Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

24.07.2017, Universität Konstanz
Molekulare Archäologie
Konstanzer Evolutionsbiologen tragen zur Lösung des Rätsels um die evolutionsgeschichtlichen Beziehungen zwischen Wirbeltieren bei
Auf der Grundlage des bislang größten und informationsreichsten molekularen Datensatzes, der je analysiert wurde, konnte nun ein neuer stammesgeschichtlicher Baum für die „Kiefermäuler“ erstellt werden. Der neue Stammbaum löst das Rätsel mehrerer bedeutender Beziehungen, darunter die Identifizierung von Lungenfischen als nächste lebende Verwandte von Landwirbeltieren. Die Geschichte der Kiefermäuler ist Teil der menschlichen Geschichte: Auch die menschliche Spezies gehört zu den Landwirbeltieren, spezieller den Säugetieren, noch genauer den Primaten. In der Studie kam eine neue Verfahrensweise für die Entwicklung und Auswertung großer Datensätze zum Einsatz, die in Zukunft für neue Erkenntnisse zu den evolutionsgeschichtlichen Beziehungen anderer Organismengruppen genutzt werden kann. Die Studie ist ein großes Gemeinschaftsprojekt mehrerer Labore, an dem die Konstanzer Evolutionsbiologen Dr. Iker Irisarri und Prof. Dr. Axel Meyer maßgeblich beteiligt sind. Die Forschungsergebnisse werden am Montag, 24. Juli 2017, in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution erscheinen.
Fische, Amphibien, Säugetiere, Schlangen, Schildkröten, Eidechsen, Krokodile und Vögel bilden Tiergruppen, zu denen jeweils tausende verschiedene Arten gehören und die äußerlich sehr verschieden sind. Diese Tiergruppen unterscheiden sich untereinander stark in Hinblick auf Artenreichtum, Lebenszyklus, Verhalten und viele andere Aspekte ihrer Biologie. Alle verbindet, dass sie eine Wirbelsäule und einen Kiefer haben. Seit ihrem Ursprung vor rund 470 Millionen Jahren haben sich die Kiefermäuler in außergewöhnlichem Umfang diversifiziert: Mehr als 68.000 beschriebene Arten, ohne die bereits ausgestorbenen Arten, gehören dazu. Sie haben dabei Anpassungen und Innovationen erfunden, die es ihren Vorfahren im Devon ermöglicht haben, das Wasser zu verlassen, das Festland sämtlicher Kontinente zu erobern und sogar das Fliegen mehr als einmal zu erfinden.
Die Evolution der Kiefermäuler ist auch Teil der menschlichen Geschichte, spezieller der Säugetiere, weswegen es auch ein Ziel dieser biologischen Forschung ist, zu verstehen, wie genau die Verwandtschaftsverhältnisse sind und wann der Ursprung der einzelnen evolutionären Linien war. Dies wurde ebenfalls in der vorliegenden Studie simuliert. Trotz jahrzehntelanger Forschung blieb es bisher schwierig, genau nachzuvollziehen, in welchen evolutionsgeschichtlichen Beziehungen einige dieser Tiergruppen zueinander stehen. Einen belastbaren Stammbaum zu berechnen, der diese evolutionären Beziehungen adäquat darzustellen vermag, ist Grundvoraussetzung für ein tieferes Verständnis der Evolution von Kiefermäulern. Die Geschichte der Kiefermäuler birgt erstaunliche Beispiele für sich wiederholende Evolution, so zum Beispiel bei der Ausbildung von Flugvermögen (bei Vögeln und Fledermäusen) und Echolotung (Fledermäuse und Wale). Derartige Erkenntnisse sind allerdings nur möglich, wenn die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Organismen richtig rekonstruiert werden.
Auf der Grundlage des bislang größten und informationsreichsten Datensatzes, der je analysiert wurde, konstruiert die Studie einen neuen stammesgeschichtlichen Baum für Kiefermäuler. Es kommen insgesamt 7.189 Gene von 100 Arten zum Einsatz, mit je fast einer Million Aminosäuren, die für die Rekonstruktion ihrer evolutionären Geschichte genutzt wurden. Rückschlüsse auf evolutionsgeschichtliche Beziehungen zu ziehen, könnte man auch als „molekulare Archäologie“ bezeichnen, da bei diesem Verfahren die Spuren, die die Evolution in der DNA des Genoms hinterlassen hat, ausgewertet werden, um Ereignisse zu rekonstruieren, die Millionen von Jahren zurückliegen.
Der neue Stammbaum der Kiefermäuler löst damit das Rätsel mehrerer bedeutender Beziehungen, die in den vergangenen Jahren kontrovers diskutiert wurden – darunter die Identifizierung von Lungenfischen als nächste lebende Verwandte von Landwirbeltieren, die nahe Verbindung von Schildkröten zu Krokodilen und Vögeln oder die Beziehungen zwischen verschiedenen Amphibiengruppen (Eidechsen, Frösche, Wühlen). Der stammesgeschichtliche Baum wurde mithilfe von Fossilien zeitlich kalibriert, was es ermöglicht, Diversifizierungsschübe mit größeren geologischen Ereignissen abzugleichen. Es wurde beispielsweise bislang angenommen, dass sich die zwei Hauptgruppen der Vögel und Säugetiere als Folge des Dinosauriersterbens vor 67 Millionen Jahren diversifizierten. Die Analyse hat allerdings ergeben, dass diese Hypothese nicht zutreffen kann, da beide Gruppen tatsächlich wesentlich älter sind.
Die Innovation dieser Studie liegt auch in den darin zum Einsatz kommenden neuen Verfahrensweisen für die Auswertung neuer, großer genomischer Gendatensätze. Diese analytische „Pipeline“ löst Probleme, die mit den neuen Genomdaten einhergehen, und wird zukünftig auch dazu benutzt werden, die evolutionären Beziehungen anderer Organismengruppen zu bestimmen.
