Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

17.07.2017, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Warum Tyrannosaurus eine lahme Ente war … und die Größten nicht immer die Schnellsten sind
Ein Käfer ist langsamer als eine Maus ist langsamer als ein Kaninchen ist langsamer als ein Gepard ist… langsamer als ein Elefant? Nein! Der Elefant ist zwar das größte Tier an Land, doch am schnellsten laufen kann der Gepard. Bei kleinen bis mittelgroßen Tieren bedeutet größer auch schneller, doch bei sehr großen Tieren geht es mit der Geschwindigkeit wieder bergab. Wie dieser parabelartige Zusammenhang zwischen Größe und Geschwindigkeit zustande kommt, hat nun ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung des Forschungszentrums iDiv und der Universität Jena erstmals in einem mathematischen Modell beschrieben und dieses in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution vorgestellt.
Das Modell ist verblüffend einfach: Die einzigen Informationen, mit denen es „gefüttert“ werden muss, sind das Gewicht eines bestimmten Tieres sowie das Element, in dem es sich fortbewegt, also Land, Luft oder Wasser. Allein auf diesen Grundlagen berechnet es die maximale Geschwindigkeit, die ein Tier erreichen kann, mit fast 90 prozentiger Genauigkeit. „Das Praktische an unserem Modell ist, dass es generell anwendbar ist“, sagt die Erstautorin der Studie, Myriam Hirt vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Es funktioniert über alle möglichen Körpergrößen von Tieren hinweg, von der Milbe bis zum Blauwal, mit allen Fortbewegungsarten, vom Laufen übers Schwimmen bis zum Fliegen, und gilt in allen Lebensräumen.“ Außerdem sei das Modell keineswegs auf aktuell lebende Tierarten beschränkt, sondern ließe sich ebenso gut auf bereits ausgestorbene Spezies anwenden. „Um zu testen, ob wir mit unserem Modell auch die Maximalgeschwindigkeit von bereits ausgestorbenen Tieren berechnen können, haben wir es auf Dinosaurier-Arten angewendet, deren Geschwindigkeit zuvor mit hochkomplexen biomechanischen Verfahren simuliert worden war“, erklärt Hirt. Das Ergebnis: Für Triceratops, Tyrannosaurus, Brachiosaurus und Co. lieferte das einfache Modell Ergebnisse, die mit jenen der aufwendigen Simulationen übereinstimmten – und für Tyrannosaurus mit 27 km/h nicht gerade Rekordwerte ergaben. „Dies bedeutet, dass wir mit unserem Modell künftig auch für andere ausgestorbene Tierarten auf sehr einfache Weise einschätzen können, wie schnell diese laufen konnten“, so die Wissenschaftlerin.
Zwei Annahmen liegen dem Modell zugrunde. Die erste Annahme beruht auf der Tatsache, dass Tiere ihre Höchstgeschwindigkeiten während vergleichsweise kurzen Sprints erreichen. Anders als beim Laufen über lange Strecken, bei dem der Körper stets neue Energie zur Verfügung stellt (aerober Stoffwechsel), nutzen Tiere beim Sprinten Energiereserven, die in den Muskeln gespeichert, aber auch vergleichsweise schnell aufgebraucht sind (anaerober Stoffwechsel). Je größer ein Tier ist und je mehr Muskelmasse es hat, desto schneller kann es also sprinten. So weit so gut. Doch nun kommt ein physikalisches Grundgesetz ins Spiel, das schon Newton beschrieben hat: Masse ist träge. Die fünf Tonnen eines Afrikanischen Elefanten lassen sich nicht so schnell in Bewegung setzen wie die 2,5 Gramm einer Etruskerspitzmaus. Bis so große Tiere wie der Elefant beim Laufen einmal Fahrt aufgenommen haben, gehen ihre schnell verfügbaren Energiereserven auch schon zur Neige. Zusammengenommen ergeben diese beiden Annahmen die eingangs erwähnte Kurve: Ein Käfer ist langsamer als eine Maus ist langsamer als ein Kaninchen ist langsamer als ein Gepard – ist schneller als ein Elefant.
Publikation:
Myriam R. Hirt, Walter Jetz, Björn C. Rall, Ulrich Brose: A general scaling law reveals why the largest animals are not the fastest. Nature Ecology and Evolution. DOI 10.1038/s41559-017-0241-4

17.07.2017, Dachverband Deutscher Avifaunisten
Zum ersten Mal überhaupt brüteten Steppenweihen 2017 in den Niederlanden
Die Steppenweihe ist eine Vogelart der eurasischen Steppen und Halbwüsten. Bereits seit den 1990er Jahren wird aber ein deutlich zunehmendes Auftreten westlich der Brutgebiete festgestellt und mehrfach kam es zu individuenreichen Einflügen. Die letzten Bruten in Mitteleuropa liegen lange zurück. In Deutschland gab es in den 1950er Jahren die letzten Brutnachweise. Nun gelang in den Niederlanden ein neuer Brutnachweis und der erste jemals dort dokumentierte. Beeindruckende Aufnahmen sind in einem Youtube-Video zusammengefasst worden.

Während Brutvogelkartierungen wurde im Mai erstmalig das Männchen in dem Gebiet in der Nähe von Groningen festgestellt. Bereits am nächsten Tag konnte das Nest in einem Wintergetreide-Feld gefunden werden. Der Verlauf der Brut wurde von Beginn an intensiv überwacht. Um die Jungvögel vor Prädatoren wie Steinmarder oder Fuchs zu schützen, wurde Mitte Juni ein Schutzzaun errichtet. Zu diesem Zeitpunkt fanden sich fünf wenige Tage alte Küken im Nest. Als die Wintergerste Anfang Juli geerntet wurde, waren zwei der jungen Steppenweihen bereits flügge, zwei weitere kurz vor dem Ausfliegen. Das fünfte Küken war bereits in einer frühen Phase der Brut eingegangen. Die vier weiblichen Jungvögel wurden mit schwarzen Farbringen markiert.
