussdelfine, Krokodile oder Störe haben eine enorm große Bedeutung für ihr jeweiliges Ökosystem. In einer aktuellen Fachpublikation zeigen Forscher des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) gemeinsam mit internationalen Kollegen, wodurch diese großen Wirbeltierarten heute bedroht sind, und rufen dazu auf, sie gründlicher zu erforschen und besser zu schützen. So könnten auch Süßwasserökosysteme, die weltweit besonders stark vom Rückgang der Biodiversität betroffen sind, insgesamt effektiver bewahrt werden.
Viele große aquatische Wirbeltierarten, sogenannte Süßwasser-Megafauna, legen lange Wegstrecken zwischen ihren Brut- und Futterplätzen zurück. Sie sind auf durchgängige Fließgewässer angewiesen. Das macht sie jedoch besonders anfällig für die zunehmende Fragmentierung von Flussgebieten durch Dämme. Diese versperren beispielsweise dem Russischen Stör den Zugang zu 70 Prozent seiner Laichplätze vom Kaspischen Meer aus sowie sämtliche Laichplätze, die ursprünglich vom Schwarzen Meer aus erreichbar waren. Auch viele andere Arten wie die Amazonas-Seekuh, der Ganges-Flussdelfin und der Mekong-Riesenwels sind vom Staudammboom betroffen und gelten inzwischen als bedroht. „Die Fragmentierung von Lebensräumen ist neben der Übernutzung von Binnengewässern eine der zentralen Bedrohungen für Süßwasser-Megafauna“, sagt Fengzhi He. Der IGB-Wissenschaftler ist Hauptautor der Studie über das Verschwinden großer Wirbeltierarten aus Flüssen und Seen, die kürzlich in der Fachzeitschrift WIREs Water erschienen ist. Weltweit seien mehr als die Hälfte der Wirbeltiere, die in Süßwasserökosystemen leben und ausgewachsen mindestens 30 Kilogramm Gewicht auf die Waage bringen, nach der Roten Liste gefährdeter Arten der Weltnaturschutzunion (IUCN) gefährdet oder sogar akut vom Aussterben bedroht.
Dabei spielt die Süßwasser-Megafauna eine Schlüsselrolle in ihren jeweiligen Ökosystemen: Aufgrund ihrer Größe stehen viele Megafauna-Arten an der Spitze der Nahrungskette, ihre Ausrottung hätte Einfluss auf die meisten anderen Lebewesen im lokalen Ökosystem. So gestaltet beispielsweise der eurasische und amerikanische Biber durch seine Lebensweise ganze Flussläufe, was unter anderem Auswirkungen auf biochemische und hydrologische Prozesse hat; Mississippi-Alligatoren schaffen und erhalten in den Everglades kleine Teiche, die Lebensraum für viele Pflanzen und kleinere Tiere sind. „Die Bedeutsamkeit von Süßwasser-Megafauna für die Biodiversität und für den Menschen kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden“, so Fengzhi He. In der vorliegenden Publikation beschreibt er gemeinsam mit Kollegen der IUCN, der Universität Tübingen und der Queen Mary University of London, welche Faktoren Süßwasser-Megafauna bedrohen. Neben dem Verbau und der Fragmentierung der Gewässer durch Dämme sind dies Übernutzung, Umweltverschmutzung, Lebensraumzerstörung und Arteninvasion sowie die mit dem Klimawandel einhergehenden Änderungen.
Was Megafauna-Arten für den Einfluss von außen besonders anfällig macht, sind ihre lange Lebenserwartung, stattliche Körpergröße, späte Geschlechtsreife und geringe Fruchtbarkeit, so die Autoren. Trotz der akuten Bedrohung vieler Arten wurden sie in bisherigen wissenschaftlichen Bestrebungen zur Erforschung und zum Erhalt weitgehend vernachlässigt. Fengzhi He und seine Co-Autoren fordern, Verbreitungsmuster, Lebensgeschichte und Populationsdynamik von Süßwasser-Megafauna besser zu erforschen. Da Binnengewässer zu den weltweit am stärksten bedrohten Ökosystemen zählen und der Verlust der Biodiversität hier schneller voranschreitet als in marinen und terrestrischen Systemen, sei es umso wichtiger, nachhaltige Naturschutzstrategien für Süßwasserökosysteme und ihre Süßwasser-Megafauna zu entwickeln.
Link zur Studie
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wat2.1208/full
He, F., Zarfl, C., Bremerich, V., Henshaw, A., Darwall, W., Tockner, K. and Jähnig, S. C. (2017), Disappearing giants: a review of threats to freshwater megafauna. WIREs Water, e1208. doi:10.1002/wat2.1208

13.03.2017, Universität Rostock
Rostocker Biologen entdecken neue Arten von Meeresborstenwürmern
Wissenschaftler verleihen den Tieren einen Namen
Biologen um Privatdozent Dr. Andreas Bick von der Universität Rostock haben in Kooperati-on mit internationalen Kollegen eine neue Art von Meeresborstenwürmern entdeckt. Das Besondere: die etwa zwei Zentimeter großen Tiere wurden nicht in weit entfernten oder schwer zugänglichen Regionen der Weltmeere gefunden, sondern fast zeitgleich in den Niederlanden, der Ostsee und dem Asowschen Meer.