Originalveröffentlichung:
Iker Irisarri, Denis Baurain, Henner Brinkmann, Frédéric Delsuc, Jean-Yves Sire, Alexander Kupfer, Jörn Petersen, Michael Jarek, Axel Meyer, Miguel Vences and Hervé Philippe: Phylotranscriptomic consolidation of the jawed vertebrate timetree, Nature Ecology & Evolution,
Erscheinungsdatum: 24. Juli 2017
http://dx.doi.org/10.1038/s41559-017-0240-5

24.07.2017, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Der älteste „Bad Boy“ der Welt
Wissenschaftler der Universität Jena haben 300 Millionen Jahre alten, „modernen“ Käfer aus Australien rekonstruiert
Er ist Australier, etwa einen halben Zentimeter groß, recht unscheinbar, 300 Millionen Jahre alt – und versetzt Zoologen und Paläontologen derzeit gleichermaßen in Erstaunen. Ein Käferfund aus dem ausgehenden Erdaltertum (oberes Perm), dem Zeitalter, in dem noch nicht einmal die Dinosaurier auf der Bildfläche erschienen waren, wirft gerade ein völlig neues Licht auf die früheste Entfaltung in dieser Insektengruppe.
Die Rekonstruktion und Merkmalsinterpretation von „Ponomarenkia belmonthensis“ ist Prof. Dr. Rolf Beutel und Dr. Evgeny V. Yan von der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) gelungen. Sie haben gemeinsam mit dem renommierten Käferforscher Dr. John Lawrence und dem australischen Geologen Dr. Robert Beattie die Entdeckung in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Journal of Systematic Palaeontology“ publiziert (http://dx.doi.org/10.1080/14772019.2017.1343259). Beattie war es, der die einzigen zwei bekannten fossilen Stücke des Käfers in einem ehemaligen Sumpfgebiet in Belmont, Australien, entdeckt hatte.
„Die Käfer, die heute mit knapp 400.000 beschriebenen Arten fast ein Drittel aller bekannten Organismen ausmachen, haben im Perm noch ein Schattendasein geführt“, erklärt der Jenaer Zoologe Beutel. „Die bisher bekannten Fossilien waren ‚altertümlichen‘ Käfern zuzuordnen, die sich unter der Rinde von Nadelbäumen aufgehalten haben. Sie weisen eine ganze Reihe ‚ursprünglicher‘ Merkmale auf, etwa noch nicht vollständig verhärtete Deckflügel oder eine dicht mit kleinen Höckern besetzte Körperoberfläche.“
Früheste Form des „modernen“ Käfers
Die nun entdeckte Art der neu eingeführten Familie Ponomarenkiidae hingegen kann trotz ihres bemerkenswerten Alters als „moderner“ Käfer bezeichnet werden. Neuartige Merkmale sind die perlschnurartigen Antennen, Antennengruben und der ungewöhnlich schmale, spitz zulaufende Hinterleib. Im Gegensatz zu bislang bekannten Käfern des Perm sind darüber hinaus die Deckflügel durchgehend verhärtet, die Körperoberfläche ist weitgehend glatt und die für die Fortbewegung zuständigen Brustsegmente weisen moderne Merkmale auf, erklärt Insektenpaläontologe Yan. Zudem habe der kleine Käfer anscheinend den vormals bevorzugten Aufenthalt unter Rinde aufgegeben und auf Pflanzen eine deutlich exponiertere Lebensweise geführt als seine Zeitgenossen. Wesentlich ist, dass sich die Gattung aufgrund ihrer Kombination ursprünglicher und moderner Merkmale in keine der vier noch lebenden Käfergroßgruppen einordnen lässt, weshalb Yan und Beutel ihr den Beinamen „Bad Boy“ gegeben haben.
„Ponomarenkia belmonthensis zeigt vor allem, dass die ersten wesentlichen Aufspaltungsereignisse in der Evolution der Käfer schon vor dem Permisch-Triassischen Massenaussterben stattgefunden haben“, berichtet Rolf Beutel. Die Käfer als Ganzes haben dieses dramatische Geschehen inklusive Versauerung der Meere und massiver Vulkaneruptionen wesentlich besser überstanden als die meisten anderen Organismengruppen – vermutlich durch das Leben an Land und das verstärkte Außenskelett. Der „Bad Boy“ jedoch hatte kein Glück: Es gibt im Erdmittelalter keinerlei Spuren mehr von seiner Existenz.
Namen zu Ehren eines bedeutenden Paläontologen
Gattung und Familie haben die Wissenschaftler von der Universität Jena dem Moskauer Paläontologen Prof. Dr. Alexander G. Ponomarenko gewidmet. Er prägt die Paläontologie der Käfer seit Jahrzehnten und ist der Doktorvater von Evgeny V. Yan. Dieser wurde von der Russischen Akademie der Wissenschaften promoviert, war fünf Jahre Postdoktorand an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Nanjing und forscht seit Juni 2016 als von der Alexander von Humboldt-Stiftung geförderter Gastwissenschaftler am Phyletischen Museum der Friedrich-Schiller-Universität. Yans aufwendigen Rekonstruktionen am Computer sind die genauen Einblicke in den „Ponomarenkia belmonthensis“ zu verdanken.