Die erfolgreiche Brut der Steppenweihen in den Niederlanden ist bemerkenswert. Die nächsten bekannten Brutplätze liegen rund 1700 Kilometer nordöstlich in Finnland. In Deutschland ist die Steppenweihe weiterhin ein seltener Durchzügler, doch zeigen einzelne Brutzeitbeobachtungen in den letzten Jahren, dass es möglicherweise auch hierzulande nach rund 70 Jahren vielleicht mal wieder zu einer Steppenweihen-Brut kommen könnte.
Mit dem Auftreten der Steppenweihe in Deutschland haben sich Stefan Stübing und Thomas Sacher in „Seltene Vögel in Deutschland 2011/12“ intensiv befasst.

17.07.2017, Max-Planck-Institut für Ornithologie
Mutation macht Zebrafinken-Spermien schneller
Bei Zebrafinken beeinflusst eine Mutation auf einem der Geschlechtschromosomen Gestalt und Geschwindigkeit der Spermien. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen haben herausgefunden, dass die Spermien jener Vögel besonders schnell schwimmen können, die sowohl die mutierte als auch die unveränderte Version besitzen (heterozygote Individuen). Auch wenn nur die schnellsten Spermien zur Befruchtung kommen, stirbt die unterlegene genetische Variante jedoch nicht aus, denn in jeder Generation entstehen zwangsläufig auch Nachkommen mit identischen Varianten (homozygote Individuen). Dieser Effekt könnte ein Grund für Unfruchtbarkeit bei männlichen Zebrafinken sein.
Das „Ziel“ eines jeden Spermiums ist es, nach einem langen Rennen durch die weiblichen Fortpflanzungsorgane als erstes bei der Eizelle zu sein. Mitunter treten Spermien dieses Rennen nicht nur gegen ihre Geschwister an, sondern auch gegen die Spermien fremder Männchen. Bei diesem harten Wettbewerb und dadurch strengen Selektion auf die Geschwindigkeit von Spermien wäre es nicht verwunderlich, wenn es nur die eine, perfekte Form gäbe, die alle anderen im Laufe der Evolution schnell verdrängt hätte. Bei einem kleinen australischen Singvogel, dem Zebrafinken, fanden Evolutionsbiologen jedoch durchaus Spermien von ganz unterschiedlicher Form und Geschwindigkeit.
Zusammen mit Kollegen aus Tschechien haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen nun herausgefunden, dass die Inversion eines längeren Gen-Abschnitts auf dem Geschlechtschromosom namens „Z“ für das Aussehen der Spermien verantwortlich ist, mit unmittelbaren Konsequenzen auf Befruchtungsraten und Fortpflanzungserfolg eines Männchens.
Jedes Männchen besitzt zwei Kopien des Z-Chromosoms, eine von der Mutter und eine vom Vater vererbt. Das Z-Chromosom gibt es in zwei Versionen, einer regulären (A) und einer invertierten (B). „Nur wenn ein Männchen beide Versionen trägt, also heterozygot AB statt homozygot AA oder BB ist, haben Spermien ein langes Mittelstück, welches für den nötigen Antrieb sorgt, um schnell schwimmen zu können“, erklärt Ulrich Knief, Erstautor der Studie. Die homozygoten Männchen AA oder BB bilden nur suboptimale Spermien aus und haben daher eine schlechtere Fortpflanzungsquote. Die Studie beruht auf genetischen Vaterschaftsanalysen von 435 Männchen in Paarbeziehung ohne männliche Konkurrenten und weiteren 482 Männchen, deren Spermien bei der Befruchtung mit denen anderer Männchen konkurrierten. Die heterozygoten Männchen befruchteten sowohl beim eigenen als auch bei fremden Weibchen deutlich mehr Eier als die Männchen der beiden homozygoten Gruppen.
Die schnelleren Spermien heterozygoter Männchen können bestehende Fertilitätsprobleme mindern, aber heterozygote Männchen produzieren stets auch 50 Prozent homozygote Söhne. Die genetische Variation in einer Population wird also nicht weniger, denn der optimale Genotyp kann sich nicht stabilisieren. Seit vielen Jahren schon stellt sich der Evolutionsbiologe Wolfgang Forstmeier die Frage, warum es relativ hohe Raten an Unfruchtbarkeit bei dieser Art gibt und dies im Laufe der Evolution trotz starkem Selektionsdruck gegen unfruchtbare Männchen nicht verlorengegangen ist. „Diese Studie liefert erste positive Ergebnisse zu dieser Fragestellung“, freut sich Forstmeier. „Bei einem Vererbungssystem, an dem zwei Chromosomensätze beteiligt sind, kommt die Evolution ins Stocken, wenn nur die Mischung aus beiden den optimalen Fortpflanzungserfolg ermöglicht.“
Während die Gruppe um die Seewiesener Forscher an den Auswirkungen der Z-Chromosomen-Inversion auf die Fitness der Tiere interessiert war, ist zeitgleich eine Gruppe von Wissenschaftlern um Jon Slate von der Universität Sheffield mit einem völlig anderen Ansatz zu ähnlichen Ergebnissen gekommen. Diese Wissenschaftler untersuchten verschiedene Zuchtlinien von Zebrafinken, die entweder kurze oder lange Spermien hatten. Bei einer Suche im gesamten Erbgut nach Ursachen für die unterschiedlichen Spermienformen stießen sie dann ebenfalls auf die Inversion auf dem Z-Chromosom. Diese Studie zeigt, dass die relevanten genetischen Informationen für die Spermiengestalt nahezu ausschließlich auf dem Z-Chromosom zu finden sind.