Gemeinsam mit einem Rostocker Forscher-Kollegen machte Andreas Bick sich nach Holland auf und suchte nach diesen Würmern. Tiere, die in Estland auftauchten, wurden den Rostocker Biologen zugeschickt und auch aus dem Asowschen Meer kamen Tiere per Post ins Labor der Universität Rostock.
Eingeschleppt aus Australien oder Brasilien? „Keiner weiß, wo die Tiere herkommen“, sagt Dr. Bick. „Eine Ausbreitung durch den Schiffsverkehr ist aber wahrscheinlich“. Doch wie ist zu erkennen, ob eine Art neu, also noch unentdeckt ist, und wie ist dies zu beweisen?
Neben äußeren Merkmalen geben anatomische und genetische Untersuchungen, wie sie am Institut für Biowissenschaften der Uni Rostock vorgenommen werden, eine sichere Antwort. Der aktuelle Fakt: Es gibt drei Funde von Meeresborstenwürmern aus eben den drei weit voneinander entfernten Regionen in Europa. Nach Untersuchungen der Rostocker Wissen-schaftler gehören die Tiere zu einer Art. „Und die ist der Wissenschaft bislang nicht bekannt. Es handelt sich also um sogenannte Neozoen. So werden Tierarten bezeichnet, die unbeein-flusst oder beeinflusst durch den Menschen in ein Gebiet gelangt sind, in dem sie ursprünglich nicht beheimatet waren und die dort leben und sich erfolgreich vermehren.
Bisher tragen die in den beiden Meeren und in den holländischen Flüssen und Kanälen le-benden Würmer verschiedene Namen bereits bekannter Arten. „Das ist falsch“, sagt Dr. Bick. Will man herausfinden, ob die Würmer aus der Ostsee, den Niederlanden und aus dem Asowschen Meer verwandt sind oder sogar derselben Art angehören, müssen die Tiere in Alkohol konserviert werden. Wenn dann gleiche DNA-Sequenzen gefunden werden, wie im Fall dieser Würmer, können alle Tiere derselben Art zugeordnet werden. Sie sind dadurch genau charakterisiert, wie etwa ein Barcode auf den Produkten im Baumarkt oder beim Dis-counter diese eindeutig charakterisiert.
„Strichcodes, die auf Produktverpackungen zu finden sind, enthalten Informationen zur Ware, beispielsweise deren Artikelidentifikation oder die Abpackungsgröße“, verdeutlicht ein Rostocker Biologe. In gleicher Weise können bestimmte Abschnitte, Sequenzen, der Erbsubstanz DNA genutzt werden, um beispielsweise eine Tierart eindeutig zu identifizieren.
Dieses DNA-Barcoding ist zu einem globalen Standard zur Identifikation von Tieren, Pflanzen, Pilzen usw. geworden. Denn: immer wieder werden neue Tierarten entdeckt. Gegenwärtig sind es weltweit etwa 15 000 pro Jahr. Es sind überwiegend Insekten, aber sogar Säugetiere und Vögel werden neu beschrieben. Das Entdecken und Beschreiben einer bis dahin unbekannten Art ist ein Höhepunkt für jeden Forscher. Anhand einer kurzen DNA-Sequenz können so fast alle Tierarten auf der Erde identifiziert werden. Mit Hilfe des molekularen Barcodes ist es möglich, alle Gewebe tierischen Ursprungs wie z. B. Muskulatur, Haare, Federn, Fischschuppen, Speichel, Kot und alle Lebensstadien wie Eier (z.B. Kaviar!), Larven, Puppen mit hoher Wahrscheinlichkeit einer Art zuzuordnen. Nach der Isolation der DNA aus tierischem Gewebe wird der DNA-Abschnitt des COI-Gens mittels Polymerasekettenreaktion vervielfältigt und anschließend die Sequenz bestimmt. Durch Abgleich mit DNA-Sequenzen aus Datenbanken kann diese Sequenz dann mit bereits dort hinterlegten Barcodes verglichen und ein Tier einer bestimmten Art mit hoher Wahrscheinlichkeit zugeordnet werden. Ist noch kein Barcode hinterlegt, trägt der neue DNA-Barcode zur Vergrößerung der Datenbasis bei.
Außerordentlich wichtig sei hierbei, dass die Datenbanken nur mit sorgfältig erhobenen DNA-Barcodes „gefüttert“ werden, betont Bick. Ideal sei es, so der Biologe, wenn klassische Ta-xonomie, also die Wissenschaft der Einordnung in verschiedene Klassen nach einem zuvor festgelegten System und DNA-Barcoding zusammenarbeiten und sich wechselweise beför-dern, wie im Falle dieser neuen Art. Der Artname, den sich die Rostocker Wissenschaftler für diese Tiere noch ausdenken müssen, soll auf das plötzliche Erscheinen in den verschiedenen Gewässern Bezug nehmen.

