Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

Der Dumbo-Schlüpfling kurz nach dem Verlassen der Eikapsel, die nur knapp zwei Zentimeter lang ist. © Foto: Timothy M. Shank und NOAA Office of Exploration and Research

Der Dumbo-Schlüpfling kurz nach dem Verlassen der Eikapsel, die nur knapp zwei Zentimeter lang ist.
© Foto: Timothy M. Shank und NOAA Office of Exploration and Research

19.02.2018, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Seltener Fund aus der Tiefsee
Dumbo-Oktopusse leben Tausende Meter tief in den Meeren. Ein seltenes Schauspiel gibt nun erstmals weiteren Einblick: Ein US-Wissenschaftler filmte an Bord eines Forschungsschiffes, wie ein nur wenige Zentimeter kleiner Dumbo-Oktopus aus seinem Ei schlüpft. Anhand der Videoaufzeichnungen und MRT-Aufnahmen der inneren Organe konnten Forscher des Delaware Museum of Natural History, der Universität Bonn, des Universitätsklinikums Münster und der Woods Hole Oceanographic Institution eine erstaunliche Ähnlichkeit des Schlüpflings mit erwachsenen Tieren feststellen. Der Fund wird nun in „Current Biology“ vorgestellt.
Wieder taucht der Unterwasserroboter auf und hat diesmal eine Koralle aus einer Tiefe von fast 2.000 Metern heraufgeholt. An Bord des US-Forschungsschiffes Ronald H. Brown wird der Fund sofort in einen Behälter mit Seewasser gelegt, das annähernd die gleiche Temperatur wie die Tiefsee hat. Der Biologe Dr. Tim Shank beobachtet zufällig, wie aus einer an der Koralle befestigten, knapp zwei Zentimeter großen Eikapsel ein kleiner Tiefsee-Oktopus schlüpft und sofort synchron seine Flossen bewegt. Geistesgegenwärtig filmt er das seltene Ereignis und konserviert später das kleine Meerestier für weitere Untersuchungen. Das war im Jahr 2005. Damals nahm Shank von der Woods Hole Oceanographic Institution an einer Expedition teil, die eine der Ostküste der USA vorgelagerte Kette von Unterwasserbergen erkundete – die „New England and Corner Rise Seamounts“.
„Dumbo“ ist eine Entlehnung aus dem Disney-Trickfilm
„Es war das erste Mal, dass ein solcher Tiefsee-Oktopus direkt beim Schlüpfen beobachtet wurde“, sagt Dr. Liz Shea vom Delaware Museum of Natural History. Das nur etwa drei Zentimeter große Tier verfügt über Flossen am Mantelende, die wie Elefantenohren geformt sind. In Anlehnung an „Dumbo“, den fliegenden Elefanten aus den Walt-Disney-Zeichentrickfilmen, werden solche Tiefsee-Kraken auch „Dumbo-Oktopusse“ genannt.
Die erwachsenen weiblichen Tiere legen ihre Eier bevorzugt in das Geäst von Tiefseekorallen und verschwinden anschließend. „Wie das Video von Dr. Shank zeigt, bewegt sich der Dumbo-Oktopus sofort wie ein etwa zehn Mal größeres erwachsenes Tier“, sagt Dr. Alexander Ziegler vom Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn, der zusammen mit Dr. Shea den Schlüpfling wissenschaftlich untersuchte.
„Durchleuchtung“ im Magnetresonanztomografen
Um mehr über das seltene Tier zu erfahren, „durchleuchtete“ es das Team von Prof. Cornelius Faber am Universitätsklinikum Münster mit einem hochauflösenden Magnetresonanztomografen. Aus den MRT-Aufnahmen erstellte Dr. Ziegler dann ein dreidimensionales Modell der inneren Organe des kleinen Tiefseekraken. „Auffällig war ein großer Dottersack, der direkt nach dem Schlüpfen als Nährstoffquelle dient, bis das Jungtier selbstständig Beute in der Tiefsee fangen kann“, erklärt Ziegler.