In einer ersten Phase wurden die zwei Käfer als Abdrücke auf Steinen etwa 40 Mal fotografiert. „Diese Fotoreihe hat eine akkurate 2D-Rekonstruktion ermöglicht, die die Deformationen am Originalfossil ausgleichen konnte. Damit konnten wir uns dem tatsächlichen Käfer schon nähern“, erläutert der Paläontologe. Basierend auf präzisen Zeichnungen und mit einem speziellen Computerprogramm, das auch für Animationen und Computerspiele eingesetzt wird, entstand ein aussagekräftiges 3D-Modell. „Die 3D-Rekonstruktion erlaubt auch Rückschlüsse auf die Fortbewegung und Lebensweise der Käfer“, so Dr. Yan. Diese Art der Visualisierung und die analytischen Verfahren, in die er auch hypothetische Vorfahren der Käfer einbezieht, hat er seit seiner Ankunft in Jena entwickelt. „Bereits bei drei neu entdeckten, außergewöhnlich alten Käferarten konnten wir das Verfahren anwenden“, freut sich Prof. Beutel. „Damit sind wir der Entschlüsselung der frühesten Evolution einer extrem erfolgreichen Tiergruppe wesentlich näher gekommen.“
Original-Publikation:
Evgeny Viktorovich Yan, John Francis Lawrence, Robert Beattie & Rolf Georg Beutel: „At the dawn of the great rise: †Ponomarenkia belmonthensis (Insecta: Coleoptera), a remarkable new Late Permian beetle from the Southern Hemisphere“, Journal of Systematic Palaeontology (2017), http://dx.doi.org/10.1080/14772019.2017.1343259

26.07.2017, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
Forschung am Baikalsee – wie wirken sich Klimawandel und Umweltgifte auf die Fauna aus?
Aufgrund seines Artenreichtums und seiner einzigartigen Tierwelt gehört der Baikalsee zum UNESCO Weltnaturerbe. UFZ-Wissenschaftler erforschen im Rahmen der Helmholtz-Russland Forschungsgruppe LaBeglo, welchen Einfluss Klimawandel und Umweltgifte auf die Fauna des Baikalsees haben können. In ihrer aktuellen Studie gingen sie gemeinsam mit Forschern des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung (AWI) und der Universität Irkutsk der Frage nach, wie Baikal-Flohkrebse, die in dem See wichtige ökologische Funktionen erfüllen, auf Schadstoffe im Wasser reagieren.
Der Baikalsee ist vor 25 bis 30 Millionen Jahren entstanden. Er speichert etwa 20 Prozent des gesamten ungefrorenen Süßwassers der Erde. Mit rund 23.000 Kubikkilometern ist sein Wasservolumen sogar größer als das der Ostsee. Der Baikal ist nicht nur der älteste und größte, sondern mit über 1.500 Metern Tiefe auch der tiefste See der Erde – und womöglich auch einer der kältesten: Denn seine durchschnittliche Wassertemperatur liegt im Uferbereich bei nur etwa sechs Grad. „Das Wasser ist kristallklar, hat nur einen geringen Salz- und Nährstoffgehalt und ist extrem sauerstoffreich – sogar bis auf den Grund des Sees“, sagt Dr. Till Luckenbach, Ökotoxikologe am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Diese besonderen Bedingungen des Baikalsees haben im Laufe der Evolution eine ganz besondere Fauna hervorgebracht. So sind etwa 80 Prozent der rund 2.600 im Baikalsee lebenden Tierarten endemisch, das heißt: Sie kommen ausschließlich im Baikalsee vor und haben sich somit sehr gut an die extremen Bedingungen angepasst.
Ob die Fauna des Baikalsees auch in Zukunft so artenreich und besonders bleiben wird, ist nicht sicher. Denn der See liegt in einer Region, in der die globale Erwärmung besonders stark voranschreitet. In den vergangenen 50 Jahren ist die durchschnittliche Temperatur der Wasseroberfläche des Baikals um fast 1,5 Grad Celsius gestiegen. „Und sie steigt weiter“, warnt Luckenbach. „Auch die Zeit, in der der See im Winter mit Eis bedeckt ist, ist deutlich kürzer geworden. Eine Belastung mit Chemikalien ist ebenfalls nachweisbar. Vor dem Hintergrund, dass die Umweltbedingungen im Baikalsee über sehr lange Zeiträume stabil waren, sind diese Veränderungen bedenklich.“
Im Rahmen der Helmholtz-Russland Forschungsgruppe LaBeglo erforschen Projektleiter Luckenbach und sein Team vom UFZ gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Irkutsk, des AWI in Bremerhaven und der Universität Leipzig bereits seit sechs Jahren, welche Folgen sich ändernde Umweltbedingungen wie steigende Wassertemperaturen und Chemikalienbelastung für die einzigartige Lebenswelt des Baikalsees haben. Zwei im Uferbereich heimische Flohkrebsarten der Gattung Eulimnogammarus dienen dabei als Modellorganismen. Flohkrebse haben in Gewässern eine wichtige ökologische Funktion: Sie vertilgen organisches Material, sorgen so für die Reinhaltung des Wassers und dienen Fischen als Nahrung. Aufgrund dieser zentralen Rolle im Nahrungsnetz sind sie für die Ökotoxikologen wichtige Modellorganismen.
