Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

21.08.2017, Universität Wien
Wenn der Fisch im Holodeck schwimmt
Virtuelle Welten erlauben neue experimentelle Designs für die Untersuchung von Hirnfunktionen
Verhaltensexperimente sind nützliche Werkzeuge um Gehirnfunktionen zu untersuchen. Standardversuche zur Erforschung des Verhaltens von beliebten Labortieren wie Fischen, Fliegen oder Mäusen imitieren aber nur unvollständig die natürlichen Bedingungen. Das Verständnis von Verhalten und Hirnfunktion ist daher begrenzt. Virtual Reality hilft bei der Erzeugung einer natürlicheren experimentellen Umgebung, erfordert aber eine Immobilisierung des Tieres. Dies stört die sensomotorische Erfahrung und verändert so neuronale Reaktionen und das Verhalten. ForscherInnen an der Universität Freiburg und den Max F. Perutz Laboratories (MFPL), ein Joint Venture der Universität Wien und Medizinischen Universität Wien, in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) und dem MPI für Ornithologie in Konstanz, haben nun ein VR-System für frei bewegliche Tiere – FreemoVR – entwickelt, um diese Einschränkungen zu überwinden. Ihre Ergebnisse werden aktuell in Nature Methods veröffentlicht.
Vom Verhalten zur Hirnfunktion
Eine Person sieht eine andere Person. Je nach Kontext können nun sehr unterschiedliche Interaktionen stattfinden. Der endgültige Ausgang nach der anfänglichen visuellen Erfahrung ist das Ergebnis komplexer Wechselwirkungen von Neuronen in verschiedenen Gehirnregionen, die immer noch weitgehend unverstanden sind. Um die neuronale Basis des zugrundeliegenden Verhaltens zu studieren, haben WissenschafterInnen eine breite Palette an Techniken entwickelt. Die meisten erfordern jedoch entweder die teilweise oder vollständige Immobilisierung des Tieres. Dies beschränkt sensorischen Input und Feedback und verändert letztlich die neuronale Antwort und das Verhalten des Tieres. Darüber hinaus ist die Nachahmung der natürlichen Bedingungen in einem Labor schwierig.
Eine dreidimensionale, reaktive, computergesteuerte Welt für Tiere in Bewegung
Mit FreemoVR haben die Gruppen von Andrew Straw an der Universität Freiburg (ehemals IMP), und Kristin Tessmar-Raible an den MFPL nun ein bahnbrechendes System zur Rekonstruktion tierischer Bewegungen entwickelt. Das Programm überwindet die meisten der bisherigen Hürden und lässt die frei beweglichen Tiere in eine reaktive, dreidimensionale Welt eintauchen, die von Computern gesteuert wird. Durch FreemoVR kann der Versuchsleiter das visuelle Erlebnis des Tieres kontrollieren und dabei die natürliche Rückmeldung der taktilen Sinne beobachten. Dazu entwickelten die WissenschafterInnen Verhaltensarenen, deren Wände oder Böden Computerdisplays waren, einschließlich beliebig formbarer Projektionsflächen. Mithilfe von Computerspiel-Technologie konnte das Tier dann die VR-Umgebung in diesen Arenen aus seiner eigenen Perspektive erforschen während es ging, flog oder schwamm.
„Wir wollten einen Holodeck für Tiere schaffen, damit sie eine reaktive, natürliche Umgebung unter Computersteuerung erleben konnten. Dies ermöglicht es uns zu erforschen, wie sie Gegenstände, ihre Umwelt und andere Tiere sehen“, erklärt Andrew Straw, einer der leitenden Entwickler von FreemoVR.
Anwendungen von FreemoVR bei Fischen, Fliegen und Mäusen
Um zu bestätigen, dass FreemoVR tatsächlich eine realistische Antwort des frei beweglichen Tieres auf einen Gegenstand hervorruft, untersuchten die ForscherInnen die Reaktion von Zebrafischen und Fliegen auf einen virtuellen, aufrechten Pfosten. Zusätzlich zeigten sie, dass Mäuse sowohl in einem echten, als auch in einem virtuellen erhöhten Labyrinth gleichermaßen Höhenangst hatten.
Mit FreemoVR fanden die Teams bisher unbemerkte Verhaltensunterschiede zwischen einem Wildtyp- und einem mutierten Zebrafisch-Stamm, die die Empfindlichkeit des Systems aufzeigten. Zusätzlich erforschten die Teams jene Regeln, die soziale Interaktionen zwischen echten und virtuellen Zebrafischen bestimmen. Sie fanden heraus, dass der potenzielle „Anführerfisch“ das Risiko, seine Anhänger zu verlieren, minimiert, indem er seine persönliche Vorliebe für eine Schwimmrichtung mit den sozialen Rückmeldungen des untergeordneten Fisches ausgleicht.