„Dass der genetische Einfluss der Inversion auf die Spermienmerkmale identisch beschrieben worden ist, macht die beiden Studien keinesfalls redundant“, erklärt Bart Kempenaers, Leiter der Studie. „Sie ergänzen sich vielmehr wunderbar durch die verschiedenen Herangehensweisen und stärken durch ihre Wiederholbarkeit die Aussagekraft.“
Veröffentlichung:
DOI 10.1038/s41559-017-0236-1

17.07.2017, Universität Rostock
Rostocker Forscher entschlüsselt DNA von Schiffsbohrmuschel
Erkenntnisse unterstützen Planung von Küstenschutzmaßnahmen
Sie ist für die Wissenschaft eine Herausforderung – die Schiffsbohrmuschel (Teredo navalis), umgangssprachlich auch Pfahl- oder Bohrwurm genannt. „Diese verborgen im Holz lebenden Muscheln können in unseren heimischen Gewässern ungefähr so groß wie ein Bleistift werden, also etwa 20 Zentimeter lang und mit einem Durchmesser von bis zu einem Zentimeter“, beschreibt der Rostocker Meeresbiologe Ronny Weigelt vom Institut für Biowissenschaften der Universität Rostock diese Tierchen, die irgendwie wie Würmer aussehen und doch zu den Muscheln gehören. In Millionen von Jahren haben die Tiere sich sehr gut an ihren Lebensraum angepasst: sie bohren sich in das vorhandene Holz, raspeln es ab und ernähren sich davon. Stimmen Wassertemperatur und Salzgehalt mit ihren Lebensansprüchen überein, können sie sich sehr stark verbreiten und ihr Hunger auf Holz ist dann fast grenzenlos: selbst in der Ostsee hält ein ca. 30 cm dicker Buhnenpfahl aus Kiefernholz dem nicht lange stand und ist nach ca. zwei bis drei Jahren vollständig zerstört.
Der gebürtige Stralsunder, der in Rostock Meeresbiologie und Aquakultur studierte und jetzt in der Abteilung Angewandte Ökologie und Phykologie promoviert, untersucht die Genetik der Schiffsbohrmuschel. Speziell der Tiere, die in der Ostsee vorkommen. Noch geben sie den Forschern viele Rätsel auf, auch weil unklar ist, wo die heute fast weltweit verbreitete Art ihren Ursprung hat. Es wird vermutet, dass dieser in den tropischen Regionen der Erde liegt, von wo aus die Art sich durch die frühe Seefahrt in alle Welt ausgebreitet haben könnte. Eine Antwort darauf verspricht sich Ronny Weigelt durch genetische Untersuchungen von Teredo navalis aus Nord-und Ostsee sowie einigen anderen Meeren. Dabei hat er herausgefunden, dass wir es gegenwärtig in der südlichen Ostsee nur mit einer einzigen Art zu tun haben. Derzeit gebe es noch keine Anzeichen für weitere potenzielle Einwanderer, der anderen ca. 70 holzbohrenden Muschelarten. Für eine nachhaltige Planung der weiteren Küstenschutzmaßnahmen an der Küste Mecklenburg-Vorpommerns sei die Frage wichtig, inwieweit der Klimawandel Auswirkungen auf die Ausbreitung der Schiffsbohrmuscheln haben könnte. Sie bevorzugt normalerweise höhere Salzgehalte, aber eine steigende Wassertemperatur der Ostsee könnte eine bessere Toleranz der Muscheln gegenüber geringeren Salzgehalten zur Folge haben.
„Was die verschiedenen Schiffsbohrmuschelarten unterscheidet, sind ihre unterschiedlichen Kalkpaletten, mit denen sie das Bohrloch im Holz von innen verschließen können“, sagt Ronny Weigelt. Dort würden sie ihr gesamtes Leben verbringen, das etwa zwei bis drei Jahre andauere. Daher ist die normale taxonomische Artbestimmung bei diesen Tieren schwierig, sagt Ronny Weigelt. Warum? Die Antwort gibt Professor Ulf Karsten vom Institut für Biowissenschaften der Universität Rostock: „Als sicheres Bestimmungsmerkmal gelten nur die Kalkpaletten, die aber sehr zerbrechlich sind und leicht kaputt gehen. Daher muss man zu einer genetischen Artbestimmung übergehen. Im Gegensatz zu anderen Meerestieren ist es über viele Jahre nicht gelungen die Schiffsbohrmuschel molekular-genetisch zu bearbeiten“. Es hätten einige der dafür notwendigen Werkzeuge nicht zur Verfügung gestanden. Ronny Weigelt sei es aber gelungen, im Rahmen seiner Promotion genau diese molekularen Werkzeuge zu entwickeln. „Seine molekular-genetischen Untersuchungen erbrachten erstmalig den Nachweis, dass beispielsweise in der südlichen Ostsee nur eine Schiffsbohrmuschelart vorkommt“, unterstreicht Prof. Karsten. Doch diese Art kommt nicht nur an der deutschen Ostseeküste vor, sondern weltweit. Ronny Weigelt hat auch die Populationsstruktur der Muschel in anderen Meeren untersucht. „Es gibt keine separaten Nord-und Ostseepopulationen, sondern lediglich eine große zusammenhängende Population. Das sei vermutlich durch einen hohen Genfluss und eine starke Verdriftung der Larven zu erklären“, so der Diplom Biologe.