14.03.2017, Dachverband Deutscher Avifaunisten
Vogelzug bei Wiesenweihen stark windabhängig
Für den Vogelzug über große Distanzen haben sich unterschiedliche Zugstrategien entwickelt. Werden große Strecken besser möglichst schnell zurückgelegt oder sind häufige Zwischenstationen eine günstigere Vorgehensweise? Um herauszufinden inwiefern sich der Ablauf des Zuges der Wiesenweihe räumlich und saisonal sowie bei besonderen Windbedingungen verändert, haben niederländische Wissenschaftler die GPS-Daten besenderter Wiesenweihen ausgewertet.
Die Forscher stellten fest, dass Wiesenweihen ganztägig ziehen, also mitunter bereits zum Sonnenaufgang starten und tägliche Etappen teilweise erst kurz vor Sonnenuntergang beenden. In einigen Fällen wurden die Flüge sogar noch bis in die Dunkelheit fortgesetzt. Durchschnittlich unterbrachen die Vögel ihren Durchzug täglich für 1,5 Stunden – sowohl während des Heim- als auch Wegzuges und in allen durchquerten Regionen. Die GPS-Daten offenbarten dabei zwei verschiedene Verhaltensweisen: während 41% der Unterbrechungen bewegten sich die Vögel weiterhin fort – vermutlich zur Nahrungssuche, in 32% der Fälle blieben die Weihenl an einer Stelle – offenbar zur Rast. Die übrigen Unterbrechungen des Durchzugs ließen sich keiner der beiden Verhaltensweisen zuordnen.
Die Ergebnisse zeigen, dass Wiesenweihen eine Zugstrategie wählen, bei der Durchzug und Nahrungssuche am selben Tag stattfinden. Die Rast der Vögel zeigt aber auch, dass dieses Verhalten nicht immer identisch abläuft. Interessant sind zahlreiche Unterbrechungen während der Überquerung der Sahara. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Region für die ziehenden Greifvögel möglicherweise weniger lebensfeindlich ist als bislang angenommen. Im Vergleich mit Wetterdaten stellte sich heraus, dass die Weihen ihren Zug vor allem an Tagen mit starkem Gegenwind längere Zeit unterbrachen und offenbar auf geeignetere Bedingungen warteten. Die tägliche Variation der Zugunterbrechungen ließ sich weitgehend durch die Windbedingungen erklären. So nutzten die Vögel Tage mit Rückenwind für einen längeren Zug mit weniger Unterbrechungen aus.
Weitere Informationen
Klaassen et al. 2017: Migrating Montagu′s harriers frequently interrupt daily flights in both Europe and Africa. J Avian Biol, 48: 180—190. DOI: 10.1111/jav.01362

14.03.2017, Universität Zürich
Bienen und Fliegen wirken ähnlich wie Pflanzenzüchter
Bestäubende Insekten beschleunigen die Evolution von Pflanzen, aber je nach Bestäuber entwickelt sich die Pflanze unterschiedlich. Bereits nach neun Generationen ist die gleiche Pflanze grösser und duftet stärker, wenn sie von Hummeln bestäubt wird als von Fliegen. Dies belegt eine Studie von Evolutionsbiologen der Universität Zürich.
Ohne Bestäuberinsekten läuft wenig: Bienen, Fliegen oder etwa Schmetterlinge übertragen die männlichen Pollenkörner auf die Narbe des weiblichen Griffels einer Pflanze und sichern dadurch deren Fortpflanzung. Nun zeigen Forscher vom Institut für Systematische und Evolutionäre Botanik der Universität Zürich, dass Bestäuberinsekten auch die Evolution von Pflanzen überraschend stark beeinflussen.
Hummelbestäubte Pflanzen duften stärker
Für ihr Experiment verwendeten UZH-Professor Florian Schiestl und Doktorand Daniel Gervasi den Rübsen – eine Pflanze aus der Gattung des Kohls und ein naher Verwandter des Raps. Die Forscher liessen eine Pflanzengruppe über neun Generationen lang nur von Hummeln bestäuben, eine andere nur von Schwebefliegen, und eine dritte bestäubten sie von Hand. Danach analysierten sie die bestäubten Pflanzen, «die sich erstaunlich deutlich unterschieden», wie Florian Schiestl erklärt. Die von Hummeln bestäubten Pflanzen waren grösser und hatten stärker duftende Blüten mit mehr UV-Farbanteil – eine Farbe, die von Bienen und ihren Verwandten gesehen wird. Die von Schwebefliegen bestäubten Pflanzen hingegen waren kleiner, ihre Blüten dufteten weniger und bestäubten sich deutlich mehr selbst.