Zukunftsperspektiven
Die Erforschung und Manipulation des Verhaltens von weniger komplexen Organismen wie Fischen oder Fliegen, aber auch von komplexeren wie Mäusen und sogar Menschen, erlaubt es NeurowissenschafterInnen, Informationen über Gehirnfunktionen abzuleiten.
„Ich freue mich sehr darauf, komplexere und lebensnahe Umgebungen nachzuahmen, um höhere Gehirnfunktionen in Medakafischen und Zebrafischen zu testen. Dies wird uns helfen, deren Gehirnfunktionen besser zu verstehen und Aufschluss darüber geben, inwieweit wir diese tagaktiven Wirbeltiere als Modelle für neuropsychologische Störungen nutzen können“, sagt Kristin Tessmar-Raible von den MFPL, die den Großteil der Fischstudie leitete.
Vom Einsatz von FreemoVR in der Zukunft erhoffen sich die Teams, Einblicke in die Gehirnfunktion von komplexeren Verhaltensweisen wie Navigation zu gewinnen, Kausalitäten im kollektiven Verhalten von sozialen Gruppen besser zu verstehen und, auf lange Sicht, Verhaltensmechanismen unter jenen Bedingungen zu studieren, in denen das Gehirn seine Funktionsfähigkeit entwickelte.
Publikation in Nature Methods:
John R Stowers, Maximilian Hofbauer, Renaud Bastien, Johannes Griessner, Peter Higgins, Sarfarazhussain Farooqui, Ruth M Fischer, Karin Nowikovsky, Wulf Haubensak, Iain D Couzin, Kristin Tessmar-Raible, Andrew D Straw. Virtual reality for freely moving animals. Nature Methods, DOI:10.1038/nmeth.4399.

21.08.2017, Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Vernachlässigte Krankheiten: Hunde sind mögliche Quelle für Zwergfadenwurm-Infektionen des Menschen
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen verglichen mittels molekularbiologischer Analysen ob Menschen und Hunde in Kambodscha mit der selben Spezies des Zwergfadenwurms Strongyloides stercoralis infiziert sind oder ob es sich um getrennte wirtsspezifische Populationen handelt. Die von den Fadenwürmern ausgelöste Infektion steht auf der WHO-Liste der vernachlässigten tropischen Krankheiten. Die Ergebnisse der Untersuchung werden nun in der Zeitschrift „PLOS Neglected Diseases“ veröffentlicht.
Es ist ein altbekanntes Klischee, dass sich Hunde und ihre Besitzer verblüffend häufig ähneln. Abgesehen von Äußerlichkeiten – ganz sicher teilen sich Menschen und Hunde ihre Parasiten. Und auch diese sind sich mitunter so ähnlich, dass sie nur durch genetische Analysen unterschieden werden können. Diese genetische Unterscheidung nahm nun eine Forschergruppe des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie für einen Menschen und Hunde befallenden Zwerfadenwurm vor.
Strongyloidose – eine vernachlässigte Krankheit
Der Zwerfadenwurm Strongyloides stercoralis befällt sowohl Menschen als auch Tiere. Er kommt vor allem in feuchtwarmen Regionen der Erde vor, wobei davon ausgegangen wird, dass etwa 300 Mio Menschen mit Zwergfadenwürmern infiziert sind. Die von dem Zwerfadenwurm ausgelöste Strongyloidasis zählt, als über den Boden übertragene Wurminfektionen (soil-transmitted helminths, STH), gemäß WHO zu den vernachlässigten Tropenkrankheiten (Neglected Tropical Diseases/NTDs). Vor allem für Menschen mit einem geschwächten Abwehrsystem, beispielsweise nach einer Organtransplantation oder an Immunsystemerkrankungen leidenden Patienten, ist ein Befall durch Strongyloides gefährlich. Ihre Bekämpfung darf daher nicht vernachlässigt werden
Menschen und ihre Hunde – eine Partnerschaft mit Nebenwirkungen
Das enge Zusammenleben von Menschen und Hunden in den ländlichen Gegenden von Kambodia in Kombination mit dem hohen Strongyloides-Vorkommen eignet sich sehr gut, um herauszufinden, ob die in den Hunden vorkommenden Zwergfadenwürmer genetisch identisch sind mit denen ihrer Besitzer.