Die Wissenschaftler waren überrascht, wie sehr die anderen inneren Organe und das Nervensystem des kleinen Kraken strukturell dem von erwachsenen Tieren glichen. „Während die aus dem Flachwasser bekannten Oktopusse in aller Regel Brutpflege betreiben, scheint so ein Verhalten bei dem Tiefsee-Dumbo-Oktopus keinen evolutiven Vorteil zu bringen“, führt Ziegler aus.
Der Fund gehört zur Gattung Grimpoteuthis
Anhand der Größenverhältnisse der Organe konnte der Fund der Dumbo-Gattung Grimpoteuthis zugeordnet werden, ein absolutes Novum bei Dumbo-Jungtieren überhaupt. „Die Bestimmung der Art war aber leider nicht möglich, weil die Tiefseefauna im Nord-Atlantik noch nicht vollständig beschrieben ist“, sagt Dr. Shea. Die Tiefsee zeigt also noch viele weiße Flecken auf der globalen Biodiversitätslandkarte. Die Wissenschaftler weisen deshalb in ihrer Publikation nochmal auf die Bedeutung des Schutzes dieses sensiblen Lebensraumes hin. Grundschleppnetzfischerei und das Schürfen nach Rohstoffen gefährdeten den Lebensraum der Tiefseekorallen und alle mit diesen Tieren assoziierten, zum Teil noch unerforschten Organismen.
Publikation: Elizabeth K. Shea, Alexander Ziegler, Cornelius Faber, Timothy M. Shank: Dumbo octopod hatchling provides insight into early cirrate life cycle, Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2018.01.032

19.02.2018, Universität Konstanz
Schaben können räumlich riechen
Eine Studie mit Konstanzer Beteiligung beschreibt die erste neuronale Architektur, die in der Lage ist, Gerüche im Hirn zu kartieren
Eine Rose ist eine dreidimensionale Anordnung von Blütenblättern, grünen Blättern und einem Stängel. Dies hat im Hirn eine räumliche Entsprechung. Was sich in der äußeren Welt nebeneinander befindet, wird auch im Hirn durch die Zusammenarbeit benachbarter Zellen verarbeitet. Dasselbe gilt für taktile Empfindungen, etwa bei der Berührung der Hand. Auch sie sind im Hirn topologisch genau repräsentiert, was als visueller beziehungsweise sensorischer „Homunkulus“ beschrieben wird. Gibt es aber auch einen „olfaktorischen Homunkulus“ im Hirn? Hat auch der Geruchssinn solch eine räumliche neuronale Struktur? Eine Studie, an der neben Forschern aus Japan auch die Arbeitsgruppe für Neurobiologie von Prof. Dr. Giovanni Galizia beteiligt ist, konnte erstmals die räumliche Darstellung eines Geruchsstoffes in einem Tierhirn nachweisen – im Hirn der Schabe. Die Ergebnisse sind online in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals Current Biology nachzulesen.
Die Forschungskooperation, an der neben den Konstanzer Wissenschaftlern auch Wissenschaftler japanischer Universitäten in Sapporo und Tokio beteiligt sind, untersucht die Geruchswahrnehmung der nachtaktiven Amerikanischen Schabe. Für Schaben, wie für die meisten Tiere, haben Duftinformationen eine große Bedeutung. Die Amerikanische Schabe ist mit zwei außergewöhnlich langen Riechorganen, den Antennen, ausgestattet. Mit diesen nimmt sie sequenzielle Stichproben von Düften aus der Umgebung. Zu diesem Zweck befinden sich auf den Antennen olfaktorische Rezeptoren, die jeweils mit ganz speziellen Duftmolekülen interagieren. Über die Position der Rezeptoren auf den Antennen – mit vier bis fünf Zentimetern genauso lang wie der Körper des Tieres – erhalten die Insekten Informationen über die räumliche Position eines Duftstoffes. Da die spezifischen Duftstoffmoleküle im Riechhirn, dem Antennallobus, in demselben Nervenknoten verarbeitet werden, ging man bislang davon aus, dass diese räumliche Abbildung dort verlorengeht.