Auf einem der größten internationalen Foren für den Austausch neuester wissenschaftlicher Erkenntnisse der aktuellen Ostseeforschung, dem „Baltic Sea Science Congress“, an dem im Juni diesen Jahres Wissenschaftler aus 18 Ländern in Rostock teilnahmen, stellte Ronny Weigelt diese neuesten Erkenntnisse auf einem wissenschaftlichen Poster vor. Mit den dort präsentierten Ergebnissen, die Teil von zwei wissenschaftlichen Veröffentlichungen in internationalen Fachzeitschriften sind, gewann Ronny Weigelt gleich zwei der begehrten Posterpreise – als eines von drei der besten Doktoranden-Poster sowie als bestes Poster des gesamten Kongresses. Dabei überzeugte er die Jury sowohl mit dem wissenschaftlichen Inhalt als auch der graphischen Darstellung der Präsentation.

18.07.2017, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Hunde haben nur einen geographischen Ursprung
Neue Studie widerlegt früheres Forschungsergebnis, wonach der moderne Hund aus zwei unabhängigen Domestikationsprozessen hervorging
Durch die DNA-Analyse zweier prähistorischer Hunde aus Deutschland hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Dr. Krishna R. Veeramah von der Universität Stony Brook, USA, festgestellt, dass ihre Genome wahrscheinlich die Vorfahren moderner europäischer Hunde darstellen. Die Studie legt weiterhin nahe, dass alle heutigen Hunde einen gemeinsamen Ursprung haben und aus einem einmaligen Domestikationsprozess von Wölfen vor 20.000 bis 40.000 Jahren hervorgegangen sind. Die Studie, an der auch Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) beteiligt sind, wurde in Nature Communications veröffentlicht.
Hunde waren die ersten Tiere, die vom Menschen domestiziert wurden. Die ältesten Überreste von Hunden, die eindeutig von Wölfen abgegrenzt werden können, stammen aus dem heutigen Deutschland und sind rund 15.000 Jahre alt. Allerdings ist das archäologische Fundmaterial nicht eindeutig und enthält vermeintliche Hundeknochen aus den unterschiedlichsten Fundorten bis hin nach Sibirien.
Erst im vergangenen Jahr hatten Wissenschaftler unter Verwendung neuester paläogenomischer Methoden das Genom eines 5.000 Jahre alten Hundes aus Irland sequenziert. Das Team der Universität Oxford vermutete anhand der Ergebnisse, dass Hunde nicht nur ein-, sondern zweimal domestiziert wurden. Weiterhin nahm das Forscherteam an, eine in Europa domestizierte und heimische Hundepopulation sei während der Jungsteinzeit von einer unabhängig in Ostasien domestizierten, einwandernden Gruppe verdrängt worden.
„Im Gegensatz zu den Resultaten dieser vorangegangenen Studie stellen wir fest, dass unsere Hunde, die etwa aus der gleichen Zeitperiode stammen, den modernen europäischen Hunden sehr ähnlich sind, einschließlich der meisten Rassehunde, die die Menschen als Haustiere halten,“ erklärte Veeramah, Assistant Professor für Ecology and Evolution. „Dies legt nahe, dass es zu keiner massiven neolithischen Verdrängung auf demselben Kontinent gekommen ist und dass es wahrscheinlich nur einen einzigen Domestikationsprozess für die Hunde gab, die wir im Fundmaterial der Steinzeit finden und die wir auch heute sehen und mit denen wir zusammenleben.“
In dem Artikel „Ancient European dog genomes reveal continuity since the Early Neolithic” nutzten Veeramah und seine Kollegen den älteren der beiden untersuchten Hunde, der vor etwa 7.000 Jahren gelebt hat, um die Hundedomestikation auf einen Zeitraum von vor 20.000 bis 40.000 Jahren einzugrenzen.
Sie fanden auch Hinweise darauf, dass der jüngere, 4.700 Jahre alte Hund eine Mischung aus europäischen Hunden und einer Population, die heutigen zentralasiatischen/indischen Hunden ähnelt, darstellt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass Menschen, die am Beginn der Bronzezeit von der asiatischen Steppe nach Europa wanderten, ihre eigenen Hunde mitbrachten.
„Unsere Studie verdeutlicht, wie die Analyse kompletter alter Genome Schritt für Schritt helfen kann, komplexe Prozesse wie den der Hundedomestikation besser zu verstehen. Nur ein direkter Blick in die Vergangenheit wie dieser kann die vielen parallelen und aufeinanderfolgenden Ereignisse entwirren, die neben der gezielten Zucht durch den Menschen eben auch Wanderungsbewegungen und Vermischungen verschiedener Populationen beinhalten,“ ergänzte Dr. Amelie Scheu, eine der Erstautorinnen der Studie und wissenschaftliche Mitarbeiterin der Arbeitsgruppe Palaeogenetik des Instituts für Organismische und Molekulare Evolutionsbiologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.
Insgesamt gesehen, betonte Veeramah schließlich, bleibe die Frage nach dem genauen geographischen Ursprung der Hundedomestikation zwar immer noch ein Rätsel, doch erwartet er, dass die Sequenzierung weiterer alter eurasischer Genome helfen wird, schlussendlich auch diese Kernfrage zu klären.
Die Studie entstand aus der Zusammenarbeit von Wissenschaftlern der Universität Stony Brook, USA, der Universität Michigan, USA, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Otto-Friedrich-Universität Bamberg, des Trinity College Dublin, Irland, und der Generaldirektion Kulturelles Erbe Rheinland-Pfalz.
Veröffentlichung:
Laura R. Botigué, Shiya Song, Amelie Scheu et al.