Siyu Zhou und Tegen G. Jaleta aus der Abteilung für Evolutionsbiologie am MPI für Entwicklungsbiologie isolierten in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Schweizerischen Tropen- und Public Health Institut in Basel und vom kambodschanischen Gesundheitsministerium Würmer aus Hundekot und menschlichen Stuhlproben und verglichen die gefundenen Exemplare anhand nuklearer und mitochondrialer DNA auf Sequenz-Polymorphismen. Sie fanden in den Hunden zwei Wurm-Populationen, die genetisch klar voneinander getrennt sind. Die größere der beiden Populationen kommt ausschließlich in Hunden vor, Die zweite gefundene Strongyloides-Population war genetisch identisch zu den in Menschen gefundenen Exemplaren.
Ohne Wissen keine effektive Bekämpfung
Hintergrund ihrer Arbeit ist die bisher offen Frage ob die Infektion mit Strongyloides spec. als Zoonose einzustufen ist oder ob die Infektion von Menschen und Hunden getrennt voneinander betrachtet werden muss. Die Ergebnisse der aktuellen StudiBildschirmfoto 2017-07-18 um 09.20.07e zeigen, dass aufgrund der überlappenden Populationen Hunde als Reservoir und somit Ansteckungsherd für menschliche Strongyloides-Infektionen in Betracht gezogen werden müssen. Dieses Wissen ist für die Bekämpfung der Strongyloides-Infektionen bei Menschen wichtig.
Original Publication:
Jaleta TG, Zhou S, Bemm FM, Schär F, Khieu V, Muth S, et al. (2017) Different but overlapping populations of Strongyloides stercoralis in dogs and humans—Dogs as a possible source for zoonotic strongyloidiasis. PLoS Negl Trop Dis 11(8): e0005752

21.08.2017, Dachverband Deutscher Avifaunisten
„Vögel in Deutschland — Erfassung rastender Wasservögel“
Ente, Schnepfe und Co. im Visier der Vogelkunde – Woher wissen wir zum Beispiel, dass Wasservögel aufgrund des Klimawandels ihre Rastgebiete nach Nordosten verlagert haben? Die Antwort darauf gibt die neue Ausgabe von „Vögel in Deutschland – Erfassung rastender Wasservögel“, die jetzt erschienen ist. Sie liefert einen bundesweiten Überblick über die Erfassungen, an denen sich jährlich mehrere tausend Ehrenamtliche beteiligen. Damit investieren sie hunderttausende Stunden ihrer Freizeit und sammeln die grundlegenden Daten über Vorkommen, Bestände und Trends rastender Wasservögel.
„Allein am Monitoring rastender Wasservögel beteiligen sich derzeit rund 2000 Personen. Die meisten tun dies ehrenamtlich“, erklärt Prof. Beate Jessel, Präsidentin des Bundesamtes für Naturschutz (BfN). „Beim Monitoring wird über viele Jahre nach den gleichen Standards gezählt. Die Beteiligten leisten mit ihren Beobachtungsdaten eine wichtige Unterstützung für die Ausweisung von Schutzgebieten und für gezielte Schutzmaßnahmen“, sagt die BfN-Präsidentin und ergänzt: „Dieses freiwillige Engagement wissen wir sehr zu schätzen. Damit die Ehrenamtlichen kompetente Ansprechpersonen finden, stellen Bund und Länder Finanzmittel für das Vogelmonitoring bereit.“ Wie das Zusammenspiel zwischen Ehrenamtlichen, Koordinierungsstellen und Behörden funktioniert, darüber berichtet „Vögel in Deutschland“ am Beispiel der Erfassung in Deutschland rastender oder überwinternder Wasservögel.
Seit über 50 Jahren werden rastende Wasservögel in Deutschland nach internationalen Standards gezählt. Seit fünf Jahren ergänzen Gelegenheitsbeobachtungen aus dem Online-Portal ornitho.de und der Smartphone-App NaturaList den immensen Datenfundus. Im Unterschied zum Monitoring gibt es für die Gelegenheitsbeobachtungen keine standardisierten Methoden. „Welches Begeisterungspotenzial in der Vogelbeobachtung steckt, zeigen die Erfahrungen mit dem Online-Portal ornitho.de: Mittlerweile haben sich dort über 20.000 Personen angemeldet, die in fünf Jahren über 25 Millionen Datensätze eingegeben haben“, sagt Bernd Hälterlein, Vorsitzender des Dachverbandes Deutscher Avifaunisten (DDA). Die ornitho-Daten geben einen guten Überblick über das Auftreten von Vogelarten in Deutschland und die jahreszeitlichen Veränderungen in der Vogelwelt. „Die Gelegenheitsbeobachtungen werden durch ein Netzwerk von über 400 Fachleuten ständig überprüft, dies gewährleistet die notwendige Qualität der Angaben für wissenschaftliche Analysen“, betont Hälterlein.