Der Mechanismus der evolutiven Veränderung besteht laut Florian Schiestl darin, dass unterschiedliche Bestäuber sich in ihren Präferenzen unterscheiden, und sie daher eine Auslese treffen, ähnlich wie es ein Pflanzenzüchter machen würde. Die Zunahme der Selbstbestäubung ist auf die deutlich geringere Bestäubungseffizienz der Fliegen zurückzuführen. Die Pflanzen helfen sich sozusagen selbst, wenn der Bestäuber zu wenig Pollen überträgt.
Bestäuberinsekten beschleunigen Evolution
Dass sich die Pflanzen bereits nach neun Generationen so stark veränderten, überraschte die Forscher: «Traditionell geht man davon aus, dass die Evolution langsam verläuft», erklärt Florian Schiestl. Der UZH-Evolutionsbiolge zieht aus seinen Ergebnissen folgendes Fazit: «Eine veränderte Zusammensetzung von Bestäuberinsekten in natürlichen Lebensräumen kann einen rapiden evolutiven Wandel bei Pflanzen bewirken.» Dies ist von besonderem Interesse, da bestimmte Bestäuberinsekten, beispielsweise Bienen, durch starken Pestizideinsatz und Verarmung der Landschaft in den letzten Jahrzehnten massiv dezimiert worden sind. Es wäre laut Florian Schiestl denkbar, dass Pflanzen daher vermehrt auf Fliegen als Bestäuber angewiesen sind. Dies hätte die Evolution von schwächerem Blütenduft und mehr Selbstbestäubung zur Folge. Längerfristig würde dadurch die genetische Variabilität einer Pflanzenpopulation geschmälert und die Pflanzen würden krankheitsanfälliger.
Literatur:
Daniel Gervasi, Florian Schiestl. Real-time divergent evolution in plants driven by pollinators. Nature Communications. March 14, 2017. DOI: 10.1038/NCOMMS14691

14.03.2017, Universität Basel
Spinnen fressen jedes Jahr 400-800 Millionen Tonnen Beutetiere
Spinnen werden seit langer Zeit verdächtigt, zu den wichtigsten Fressfeinden der Insekten zu gehören. Zoologen der Universität Basel und der Universität Lund in Schweden zeigen nun: Spinnen töten global betrachtet tatsächlich beträchtliche Mengen von Insekten. Die Fachzeitschrift «Science of Nature» hat die Resultate veröffentlicht.
Mit mehr als 45‘000 Spezies und Besiedlungsdichten von bis zu 1‘000 Individuen pro Quadratmeter gehören Spinnen zu den artenreichsten und weitverbreitetsten räuberischen Tierarten. Aufgrund ihrer versteckten Lebensweise – viele Spinnen sind nachtaktiv oder leben gut getarnt in der Vegetation – war es bisher schwierig den ökologischen Nutzen der Spinnen aufzuzeigen. Zoologen der Universität Basel und der Lund University (Schweden) kommen anhand von Berechnungen zum Schluss: Spinnen haben als Insektenfresser eine grosse ökologische Bedeutung.
Spinnen töten grosse Mengen von Insekten
Mit zwei auf unterschiedlichen Modellen beruhenden Berechnungsmethoden wurde übereinstimmend aufgezeigt, dass die globale Spinnengemeinschaft (welche ein Gewicht von rund 25 Millionen Tonnen hat) jährlich schätzungsweise 400-800 Millionen Tonnen Beutetiere vernichtet. Mehr als 90 Prozent der getöteten Beutetiere sind Insekten und Springschwänze (Collembolen). Ausserdem erbeuten grosse tropische Spinnen gelegentlich auch kleinere Wirbeltiere (Frösche, Eidechsen, Schlangen, Fische, Vögel und Fledermäuse) oder ernähren sich von Pflanzenkost. Die grosse Spannbreite erklärt sich dadurch, dass Vertilgungsraten innerhalb spezifischer Ökosysteme stark schwanken können. Diese Schwankungen müssen bei ökologischen Hochrechnungen entsprechend berücksichtigt werden.
Zum Vergleich: die menschliche Weltbevölkerung verzehrt nach Aussagen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) jährlich etwa 400 Millionen Tonnen Fleisch und Fisch. Ferner lässt sich die Fressleistung der Spinnen mit derjenigen der Wale (Cetacea) in den Weltmeeren vergleichen, die auf 280-500 Millionen Tonnen Beutebiomasse pro Jahr geschätzt wird.
Besonders grosse Bedeutung der Spinnen in Wäldern und Grasland
Die Zoologen konnten weiter zeigen, dass Spinnen weit mehr Insekten in Wäldern und Grasland töten, als in den übrigen Habitaten. In Wald- und Grasland fallen den Spinnen zahlreiche Forst- und Graslandschädlinge zum Opfer. Im Gegensatz dazu ist die Insektenvertilgungsrate der Spinnen in Wüstengebieten, in der arktischen Tundra und in Kulturfeldern relativ niedrig. Im Falle der Agrarlandschaft lässt sich dies dadurch erklären, dass die intensiv bewirtschafteten Kulturfelder «gestörte Systeme» darstellen, in welchen für die Spinnen eher ungünstige Überlebensbedingungen herrschen.
