Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

22.01.2018, Bundesamt für Naturschutz
Vogelmonitoring leicht gemacht: Erfassung der Brutvögel wird digitalisiert
● Projektstart für Entwicklung digitaler Werkzeuge zur Vogelerfassung
● BfN-Präsidentin: Naturschutz kann dadurch künftig schneller auf aktuelle Entwicklungen reagieren
Naturbegeisterte beobachten zur Brutzeit Vögel, erfassen sie im Smartphone oder Tablet und bereits kurz nach Ende der Brutsaison liegen wissenschaftlich belastbare Angaben zu überregionalen Bestandsveränderungen gegenüber den Vorjahren vor. Noch ist das Zukunftsmusik. Mit einem neuen Forschungsvorhaben will der Dachverband Deutscher Avifaunisten (DDA), zusammen mit Expertinnen und Experten aus der Schweiz, diesem Ziel näher rücken und die Voraussetzungen dafür schaffen.
Das BfN fördert das nun bewilligte Vorhaben aus Mitteln des Bundesumweltministeriums mit einer Viertelmillion Euro. Es endet im Jahr 2019, weitere Projekte zur Umsetzung sollen folgen.
„Mit unserem Projekt wollen wir das Ehrenamt entlasten, indem wir die Möglichkeiten moderner Techniken nutzen. Bislang erfassen Tausende Ehrenamtliche die Daten für das Brutvogelmonitoring analog auf Papier. Sie werten ihre Beobachtungen händisch aus und schicken sie meist per Post an die regionalen Koordinationsstellen. Das kostet alle Beteiligten viel Mühe und Zeit, bis die Daten schließlich zentral ausgewertet werden können. Mit dem Projekt stärken wir nicht nur die systematischen Vogelerfassungen. Gleichzeitig werden dem Naturschutz wichtige Daten an die Hand gegeben, um künftig schneller auf aktuelle Entwicklungen zu reagieren“, sagt BfN-Präsidentin Prof. Beate Jessel.
Die Grundlage für das Vorhaben hat der DDA mit der Entwicklung des Online-Portals ornitho.de und der Erfassungs-App NaturaList bereits geschaffen. Seit dem Start des Portals im Herbst 2011 können dort schon Gelegenheitsbeobachtungen eingegeben werden. Dies sind jedoch Angaben, die ohne methodische Vorgaben erhoben werden. Das neue Projekt greift die deutlich schwierigere Herausforderung auf, die strengen Standardvorgaben der systematischen Brutvogelerfassungen – Brutvogelmonitoring genannt – auch für Ehrenamtliche gut handhabbar technisch im Portal ornitho.de und der zugehörigen App NaturaList umzusetzen.
„Wir sind fest entschlossen, bei der Datenerfassung in den nächsten Jahren einen Quantensprung zu machen. Erste Erfahrungen zeigen, dass die Ehrenamtlichen – unabhängig vom Lebensalter – die neuen Techniken begeistert nutzen. Die Arbeit im Gelände erhält dadurch einen noch höheren Stellenwert, wenig geliebte Arbeiten am Schreibtisch entfallen in Zukunft“, beschreibt Dr. Johannes Wahl, als stellvertretender Geschäftsführer des DDA verantwortlich für ornitho.de, die Potenziale der neuen Techniken.
Damit das System fehlerfrei arbeiten und technisch optimiert werden kann, sollen in dem Forschungsprojekt alle Arbeitsschritte des Monitorings und die eingesetzten Methoden überprüft werden, um mit Hilfe von IT-Lösungen Verbesserungen erreichen zu können. Als erstes Produkt soll die App NaturaList so weiterentwickelt werden, dass die Beobachtungen im Monitoring häufiger Brutvögel direkt im Gelände digital erfasst werden können. Dies erleichtert die weiteren Auswertungsschritte bereits erheblich. Dann kann die Feldlerche tatsächlich als Beobachtung unmittelbar in ihrem Smartphone landen.
Hintergrund:
Die systematischen Erfassungen im Vogelmonitoring haben klar definierte Methodenvorgaben, die es ermöglichen, aus den Daten wissenschaftlich belastbare Aussagen über Bestandsveränderungen der Vogelwelt und deren Ursachen zu ermitteln. An den Monitoringprogrammen beteiligen sich zurzeit etwa 6.000 Ehrenamtliche in Deutschland. Bund und Länder fördern diese ehrenamtlichen Programme finanziell im Rahmen der Verwaltungsvereinbarung Vogelmonitoring. Die Ergebnisse des Monitorings werden von Bund und Ländern, aber auch von der Europäischen Union für Naturschutzfragen verwendet.
Wer sich an der Vogelbeobachtung beteiligen möchte und zumindest Grundkenntnisse der Vogelbestimmung mitbringt, kann sich im Online-Portal ornitho.de einbringen. Dort wurden in den sechs Jahren des Betriebs bereits knapp 30 Millionen Datensätze eingegeben. Die bisher erfassten Gelegenheitsbeobachtungen ermöglichen bereits eine erstaunliche Bandbreite von Auswertungen zum Auftreten zahlreicher Vogelarten in den Regionen Deutschlands. Damit die Daten für wissenschaftliche Zwecke genutzt werden können, werden sie mit automatisierten Verfahren und durch ein bundesweites Netz von Regionalkoordinator/innen geprüft.