Fachleute kontrollieren sich auch untereinander: „Avifaunistische Kommissionen auf Bundes- und Länderebene überprüfen die Dokumentationen von sehr selten beobachteten Arten oder jahreszeitlich ungewöhnliche Beobachtungen auf Plausibilität. Damit wird die Bestimmung seltener und wenig bekannter Arten auf höchstem Niveau abgesichert“, stellt Joachim Ulbricht für die Geschäftsführung der Länderarbeitsgemeinschaft der Vogelschutzwarten fest. „Damit wird eine verlässliche Basis für die Dokumentation von Änderungen unserer Vogelfauna gelegt, beispielsweise wenn es um die ersten Nachweise einer Art geht, die dabei ist sich neu zu etablieren.“
Vögel zu beobachten kann durchaus zur Leidenschaft werden. Wer einmal begonnen hat, möchte oft tiefer einsteigen und sich an der gemeinsamen Erforschung der Vogelwelt beteiligen. Die neue Publikation zeigt, wie leicht der Einstieg in die Vogelerfassung ist. Gleichzeitig werden zahlreiche Möglichkeiten beschrieben, wie man sich für anspruchsvolle Datenerhebungen qualifizieren und langfristig an einem der wissenschaftlichen Programme zur Erfassung der Vogelwelt beteiligen kann, eben beispielsweise am „Monitoring rastender Wasservögel“. Für Enten, Schwäne und Watvögel können aus dem Monitoring langfristige Zeitreihen erstellt werden, die zur Beantwortung wissenschaftlicher und angewandter Fragestellungen im Naturschutz notwendig sind.
Bezug der gedruckten Ausgabe über
DDA-Schriftenversand, z. H. Thomas Thissen
An den Speichern 6, 48157 Münster, Tel: 0251/2101400
E-Mail: schriftenversand@dda-web.de
Internet: http://www.dda-web.de/index.php?cat=pub&subcat=order
Schutzgebühr: 9,80 EUR zzgl. Versandkosten

22.08.2017, Dachverband Deutscher Avifaunisten
Seltener Gast aus den Tropen: Erstnachweis des Weißbauchtölpels für Deutschland
Seevögel aus der Familie der Tölpel sind von der Arktis über die Tropen bis in die Subantarktis als Brutvögel vertreten. Hierzulande ist der Basstölpel seit den 1990er Jahren Brutvogel auf Helgoland. Der überwiegende Teil der Tölpel-Arten lebt hingegen in tropischen und subtropischen Klimazonen. So auch der Weißbauchtölpel, dessen nächste Brutkolonien auf den Kapverdischen Inseln und im Roten Meer liegen. Sein Zugverhalten ist bislang wenig erforscht, man weiß aber, dass Jungvögel und Nicht-Brüter teilweise weit umherfliegen, was Nachweise aus Spanien, Italien oder Irland belegen.
Am 20. August 2017 verbreitete sich eine Meldung schnell unter Vogelbeobachtern in ganz Europa: Bei Zugplanbeobachtungen im niederländischen Binnenland war um 8:10 Uhr ein Weißbauchtölpel zweifelsfrei fotografiert worden. Der Vogel flog in der Nähe von Utrecht entlang des Flusses Lek nach Osten – also in Richtung der deutschen Grenze. Genau drei Stunden später wurde er tatsächlich auf deutscher Seite entdeckt, an einer Sandabgrabung in der Grafschaft Bentheim. Für nur etwa fünf Minuten kreiste der Vogel über dem Gewässer, um dann nach Nordosten über die Baumwipfel zu verschwinden. Eine sicherlich unvergessliche Beobachtung für die beiden glücklichen Entdecker und erneut genug Zeit für eindeutige Belegaufnahmen. Doch die Geschichte ging noch weiter. Bremer Ornithologen bemerkten, dass eine Linie von Utrecht über den Beobachtungsort westlich von Lingen genau nach Bremen führt. Würde der Tölpel also Kurs halten, müsste er früher oder später auch Bremen streifen. Kaum zu glauben, würde es nicht erneut herrliche Fotos geben: 14:10 Uhr, Weißbauchtölpel an der Weser südlich von Bremen. Beobachtungsdauer leider wieder nur fünf Minuten, bevor der Vogel in nicht genauer bekannte Richtung weiter zog. An vielen Stellen in Norddeutschland machten sich spätestens jetzt die Beobachter zu einer sonntäglichen Exkursion an die nächsten Gewässer auf. Die Nachsuche blieb jedoch erfolglos. Wo der exotische Weißbauchtölpel sich seitdem aufhält ist völlig unklar. Denkbar ist einerseits eine Rückkehr in Richtung Küste, aber auch ein Flug weiter tief ins Binnenland.