Ancient European dog genomes reveal continuity since the Early Neolithic
Nature Communications, 18. Juli 2017
DOI: 10.1038/ncomms16082

19.07.2017, Universität Wien
Rätselraten um mysteriöses Fossil vorerst beendet
Palaeospondylus ist doch kein Schleimaal
Aktuelle Forschungsergebnisse der Paläontologin Cathrin Pfaff von der Universität Wien rücken das Verwandtschaftsverhältnis von Palaeospondylus gunni in ein neues Licht. Intensive Forschungsarbeiten an dem nur wenige Millimeter großen Fossil haben gezeigt, dass es sich um ein kiefertragendes Wirbeltier handelt, und nicht, wie zuletzt angenommen, um die Larve eines kieferlosen Fisches. Die Studie wird aktuell im Fachjournal „Royal Society of Open Science“ veröffentlicht.
Vertreter von Palaeospondylus entstammen dem Mittleren Devon Schottlands und haben ein Alter von rund 390 Millionen Jahren. Keines der gefundenen Tiere hat jedoch Zähne oder einen Kiefer, wie wir ihn kennen. Daher wird die Verwandtschaft dieser Art zu anderen Tiergruppen seit seiner Erstbeschreibung im Jahre 1890 bis heute sehr kontrovers diskutiert.
Palaeospondylus wurde bereits zu sämtlichen Hauptgruppen der kieferlosen und kiefertragenden Fischen, wie den Knochenfischen und Lungenfischen, sowie zu unterschiedlichsten Wirbeltiergruppen, wie den Amphibien gestellt. Auch konnte die Wissenschaft bis heute nicht klären, ob es sich um ein Larvenstadium handelt oder aber um ein erwachsenes Tier.
Die an der neuen Studie beteiligten WissenschafterInnen vom Natural History Museum London, dem King’s College London, der Uppsala Universität in Schweden, der Australia National University von Canberra, der Curtin University aus Perth, der Europäischen Synchrotron Facility in Grenoble und der Universität Wien haben neben Synchrotron- und Mikro-CT Scans auch moderne Bildanalysetechniken verwendet, um mehrere gut erhaltene Reste des fossilen Tieres Palaeospondylus gunni non-invasiv zu untersuchen.
„Wir konnten zeigen, dass zur Klärung der Verwandtschaftsverhältnisse die Ohrregion des Tieres den entscheidenden Hinweis liefert. Wir fanden gleich drei Bogengänge im Innenohr, wodurch Palaeospondylus eindeutig und zweifelsfrei den kiefertragenden Wirbeltieren zugerechnet werden muss. Bei kieferlosen Arten wie den Schleimaalen, zu denen Palaeospondylus als letztes gezählt wurde, gibt es nur einen Bogengang“, erklärt Cathrin Pfaff. Durch weitere Merkmale des Schädels können die ForscherInnen sogar davon ausgehen, dass es sich um einen Stammgruppenvertreter der Knorpelfische handelt. Es bleibt abzuwarten, ob mit diesen Ergebnissen das Rätselraten um das Fossil beendet werden kann.
Publikation in „Royal Society Open Science“:
Johanson, Z., Smith, M., Sanchez, S., Senden, T., Trinajstic, K., Pfaff, C.
Questioning hagfish affinities of the enigmatic Devonian vertebrate Palaeospondylus. Royal Society of Open Science 4:170214.
http://dx.doi.org/10.1098/rsos.170214.

Die verwendeten Nisthilfen bestehen aus Bündeln kurzer Schilfhalme, in denen die Insekten ihre Eier ablegen können (Foto: Verena Rieding)

Die verwendeten Nisthilfen bestehen aus Bündeln kurzer Schilfhalme, in denen die Insekten ihre Eier ablegen können (Foto: Verena Rieding)

19.07.2017, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Nisthilfen machen Äcker für Wildbienen attraktiv
Wildbienen sind wichtige Bestäuber vieler Nutzpflanzen – mitunter effektivere als Honigbienen. Ihre Zahl lässt sich mit einfachen Mitteln nachhaltig erhöhen. Das zeigt eine aktuelle Studie aus dem Biozentrum der Universität Würzburg.
Die Landwirte haben ein Problem: Vielerorts macht sich die Honigbiene immer rarer. Pflanzen bilden oft aber nur dann Früchte und Samen, wenn ihre Blüten zuvor mit Pollen von Artgenossen befruchtet wurden. Ohne Bestäuber sinken daher die Erträge.
Honigbienen sind jedoch nicht die einzigen Insekten, die diese wichtige Aufgabe übernehmen. Auch die verschiedenen Wildbienen-Arten sind emsige Pollensammler und bestäuben bei dieser Tätigkeit eine Reihe von Nutzpflanzen. Ihre Bedeutung wurde dennoch lange unterschätzt. Inzwischen weiß man aber, dass die Erträge vieler Feldfrüchte spürbar steigen, wenn zwischen ihnen nicht nur Honigbienen, sondern auch ihre „wilden“ Verwandten umherschwirren.
Landschaften mit Rapsfeldern untersucht
„Wir haben daher untersucht, wie sich die Anzahl der Wildbienen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen nachhaltig steigern lässt“, erklärt Ingolf Steffan-Dewenter. Der gelernte Imker und Professor für Tierökologie und Tropenbiologie an der Universität Würzburg hat dafür mit seinem Team und mit Kollegen der Universität Wageningen zahlreiche Landschaften mit Rapsfeldern unter die Lupe genommen. Die Studie wurde im EU-Projekt STEP (Status and Trends of European Pollinators) durchgeführt.
Die untersuchten Flächen lagen zum einen in der Umgebung von Würzburg und zum anderen in den Niederlanden. Die Biologen brachten an den Rändern der Felder zunächst so genannte Nisthilfen an – das sind im Prinzip kurze gebündelte Schilfhalme, in denen die Insekten ihre Eier ablegen können. Dann beobachteten sie über einen Zeitraum von zwei Jahren, wie viele Brutzellen in diesen Nestern angelegt wurden und von welchen Arten diese stammten.