Über 22.000 Personen haben sich bei ornitho.de bislang registriert. Die Angemeldeten können in ornitho.de neben den eigenen Beobachtungen auch Daten ansehen, die andere dort eingegeben haben. Dies ist oft eine Inspirationsquelle für die nächste Beobachtungstour. Denn über ornitho.de erfährt man beispielsweise, wo eine bestimmte Art zu beobachten ist oder vielleicht auch erst vor wenigen Minuten entdeckt wurde. Diese ohne methodische Vorgaben ermittelten Gelegenheitsbeobachtungen können mit der Smartphone-App NaturaList direkt im Gelände eingegeben werden. Das dauert nicht länger, als wenn man Notizbuch und Stift zückt, um sich seine Beobachtungen zu notieren, hat aber den Vorteil, dass die Beobachtungen sofort digital verfügbar sind.
Weitere Informationen zum Vogelmonitoring unter www.bfn.de/themen/monitoring/vogelmonitoring.html und www.dda-web.de/index.php?cat=monitoring&subcat=aktuell
Informationen zum Online-Portal ornitho.de unter: www.ornitho.de/
Die Smartphone-App NaturaList für Android kann nutzen, wer im Online-Portal ornitho.de registriert ist. Die App im Google Play Store: https://play.google.com/store/apps/details?id=ch.biolovision.naturalist. Auch die Veröffentlichung einer iOs-Version der App ist geplant. Sie wurde bereits entwickelt und getestet.

24.01.2018, IMP – Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie GmbH
Gigantisches Genom des Axolotl entschlüsselt
Ein Team von Wissenschaftlern aus Wien, Dresden und Heidelberg hat die gesamte Erbinformation des mexikanischen Salamanders Axolotl entschlüsselt. Das Axolotl-Genom ist das bisher größte Genom, das jemals sequenziert wurde. Es stellt eine wichtige Grundlage dar, um das Zusammenspiel der Moleküle zu verstehen, die das Nachwachsen von Gliedmaßen und die Regeneration von Geweben steuern. Die Zeitschrift NATURE veröffentlicht die Studie am 24. Januar online.
Salamander sind von jeher wichtige biologische Modelle für Entwicklungs-, Regenerations- und Evolutionsstudien. Vor allem der mexikanische Axolotl Ambystoma mexicanum hat aufgrund seiner erstaunlichen Regenerationsfähigkeit von Körperteilen eine besondere Bedeutung. Verliert das kannibalistisch veranlagte Tier ein Körperteil, wächst innerhalb weniger Wochen ein perfekter Ersatz mit Knochen, Muskeln und Nerven an den richtigen Stellen nach. Auch durchtrenntes Rückenmark und verletztes Netzhautgewebe kann der Axolotl wiederherstellen. Diese Eigenschaften und die relativ einfache Zucht machen ihn seit bereits 150 Jahren zu einem beliebten Modellorganismus in der Biologie.
Evolution der Regeneration erforschen
Eine der größten Axolotl-Kolonien wird im Labor von Elly Tanaka am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien betreut. Die Tanaka-Gruppe, die bis 2016 am DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden und am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden aktiv war, erforscht die molekularen Mechanismen, die der Regeneration von Gliedmaßen und Rückenmark zugrunde liegen, sowie deren Evolution. Im Lauf der Jahre hat das Forschungsteam einen umfangreichen Satz an molekularen Werkzeugen entwickelt, darunter umfassende Transkriptom-Daten, mit denen die Protein-kodierenden Sequenzen im Genom des Axolotl aufgespürt werden können. Mit diesen Werkzeugen konnten Elly Tanaka und ihre Kollegen unter anderem die Zellen identifizieren, welche die Regeneration in Gang setzen, sowie die Moleküle, die diesen Prozess steuern.
Um Regeneration vollständig zu verstehen und herauszufinden, warum sie bei den meisten Arten nur sehr eingeschränkt funktioniert, müssen Wissenschaftler das Genom (also die gesamte DNA Sequenz) kennen, um die Regulation und Evolution von Genen zu erforschen. Bisher konnte man das Axolotl-Genom aufgrund seiner giantischen Größe nicht komplett entschlüsseln: Mit 32 Milliarden Basenpaaren ist es mehr als zehnmal so groß wie das menschliche Genom. Die Entschlüsselung des Axolotl-Genoms mit Hilfe bisheriger Techniken wurde durch die beträchtliche Anzahl langer, sich wiederholender Sequenzen weiter erschwert.
Die Sequenzierung des größten Genoms als Herausforderung
Einem internationalen Forscherteam um Elly Tanaka (IMP), Michael Hiller und Gene Myers (beide MPI-CBG) sowie Siegfried Schloissnig vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) ist es nun gelungen, das Axolotl-Genom zu sequenzieren, zusammenzusetzen, zu analysieren und mit Anmerkungen zu versehen. Damit haben sie das bisher größte Genom entschlüsselt. Mit der PacBio-Methode, einer neuen Sequenziertechnologie, die längere Stücke des Genoms auslesen kann, wurden über 72 Millionen solcher Genomstücke sequenziert. Längere Sequenzstücke sind wichtig, da diese die sich wiederholenden Teile im Genom überspannen können und damit eine eindeutige Zuordnung erlauben. Mit einem Software-System, das gemeinsam von Gene Myers und Siegfried Schloissnig mit seinem Heidelberger Team entwickelt wurde, konnte das Genom wie bei einem Puzzle aus Millionen dieser Stücke zusammengesetzt werden. Die leistungsstarken Sequenziermaschinen, die dieses Projekt ermöglicht haben, wurden von der Klaus Tschira Stiftung und der Max-Planck-Gesellschaft finanziert.