Woher der Weißbauchtölpel stammt, ist unklar. Man kann aber wohl trotz der weit entfernten Brutgebiete von einem Wildvogel ausgehen. Aus europäischen Zoos sind keine Weißbauchtölpel bekannt und der mehrfach fotografierte Vogel in Deutschland und den Niederlanden zeigt keine Hinweise auf eine frühere Haltung in Gefangenschaft. Vorbehaltlich der Anerkennung durch die Deutsche Avifaunistische Kommission (DAK) ist es der erste Nachweis für Deutschland. Auch in den Niederlanden wurde die Art nie zuvor beobachtet.
Dass in der Vogelwelt offenbar nichts unmöglich ist, zeigt nicht nur der aktuelle Nachweis des Weißbauchtölpels in Norddeutschland. Im Jahr 2015 rieben sich Vogelkundler ungläubig die Augen, als Fotos eines Bulwersturmvogels von einem Badesee in Baden-Württemberg veröffentlicht wurden. Zu diesem ersten Nachweis für Deutschland und Mitteleuropa sowie gleichzeitig der ersten Binnenlandfeststellung weltweit wurde ein umfassender Beitrag im Magazin „Seltene Vögel in Deutschland“ veröffentlicht.

23.08.2017, Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie
Besseres Monitoring der Korallenriffe mit dem HyperDiver
Bremer Wissenschaftler gründen mithilfe des EXIST-Programms neue Firma
Der Klimawandel bedroht die Korallenriffe. Doch wie sich diese Bedrohung konkret auf die Riffe auswirkt, ist bislang nur mit erheblichem personellen und technischem Aufwand zu kartieren und zu bewerten. Ein Team von Meeresforschern aus dem Bremer Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie plant mit HyperSurvey eine eigene Firma zu gründen, die ganz neue Wege gehen wird. Unterstützung kommt dabei von dem EXIST-Gründerstipendium, einer Initiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi).
Wie funktioniert das HyperDiver System?
Wie bei den bekannten Satellitensystemen zur Umweltüberwachung basiert das neue HyperDiver-System auf einem optischen Sensor, der eine Vielzahl von Wellenlängen gleichzeitig überwachen kann. Ziel ist es, Umweltparameter in großem Ausmaß zu messen. Bedient werden kann das kompakte System von einem einzelnen Taucher, der innerhalb kurzer Zeit große Bereiche eines Untersuchungsgebiets kartieren kann.
Schon lange kann man mit satellitengestützten Systemen den Zustand von Regenwäldern verfolgen. Das Prinzip beruht auf den optischen Eigenschaften der Pflanzenfarbstoffe und hat sich seit Jahrzehnten bewährt. Tote Bäume zeigen ein anderes Lichtspektrum als lebende. Dieses Prinzip haben die Bremer Forscher auf das Korallenriff übertragen. Ihr neuer Ansatz beruhte auf der Annahme, dass der Zustand der Korallen sich anhand ihrer Farbspektren bestimmen ließe. Eine Bilderkennungssoftware sollte dann zusätzlich anhand der äußeren Form die Korallenarten per Software automatisch zuordnen und bestimmen.
Computer lernen Korallen zu bewerten
Das erste HyperDiver System wurde von Dr. Arjun Chennu mit Paul Färber vom Bremer Max-Planck-Institut entwickelt und war ein voller Erfolg. Die kleine Plattform ist mit verschiedenen Kameras und Auftriebskörpern so austariert, dass sie im Wasser schwebt und so leicht beweglich ist. Um ein Korallenriff zu kartieren, muss der Taucher nur das Untersuchungsgebiet in Mäandern abfahren.
„Man schafft damit ungefähr 40 m² Riff in jeder Minute. Unser Gerät ist momentan optimiert für den Einsatz von Korallenriffen, doch wir planen weitere Einsatzgebiete wie Seen und die flachen Küstenbereiche der Ozeane,“ sagt Dr. Arjun Chennu.
Doch das HyperDiver System liefert zunächst nur Rohdaten. Der Meeresbiologe Dr. Joost den Haan vom HyperDiver –Team erläutert das Analyseverfahren: „Das grundlegende Prinzip ist ein Selbstlernender Algorithmus, der von uns angelernt wurde. Wir als Biologen kennen die verschiedenen Lebensformen wie Hart- und Weichkorallen, Schwämme, Algen, Seesterne, Seegurken und Anemonen. Unser Wissen haben wir dem Computersystem beigebracht. Der klare Vorteil dieses automatisierten Ansatzes ist, dass man für die eigentliche Datenerfassung nur eine Person braucht, die taucht und das Gerät bedient. Jede Person, die tauchen kann, kann mit dem Gerät ohne großen Aufwand Monitoring machen. Und wir wollen das Gerät auch an Forschungsschiffen und ferngesteuerten Tauchrobotern montieren. Unser großer Vorteil ist, dass die Dateneingabe automatisch geschieht. Die Analyse geschieht später an Land und das System erzeugt automatisch Karten und Berichte“
Die Firma Hypersurvey, das sind Dr. Joost den Haan, Meeresbiologe und Geschäftsführer, Raja Kandukuri als Hardwarespezialist und Guy Rigot als Softwarespezialist, hat eine eigene Webseite www.hypersurvey.com, auf der die wesentlichen Informationen für zukünftige Geschäftspartner zu finden ist.