Blütenpflanzen als Nahrungsressourcen wichtig
Während der Rapsblüte im Mai locken die Felder jede Menge Bestäuber an. Kein Wunder, dass zu dieser Zeit die Zahl der durch Wildbienen besiedelten Nistplätze geradezu explodierte. Danach nahm die Brutaktivität in beiden Jahren wieder deutlich ab. „Blütenpflanzen sind die einzige Nahrungsressource von Wildbienen – und zwar sowohl der erwachsenen Tiere als auch ihrer Larven“, erläutert Ingolf Steffan-Dewenter. „Die Insekten gedeihen also nur dort, wo auch ausreichend Blütenpflanzen zur Verfügung stehen.“
Raps blüht nur wenige Wochen; danach geht das Nahrungsangebot rapide zurück. Mit diesen Gegebenheiten kommen nur Wildbienenarten klar, deren Aktivitätsmaximum ins Frühjahr fällt.
„Um eine größere Vielfalt von Bienen anzusiedeln, ist es nötig, genügend blütenreiche Gebiete in der Nähe der Nistplätze zu schaffen – dazu reichen oft schon schmale Streifen mit Wildblumen“, betont Steffan-Dewenter. „Wir konnten zeigen, dass derartige Maßnahmen, aber auch naturnahe Habitate in der Umgebung, die Häufigkeit von Wildbienen auf den Feldern positiv beeinflussen.“
Einfache Maßnahmen mit positiver Wirkung
Ein ausreichendes Nahrungsangebot ist eine Sache – fast ebenso wichtig ist aber die Bereitstellung von Nisthilfen, wie sie in der Studie erfolgte. Wenn aber genügend Brutplätze und Blütenpflanzen vorhanden sind, können sich die Wildbienen rasant vermehren. „Unsere Arbeit zeigt, wie positiv sich vergleichsweise einfache Maßnahmen auf die Zahl und Vielfalt der Bestäuber auswirken“, erklärt der Würzburger Biologe.
Landwirte können sich auf diese Weise unabhängiger von der Honigbiene machen, zumal sich mit Hilfe von Wildbienen der Ertrag vieler Nutzpflanzen sogar noch steigern lässt. Auch aus anderen Gründen sei es sinnvoll, auf verschiedene Bestäuberarten zu setzen, meint Dr. Andrea Holzschuh, Koautorin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl: Eine einzige Bienenart sei deutlich gefährdeter, durch Parasiten oder Krankheiten gravierend dezimiert zu werden; bei verschiedenen Arten sei das Risiko geringer.
Parasiten kein großes Problem
Allerdings sind auch Wildbienen nicht vor natürlichen Feinden und Krankheitserregern gefeit: Wie die Wissenschaftler in ihrer Studie gezeigt haben, wurde jede sechste Brutzelle von Parasiten attackiert, und etwa genauso viele Larven starben durch Infektionen. Je größer die Zahl der Bienen war, desto größer auch der Anteil von ihnen, der diesen Problemen zum Opfer fiel. Nachhaltig beeinträchtigen konnte dieser Effekt die Vermehrung der nützlichen Insekten jedoch nicht.
Publikation
Matteo Dainese, Verena Riedinger, Andrea Holzschuh, David Kleijn, Jeroen Scheper und Ingolf Steffan-Dewenter: Managing trap-nesting bees as crop pollinators: Spatiotemporal effects of floral resources and antagonists. Journal of Applied Ecology; DOI: 10.1111/1365-2664.12930

20.07.2017, Veterinärmedizinische Universität Wien
Ernährungs-Shift bei wieder angesiedelten Przewalski-Pferden hat gesellschaftliche Ursachen
Mag.rer.nat. Georg Mair Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation
Pferde fressen am liebsten Gras. Das gilt für Hauspferde genauso wie für Wildpferde in der Wüste Gobi. Ein Team des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna fand nun mittels Schweifhaaranalyse heraus, dass sich Przewalski-Pferde vor ihrer Ausrottung in freier Wildbahn anders ernährten als heute. Der Mensch ermöglicht den Pferden heute Zugang zu reichhaltigen Weiden. Früher wurden die Wildpferde gejagt und vertrieben. Die Studie wurde in Scientific Reports veröffentlicht.
Das Przewalski-Pferd, auch Thaki oder mongolisches Wildpferd genannt, ist das einzige noch heute lebende Wildpferd. 1969 galt das Wildpferd offiziell als ausgestorben. Einige wenige Tiere wurden jedoch in Gefangenschaft weitergezüchtet und schließlich 1992 wieder ausgewildert.
Petra Kaczensky und Martina Burnik Šturm vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna fanden nun heraus, dass sich Przewalski-Pferde vor ihrer Ausrottung in freier Wildbahn gemischt ernährten. Im Sommer fraßen sie ausschließlich Gras, im Winter auch weniger nahrhafte Sträucher. Seit ihrer Wiederansiedelung fressen die Tiere das ganze Jahr über ausschließlich hochwertiges Gras.
„Wir führen den veränderten Ernährungsstil auf den Menschen zurück. Früher wurden Przewalski-Pferde vom Menschen wenig wertgeschätzt beziehungsweise als Nahrungsquelle gejagt. Die nahrhaften Weiden waren den Hausschafen und Rindern vorbehalten. Wildpferde mussten sich alternative Futterquellen suchen. Der Zugang zu Weideflächen war im Winter also schwierig für die Wildpferde. Sträucher und Büsche waren die einzige Alternative“, erklärt eine der Erstautorinnen, Martina Burnik Šturm.