Die Analyse des nun vorliegenden Genoms offenbarte Merkmale, die auf die Einzigartigkeit des Axolotls hinweisen: Die Forscher fanden mehrere Gene, die nur beim Axolotl und anderen Amphibienarten vorkommen und in regenerierendem Gewebe aktiv sind. Auffallend ist auch, dass ein wichtiges und weit verbreitetes Entwicklungsgen namens PAX3 beim Axolotl vollständig fehlt. Dessen Funktion übernimmt ein verwandtes Gen namens PAX7. Beide Gene spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Muskeln und Nerven.
„Wir haben jetzt die genetische Karte in der Hand, mit der wir untersuchen können, wie komplizierte Strukturen – zum Beispiel Beine – nachwachsen können“, erklärt Sergej Nowoshilow, Co-Autor der Studie und Postdoktorand am IMP. „Dies ist ein echter Meilenstein für die Axolotl-Forschung und für ein Forschungsabenteuer, das vor mehr als 150 Jahren begann.“
Die Sequenz des Axolotl-Genoms, die jetzt veröffentlicht wurde, ist eine wichtige Grundlage für Forscher weltweit, um die Regeneration von Geweben zu erforschen.
Veröffentlichung
The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators. Sergej Nowoshilow, Siegfried Schloissnig, Ji-Feng Fei, Andreas Dahl, Andy W.C. Pang, Martin Pippel, Sylke Winkler, Alex R. Hastie, George Young, Juliana G. Roscito, Francisco Falcon, Dunja Knapp, Sean Powell, Alfredo Cruz, Han Cao, Bianca Habermann, Michael Hiller, Elly M. Tanaka, and Eugene Myers. Nature, doi: 10.1038/nature25458

24.01.2018, Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Plattwurm-Erbgut entschlüsselt
Sequenzierung des Genoms von Schmidtea mediterranea soll die Erforschung der Regeneration von Gewebe voranbringen
Der Plattwurm Schmidtea mediterranea ist ein Tier mit fast unglaublichen Regenerationsfähigkeiten. Selbst wenn die Tiere in kleinste Gewebeteile zerschnitten werden, regeneriert aus jedem Stück wiederum ein perfekt proportionierter Mini-Plattwurm. Diese Fähigkeit beruht auf besonderen adulten Stammzellen, von welchen jede Einzelne in der Lage ist, einen kompletten Wurm zu bilden. Wie Schmidtea mediterranea dieses Kunststück vollbringt ist bisher kaum verstanden. Wissenschaftler des Dresdner Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden und des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien haben nun das Erbgut des Plattwurms komplett entschlüsselt. Von der Entschlüsselung dieses Genoms erhoffen sich die Forscher wichtige Erkenntnisse für die Regenerationsforschung, die Stammzellbiologie und vergleichende Bioinformatik.
Ein vollständig entschlüsseltes Genom ist essenziell für das Verständnis biologischer Eigenschaften von Organismen. Bisherige Versuche zur Entschlüsselung des Erbguts von Schmidtea mediterranea haben jedoch nur einen Katalog an 100.000 Basenpaare kurzen Sequenzstücke ergeben, da ein Großteil des Genoms aus unzähligen, fast identischen Kopien derselben Sequenz besteht.
Neue Methoden für die Sequenzierung
Die Forschungsgruppen um Jochen Rink und Eugene Myers am Dresdner Max-Planck-Institut haben deshalb mit der auf Einzelmolekülmessungen basierenden Sequenziertechnologie der Firma Pacific Biosciences einzelne DNA-Moleküle über eine Länge von bis zu 40.000 Basenpaare direkt „ausgelesen“. Im Vergleich mit den nur 100 bis 500 Basenpaare langen Sequenzstücken herkömmlicher Entschlüsselungsmethoden lassen sich nun repetitive Abschnitte im Genom sehr viel leichter überbrücken.
Siegfried Schloissnig vom Institut für Theoretische Studien war in erster Linie für die Entwicklung des neuartigen Softwaresystems „Marvel“ verantwortlich, welches die langen Sequenzstücke effektiver und besser zusammenzusetzen kann als bisherige Systeme. Durch die Entschlüsselung des Plattwurm-Genoms produzierte fielen acht Terabyte an Daten an – eine Datenmenge, die selbst den Hochleistungsrechner-Cluster in Heidelberg drei Wochen lang beschäftigte.
Fehlende Gene
Die Analyse hat ergeben, dass im Genom von Schmidtea mediterranea überraschenderweise hoch konservierten Gene wie MAD1 und MAD2 fehlen. Die beiden Gene sind praktisch in allen Organismen vorhanden und sorgen während der Zellteilung dafür, dass beide Tochterzellen die gleiche Anzahl an Chromosomen erhalten. Trotz des MAD1/2-Genverlustes ist diese Kontrollfunktion bei Plattwürmern jedoch vorhanden. Warum dies so ist, ist noch unklar.