„Das neue HyperDiver System ist erheblich kostengünstiger und schneller als herkömmliche Monitoringverfahren, bei denen einzelne Meeresbiologen die Riffe entlang eines Maßbandes begutachten. Wir bieten Universitäten, Forschungsinstituten und Behörden aber auch der Privatwirtschaft und Umweltorganisationen ein effektives Werkzeug für ihre Arbeit an,“ sagt Dr. Joost den Haan.
Unterstützung und erste Finanzierung
Als Mentoren begleiten das Projekt Dr. Dirk de Beer und Dr. Arjun Chennu vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. Das HyperDiver-Konzept fand auch sofort Zuspruch bei den Verantwortlichen für das EXIST-Programm, einer Initiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi), das jetzt ein Stipendium zur Verfügung stellt. Weitere tatkräftige Unterstützung und organisatorische Hilfe erhält das Projekt vom MPIMM. Das Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, an dem Dr. Arjun Chennu und der Elektroingenieur Paul Färber den ersten HyperDiver entwickelten, bietet den Forschern Labor- und Büroplätze für die nächsten 10 Monate. Weitere Hilfe kommt vom Bremer Hochschulinitiative zur Förderung von Unternehmerischem Denken, Gründung und Entrepreneurship BRIDGE.

23.08.2017, Veterinärmedizinische Universität Wien
Ähnlichkeiten bei Lebensmittelallergien von Tier und Mensch: Der Vergleich macht uns (un)sicher
Nicht nur Menschen kennen die Symptome und Probleme bei Nahrungsmittelunverträglichkeiten und -allergien. Auch andere Säuger, wie etwa Katze, Hund oder Pferd, sind davon betroffen. Ein neues europäisches Positionspapier unter der Verantwortung des Messerli Forschungsinstitutes der Vetmeduni Vienna und Meduni Wien fasste nun das Wissen zu Allergien und Intoleranzen gegen Lebensmittel bei Tier und Mensch zusammen. Es zeigten sich große Ähnlichkeiten bei tierischen und menschlichen Symptome und Auslösern. Es gibt jedoch noch großen Bedarf nach weiteren vergleichenden Studien zu den Mechanismen, der Diagnose und den richtigen Maßnahmen bei Nahrungsmittelunverträglichkeiten.
Durchfall nach einem Glas Milch, Gaumenjucken nach dem Genuss von Äpfeln, Schwellungen im Gesicht nach dem Verzehr eines Hühnereis oder ein heftiger Asthma-Anfall durch Erdnuss-Staub sind Anzeichen einer Lebensmittelunverträglichkeit oder –allergie. Doch nicht nur wir Menschen, auch andere Säugetiere, wie Hund, Katze oder Pferd, können ähnliche Symptome nach dem Fressen zeigen. Die Zahlen der von Lebensmittelallergien und Intoleranzen betroffenen Haustiere haben sich mittlerweile sogar an jene des Menschen angepasst.
Eine Arbeitsgruppe der European Academy of Allergy and Clinical Immunology (EAACI) widmet sich gezielt diesem Thema. Vor kurzem wurden in einem Positionspapier Fakten über Unverträglichkeiten und Allergien gegen Nahrungsmittel bei Tier und Mensch zusammengefasst und Wissenslücken offengelegt.
Symptome und Auslöser bei Intoleranzen und Allergien überschneiden sich
„Prinzipiell können nicht nur Menschen, sondern alle Säugetiere Allergien entwickeln, da ihr Immunsystem den Antikörper Immunglobulin E produzieren kann“, sagt Erstautorin Isabella Pali-Schöll. Diese speziellen Antikörper helfen normalerweise bei der Abwehr von Parasiten oder Viren. Sie sind allerdings auch für die bekanntesten, rasch auftretenden Allergie-Symptome vom Typ I, wie Heuschnupfen, allergisches Asthma und anaphylaktischen Schock verantwortlich. Im Bereich der Nahrungsmittel gibt es zudem auch weit verbreitete nicht-immunologische Formen der Nahrungsmittelunverträglichkeiten.