Untersuchungen zur Temperaturempfindlichkeit von Baikal-Flohkrebsen, die an der Universität Irkutsk durchgeführt wurden, zeigten, dass die eine Art (E. cyaneus) in der Lage ist, Wassertemperaturen bis zu etwa 20 Grad Celsius auszuhalten, wie sie im Sommer nahe des Ufers durchaus vorkommen können. Die Forscher konnten nachweisen, dass E. cyaneus einen konstant hohen Pegel sogenannter Hitzeschock-Proteine ausbildet, die für den Organismus wichtige Eiweiß-Moleküle schützen, die bei hohen Temperaturen sonst Schaden nehmen würden. Die andere Flohkrebsart E. verrucosus bildet weit weniger Hitzeschock-Proteine aus und wandert in tiefere, kühlere Regionen des Sees ab, um hohen Wassertemperaturen zu entgehen. „Steigen mit dem Klimawandel die Wassertemperaturen, kann dies mit weitreichenden Folgen für die jeweilige Art, aber auch für das Gleichgewicht des über lange Zeit eingespielten Ökosystems verbunden sein“, so Luckenbach. „Für E. cyaneus kann im Sommer bereits jetzt das Temperaturmaximum erreicht werden, das die Art über längere Zeit aushalten kann – ein weiterer Temperaturanstieg wäre äußerst kritisch. Und wenn E. verrucosus mehr als bislang in tieferes Wasser abwandern muss, tritt die Art mit den dort lebenden Flohkrebsarten verstärkt in Konkurrenz um Nahrungsquellen.“
In ihrer aktuellen im Fachmagazin Environmental Science and Technology veröffentlichten Studie untersuchten die UFZ-Forscher in Kooperation mit dem AWI und der Universität Irkutsk, wie die beiden Flohkrebsarten auf chemische Belastung des Wassers reagieren. Dabei wurden sie dem toxischen Schwermetall Cadmium ausgesetzt, das als Modell-Giftstoff diente. Denn bislang ist das Wasser des Baikals zwar noch weitgehend unbelastet, doch Cadmium ist ein Umweltschadstoff, der vergleichsweise häufig vorkommt und aufgrund seiner Toxizität für Ökosysteme äußerst problematisch ist. Eine zunehmende Belastung des Baikals mit Schwermetallen ist durchaus abzusehen. Der wasserreichste Baikal-Zufluss, die Selenga, ist zunehmend mit Minenabwässern aus der Mongolei belastet, und über die Luft gelangen Schadstoffe aus der Industrie-Region um Irkutsk in den See.
Im Labor zeigten die Flohkrebse folgende Reaktion: „Die kleinere Art E. cyaneus nahm den Schadstoff schneller auf und starb schon bei geringeren Schadstoffkonzentrationen im Wasser“, erklärt Dr. Lena Jakob, Ökophysiologin am AWI, die die Untersuchungen am Baikalsee durchführte. „Darüber hinaus konnten wir feststellen, dass E. verrucosus bereits bei niedrigen Cadmium-Konzentrationen seinen Stoffwechsel herunterfährt. Das ist ein Alarmzeichen, denn die Tiere fressen dann womöglich nicht, pflanzen sich nicht fort und könnten durch eingeschränkte Aktivität eher Opfer von Fraßfeinden werden. Eine auch nur geringe, aber konstante chemische Belastung des Lebensraums Baikalsee könnte also massive Auswirkungen auf einzelne Arten und das gesamte Ökosystem haben.“
In einer weiteren Studie haben die UFZ-Forscher gemeinsam mit Bioinformatikern der Universität Leipzig erste Einblicke in das Genom von E. verrucosus erhalten. Es ist überraschend groß, etwa dreimal so groß wie das menschliche Genom. Die Daten zum Genom sollen als Grundlage zur weiteren Erforschung der physiologischen Anpassungsstrategien an unterschiedliche Umweltbedingungen dienen. Luckenbach: „Wir möchten noch ein wenig mehr Licht ins Dunkel bringen, die physiologische Ebene noch besser verstehen und herausfinden, ob es noch weitere Mechanismen gibt, mit denen die Tiere in der Lage sind, den Auswirkungen des Klimawandels und dem Eintrag von Schadstoffen standzuhalten, denn letztlich geht es uns darum Vorhersagen treffen zu können, wie sich das Ökosystem zukünftig möglicherweise verändern wird“.
Publikationen:
Jakob L, Bedulina DS, Axenov-Gribanov DV, Ginzburg M, Shatilina ZM, Lubyaga YA, Madyarova EV, Gurkov AN, Timofeyev MA, Portner HO, Sartoris FJ, Altenburger R, Luckenbach T. Uptake kinetics and subcellular compartmentalization explain lethal but not sublethal effects of cadmium in two closely related amphipod species. Environ Sci Technol. 2017 May 11 http://dx.doi.org/10.1021/acs.est.6b06613
Jakob, L., D. V. Axenov-Gribanov,A. N. Gurkov,M. Ginzburg,D. S. Bedulina,M. A. Timofeyev,T. Luckenbach,M. Lucassen ,F. J. Sartoris, and H.-O. Pörtner. 2016. Lake Baikal amphipods under climate change: thermal constraints and ecological consequences. Ecosphere 7(3):e01308 http://dx.doi.org/10.1002/ecs2.1308

26.07.2017, Universität Bielefeld
Blattkäfer: Schon winzige Pestizid-Dosis beeinträchtigt Fortpflanzung
Biologen der Universität Bielefeld weisen Folgen von Chemikalien nach
Die Zahl der Insekten in Deutschland geht stark zurück – allein in Nordrhein-Westfalen innerhalb eines Vierteljahrhunderts um drei Viertel. Welche Rolle Pestizide dabei spielen und wie schon geringe Spuren Käfer langfristig schädigen, zeigen Biologinnen und Biologen der Universität Bielefeld in einer neuen Studie. Ein Ergebnis: Blattkäfer legen etwa 35 Prozent weniger Eier, wenn sie mit einem häufig eingesetzten Pestizid – einem Pyrethroid – in Berührung kommen. Auch zeigten die Forschenden, dass weibliche Nachkommen durch das Gift Missbildungen entwickeln.
Die Biologen präsentieren ihre Studie in dem Fachmagazin „Environmental Pollution“.
Laut Bundesumweltministerium ist der Insekten-Bestand in Teilen Deutschlands seit 1982 um bis zu 80 Prozent gesunken. Für Nordrhein-Westfalen hat das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (Lanuv) einen Rückgang von 75 Prozent für die Jahre zwischen 1989 und 2013 angegeben.
„Der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ist in den vergangenen Jahren stetig angestiegen“, sagt Professorin Dr. Caroline Müller, die den Lehrstuhl Chemische Ökologie leitet. Ein Problem: „Bislang war weitgehend unklar, wie sich die Pestizide auf Insekten außerhalb der bewirtschafteten Äcker auswirken. Welche Folgen haben die Mittel für die Tiere, die zufällig Spuren der Pestizide ausgesetzt sind?“, fragt die Ökologin. Wenn die Chemikalien versprüht werden, gelangen sie auch auf benachbarte Flächen und benetzen angrenzende Sträucher und Bäume. „Mitunter trägt der Wind sie auch auf ökologisch bewirtschaftete Äcker, die eigentlich ohne Giftstoffe auskommen sollen“, sagt Caroline Müller.