Die Forscher konzentrierten sich in ihrer Untersuchung auf den Duftstoff des weiblichen Sexualpheromons. Sie fanden in dem dafür zuständigen Nervenknoten, dem Makroglomerulus, die räumliche Anordnung des Rezeptortyps für Sexualpheromone auf der Antenne wieder. Durch bildgebende Verfahren konnte Dr. Marco Paoli an der Universität Konstanz das Hirn der Schabe kartieren und damit die räumliche Struktur bei der Verarbeitung der Duftmoleküle nachweisen. So regen Rezeptorneuronen vom entfernteren Teil der Antenne den mittleren Teil des Makroglomerulus an, während Rezeptorneuronen vom näheren Teil der Antenne einen seitlicheren Teil aktivieren. Somit konnten sie zeigen, dass es einen „olfaktorischen Homunkulus“ gibt, der tatsächlich auch noch in den sogenannten Pilzkörpern, dem nächsthöheren Areal des Riechzentrums, erhalten bleibt. Rezeptoren, die sich auf der Antenne nebeneinander befinden, sind im Makroglomerulus ebenfalls nebeneinander angeordnet.
Die Studie beschreibt die erste neuronale Architektur, die in der Lage ist, Gerüche zu kartieren. Damit ist belegt, dass Schaben zumindest ihre eigene Innenwelt räumlich repräsentieren. Gleichzeitig ist es ein erster Hinweis, dass sie die Außenwelt räumlich wahrnehmen – allerdings als dreidimensionale Geruchswelt. In der Arbeitsgruppe von Giovanni Galizia wird nun daran weiter geforscht, inwiefern sich die Ergebnisse der Studie auf andere Insekten wie Fliegen und Bienen übertragen lassen, die sehr kurze Antennen haben. Am Ende geht es immer aber auch um grundsätzliche Mechanismen der Informationsverarbeitung im Hirn – auch des Menschen.
Faktenübersicht:
• Originalpublikation: Hiroshi Nishino,,Masazumi Iwasaki, Marco Paoli, Itsuro Kamimura, Atsushi Yoritsune, Makoto Mizunami: Spatial Receptive Fields for Odor Localization, Current Biology (2017): DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.12.055
• Studie konnte erstmals die räumliche Darstellung eines Geruchsstoffes in einem Tiergehirn nachweisen
• Kooperation von Wissenschaftlern an Universitäten in Sapporo und Tokio mit der Arbeitsgruppe für Neurobiologie an der Universität Konstanz
• Gefördert durch das Mentorship Programme des Zukunftskollegs der Universität Konstanz.

19.02.2018, Universität Basel
Verbreitung von Fischeiern durch Wasservögel – nur ein Mythos?
Wie gelangen Fische in abgelegene Gewässer, wenn sie nicht selbst dorthin schwimmen können? Obwohl Forscher seit Jahrhunderten vermuten, dass Wasservögel Fischeier in solche Gewässer einschleppen, fehlen dafür bis heute die Beweise. Das zeigt eine systematische Literaturrecherche von Forschern der Universität Basel.
Kleine Seen mit weniger als 100 Quadratmeter Fläche bilden einen Grossteil der globalen Süsswasserökosysteme. Viele dieser Seen liegen in abgelegenem, oft gebirgigem Gelände und haben keinen Zu- und Abfluss. In den meisten dieser Seen gibt es aber Fische. Doch wie kommen Fische in Seen, Teiche und Tümpel, die nicht mit anderen Gewässern verbunden sind?
Diese Frage stellten sich bereits die grossen Naturforscher des 19. Jahrhunderts wie Charles Darwin, Alfred Russel Wallace und Charles Lyell. Sie alle kamen zum gleichen Schluss: Wasservögel müssen für die Verbreitung der Fische verantwortlich sein.