«Durch unsere Berechnungen lässt sich erstmals global quantifizieren, dass Spinnen wichtige natürliche Feinde von Insekten sind. Zusammen mit den übrigen Insektenfressern – wie etwa Ameisen und Vögel – tragen sie dazu bei, die Populationsdichten von Insekten signifikant zu reduzieren», sagt Erstautor Martin Nyffeler von der Universität Basel. «Spinnen tragen dadurch wesentlich zur Aufrechterhaltung des ökologischen Gleichgewichtes der Natur bei», fährt er fort.
Originalbeitrag
Martin Nyffeler & Klaus Birkhofer
An estimated 400-800 million tons of prey are annually killed by the global spider community
The Science of Nature (2017), doi: 10.1007/s00114-017-1440-1

14.03.2017, Technische Universität Darmstadt
Tierische Giftmischer in heimischen Wäldern: Hornmilbe wehrt sich mit Blausäure gegen Fressfeinde
Die heimische Hornmilbe ist eine äußerst geschickte Giftmischerin, wie ein interdisziplinäres Forschungsteam unter Federführung der TU Darmstadt zeigte und in den „Proceedings of the National Academy of Sciences USA“ veröffentlicht: Oribatula tibialis wehrt sich mit Blausäure gegen Fressfeinde. Eine kleine Sensation, denn das Gift gehört sonst nicht zum Arsenal der 80.000 bekannten Arten von Spinnentieren.
Blausäure – chemische Summenformel HCN – gehört zu den stärksten bekannten Giften. Die nahezu farblose Flüssigkeit wird bereits bei etwa 25 Grad Celsius gasförmig, blockiert effizient die Atmungskette und führt so schon in kleinen Mengen in kürzester Zeit zum Erstickungstod. Mit Blausäure unter dem Namen „Zyklon B“ ermordeten die Nazis in Konzentrationslagern wie Auschwitz während des Holocausts Millionen Menschen in Gaskammern.
In der Natur wird das Gift von zahlreichen Pflanzen als Abwehrstoff produziert. Bekannt ist zum Beispiel die Bittermandel: Sie enthält Amygdalin, das wiederum beim Verzehr unbehandelter Mandeln die giftige Blausäure freisetzt. Im Tierreich ist Blausäure eine äußerste Seltenheit, braucht es doch eine stabile und sichere Speicherform, um die versehentliche Selbstvergiftung zu vermeiden. Dieses Problem wurde, so dachte man bislang, ausschließlich von einigen Insekten und Tausendfüßern erfolgreich gelöst. Zwar können die über 80.000 beschriebenen Arten der Spinnentiere eine beeindruckend breite chemische Palette von Gift- und Abwehrstoffen synthetisieren, doch bisher war keine zur Herstellung und Speicherung von Blausäure fähige Art bekannt.
Nun aber hat ein internationales und interdisziplinäres Team aus Ökologen und Chemikern der TU Darmstadt, der Universität Graz und der State University of New York (Syracuse) bei einer Hornmilbe einen neuen Naturstoff entdeckt, bei welchem Blausäure in Form eines Esters synthetisiert und stabil gespeichert werden kann.
Die nur knapp einen halben Millimeter große Oribatula tibialis lebt in Moospolstern, Totholz und der Laubstreu heimischer Wälder. Wird sie von einem Räuber wie einer Raubmilbe oder einem Hundertfüßer attackiert, so gibt sie Mandelonitrilhexansäureester (MNH) über ihre Wehrdrüsen ab. Sobald MNH mit dem wässrigen Speichel des Angreifers in Kontakt kommt, beginnt eine Hydrolyse, die zur raschen Freisetzung der Blausäure führt – und so die Lust auf die vermeintlich schmackhafte Mahlzeit umgehend beendet. So kann sich die winzige Milbe effizient wehren, ohne sich selbst zu gefährden.
Diese Verteidigungsstrategie entdeckten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen von systematischen Untersuchungen der Wehrsekrete von Spinnentieren. Die Ergebnisse haben sie mit Dr. Michael Heethoff, Fachbereich Biologie der TU Darmstadt als Korrespondenzautor, jetzt in den Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS) veröffentlicht.
Die Publikation im Internet:
Brückner, A., Raspotnig, G., Wehner, K., Meusinger, R., Norton, R.A., Heethoff, M. (2017). Storage and release of hydrogen cyanide in a chelicerate (Oribatula tibialis). Proceedings of the National Academy of Sciences USA, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1618327114

14.03.2017, Forschungsverbund Berlin e.V.
Das Nördliche Breitmaulnashorn vor dem Aussterben bewahren
Es gibt nur noch drei Individuen des Nördlichen Breitmaulnashorns. Mit einer neuen Methode zur Entnahme von Eizellen wollen Reproduktionsexperten die Art jetzt retten.