„Wir kennen bereits einige der Gene, die für die Regeneration eines Plattwurmkopfes notwendig sind. Jetzt können wir auch nach den regulierenden Sequenzen suchen, welche die Kopfgene nur am vorderen Ende eines Gewebestückes aktivieren“, erklärt Jochen Rink vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik. Seine Forschungsgruppe hat zudem viele verschiedene Planarien-Arten aus der ganzen Welt zusammengetragen, von denen viele die Fähigkeit zur Regeneration verloren haben. „Wir werden jetzt auch die Genome dieser Arten entschlüsseln und miteinander vergleichen. Auf diese Weise können wir herausfinden, warum sich manche Tiere regenerieren, während es so viele andere nicht können“, erklärt Rink.
Originalveröffentlichung:
Markus Alexander Grohme, Siegfried Schloissnig, Andrei Rozanski, Martin Pippel, George Young, Sylke Winkler, Holger Brandl, Ian Henry, Andreas Dahl, Sean Powell, Michael Hiller, Eugene Myers, Jochen Christian Rink
Schmidtea mediterranea and the evolution of core cellular mechanisms.
Nature; 24 January, 2018 (DOI: 10.1038/nature25473)

25.01.2018, Universität Konstanz
Menschen schränken Tierwanderungen ein
Biologen stellen Rückgang von Tierbewegungen in menschlich beeinflussten Landschaften fest
Der Mensch greift in die Landschaft ein – durch Städtebau und Straßen, landwirtschaftliche Nutzflächen sowie den Abbau von Rohstoffen. Welche Auswirkungen hat dieser menschliche Einfluss auf Tiere und ihre Lebensräume? Mit Hilfe von GPS-Bewegungsdaten von mehr als 800 Tieren wiesen Wissenschaftler nun weltweit einen Rückgang von Tierbewegungen in Gebieten fest, die vom Menschen beeinflusst sind. Im Schnitt bewegen sich Säugetiere in Landschaften, die vom Menschen kultiviert wurden, nur ein Drittel bis halb so weit wie in freier Wildbahn. Die Studie wurde von Biologen der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung und der Goethe-Universität Frankfurt in enger Zusammenarbeit mit der Universität Konstanz und dem Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell durchgeführt. Die Forschungsergebnisse sind im Wissenschaftsjournal Science in der Ausgabe vom 26. Januar 2018 veröffentlicht.
„In zunehmender Nähe zum Menschen und ihrer Infrastruktur nimmt die Raumnutzung der Arten ab“, fasst Prof. Dr. Martin Wikelski, Direktor des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Radolfzell und Honorarprofessor an der Universität Konstanz, die Ergebnisse der Studie zusammen. Ein Rückgang von Tierbewegungen kann deutliche Auswirkungen auf Ökosysteme haben, zum Beispiel eine geringere Verbreitung von Pflanzensamen, Veränderungen in den Nahrungsketten und abnehmende Tierzahlen.
Fragmentierung der Lebensräume
Die Biologen um Martin Wikelski sehen verschiedene Ursachen für diese Entwicklung: Für wild lebende Tiere entstehen durch die menschliche Infrastruktur Hindernisse und Störungen, die ihre freie Bewegung einschränken. Die Biologen vermuten, dass sich Tierarten wie Rehe und Wildschweine zunehmend in vergleichsweise kleine Waldstücke zurückziehen, die von menschlicher Infrastruktur eingekesselt sind. „Arten wie Zebras, die wirklich große Räume beanspruchen, können schlicht nicht mehr in der Nähe des Menschen vorkommen. Die räumliche Einschränkung und die Fragmentierung ihres Lebensraums führen in vielen Fällen dazu, dass die Zahl der Tiere abnimmt“, schildert Dr. Kamran Safi, Biologe am Max-Planck-Institut für Ornithologie.
Eine zweite mögliche Ursache sehen die Biologen in der Änderung von Verhaltensmustern durch die Anwesenheit des Menschen. So finden Tiere wie Stadtfüchse in menschlicher Umgebung schneller Nahrung und müssen daher nur kürzere Strecken zurücklegen. Auch das menschliche Jagdverhalten, aber auch Freizeitaktivitäten wie Joggen haben deutliche Auswirkungen auf Verhaltensmuster der Tiere: Forschungsergebnisse zeigen, dass Wildschweine und andere Tierarten ihre Aktivitätszeiten und Territorien ändern, um dem Menschen auszuweichen. Ebenso gibt es Hinweise, dass Tiere wie Raufußhühner Gebiete mit Skianlagen, Seilbahnen und Bergsport gänzlich meiden.
„Movebank“, eine Datenbank der Tierbewegungen
Die Forscherinnen und Forscher griffen für ihre Erhebung auf Bewegungsdaten von über 800 Landtieren aus 57 Arten zurück, die mit GPS-Sendern bestückt wurden. Anschließend glichen sie die GPS-Daten mit dem „Human Footprint Index“ der Gebiete ab, durch die sich die Tiere bewegten. Dieser Index ist ein Maß für die menschliche Einflussnahme auf Landschaften.
Eine globale Datenbank der Tierbewegungen, „Movebank“, machte den weltweiten und artenübergreifenden Vergleich möglich. „Movebank“ wurde von Biologen um Martin Wikelski geschaffen, um Bewegungsmuster von Tieren weltweit aufzuzeichnen. Die Datenbank ist frei zugänglich (www.movebank.org) und ermöglicht Wissenschaftlern, Bewegungsdaten von Tieren zu teilen, zu vergleichen und daraus Rückschlüsse über die Entwicklung des Ökosystems unseres Planeten zu ziehen.