Die neue Studie zeigt, dass Pestizide die Kommunikation zwischen Insekten stören können. Meerrettichblattkäfer (Phaedon cochleariae Fabricius) verlassen sich bei der Wahl ihrer Fortpflanzungspartner auf chemische Reize. So erkennen sie mögliche Paarungspartner. Auf dem Panzer der Käfer befinden sich Kohlenwasserstoffgemische – eine Art Duftnote, die auch als Erkennungszeichen dient.
„Wir konnten erstmals zeigen, dass sich diese chemische Signatur auf der Körperoberfläche durch den Kontakt mit dem Pestizid verändert“, sagt Dr. Thorben Müller, Hauptautor der Studie. „Die Folge ist, dass Käfer für die Fortpflanzung geeignete Paarungspartner möglicherweise nicht erkennen. Allein dadurch kann schon die Zahl der Nachkommen sinken.“
Hinzu kommt, dass ein Pestizid-Kontakt der Eltern negative Auswirkungen auf die folgende Käfergeneration hat – auch wenn diese selbst nicht direkt mit dem Mittel in Berührung kommt. „Nachkommen von Käfern, die pestizidbelastete Blätter gefressen haben, entwickeln sich langsamer als Nachwuchs von Tieren, die unbehandelte Blätter als Futter hatten“, sagt Thorben Müller. Doch nicht nur die Entwicklung der Nachkommen verzögert sich: „Weibliche Blattkäfer, deren Eltern mit der Chemikalie in Kontakt kamen, bilden unterschiedlich lange Antennen aus. Diese Missbildung kann die Wahl des Partners und des Eiablageplatzes beeinträchtigen.“
Die Ergebnisse der Forschung lassen sich auch auf andere Insekten beziehen. „Bienen und Wespen kommunizieren ähnlich wie die Käfer über chemische Botenstoffe“, sagt Professorin Dr. Caroline Müller. „Kommen sie zufällig mit einem Pestizid in Kontakt, könnte das ihre Partnerwahl ebenfalls beeinflussen und zu einem Rückgang der Nachkommen führen.“ Als Konsequenz aus dem aktuellen Befund legt sie nahe: „Pflanzenschutzmittel sollten erst dann zugelassen werden, wenn feststeht, dass sie der Entwicklung und Fortpflanzung von Nicht-Zielorganismen langfristig nicht schaden.“
Originalveröffentlichung:
Thorben Müller, Alexander Prosche, Caroline Müller: Sublethal insecticide exposure affects reproduction, chemical phenotype as well as offspring development and antennae symmetry of a leaf beetle. Environmental Pollution. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.07.018, erschienen am 16. Juli 2017.

26.07.2017, Ruhr-Universität Bochum
Evolution: Menschen erkennen Emotionen in Stimmen aller landlebenden Wirbeltiere
Amphibien, Reptilien, Säugetiere – sie alle kommunizieren über akustische Signale. Und Menschen sind in der Lage, den emotionalen Inhalt dieser Signale einzuschätzen. Das belegt eine neue Studie, die Forscher der Vrije Universität Brüssel und der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Alberta, Kanada, und Wien in der Zeitschrift „Proceedings of the Royal Society B” veröffentlicht haben. Sie interpretieren dieses Ergebnis als Hinweis, dass es im Tierreich einen Universalcode für den stimmlichen Ausdruck von Emotionen und deren Entschlüsselung geben könnte.
Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass Menschen Emotionen in den Stimmen vieler verschiedener Säugetiere erkennen können. Die neue Studie erweitert diese Ergebnisse auf Amphibien und Reptilien.
Das Team um die Forscherin Dr. Piera Filippi, inzwischen an der Universität Aix-Marseille und am Max-Planck-Institut für Psycholinguistik in Nimwegen, kooperierte für die Studie unter anderem mit dem Bochumer Philosophen Prof. Dr. Albert Newen sowie den Bochumer Biopsychologen Prof. Dr. Dr. h. c. Onur Güntürkün und Privatdozent Dr. Sebastian Ocklenburg.
Tierstimmen aus unterschiedlichen Wirbeltierklassen
An der Studie nahmen 75 Probandinnen und Probanden teil, deren Muttersprache Englisch, Deutsch oder Mandarin war. Sie hörten Audioaufzeichnungen von neun verschiedenen Wirbeltierspezies aus den Klassen der Säugetiere, Amphibien und Reptilien, wobei letztere Vögel und andere Reptilien umfassten.
Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer waren in der Lage, zwischen hoher und niedriger Erregung in den akustischen Signalen aller Tierklassen zu unterscheiden. Sie verließen sich dabei auf zwei Parameter: den Grundton sowie die Schwerpunktwellenlänge, ein Maß dafür, wo sich der Mittelpunkt des Frequenzspektrums in dem Signal befindet.
Gemeinsamer evolutionärer Ursprung
„Die Ergebnisse legen nahe, dass es fundamentale Mechanismen für den akustischen Ausdruck von Emotionen gibt – und zwar über alle Wirbeltierklassen hinweg“, schlussfolgern die Autoren. Es könne sich um ein Signalsystem mit einem gemeinsamen evolutionären Ursprung handeln. Schon vor über einem Jahrhundert hatte Charles Darwin vorgeschlagen, dass akustische Emotionsäußerungen auf unsere frühesten Vorfahren an Land zurückgehen.