Anfang März fand im Zoo Dvůr Králové in der Tschechischen Republik ein Treffen der „European Northern White Rhino Working Group“ (Europäische Arbeitsgruppe Nördliches Breitmaulnashorn) statt. Ziel der internationalen Experten ist es, das Nördliche Breitmaulnashorn vor dem Aussterben zu retten. Mit nur drei Individuen ist es die am stärksten gefährdete Säugetierart der Welt. Die verbliebenen Tiere sind auf natürlichem Weg nicht mehr fortpflanzungsfähig. Das Treffen in Dvůr Králové zeigte, dass die Gewinnung von Eizellen (Ovum pick-up – OPU) bei den letzten beiden Weibchen der Art bald möglich sein wird. In den letzten zwei Jahren wurde eine neue OPU-Methode speziell für diese großen, zwei Tonnen schweren Tiere entwickelt. Bisher trainierten die Reproduktionsexperten die neue Methode am nahe verwandten Südlichen Breitmaulnashorn. Die Gameten-Gewinnung wurde in Kombination mit modernen in-vitro-Protokollen zur Heranreifung und Befruchtung von Eizellen entwickelt.
Nachdem im Mai 2016 in der internationalen Fachzeitschrift „Zoo Biology“ die bahnbrechende Strategie, wie man diese todgeweihte Art noch vor dem Aussterben retten kann, veröffentlicht wurde (Saragusty et al., 2016), gründete sich ein Konsortium aus Experten des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) in Berlin, von Aventea srl. in Cremona, Italien, zweier Helmholtz-Institute in Berlin und München und der Kyushu Universität in Fukuoka, Japan. Der Zoo Dvůr Králové, „Besitzer“ der letzten drei Nördlichen Breitmaulnashörner, koordiniert das Projekt und leistet erhebliche finanzielle Unterstützung.
„Das komplexe Verfahren wurde bisher an zwölf Südlichen Breitmaulnashorn-Weibchen durchgeführt. Alle Oozytenspenderinnen sind Teil des Europäischen Erhaltungszuchtprogramms (European Endangered Species Programme – EEP). Bei einigen ausgezeichneten Spenderinnen konnten wir ohne Nebenwirkungen zwei OPUs durchführen. Unser Verfahren hat keine negativen Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit der Tiere. Dieses Verfahren kann auch zur Behandlung von Unfruchtbarkeitsursachen, wie z. B. bei Zysten im Uterus oder in den Eierstöcken, verwendet werden“, sagt Professor Thomas Hildebrandt, Leiter der Abteilung Reproduktionsmanagement am Leibniz-IZW.
Die gewonnenen Eizellen wurden regelmäßig an Avantea srl. geschickt, einem Labor im italienischen Cremona, das sich auf die assistierte Reproduktion von großen Tieren spezialisiert hat. Hier versucht man Eizellen heranreifen zu lassen, zu befruchten und Embryos zu entwickeln, die für einen Transfer geeignet sind. Die ersten Zellteilungsstadien der embryonalen Entwicklung wurden bereits erreicht. Die vielversprechenden Ergebnisse des Avantea-Teams wurden von Professor Cesare Galli, Geschäftsührer von Avantea, präsentiert.
Den zweiten Teil des zweitägigen Treffens leiteten Stammzellexperten aus Japan und Deutschland (Kyushu-Universität, Helmholtz-Zentrum München, Max-Delbrück-Zentrum für Molekulare Medizin der Helmholtz-Gemeinschaft Berlin). Die Experten entwickelten ihren Ansatz weiter, künstliche Gameten im Nördlichen Breitmaulnashorn in vitro zu erzeugen.
Die letzten drei Nördlichen Breitmaulnashörner leben in der Ol Pejeta Conservancy in Kenia. Dorthin wurden sie 2009 vom Zoo Dvůr Králové übersendet. „Wir sind sehr optimistisch, dass wir in diesem Jahr versuchen können, Oozyten aus den letzten Nördlichen Breitmaulnashörnern zu gewinnen“, sagt Jan Stejskal, Direktor für internationale Projekte des Zoos Dvůr Králové.
„Um den Lauf gegen die Zeit tatsächlich zu gewinnen, ist es äußerst wichtig, dass wir in sehr kurzer Zeit ausreichend finanzielle Mittel finden. Nur so kann diese wertvolle Art noch gerettet werden“, sagt Steven Seet, Leiter der Stabsstelle Presse und Kommunikation am Leibniz-IZW.

14.03.2017, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Methan: Insektenlarven in Seen sind unvermutete „Klimasünder“
Büschelmücken (Chaoborus spp) sind kleine Fliegen, die mit Ausnahme der Antarktis überall auf der Erde zu finden sind. Wissenschaftler haben entdeckt, dass die Larven dieser Insekten Methan aus den Sedimenten von Seen freisetzen, um es für ihre Fortbewegung zu nutzen. Dieser Mechanismus könnte die Methan-Emissionen in die Atmosphäre erhöhen und somit die globale Erderwärmung beschleunigen. Die Studie, an der die Universität Genf (UNIGE), das Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), die Universität Potsdam und die Swansea University beteiligt waren, wurde am 14. März im Fachjournal „Scientific Reports“ veröffentlicht.