Originalveröffentlichung:
Tucker et al. (2018) Moving in the Anthropocene: Global reductions in terrestrial mammalian movements. Science, 26. Januar 2018
Link: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aam9712
Faktenübersicht:
• Weltweite Studie zum Einfluss des Menschen und seiner Infrastruktur auf Tierbewegungen.
• Aktuelle Veröffentlichung im Wissenschaftsjournal Science: Tucker et al. (2018) Moving in the Anthropocene: Global reductions in terrestrial mammalian movements. Science, 26. Januar 2018
• Datengrundlage: GPS-Bewegungsdaten von über 800 Landtieren aus 57 Arten
• Landtiere bewegen sich in Gebieten, die vom Menschen beeinflusst werden, nur ein Drittel bis halb so weit wie in freier Wildbahn
• Fragmentierung des Lebensraums von Tieren durch menschliche Infrastruktur
• Mögliche Konsequenzen für Ökosysteme, zum Beispiel für die Verbreitung von Pflanzensamen, für die Nahrungskette und für die Selbstregulierung von Populationsgrößen
• Forschungskooperation der Universität Konstanz, des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Radolfzell, der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung und der Goethe-Universität Frankfurt
• Gefördert von: Robert Bosch-Stiftung, Max-Planck-Gesellschaft

25.01.2018, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Wo Menschen sind, laufen Tiere weniger weit
Säugetiere bewegen sich in Gebieten, die stark vom Menschen geprägt sind, deutlich weniger als ihre Verwandten in der Wildnis. Sie legten nur zwischen der Hälfte und einem Drittel der üblichen Strecken zurück. Das schreibt ein internationales Team, unter Leitung von Forschenden des Senckenberg und der Goethe-Universität, in der Titelgeschichte des Fachmagazins „Science“. Die bisher umfassendste Studie zu diesem Thema basiert auf 57 Säugetierarten, deren Bewegungen per GPS verfolgt wurden. Die Autoren weisen darauf hin, dass die von ihnen festgestellte Entwicklung weitreichende Konsequenzen für die Ökosysteme und damit letztlich auch für den Menschen haben könnte.
Ob Langstreckenläufer wie das Zebra oder Kurzstreckensprinter wie der Hase: Alle Säugetiere überwinden täglich kleinere oder größere Strecken, unter anderem auf der Suche nach Futter. Wie ein Team um die Biologin Dr. Marlee Tucker, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum und Goethe-Universität, nun zeigen konnte, verringert sich der Aktionsradius von Säugetieren jedoch in Gebieten, die stark durch den Mensch geprägt sind, signifikant. Hier legen landlebende Säugetiere durchschnittlich nur ein Drittel der Strecke zurück, die sie in der unberührten Natur ablaufen.
Für ihre Untersuchung haben Tucker und 114 Koautoren in der bisher umfassendsten Studie zu diesem Thema die Bewegungen von 803 einzelnen Säugetieren rund um den Globus ausgewertet. „Wir haben insgesamt 57 Säugetierarten untersucht. Von Hasen über Wildschweine bis hin zu Elefanten. Forscher im Team hatten jedes Tier mit einem Sender ausgestattet. Per GPS konnten dann ihre Aufenthaltsorte für mindestens zwei Monate stündlich verfolgt werden“, so Tucker.
Alle Daten von den weltweiten Standorten der Forscher wurden schließlich im Portal „Movebank“ zusammengeführt, das die Tierbewegungen archiviert. Die Daten verglichen die Wissenschaftler mit dem „Human Footprint Index“ der Gebiete, in dem sich die Tiere bewegten. Der Index gibt an, wie sehr das Gebiet durch den Menschen verändert ist, beispielsweise durch den Bau von Siedlungen, Verkehrswegen oder Landwirtschaft.
In Gebieten mit einem vergleichsweise hohen „Human Footprint Index“, zum Beispiel einer typischen deutschen Ackerlandschaft, legen die dort lebenden Säugetiere in zehn Tagen nur 33 bis 50 Prozent der Strecken zurück, die andere Säugetiere durchschnittlich in der unberührten Natur zurücklegen. Das gilt sowohl für die maximal in zehn Tagen zurückgelegte Strecke als auch für die durchschnittlich in diesem Zeitraum zurückgelegte Strecke. Die Auswertung zeigt darüber hinaus, dass die Tiere nicht langsamer werden, sondern ihr langfristiges Raumnutzungsverhalten so verändern, dass sie über längere Zeitskalen weniger Strecke absolvieren.
Möglicherweise bewegen sich die Säugetiere weniger, weil sie ihr Verhalten an die durch den Menschen stark beeinflusste Umgebung angepasst haben. „In einigen dieser Gebiete gibt es teilweise ein besseres Futterangebot, daher müssen die Tiere nicht mehr weite Strecken auf sich nehmen, um satt zu werden. Außerdem schränken Straßen und die Zerstückelung der Lebensräume vielerorts die Tiere in ihrer Bewegung ein“, so der an der Studie beteiligte Juniorprofessor Prof. Thomas Müller, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum und Goethe-Universität Frankfurt.