Przewalski-Pferde sind heute „heilige Tiere“
Anders als früher werden Przewalski-Pferde heute in der Gobi als „heilige Tiere“ verehrt. Sie gehören zu den geschützten Tierarten und werden vom Menschen nicht mehr gejagt. „Die Wildpferde können sich mittlerweile das ganze Jahr über von Gras ernähren, weil der Mensch es zulässt“, so die Wildtierbiologin und Erstautorin Petra Kaczensky.
Kaum veränderter Lebensraum in der Gobi
In den vergangenen 120 Jahren hat sich der Lebensraum in der Südwest-Gobi, wo die Wildpferde und auch Wildesel leben, kaum verändert. Das Nahrungsangebot ist gleich geblieben. Was sich verändert hat, ist also die gesellschaftliche Akzeptanz für die Przewalski-Pferde.
Für Asiatische Wildesel oder Khulans, die auch in der Wüste Gobi leben, sieht es anders aus. Obwohl auch sie zu den geschützten Tierarten gehören, genießen sie bei der Bevölkerung nicht dasselbe Ansehen wie die Wildpferde. Sie werden auch heute noch vom Menschen gejagt und von nahrhaften Weiden vertrieben. Sie ernähren sich im Sommer ausschließlich von Gras, im Winter jedoch zum Großteil von Büschen und Sträuchern, so wie es die Przewalski-Pferde früher tun mussten.
„An den Wildeseln sehen wir sehr gut, welchen Einfluss der Mensch auf die Lebensweise der Tiere hat. Die Wertschätzung der Tiere in der Gesellschaft beeinflusst das Fressverhalten maßgeblich“, so Kaczensky.
Ernährungsweise in den Haaren nachgewiesen
Eine gängige Methode, die Lebensweise von Tieren nachzuvollziehen, ist die chemische Analyse ihrer Haare. Dabei werden sogenannte Isotopen analysiert. Das sind unterschiedlich schwere Atome eines chemischen Elements mit gleicher Protonen-, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Die Isotopenverhältnisse von Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff in einer Probe liefern dabei wichtige Erkenntnisse zur Wasseraufnahme, zur Ernährung und zum Lebensraum der Tiere.
Haarproben von Przewalski-Pferden vor ihrer Ausrottung in der Dzungarischen Gobi erhielten die Forscherinnen vom Zoologischen Museum in St. Petersburg und Moskau. „Die über 120 Jahre alten Haarproben sind genauso aussagekräftig wie frisch gesammelte Proben“, erklärt Burnik Šturm.
Wie funktioniert die Haar-Isotopenmessung?
Zur Isotopenmessung werden die Schweifhaare der Pferde in ein Zentimeter lange Abschnitte zerteilt und einzeln in kleine Gefäße aus Zink oder Silber gelegt. Darin wird das Haar bei hohen Temperaturen verbrannt. In den entstehenden Gasen werden die Isotope mittels Massenspektrometrie, einer Methode, mit der einzelne Atome nach Masse sortiert werden, nachgewiesen.
Service:
Der Artikel „Stable isotopes reveal diet shift from pre-extinction to reintroduced Przewalski’s horses” von Petra Kaczensky, Martina Burnik Šturm, Mikhail V. Sablin, Christian C. Voigt, Steve Smith, Oyunsaikhan Ganbaatar, Boglarka Balint, Chris Walzer und Natalia N. Spasskaya wird in Scientific Reports nach Ablauf des Embargos veröffentlicht.
http://www.nature.com/articles/s41598-017-05329-6

21.07.2017, Forschungsverbund Berlin e.V.
Affen aus dem Weltraum zählen? Neue Methoden helfen die Artenvielfalt zu erfassen
Ein internationales Wissenschaftlerteam hat einen hochmodernen, multidisziplinären Ansatz entwickelt, der mittels neuer Technologien Artenvielfalt und Risiken für Wildtiere auf Landschaftsebene erfasst. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ erschienen. Das internationale Forschungsprojekt wird von dem Kunming Institute of Zoology in China, der University of East Anglia, der University of Leicester und dem Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) geleitet.
Durch die Kombination von Satelliten- und Bodendaten, hochauflösender Fernerkundung, neuesten genetischen Sequenziermethoden, automatischen Aufnahmegeräten und hochmoderner Statistik kann jetzt Biodiversität mit einer Genauigkeit erfasst werden, die bislang nicht möglich war. „Heutzutage gibt es zehnmal so viele aktive Satelliten wie in den 70er-Jahren. Die meisten Menschen verwenden Satellitenkarten auf ihren mobilen Geräten. Der europäische Kopernikus-Satellit stellt mittlerweile kostenfreie, weltweite Aufnahmen in einem Zeitintervall von fünf Tagen und in einer Auflösung von bis zu zehn Metern bereit. Und die neuartigen Kleinsatelliten mit einem Gewicht von zwei Kilogramm passen sogar in eine Einkaufstüte. Die Satellitentechnologie hat sich massiv weiterentwickelt und war noch nie in dieser Form zugänglich“, erklärt Heiko Balzter vom National Centre for Earth Observation der University of Leicester. „Aber natürlich können die Satelliten die Tiere nicht direkt beobachten. Auch heute ist es noch nicht möglich, Affen aus dem Weltall zu sehen. Deshalb ist der Großteil der Biodiversität für Satelliten unsichtbar“, ergänzt Co-Leiter Douglas W. Yu der School of Biological Science der University of East Anglia.