Das Positionspapier, das von Pali-Schöll und Erika Jensen-Jarolim vom interuniversitären Messerli Forschungsinstitut der Vetmeduni Vienna und der Meduni Wien verantwortet wurde, zeigte auf, dass sich die Symptome der Nahrungsmittelunverträglichkeiten bei Tieren und Menschen ähneln. Allerdings ist bei Hund, Katze oder Pferd neben Magen-Darmbeschwerden zumeist die Haut das leidtragende Organ. „Asthma oder schwere Schockreaktionen wurde bei Tieren nur selten beobachtet“, so Pali-Schöll.
Auch bei den Auslösern der Immunreaktion auf bestimmte Nahrungsmittel und Inhaltsstoffe gibt es Überschneidungen. Haustiere können sowohl an einer Laktoseintoleranz, als auch an echten Allergien gegen Milcheiweiß leiden. Bestimmte Proteine aus Weizen, Soja, Erd- oder Baumnüssen, Fisch, Ei und Fleisch lösen bei einigen Säugetieren ebenso allergische Reaktionen aus.
Molekulare Allergie-Diagnostik zur besseren Risikoabschätzung für Tiere unausgereift
Die genaue Kenntnis der auslösenden Moleküle aus diesen Allergenquellen ermöglicht gerade bei Nahrungsmittelallergien ein besseres Einschätzen des Risikos schwerer Reaktionen. Viele dieser Bausteine sind für den Menschen beschrieben und werden bereits in der Diagnostik eingesetzt, zum Beispiel in sogenannten Allergen-Mikrochip-Tests. Was die Tiere betrifft, besteht dagegen noch großer Forschungsbedarf.
Ähnliches gilt für die richtigen Maßnahmen bei Nahrungsmittelunverträglichkeiten. Dafür ist eine genaue und umfassende Diagnose unumgänglich. Viele Mechanismen und Auslöser sind für Tiere jedoch noch nicht ausreichend erforscht, weil Testsubstanzen zum Teil gar nicht erhältlich sind.
Allergen-Vermeidung bisher wichtigste Maßnahme für Tier und Mensch
Eine sogenannte Eliminationsdiät ist die Basis für die korrekte Diagnostik für Tiere und Menschen. Bei dieser Eliminationsdiät werden bei Tieren alle bis dahin in der Nahrung enthaltenen Eiweißquellen vermieden. „Als Nahrung dienen in dieser Zeit der Diagnosestellung entweder selbstgekochte Diäten oder tiermedizinisch verordnete diätische Nahrungsmittel. Erst dann, und nur wenn es keine gefährlichen allergischen Reaktionen davor gab, kann „normale“ Nahrung Schritt für Schritt wieder eingeführt werden“, so Ernährungswissenschafterin Pali-Schöll. Damit kann man die notwendige allergenfreie Diät genau auf die Nahrungsmittelunverträglichkeit ausrichten und unnötige Einschränkungen vermeiden.
Der konsequente Vergleich von Nahrungsmittelunverträglichkeiten bei Mensch und Tier bietet Einblicke in Risikofaktoren für das Krankheitsgeschehen, und kann damit zu verbesserten Empfehlungen für Prävention und Behandlung bei Nahrungsmittelunverträglichkeiten bei Tier und Mensch führen.
Auch wenn es derzeit weder für den Menschen noch für das Tier eine Therapie gibt, sind viele neue Immuntherapie-Varianten gerade in der Studienphase. „Bei der sogenannten sublingualen oder der epikutanen Immuntherapie, sprich Behandlung unter der Zunge oder über die Haut, konnten in den ersten Studienphasen bereits Teilerfolge erzielt werden. Bis zur Markteinführung und standardmäßigen Anwendung werden allerdings noch einige Jahre vergehen“, sagt Pali-Schöll.
Service:
Das europäische Positionspapier „Comparing immediate-type food allergy in humans and companion animals – revealing unmet needs” von Pali-Schöll I, De Lucia M, Jackson H, Janda J, Mueller RS und Jensen-Jarolim E wurde im Fachjournal Allergy veröffentlicht.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/all.13179/epdf

24.08.2017, Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg
Wie Zugvögel das Längengrad-Problem lösen
Den Längengrad zu bestimmen, war über Jahrhunderte für Seefahrer eine große Herausforderung. Erst im 18. Jahrhundert konnten die Menschen ihre Ost-West-Position durch zwei sehr genaue Uhren, eine auf Ortszeit und eine auf Heimatzeit, ermitteln. Zugvögel finden aber ihren Weg, ohne zwei Uhren zu besitzen. Nun zeigen Prof. Dr. Henrik Mouritsen von der Universität Oldenburg und ein internationales Wissenschaftlerteam im Fachmagazin Current Biology: Teichrohrsänger (Acrocephalus scirpaceus) ermitteln ihre Ost-West-Position, in dem Sie den Winkel wahrnehmen, mit dem der magnetische Nordpol vom geografischen Nordpol abweicht.