Die Forschenden sind besorgt, dass Ökosystemfunktionen, die an Tierwanderungen gekoppelt sind, maßgeblich beeinträchtigt werden könnten. „Dass Tiere bestimmte Distanzen überwinden ist wichtig, denn damit transportieren sie beispielsweise Nährstoffe und Samen zwischen verschiedenen Gebieten. Außerdem basieren viele natürliche Nahrungsnetze auf Tierbewegungen. Wenn sich Tiere weniger bewegen, könnten sich viele dieser Prozesse in Ökosystemen verändern. So könnte zum Beispiel der Austausch von Pflanzensamen durch Tiere zwischen verschiedenen Lebensräumen gefährdet werden“, sagt Tucker.
Publikation
Tucker, M.A. et al. (2018): Moving in the Anthropocene: Global reductions in terrestrial mammalian movements. Science, doi: 10.1126/science.aam9712

26.01.2018, Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns
Archaeopteryx, der Elfte
LMU- und SNSB-Forscher beschreiben das geologisch älteste Exemplars des Sauriers und stellen eine neue Diagnosemethode vor, wie sich vogelähnliche Raubsaurier korrekt zuordnen lassen.
Archaeopteryx, der älteste bekannte Vogel, lebte vor 150 Millionen Jahren in einer subtropischen Landschaft aus Inseln und Lagunen im heutigen Bayern, das damals von einem flachen Meer bedeckt war, den nördlichen Ausläufern des Urmittelmeeres. Alle bisherigen Fossilien des Urvogels wurden im sogenannten Solnhofener Archipel im heutigen Altmühltal entdeckt, zuletzt im Jahr 2010. SNSB- und LMU-Forscher Oliver Rauhut hat das jüngste Exemplar nun anatomisch analysiert: Es handelt sich um das geologisch älteste bekannte Fossil, wie ein Team um Rauhut, Paläontologe am Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU sowie an der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie in München, in der Studie darlegt.
„Exemplare von Archaeopteryx kennen wir inzwischen aus drei verschiedenen Gesteins-Einheiten. Die verschiedenen Funde decken einen Zeitraum von bis zu einer Million Jahre ab“, sagt Rauhut. Das geologisch älteste Fossil hat viele Merkmale, die man bislang von Archaeopteryx nicht kannte. „Sie zeigen unter anderem, wie ähnlich der Urvogel in vielen Merkmalen den fortschrittlichen Raubsauriern ist“, sagt Rauhut, der in der aktuellen Studie nun erstmals eine Diagnose vorstellt, wie sich der Urvogel von anderen fortschrittlichen Raubdinosauriern unterscheiden lässt. Dies wurde notwendig, da viele Funde vogelähnlicher Raubsaurier in den vergangenen Jahren, vor allem in China, eine eindeutige Zuordnung schwieriger gemacht hatten.
Wie wichtig diese ist, hat Oliver Rauhut erst kürzlich selbst in der Fachzeitschrift BMC Evolutionary Biology gezeigt: Er stellte fest, dass der vermeintlich allererste Fund eines Archaeopteryx-Fossils aus dem Jahr 1861 in Wirklichkeit gar kein Urvogel ist. Demnach gibt es nun elf Exemplare statt wie bisher angenommen zwölf.
Zudem stellten die Forscher nun bei der anatomischen Analyse des elften Fossils fest, dass die verschiedenen Exemplare der Gattung Archaeopteryx eine sehr beachtliche Variation zeigen. Erklärungen für diese Variationen reichen von starken individuellen Unterschieden bis hin zu evolutiven Änderungen und der Möglichkeit, dass die verschiedenen Exemplare nah verwandten Arten zugehören. „Auffällig ist insbesondere die starke Variation in der Bezahnung und somit möglicherweise im Nahrungserwerb – keine zwei Exemplare zeigen das exakt selbe Muster“, so Rauhut. „Dies erinnert an die berühmten Darwinfinken und ihre Variation in der Schnabelform. Vielleicht hatte sich bereits der Urvogel nach seiner Ankunft im Solnhofener Archipel auf den verschiedenen Inseln rasch in zahlreiche spezialisierte Arten aufgespalten und stellt somit sozusagen einen jurassischen Darwinfinken dar.“
Publikation:
Oliver Rauhut, Christian Foth and Helmut Tischlinger:
The oldest Archaeopteryx (Theropoda: Avialiae): a new specimen from the Kimmeridgian/Tithonian boundary of Schamhaupten, Bavaria
In: PeerJ 2018

26.01.2018, Museum für Naturkunde – Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung
Schlangensterne sehen mit dem ganzen Körper
Die Annahme, dass Schlangensterne über kristalline Skelettstrukturen Licht wahrnehmen, konnte durch Forscherinnen und Forscher des Museums für Naturkunde Berlin und ihre vertiefende Forschung für Natur sowie internationale Kooperationspartnern widerlegt werden. Die gefundene, unvermutet hohe Anzahl der über den gesamten Körper verteilten Sehzellen bietet eine erste strukturelle Grundlage, um das Sehvermögen dieser augenlosen Tiere genauer zu erforschen.
Lange Zeit wurde vermutet, dass Schlangensterne der Art Ophiocoma wendtii (nahe Verwandte von Seeigeln und Seesternen) ihr Sehvermögen kristallinen Strukturen ihres Kalkskeletts verdanken. Diese Verdickungen im gitterartigen Innenskelett der Tiere können in der Tat, wenn aus dem Gewebe der Tiere isoliert, Licht auf einen Fokuspunkt unterhalb des Kalkkristalls konzentrieren.