Büschelmücken (Chaoborus spp) verbringen ein bis zwei Jahre ihres Lebens als Larven unter Wasser. Tagsüber verstecken sich die Tiere vor ihren Feinden im Sediment, zum Fressen kommen sie aber jede Nacht an die Wasseroberfläche. Um sich auf- und abwärts zu bewegen, nutzen die Larven kleine Gassäckchen in ihrem Körper. Indem sie diese befüllen oder entleeren, verändern die Tiere ihre Position im Wasser. „Dies funktioniert jedoch nur bis zu einer Tiefe von etwa 70 Metern“, erklärt Prof. Hans-Peter Grossart, Mitautor der Studie und Wissenschaftler am IGB. „Dann wird der Wasserdruck zu groß für die Larven, um ihre Gaspolster zu füllen.“ Gemeinsam mit Prof. Daniel McGinnis und Dr. Sabine Flury (Universität Genf) sowie Prof. Kam Tang (Universität Swansea) hat er erforscht, wie es den relativ kleinen Tieren dennoch gelingt, an die Wasseroberfläche zu gelangen.
„Wir wissen, dass Methan in großen Mengen in den Sedimenten am Gewässergrund vorkommt und kleine Bläschen formt“, berichtet Daniel McGinnis. Die Wissenschaftler vermuteten deshalb, dass Büschelmücken dieses Gas nutzen, um damit trotz des hohen Wasserdrucks ihre Gassäckchen aufzufüllen. Und tatsächlich, das Methan strömt fast automatisch in die Gassäckchen der kleinen Larven und ermöglicht so den Aufstieg der Tiere an die Wasseroberfläche. Durch diesen Lift-Effekt sparen die Larven bis zu 80 Prozent Energie. Das hilft ihnen zum Beispiel, mit weniger Nahrung auszukommen und neue Lebensräume zu erschließen.
Larven verschärfen den Treibhauseffekt
Methan ist aber auch ein entscheidender Faktor bei der globalen Erderwärmung. Das Gas absorbiert 28 Mal mehr Wärme als Kohlendioxid (CO2). „20 Prozent aller natürlichen Methan-Emissionen stammen aus Binnengewässern“, erklärt Grossart. Normalerweise sei das meiste Gas jedoch in Seesedimenten gespeichert und festgelegt.
Die Wissenschaftler untersuchten deshalb, was mit dem Methan passiert, nachdem es von den Larven freigesetzt wird. „Dafür setzten wir die Larven in ein Gefäß mit Wasser, das wir zuvor mit Methan angereichert hatten“, erklärt McGinnis „Anschließend überführten wir sie in methanarmes Wasser.“ Die Messungen ergaben, dass sich der Methangehalt des Wassers proportional zur Anzahl der Larven erhöht. Mit anderen Worten: Die Larven setzen das Gas aus dem Sediment frei und verteilen es anschließend in der Wassersäule. Auf diesem Weg gelangt Methan nicht nur vermehrt in die Oberflächengewässer, sondern von dort aus auch in die Atmosphäre. Die Tiere fördern damit die globale Erderwärmung, sind sich die Autoren einig.
Schlechte Wasserqualität bietet Larven beste Bedingungen
Büschelmücken gelten als ein Zeichen für den schlechten ökologischen Zustand von Seen. „Die Larven, deren Dichte von 2.000 bis 130.000 Individuen pro Quadratmeter variieren kann, kommen insbesondere in Seen mit schlechter Wasserqualität oder einem zu hohen Nährstoffgehalt vor“, sagt McGinnis. Dies erfordere vor allem Anstrengungen bei der Verbesserung der Wasserqualität und eine Reduktion der Nährstoffeinträge durch Landwirtschaft und Abwässer, um die Freisetzung von Methan künftig zu reduzieren.
Die Studie wurde im Rahmen eines Fellowships am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Neuglobsow durchgeführt.
Link zur Studie:
http://www.nature.com/articles/srep44478
Daniel F. McGinnis, Sabine Flury, Kam W. Tang & Hans-Peter Grossart (2017): Porewater methane transport within the gas vesicles of diurnally migrating Chaoborus spp.: An energetic advantage. Scientific Reports 7:44478, DOI: 10.1038/srep44478.

15.03.2017, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
Wo das Meereis schmilzt, finden junge Polardorsche kein Futter mehr
Biologen weisen nach, wie sehr die Fische von Eisalgen abhängen
Im arktischen Nahrungsnetz nimmt der Polardorsch eine Schlüsselrolle ein: Von ihm ernähren sich Wale, Robben und Seevögel gleichermaßen. Doch dem Polardorsch selbst könnte die Nahrungsgrundlage bald fehlen. Unter dem zentralarktischen Meereis sind die Jungfische nämlich indirekt, aber in hohem Maße von Eisalgen abhängig. Somit könnte der Rückgang des Meereises weitreichende Folgen für das Nahrungsnetz haben. Diesen Zusammenhang haben Forscher seit längerem vermutet. Jetzt ist einem internationalen Forscherteam unter der Federführung des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) der Nachweis gelungen.