Für die Ausbreitung hatten sie eine plausible Erklärung. Fischeier sind klebrig und überleben eine gewisse Zeit an der Luft. So geht die Theorie davon aus, dass die Fischeier im Gefieder oder an den Füssen von Wasservögeln anhaften. Diese fliegen von einem Gewässer zum nächsten, wo die Fische aus den Eiern schlüpfen.
Stichhaltige Untersuchungen fehlen
Eine Studie von Umweltwissenschaftlern der Universität Basel zeigt nun, dass diese Theorie zwar innerhalb der Forschergemeinschaft als gesichert gilt, dass aber publizierte Studien dazu fehlen.
Um das Fehlen von Evidenz objektiv zu messen, führte das Basler Forscherteam eine systematische Literaturrecherche durch. Das Ergebnis zeigt: es gibt keine wissenschaftlich profunden Studien, die belegen, dass Wasservögel Fischeier verschleppen.
Um auszuschliessen, dass die erfolglose Suche an der Methode liegt, wurde auf gleiche Weise nach Belegen für die Verbreitung von wirbellosen Wassertieren gesucht. Hier fanden die Forscher zahlreiche wissenschaftliche Publikationen, die sich auf Experimente und Feldversuche stützen.
Auch heute noch verbreitet
Für ihre Studie konsultierten die Basler Forscher zudem Onlineforen und befragten rund 40 Experten aus Forschung und Praxis. Damit wollten sie klären, wie verbreitet die Theorie der Fischverbreitung durch Wasservögel inner- und ausserhalb der Forschergemeinde ist. Die Mehrzahl der befragten Fachleute findet die Theorie so plausibel, dass sie das Rätsel als gelöst betrachten. Auf empirische Ergebnisse kann sich aber niemand beziehen.
«Das Fehlen von Evidenz bedeutet nicht, dass die Ausbreitung über Wasservögel nicht vorkommt», kommentiert Dr. Philipp E. Hirsch von der Universität Basel die Ergebnisse. «Aber wir wissen heute schlicht nicht, welche Rolle dabei die Vögel, welche der Mensch und welche andere Prozesse spielen.»
Die Verbreitungswege von Fischen in entlegene Gewässer zu verstehen, ist wichtig für die Erhaltung der Biodiversität. Das Wissen, wie Arten neue Lebensräume kolonisieren, bildet die Grundlage für den Erhalt von Refugien und gezielte Wiederansiedelung, aber auch um ein Eindringen invasiver Arten zu verhindern.
Originalbeitrag
Philipp Emanuel Hirsch, Anouk N’Guyen, Roxane Muller, Irene Adrian-Kalchhauser, Patricia Burkhardt-Holm
Colonizing Islands of water on dry land—on the passive dispersal of fish eggs by birds
Fish and Fisheries. (2018), doi: 10.1111/faf.12270

20.02.2018, DEUTSCHE WILDTIER STIFTUNG
Frühstart in den Frühling – die Hummel-Königinnen fliegen los
Deutsche Wildtier Stiftung: Frühblüher wie Obstbäume sind auf die Bestäuber angewiesen
Wer um 7 Uhr in der Frühe das Haus verlässt, hat es längst bemerkt: Die Sonne ist bereits aufgegangen. Die dunkle Jahreszeit geht zu Ende; am 1. März ist es laut Kalender offiziell: Der Frühling hat angefangen! Die jungen Hummel-Königinnen spüren auch ohne Kalender, dass der Frühling kommt. Sobald das Thermometer über null Grad klettert und die Sonne scheint, krabbeln sie voller Elan aus ihren Überwinterungsquartieren. Sie sind die ersten Wildbienen des Jahres, die der Sonne entgegenfliegen.