Originalveröffentlichung
Piera Filippi et al.: Humans recognize emotional arousal in vocalizations across all classes of terrestrial vertebrates: Evidence for acoustic universals, in: Proceedings of the Royal Society B, 2017, DOI: 10.1098/rspb.2017.0990

26.07.2017, Universität Zürich
Grossmäuliger Fisch war nach Massenaussterben Spitzenräuber

Die Nahrungsketten erholten sich nach dem verheerenden Massenaussterben vor rund 252 Millionen Jahren rascher als bisher angenommen. Das zeigt der fossile Schädel eines grossen Raubfisches namens Birgeria americana, den Paläontologen der Universität Zürich in der Wüste Nevadas entdeckt haben.
Das katastrophalste Massenaussterben auf der Erde erfolgte vor rund 252 Millionen Jahren – erdgeschichtlich an der Wende vom Perm zur Trias. Bis zu 90 Prozent der im Meer lebenden Arten wurden damals ausgelöscht. Die weltweite Artenvielfalt erholte sich daraufhin in mehreren Phasen während rund fünf Millionen Jahren. Paläontologen gingen bisher davon aus, dass die ersten Raubtiere, die an der Spitze der Nahrungskette stehen, erst in der mittleren Trias vor 247–235 Millionen Jahren aufgetaucht sind.
Überraschender Fund eines großen Raubfisches
Nun haben schweizerische und US-amerikanische Forschende unter der Leitung des Paläontologischen Instituts und Museums der UZH die fossilen Überreste eines der frühesten grossen Raubfische der Trias entdeckt: ein ca. 1,8 Meter grosser Knochenfisch mit langen Kiefern und spitzen Zähnen. Dieser gehört zu einer neuen, bisher unbekannten Art namens Birgeria americana. Der Räuber bewohnte bereits eine Million Jahre nach dem weltweiten Artensterben das Meer, das damals das heutige Nevada und benachbarte US-Bundesstaaten bedeckte.
Schrecken des Urzeit-Meeres
Aus den USA waren bisher praktisch keine Fossilien von Wirbeltieren aus der Zeit der frühen Trias (vor 252–247 Millionen Jahren) bekannt. «Der überraschende Fund aus dem Elko County im Nordosten Nevadas gehört zu den am komplettesten erhaltenen Wirbeltier-Überresten aus dieser Zeit, die je in den USA entdeckt wurden», betont Carlo Romano, Erstautor der Studie. Es handelt sich dabei um einen 26 cm langen Schädelrest eines Raubfisches. Das belegen drei parallele Reihen von scharfen, bis zu 2 cm langen Zähnen entlang der Kiefer, sowie zahlreiche kleinere Zähne im Innern des Mauls.
Birgeria jagte ähnlich wie der heutige Weisse Hai: Die Beutefische wurden verfolgt und mit den Zähnen gefasst, bevor sie als Ganzes verschlungen wurden. Birgeria-Arten existierten weltweit. Beim nun entdeckten Fund handelt es sich um das früheste Exemplar einer grosswüchsigen Birgeria-Art, rund eineinhalb mal länger als geologisch ältere Verwandte.
Räuber an der Nahrungskettenspitze existierten früher
Gemäss früheren Studien bauten sich die durch das Massensterben verkürzten Nahrungsketten der Meeresbewohner nur schrittweise und langsam wieder auf. Zudem nahm man an, dass die Gebiete um den damaligen Äquator im Nachgang des Artensterbens zu heiss waren, als dass sich dort Wirbeltiere entwickeln konnten. Funde wie die neu entdeckte Birgeria-Art und Fossilien weiterer Wirbeltiere zeigen nun, dass sogenannte Top-Prädatoren, die zuoberst in der Nahrungskette stehen, bereits in der frühen Trias lebten. Das Vorkommen von Knochenfischen nahe am Äquator ‒ dort lag Nevada während der frühen Trias ‒ deutet darauf hin, dass die Meerestemperatur maximal 36°C betrug. Die Eier heute lebender Knochenfische können sich bei Temperaturen von über 36°C nicht mehr normal entwickeln.
«Die Wirbeltierfunde aus Nevada weisen darauf hin, dass bisherige Interpretationen, wie sich vergangene globale Veränderungen und Biodiversitätskrisen entwickelt haben, zu einfach waren», schätzt Carlo Romano. Trotz des Ausmasses des damaligen Artensterbens und der intensiven Klimaveränderungen konnten sich die Nahrungsnetze rascher wieder aufbauen als bisher angenommen.
Literatur:
Carlo Romano, James F. Jenks, Romain Jattiot, Torsten M. Scheyer, Kevin G. Bylund, and Hugo Bucher. Marine Early Triassic Actinopterygii from Elko County (Nevada, USA): implications for the Smithian equatorial vertebrate eclipse. Journal of Paleontology. 19. July 2017. DOI: 10.1017/jpa.2017.36

27.07.2017, Universität Basel
Bauern der Jungsteinzeit betrieben spezialisierte Rinderhaltung
Schweizer Bauern haben bereits vor 5400 Jahren unterschiedliche Arten der Tierhaltung betrieben. Dies zeigt eine Studie von Forschenden der Universität Basel sowie aus Deutschland und Grossbritannien. Im Fokus der Untersuchung stand die Siedlung «Arbon Bleiche 3» am südlichen Bodenseeufer. Die Fachzeitschrift «Plos One» hat die Ergebnisse veröffentlicht.
Das Dorf «Arbon Bleiche 3» am südlichen Ufer des Bodensees gilt als einer der bedeutendsten jungsteinzeitlichen Fundorte der Schweiz. Aufgrund seiner Lage sind hier organische Materialien wie beispielsweise die Bauhölzer der Häuser erhalten geblieben. Durch die dendrochronologische Methode konnte man diese Hölzer aufs Jahr genau datieren. So fand man heraus, dass das Dorf zu Beginn des 34. Jahrhunderts v.Chr. in einem Zeitraum von nur 15 Jahren besiedelt war.