Auf ihren oft mehrere tausend Kilometer langen Flügen navigieren Zugvögel erstaunlich präzise. Sie orientieren sich mit Hilfe des Sonnenstands, der Sterne und des Erdmagnetfelds. Bisher konnten Wissenschaftler so erklären, wie Vögel ihre Kompassrichtung und ihre Nord-Süd-Position bestimmen können. Aber wie sie ihre Ost-West-Position feststellen, war seit Jahrzehnten eines der größten Rätsel der Zugvogelforschung. Das Forscherteam aus Oldenburg, Rybachy und St. Petersburg (beides Russland) sowie Bangor (Wales) hat nun gezeigt, dass erwachsene Teichrohrsänger die sogenannte magnetische Deklination ermitteln. Das heißt: Die Vögel nehmen den Winkel wahr, mit dem der magnetische Nordpol vom geografischen Nordpol abweicht. „Wir geben damit zum ersten Mal eine Antwort auf die Frage, wie Vögel ihre Ost-West-Position bestimmen“, sagt Mouritsen.
In einer früheren Untersuchung hatten die Forscher bereits herausgefunden, dass Teichrohrsänger ihre Längengrad-Position nicht wie Menschen durch Zeitverschiebungen bestimmen können. In weiteren Studien konnten die Forscher außerdem zeigen, dass erfahrene Vögel, wenn sie tatsächlich von Ost nach West versetzt werden, dies kompensieren können und dass dabei das Erdmagnetfeld eine entscheidende Rolle spielen muss. Doch welcher Parameter genau den Tieren hilft, blieb unklar. Die Forscher stellten daher die Hypothese auf: Vielleicht können die Vögel den Winkel zwischen dem magnetischen Nordpol und dem geografischen Nordpol mit ihren Sternen- und Magnetkompassen bestimmen. Dieser Deklinationswinkel verändert sich nämlich in Europa sehr regelmäßig von Osten nach Westen.
Diese Hypothese testeten die Wissenschaftler mit einem Experiment: Sie setzten 15 erwachsene Teichrohrsänger vorübergehend während des Herbstzugs im russischen Rybachy in Käfige und testeten sie in sogenannten Orientierungstrichtern. Diese waren mit Spulensystemen ausgestattet, die ein gleichmäßiges Magnetfeld simulieren können. Für den Versuch drehten die Wissenschaftler das Magnetfeld im Vergleich zum natürlichen Magnetfeld vor Ort um 8,5 Grad. Der Abweichungswinkel entsprach nun dem des Magnetfelds im 1.200 Kilometer entfernten Südschottland. Alle anderen potentiellen Hinweise für die Vögel, wie Stärke und Neigung des Magnetfelds sowie Gerüche und visuelle Eindrücke, blieben gleich. Dabei zeigte sich „ein erstaunlicher Effekt“, berichtet Mouritsen: „Die Vögel änderten ihre Orientierung um 151 Grad von West-Süd-West nach Ost-Süd-Ost und kompensierten so das virtuelle Versetzen.“ Im gleichen Versuch mit jungen Teichrohrsängern reagierten die Vögel hingegen desorientiert. Letzteres bestätigt, was Forscher schon länger wissen: Die Vögel müssen erst lernen, sich anhand einer magnetischen Karte zu orientieren.
Laut Mouritsen werfen die Ergebnisse der Untersuchung ein völlig neues Licht auf die Vorstellung von Forschern, wie Vögel navigieren. Einer der Grundsteine in der Orientierungsforschung war bislang, dass Vögel komplett getrennte Systeme besitzen, mit denen sie ihren Ort (Karte) und die Richtung des Flugs (Kompass) bestimmen. „Da die Vögel aber scheinbar zwei Kompasse nutzen können, um ihre Ost-West-Position zu bestimmen, ist diese strikte Trennung zwischen Karte und Kompass nicht mehr korrekt“, sagt der Neurobiologe. Seiner Meinung nach müsse man daher nicht nur künftige Experimente mit anderen Augen betrachten, sondern auch aus früheren Experimenten zum Vogelzug möglicherweise völlig andere Schlussfolgerungen ziehen.
Originalpublikation: Nikita Chernetsov,, Alexander Pakhomov, Dmitry Kobylkov, Dmitry Kishkinev, Richard A. Holland and Henrik Mouritsen (2017). Migratory Eurasian Reed Warblers Can Use Magnetic Declination to Solve the Longitude Problem. Current Biology 27, 1-5. DOI: 10.1016/j.cub.2017.07.024

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