Lange wurden diese Strukturen deshalb als „Mikrolinsen“ bezeichnet und für immer neue, vor allem auch fossile Arten von Schlangen- und sogar Seesternen beschrieben.
Am Museum für Naturkunde Berlin wurde nun in Kooperation mit einem internationalen Forschungsteam nachgewiesen, dass eine optische Funktion dieser spezialisierten Kalkstrukturen sehr unwahrscheinlich ist. Die häufig zitierte Hypothese eines hochspezialisierten, komplexaugenähnlichen Sehsystems bei Schlangensternen kann durch die neuen Befunde aus Antikörperfärbungen, computertomographischen und elektronenmikroskopischen Vermessungen des Skeletts, sowie aus histologischen Untersuchungen nicht belegt werden. Im Gegenteil – in der aktuellen Studie konnte gezeigt werden, dass unterhalb der hypothetisierten „Mikrolinsen“, an deren vermeintlichen Fokuspunkten, keine Fotorezeptoren zu finden sind. Stattdessen befinden sich die Sehzellen zwischen den Skelettverdickungen, wobei ihre lichtsensitiven Membranoberflächen am Skelett vorbei bis an die Hautoberfläche der Schlangensterne führen.
Zu Vergleichszwecken wurden zwei weitere Arten der Gattung Ophiocoma untersucht, wobei eine davon nicht über den für Ophiocoma wendtii typischen Hautfarbwechsel zwischen Tag und Nacht verfügt, die keine ausgeprägte Verhaltensreaktion auf Licht zeigt und weniger regelmäßig geformte Skelettverdickungen besitzt. Bei allen drei untersuchten Arten wurden entgegen vorangegangener Untersuchungen nicht nur auf der dem Licht zugewandten Körperseite, sondern in der Haut des gesamten Körpers tausende von Lichtrezeptoren identifiziert. Die Forscherinnen und Forscher schließen daraus, das entgegen der langverbreiteten Annahme die kristallinen Skelettstrukturen keine Rolle bei der Lichtwahrnehmung der Schlangensterne spielen, sondern eine andere biologische Funktion erfüllen. Die unvermutet hohe Anzahl der über den gesamten Körper verteilten identifizierten Sehzellen bietet eine erste strukturelle Grundlage, um das Sehvermögen dieser augenlosen Tiere genauer zu erforschen.
Veröffentlicht in:
Lauren Sumner-Rooney, Imran A. Rahman, Julia D. Sigwart, Esther Ullrich-Lüter: Whole-body photoreceptor networks are independent of ‘lenses’ in brittle stars, Proceedings of the Royal Society Published 24 January 2018.DOI: 10.1098/rspb.2017.2590
Die Publikation steht unter diesem Link zur Verfügung: http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/285/1871/20172590

26.01.2018, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Forscher zeigen bei Plattwürmern und Zebrafischen: Jede Verletzung kann Geweberegeneration auslösen
Forscher des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ haben neue Einblicke in die Mechanismen hinter Regenerationsvorgängen gewonnen: Bei Plattwürmern und Zebrafischen können auch kleine Wunden die Wiederherstellung von Köpfen und Knochen auslösen. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.
Manche Tiere sind von Natur aus zu etwas in der Lage, was für Menschen nur ein ersehntes Ziel ist: verlorene Körperteile wiederherzustellen. Um die Mechanismen hinter Regenerationsprozessen zu verstehen, untersuchen Wissenschaftler diese Tiere und beobachten dabei zwei Arten von Heilungsvorgängen: Einige Wunden, zum Beispiel Schnitte in der Haut, heilen einfach zu – fehlen jedoch Gewebestücke oder sogar ganze Gliedmaße, setzt der Organismus komplizierte Prozesse zur Wiederherstellung des Körperteils in Gang. Bisher waren die meisten Forscher davon ausgegangen, dass die Signale für vollständige Regeneration nur aktiviert werden, wenn auch tatsächlich Gewebe fehlt. Nun haben Forscher aus Münster und Ulm herausgefunden: Bei Plattwürmern und Zebrafischen lösen überraschenderweise alle Arten von Wunden grundsätzlich Signale aus, die einen Wiederherstellungsprozess anstoßen können. Beide zur Regeneration fähigen Tierarten starteten das entsprechende „Programm“ bei jeder Verletzung – auch wenn diese nur klein war und normalerweise nur einen Wundheilungsprozess auslösen würde. Zum vollständigen Regenerationsprozess kam es dann aber letztendlich nur, wenn Gewebe fehlte. Die Forscher identifizierten dabei einen zellulären Kommunikationsweg, der den Tieren anzeigt, ob Gewebe verloren gegangen ist. „Die Ergebnisse unserer Studie lassen uns hoffen, dass wir Wundsignale, die wahrscheinlich in allen Tieren und eventuell auch im Menschen bei einer Verletzung aktiviert werden, dazu benutzen können, den Heilungsprozess in einen Regenerationsprozess umzuwandeln“, sagt Dr. Kerstin Bartscherer, Gruppenleiterin am Exzellenzcluster „Cells in Motion“ der Universität Münster und am münsterschen Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin. „Wenn man daher Verletzungen jeglicher Art mit Signalen versorgen könnte, die fehlendes Gewebe anzeigen, wäre das ein vielversprechender Ansatz für die regenerative Medizin“. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.