Die Wissenschaftler mussten sich bisher auf Indikatoren wie die Landbedeckung oder die Distanz zu Straßen oder Siedlungen verlassen, um die Diversität der Arten und Landschaften abzuleiten. Moderne ökologische Modelle, die die Informationen von Satellitendaten mit den Daten über das Vorkommen von Arten aus Feldstudien kombinieren, ermöglichen jetzt jedoch nahezu eine Echtzeitbeobachtung der Einflüsse von Landschaftsveränderungen auf Biodiversität. „In unserer Forschungspublikation schlagen wir vor, den bisherigen, meist auf Einzeldisziplinen fokussierten Ansatz durch die Verwendung einer innovativen Kombination neuer Technologien zu ersetzen“, erklärt Yu.
Diese Technologien dienen der Bestimmung des Vorkommens und der Verbreitung von Tierarten. Sie beinhalten digitale automatische Aufnahmegeräte, die entweder Tierlaute in der Umgebung durch Mikrofone oder Fotos von sich bewegenden Tieren aufnehmen. Moderne genetische „Fingerabdrücke“ in Form von „Hochdurchsatz-Sequenzierungen“ von DNS liefern darüber hinaus Rückschlüsse auf das Vorkommen von Tierarten in den Untersuchungsgebieten. Das genetische Material kann heute nicht-invasiv aus Urin, Exkrementen, Haaren, Federn oder Blut gewonnen werden. Zusätzlich liefern massenhaft gesammelte Proben kleiner wirbelloser Organismen, wie beispielsweise Mücken, eine weitere Quelle, um an das Blut der Wirte zu kommen. Yu sagt: „DNS-basierte Methoden sind wirkungsvolle Instrumente, um die Diversität von Arten zu erfassen. Aber letztendlich können wir die Diversität ganzer Landschaften nur erfassen, indem wir Satellitenbilder, Foto- und Audiodateien, genetische Daten und statistische Daten kombinieren“. Balzter ergänzt: „Es hört sich vielleicht verrückt an – Satelliten, die die genetische Beschaffenheit des von Mücken gesaugten Blutes sehen können. Natürlich können sie das nicht ‚direkt‘ sehen, aber durch die Kombination von großen multidisziplinären Datensätzen können sie es schon. Wir müssen themenübergreifend arbeiten, um dies zu schaffen. Das sind jetzt sehr aufregende Zeiten. Wenn unsere Forschung dabei helfen kann, eine Art zu retten, dann tue ich etwas Sinnvolles in meinem Job als Universitätsprofessor.“
Der neue Forschungsansatz ist aber nicht nur Zukunftsmusik. „Anfang des Jahres haben wir das erste Beispiel aus drei Forstgebieten in Sabah, dem malaysischen Teil Borneos, veröffentlicht“, erklärt Andreas Wilting vom IZW. „Wir haben Daten von Kamerafallen in Kombination mit hochauflösenden Satellitendaten sowie modernen Modellen zum Entschlüsseln und Kartieren der Säugetierdiversität verwendet. So konnten wir zeigen, dass die Biodiversität der Säugetiere in dem nachhaltig bewirtschafteten, durch das Forest Stewardship Council (FSC) zertifizierten Gebiet höher war als in den konventionell bewirtschafteten Nachbargebieten. Dieses Beispiel zeigt, wie moderne Technologien dem Landmanagement helfen können, negative Auswirkungen auf die Biodiversität zu verringern.“
Viele Tierarten sind heutzutage vom Aussterben bedroht. Um diesem Artenverlust entgegen zu treten, haben sich weltweit die meisten Länder dem UN-Übereinkommen über die biologische Vielfalt (Convention on Biological Diversity) angeschlossen. Im Jahr 2010 wurden auf der 10. Vertragsstaatenkonferenz (COP) in Aichi, Japan, die Aichi-Biodiversitäts-Ziele vereinbart. Die vereinbarten Ziele sollen helfen, die Ursachen für Biodiversitätsverlust aufzuzeigen, den Druck auf die biologische Vielfalt zu vermindern sowie Ökosysteme und Arten zu schützen. Der Nutzen von Biodiversitäts- und Ökosystemleistungen soll verbessert und gemeinschaftliche Planung, Wissensmanagement und Erfahrungsaufbau ermöglicht werden.
Hauptautor Alex Bush vom Kunming Institute of Zoology in China und vom kanadischen Rivers Institute fasst zusammen: „Die Managemententscheidungen haben sich seit Jahren auf eine unzureichende Datenlage verlassen mit unbekannten Konsequenzen für die Erhaltung der Biodiversität. Mit den parallelen Entwicklungen in der Fernerkundung, der Genomforschung und der automatisierten Feld-Erfassung haben wir jetzt die notwendigen Werkzeuge, um Daten in großem Maßstab zu sammeln. Methoden zur Modellierung dieser ‚großen Datenquellen‘ sind bereits vorhanden und könnten das Management und den Erhalt von bedrohten Tierarten und Ökosystemen sowie den Nutzen, den sie bieten, in Zeiten eines intensiven globalen Wandels verbessern.“
Publikationen
Bush A, Sollmann R, Wilting A, Bohmann K, Cole B, Balzter H, Martius C, Zlinszky A, Calvignac-Spencer S, Cobbold CA, Dawson TP, Emerson BC, Ferrier S, Gilbert MTP, Herold M, Jones L, Leendertz FH, Matthews L, Millington JDA, Olson JR, Ovaskainen O, Raffaelli D, Reeve R, Rödel MO, Rodgers TW, Snape S, Visseren-Hamakers I, Vogler AP, White PCL, Wooster MJ, Yu DW (2017): Connecting earth observation to high-throughput biodiversity data. Nature Ecology and Evolution: DOI: 10.1038/s41559-017-0176.
Sollmann R, Mohamed A, Niedballa J, Bender J, Ambu L, Lagan P, Mannan S, Ong RC, Langner A, Gardner B, Wilting A (2017): Quantifying mammal biodiversity co-benefits in certified tropical forests. Diversity and Distributions: DOI: 10.1111/ddi.12530.

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