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Prof. Jörg Schibler von der Universität Basel rekonstruiert mit Hilfe von Isotopenanalysen Wirtschaftsweise der Bevölkerung am Bodensee von vor 5400 Jahren. Wie die archäologische Gemeinschaft sozial organisiert war, versuchen die Forscher anhand der Haustierhaltung und Landnutzung zu verstehen, denn diese liefert wertvolle Hinweise zu Ernährung, Mobilität und sozialen Strukturen der jungsteinzeitlichen Dorfgemeinschaft.
Zähne erzählen aus der Vergangenheit
Die Forschenden führten Strontium- und Kohlenstoffisotopenanalysen an den Zähnen und Knochen von 25 Rindern durch. Von den Resultaten konnten sie ableiten, dass die Wirtschaftsweise vor fast 5400 Jahren bereits sehr differenziert war. Die Bauern aus der Jungsteinzeit wandten gleich drei Strategien zur Haltung von Rindern parallel an. So wurde ein Teil der Herde ganzjährig in der unmittelbaren Umgebung der Siedlung gehalten, während andere Tiere das ganze Jahr hindurch in einiger Entfernung weideten. Ein dritter Teil der Kühe wurde meistens in Siedlungsnähe gehalten, dann aber für einige Monate auf entfernter gelegene Weiden gebracht.
Untersuchungen an Zahnschmelz und an Vegetationsproben legen die Vermutung nahe, dass einige Rinder in der wärmeren Jahreszeit in höher gelegene Regionen gebracht wurden. Dies ist als Hinweis auf eine beginnende alpine Weidewirtschaft zu werten.
Soziale Unterschiede in der Dorfgemeinschaft
Die Studie weist nach, dass einzelne Teile der Rinderherde unterschiedlichen Mobilitätsmustern folgten. Unter den 27 Häusern der Siedlung und ihren Bauern gab es offenbar verschiedene soziale Gruppen, welche auf unterschiedliche Rinderhaltung spezialisiert waren.
«Es ist möglich, dass es bereits in der Jungsteinzeit unterschiedliche Zugangsrechte zu Weideflächen gab», so Claudia Gerling und Jörg Schibler. «Um dem zunehmenden Druck auf die lokale Landschaft auszuweichen, brachten die Menschen ihre Tiere in entfernter gelegene Weideregionen».
Originalartikel
Claudia Gerling, Thomas Doppler, Volker Heyd, Corina Knipper, Thomas Kuhn, Moritz F. Lehmann, Alistair W.G. Pike, Jörg Schibler
High-resolution isotopic evidence of specialised cattle herding in the European Neolithic
Plos One (2017), doi: 10.1371/journal.pone.0180164

27.07.2017, Naturhistorisches Museum Bern
Ein wärmeliebender Falter erobert die Nordsee – explosionsartige Verbreitung «dank» Klimawandel
Klimawandel live: Als der Karstweissling vor zehn Jahren nördlich der Alpen gefunden wurde, galt dies bereits als kleine Sensation. In nur einem Jahrzehnt hat sich der wärmeliebende Tagfalter bis zur Nordsee verbreitet. Ein spektakuläres Beispiel eines bekannten Phänomens: Der Klimawandel verändert unsere Fauna und Flora. Dass die Schmetterlinge ihr Territorium aber derart explosionsartig erweitert haben, sei einzigartig, sagt der Schmetterlingskenner Hans-Peter Wymann vom Naturhistorischen Museum Bern.
Die Schweiz beherbergt zurzeit etwa 10 wärmeliebende Tagfalterarten, die ihr Verbreitungsareal in den letzten Jahren teilweise markant nach Norden erweitert haben, das zeigen Funddaten von Hans-Peter Wymann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Naturhistorischen Museum Bern, und seinen Kollegen.
Der spektakulärste Fall unter ihnen ist der Karstweissling Pieris mannii. Der ursprünglich in Südeuropa heimische Tagfalter war in der Schweiz nur aus dem Wallis und dem südlichen Tessin bekannt. Zudem lagen über hundert Jahre alte Funde aus der Region Genf vor. Nie aber wurde dieser Weissling weiter nördlich gesichtet – bis 2008.
Im Juli 2008 fanden Hans-Peter Wymann und die beiden Schmetterlingsspezialisten Heiner Ziegler und Bernhard Jost in Wimmis (Berner Oberland) erste Exemplare des eher unscheinbaren Falters. Dieser Fund stellte die Experten vor ein Rätsel, sie gingen von einer isolierten Population aus. Doch das Trio fand die Art, die auf der Roten Liste als «potenziell gefährdet» aufgeführt wird, an weiteren Stellen im Mittelland – bis in die Region von Olten (Schweiz). In Dörfern, Einfamilienhaus-Quartieren und Vorstädten. Inzwischen hat Pieris mannii fast ganz Mitteleuropa «erobert» und ist bis zur Nordsee vorgedrungen – das zeigen Funde aus den Niederlanden.
«Historisch einmalig»
Hans-Peter Wymann und die Schmetterlings-Community stellen seit Jahren fest, wie sich die Verbreitungsgebiete verschieben. Wärmeliebende Arten breiten sich gegen Norden und in die Alpen aus, gleichzeitig wandert die Untergrenze alpiner Arten gegen oben. Dass eine Schmetterlingsart ihre Verbreitung in weniger als 10 Jahren mehr als 700 km nordwärts verschiebt, konnte in diesem Ausmass noch nie beobachtet werden, sagt Wymann, der zu den profundesten Kennern der alpinen Schmetterlingswelt gehört: «Das ist historisch einzigartig». Zu beachten sei dabei auch, dass es sich bei Pieris mannii nicht um eine Wanderart handle.