Das arktische Meereis ist die Kinderstube der Polardorsche: Die Jungfische im Alter von ein bis zwei Jahren leben in den Hohlräumen unter und zwischen den Schollen und treiben mit der Eisdecke mit. So gelangen sie vermutlich aus den Laichgebieten des Polardorsches in den Gewässern nördlich Sibiriens in die zentrale Arktis. Während dieser Reise fressen die jungen Polardorsche Kleintiere wie Floh- und Ruderfußkrebse, die sich wiederum von Eisalgen ernähren. Dadurch besteht ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den Polardorschen und den Eisalgen, der langfristig das Überleben der jungen Polardorsche gefährden kann. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die jetzt im Fachmagazin „Progress in Oceanography“ erscheint und an der neben dem AWI unter anderem das Forschungsinstitut Wageningen Marine Research in den Niederlanden beteiligt war.
„Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse eine starke Abhängigkeit der Polardorsche von Eisalgen“, sagt Erstautorin und AWI-Biologin Doreen Kohlbach. „Das bedeutet, dass der rasante Rückgang des arktischen Meereises junge Polardorsche besonders gefährdet. Wenn das Meereis zurückgeht, fehlt den Polardorschen die Nahrungsgrundlage. Aufgrund der Schlüsselrolle, die sie im Nahrungsnetz einnehmen, können sich diese Veränderungen auf das gesamte Nahrungsnetz auswirken.“
Für ihre Studie haben Doreen Kohlbach und ihre KollegInnen den Mageninhalt der Fische analysiert. Diese hatten sie im Spätsommer 2012 während einer mehrwöchigen Expedition mit dem Forschungsschiff Polarstern im Arktischen Ozean direkt unterhalb des Meereises gefischt. Zwischen Grönland, Spitzbergen und Russland zogen die Wissenschaftler ein speziell entwickeltes Unter-Eis-Netz kilometerweit neben dem Schiff her.
Der Mageninhalt zeigte den Forschern, was die Fische vor Kurzem gefressen hatten. Das Ergebnis: Ganz oben auf dem Speiseplan der jungen Polardorsche steht der Flohkrebs Apherusa glacialis. Er machte den größten Anteil des Mageninhaltes aus. Der Flohkrebs selbst wiederum ernährt sich zu einem Großteil von Kieselalgen, welche direkt im oder unter dem Meereis wachsen.
In einem zweiten Schritt wiesen die Forscher Kohlenstoff aus eben diesen Eisalgen in den Fischen nach. Dafür analysierten sie Fettsäuremuster und die Zusammensetzung stabiler Isotope im Muskelfleisch und Gewebe der Polardorsche. Bestimmte Fettsäuren werden in der Nahrungskette von den Algen zu den Konsumenten unverändert weitergegeben. „Wenn wir im Fleisch oder Gewebe eines Fisches die Fettsäuren der Eisalgen finden, bedeutet das, dass der Fisch selbst oder seine Beutetiere sich von den Algen ernährt haben“, sagt Doreen Kohlbach. Die Isotopen-Analyse ermöglicht dann die Bestimmung des genauen Anteils an Eisalgenkohlenstoff an der Nahrung der Fische.
„Die Auswertung zeigt, dass Kieselalgen die wichtigste Kohlenstoff-Quelle für Polardorsche sind“, so Doreen Kohlbach. Demnach stammten zwischen 50 und bis zu über 90 Prozent des Kohlenstoffbedarfs der jungen Polardorsche aus Eisalgen. „Auch wenn wir am Anfang unserer Studie einen Zusammenhang zwischen Eisalgen und Polardorschen angenommen hatten, so haben uns diese hohen Werte doch sehr überrascht.“
Bereits im vergangenen Jahr konnten die Wissenschaftler nachweisen, wie sehr Eisalgen auch Tierarten als Nahrung dienen, die vorwiegend in größeren Wassertiefen vorkommen. Mit der jetzigen Studie liefern sie den Nachweis, dass sich diese Abhängigkeit im nächsten Schritt der Nahrungskette fortsetzt. Beide Studien liefern wichtige Zahlen, die in Ökosystem-Modelle einfließen. Diese sind für Vorhersagen wichtig, wie sich der Rückgang des Meereises auf das arktische Ökosystem auswirkt.
Doreen Kohlbach, Fokje L. Schaafsma, Martin Graeve, Benoit Lebreton, Benjamin Allen Lange, Carmen David, Martina Vortkamp, Hauke Flores: Strong linkage of polar cod (Boreogadus saida) to sea ice algae-produced carbon: evidence from stomach content, fatty acid and stable isotope analyses, Progress in Oceanography, DOI: 10.1016/j.pocean.2017.02.003

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