Die Geschichte im Detail:
Plattwürmer sind für Regenerationsbiologen von großem Interesse, weil sie die einzigartige Fähigkeit haben, jeden Teil ihres Körpers – sogar das Gehirn – in weniger als zwei Wochen wiederherzustellen. Unter den Wirbeltieren ist der Zebrafisch dazu in der Lage, schwer verletzte Gewebe und Organe zu ersetzen, zum Beispiel das Herz oder die Schwanzflosse. Dabei müssen alle Tiere mit regenerativen Fähigkeiten „entscheiden“, ob es notwendig ist, einen Wiederherstellungsprozess in Gang zu bringen. „Eine schon lange bestehende, grundlegende Frage ist, woher diese Tiere ,wissen‘, ob sie regenerieren oder lediglich heilen müssen“, sagt Erstautorin Dr. Suthira Owlarn, Biologin in der Arbeitsgruppe von Dr. Kerstin Bartscherer.
Um herauszufinden, ob unterschiedliche Verletzungen auch unterschiedliche Signale aussenden, arbeiteten die Wissenschaftler mit einem neuen Ansatz: Sie verhinderten zunächst die Fähigkeit von Plattwürmern, Regenerationsprozesse zu aktivieren, indem sie kurzzeitig ein Signalmolekül, die Extracellular regulated Kinase (ERK), hemmten. Dieses Enzym vermittelt einen wichtigen Signalweg, der verschiedene zelluläre Prozesse reguliert – unter anderem die Aktivierung der Regeneration, wie die Studie zeigte: Nachdem die Forscher die Köpfe der manipulierten Plattwürmer amputiert hatten, heilten zwar die Wunden an den so entstandenen Schwanzfragmenten, diese bildeten aber keine neuen Köpfe aus. Als die Wissenschaftler jedoch erneut Gewebe entfernten, stellten die Plattwürmer ihre anfänglich verlorenen Köpfe ohne Probleme wieder her. Der Clou: Auch wenn die Forscher nur Schnitte zufügten, die in den Plattwürmern normalerweise keinen Regenerationsprozess starten, entstanden neue, funktionstüchtige Köpfe. „Diese Ergebnisse zeigen, dass einfache Wunden das Vermögen haben, die Regeneration anzukurbeln. Der Prozess wird aber nur vervollständigt, wenn die Verletzung in einem Bereich liegt, in dem Gewebe fehlt“, sagt Suthira Owlarn.
Um zu testen, ob diese Ergebnisse auch auf andere Lebewesen übertragbar sind, arbeitete das Team eng mit Forschern um Prof. Gilbert Weidinger an der Universität Ulm zusammen, die ähnliche Versuche bei Zebrafischen durchführten. Die Wissenschaftler veränderten Fische genetisch, indem sie kurzzeitig die Aktivität bestimmter Signalproteine und damit die Regenerationsfähigkeit der Fische „ausschalteten“. Die Folge: Nachdem die Wissenschaftler die Schwanzflossen der Fische amputiert hatten, heilten zwar die so entstandenen Wunden, die verlorenen Flossenteile wuchsen aber nicht wieder nach. Als die Forscher jedoch den unvollständigen Flossen einfache Hautverletzungen zufügten, ließen diese die amputierten Flossenteile ganz einfach wieder nachwachsen – die Knochen eingeschlossen. Das bestätigte die Annahme der Wissenschaftler: Auch bei Fischen werden Signale zur Wiederherstellung grundsätzlich nach Verwundungen ausgelöst, der Prozess kommt aber nur in Gang, wenn Gewebe fehlt.
Aber wie „weiß“ ein Tier, dass ihm Gewebe fehlt? Um das herauszufinden, legten die Wissenschaftler ihr Augenmerk auf das Protein Beta-Catenin, einem Aktivator des zellulären Wnt-Signalwegs. Dieses war bereits dafür bekannt, dass es Zellen anzeigt, welche Art von Körpergewebe nach Amputationen wiederhergestellt werden muss. Die Forscher untersuchten nun, welchen Effekt die Manipulation des Wnt- Signalwegs im Zusammenhang mit Schnittwunden hat. Sie veränderten die Aktivität des Proteins Beta-Catenin in den Plattwürmern und beobachteten: Kleine Schnittwunden ließen ihnen an diesen Stellen irrtümlich Köpfe wachsen. „Diese Ergebnisse lassen uns vermuten, dass der Wnt-Signalweg dafür verantwortlich ist, den Plattwürmern zu ,melden‘, ob Gewebe fehlt und Regeneration notwendig ist“, sagt Kerstin Bartscherer.
Ob und wann die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung zu möglichen Anwendungen führen, ist derzeit nicht absehbar.
Die Studie erhielt finanzielle Unterstützung von der Max-Planck-Gesellschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Europäischen Forschungsrat.
Originalpublikation:
Owlarn S, Klenner F, Schmidt D, Rabert F, Tomasso A, Reuter H, Mulaw MA, Moritz S, Gentile L, Weidinger G, Bartscherer K. Generic wound signals initiate regeneration in missing-tissue contexts. Nat Commun 2017;8: 2282; DOI: 10.1038/s41467-017-02338-x

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