Wymann ist überzeugt, dass der Klimawandel Grund der Arealerweiterung ist. Dass sich die Verbreitungsgebiete von Tieren und Pflanzen verändern, ist ein schon lange bekanntes Phämomen. Nur ist es etwa bei Silberreihern oder Mittelmeermöwen sichtbarer. Auch bei Pieris mannii scheint die Erderwärmung als «Trigger» der Norderweiterung des Areals zu fungieren. Die Art profitiert zudem davon, dass er für die Eiablage und Raupen-Nahrungsquelle eine «Ersatzpflanze» gefunden hat: das Schleifenkraut (Iberis semprivires), eine in Quartieren und Dörfern weiss blühende Modepflanze. Die Steinmauern und Häuserwände ersetzen die Felsen der ursprünglichen Lebensräume.
Die Naturhistorischen Museen spielen in dieser rasanten Veränderung der Natur, die sich derzeit abspielt, eine wichtige Rolle: Die Sammlungen dokumentieren die Veränderungen und lassen diese auch für kommende Generationen nachvollziehbar machen. Nur dank dieser Archive des Lebens wissen wir heute, dass eine Art wie der Karstweissling in hiesigen Breitengraden noch nicht heimisch war.

27.07.2017, Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
Ostsee-Flohkrebse haarklein erklärt – IOW-Forscher schreiben traditionsreiche Enzyklopädie fort
Anja und Michael Zettler vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) sind die Autoren des kürzlich erschienenen 83. Bandes der renommierten Buchreihe „Die Tierwelt Deutschlands“. Die beiden Experten für Meeresboden-bewohnende Tiere haben den jüngsten Band dieses bereits 1925 vom Zoologen Friedrich Dahl begründeten Grundlagenwerks den Flohkrebsen der Ostsee gewidmet. Die englischsprachige Monographie umfasst 243 bis ins kleinste Detail morphologisch charakterisierte Arten sowie Hinweise zu deren Ökologie und Lebensweise. Sie ist damit ein wertvolles Werkzeug für das Monitoring von Zeigerarten dieser Tiergruppe, die Rückschlüsse auf bestimmte Lebensraumbedingungen erlauben.
Flohkrebse (wissenschaftlich: Amphipoda) besiedeln sowohl im Meer als auch im Süßwasser Lebensräume unterschiedlichster Prägung, meist jedoch solche am Grund oder Ufer der jeweiligen Gewässer. Die Ostsee beherbergt als Brackwassermeer mit ausgeprägtem Salzgehalt-Gradienten mit höheren Konzentrationen im Westen und sehr niedrigen Konzentrationen im Nordosten sowohl Salzwasser- als auch Süßwasser-Flohkrebsarten. Oft treten sie in großen Individuenzahlen auf und sind damit wichtige Nahrungsquelle für Fische, Vögel, Säugetiere und viele weitere Tiergruppen. Außerdem sind Flohkrebse häufig Aasfresser, was sie zusätzlich zu einem wichtigen Glied in den Nahrungsnetzen ihrer jeweiligen Lebensräume macht. Flohkrebse sind daher für eine Vielzahl ökologischer und andere wissenschaftliche Fragestellungen ausgesprochen interessante Untersuchungsobjekte, die es zuverlässig zu bestimmen gilt.
Das nun von Anja und Michael Zettler vorgelegte Buch „Marine and freshwater Amphipoda from the Baltic Sea and adjacent territories“ kombiniert erstmals alle 190 marinen und 53 Süßwasserarten in einem Bestimmungshandbuch, die jemals in der Ostsee selbst sowie in ihrem Wassereinzugsgebiet – also allen Zuflüssen in den neun Ostsee-Anrainerstaaten – beobachtet wurden. Rund 4000 hochdetaillierte Einzelgrafiken illustrieren dieses umfangreiche Arteninventar und berücksichtigen dabei auch solche Arten, die bislang als gebietsfremd gelten, von denen aber anzunehmen ist, dass sie sich aufgrund umweltbedingter Artenverschiebungen dauerhaft als „Neubürger“ im Untersuchungsgebiet etablieren. Zudem enthält der 83. Band von „Die Tierwelt Deutschlands“ etliche Flohkrebsarten, die hier das erste Mal ausführlich bebildert und beschrieben werden. Das Buch ist damit – insbesondere auch durch die Verwendung von Englisch – ein wertvolles Schlüsselwerk für ein internationales Fachpublikum, in dem Experten erstmals alle für die Ostsee relevanten Flohkrebsarten nachschlagen können, anstatt immer mehrere Handbücher für diese Tiergruppe konsultieren zu müssen.
Das Buch führt damit bestens die traditionsreiche, von Friedrich Dahl (1856 – 1929) begründete Serie fort, deren Ziel heute nicht nur die umfassende Darstellung der „Tierwelt Deutschlands und der angrenzenden Meeresteile nach ihren Merkmalen und nach ihrer Lebensweise“ (Originaltitel) ist, sondern die wissenschaftlich sinnvoll einzelne Tiergruppen Ländergrenzen-überschreitend charakterisiert. Die Monographien dienen in erster Linie als hochgenaue Bestimmungsbücher. Da sie in aller Regel auch Angaben zur Lebensweise der einzelnen Arten machen, schätzen Fachleute die Bücher als besonders wertvolle Arbeitsgrundlage für die taxonomische Einordnung von im Freiland aufgefunden Exemplaren ebenso, wie für eine Einschätzung, welche ökologische Nische sie besetzen bzw. auf welche Umweltveränderungen sie reagieren. Der erste Band erschien 1925 im Gus-tav Fischer Verlag; nach dessen Auflösung 2008 wird die Reihe jetzt von den Verlagen Goecke & Evers sowie ConchBooks weitergeführt.
*Verlagsinformationen zum 83. Band von „Tierwelt Deutschlands“:
Originaltitel: Marine and freshwater Amphipoda from the Baltic Sea and adjacent territoriesVerlag: ConchBooks, Harxheim | ISBN: 978-3-939767-74-9

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