„Dabei geben die Königinnen alles an Kraft, was sie nur aufbringen können“, erklärt Manuel Pützstück, Wildbienenexperte von der Deutschen Wildtier Stiftung. „Bis Mitte April müssen sie ihre Nester gebaut haben, um darin viele hundert Eier abzulegen.“ Mit Hilfe einer kleinen, mit Nektar gefüllten Honigblase im Körperinneren schaffen es die Insekten, die ersten Stunden in den kühlen Februar-Tagen zu überleben, ohne zu verhungern. „Doch dann brauchen sie schnellstens gehaltvolle Kraftnahrung“, sagt Pützstück. Diese besteht – wie bei einem Profisportler – aus möglichst viel Proteinen und Kohlenhydraten. Gartenbesitzer können für die fliegenden Königinnen den Tisch decken: wo Krokusse, Schneeglöckchen, Märzenbecher und Weidenkätzchen wachsen, können Hummeln eiweißreichen Blütenpollen und zuckerhaltigen Blütennektar naschen.
Hummeln sind mit die ersten fliegenden Bestäuber des Jahres und damit wichtig für alle frühblühenden Obstsorten wie Kirschen und Äpfel. „Pro Tag besuchen Hummeln bis zu tausend Blüten und mehr. Dafür ist die Wildbienenart bis zu 18 Stunden am Tag in der Luft“, erläutert Manuel Pützstück von der Deutschen Wildtier Stiftung. Das ist eine Höchstleistung! Wie kommt das sympathische Schwergewicht zu solchen Ausnahmerekorden? Möglich wird diese Höchstleistung nur durch einer Art „Spezialanfertigung“ der Flügel. „Im Gegensatz zu den Tragflächen eines Flugzeuges sind Hummelflügel in sich voll beweglich“, erklärt der Experte das Hummel-Geheimnis. „Durch eine Krümmung der Flügel und ein ganz spezielles Schlagmuster wird der benötigte Auftrieb erzeugt. Zuvor zittert sie sich mit ihren Muskeln warm und erhöht so ihre Körpertemperatur auf 30 Grad für einen perfekten Start in den blauen Frühlingshimmel.“

20.02.2018, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Wechselkröten zeigen: Arten mit vielfachen Genomen haben lediglich entfernt verwandte Vorfahren
Die meisten Wirbeltiere haben zwei Chromosomensätze, einen von der Mutter und einen vom Vater – auch wir Menschen sind diploid. Viel seltener ist die Polyploidie, also der Besitz von drei oder mehr Chromosomensätzen. Um die Entstehung neuer Wirbeltierarten zu erforschen, studieren EvolutionsbiologInnen Wechselkröten – diese können diploid oder polyploid sein. Dr. Matthias Stöck vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei und ForscherInnen der Universität Lausanne und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung haben einen Stammbaum für die eurasischen Wechselkrötenarten vorgelegt: Die polyploiden Arten stammen von Elternlinien mit sehr geringem Verwandtschaftsgrad ab.
Die meisten polyploiden Fische, Amphibien und Reptilien gehen auf das Verschmelzen des Erbgutes zweier genetisch getrennter Stammformen zurück: Alle Chromosomen der Stammformen werden beibehalten und es entstehen Arten mit mehr als zwei Chromosomensätzen. So können sich innerhalb weniger Generationen neue Arten bilden, die Eigenschaften und Merkmale aufweisen, die beide Elternlinien überhaupt nicht besitzen (transgressive Merkmale). Die polyploide hybride Artbildung unterscheidet sich damit deutlich von der klassischen (u.a. der allopatrischen) Artbildung, die über sehr lange Zeiträume und zumeist über die räumliche Trennung von Populationen erfolgt.
Beide Formen der Artbildung kommen bei Wechselkröten vor. In mehreren Gebieten Eurasiens treffen sich seit unterschiedlich langer Zeit getrennte Formen europäischer diploider Wechselkrötenarten und paaren sich – allerdings ohne dadurch polyploide Kröten hervorzubringen. Einige asiatische Wechselkrötenarten hingegen haben Kröten mit drei oder vier Chromosomensätzen (Tri- oder Tetraploidie) hervorgebracht.
Die AutorInnen verglichen ihre Ergebnisse zur Evolution eurasischer Wechselkröten mit publizierten Daten polyploider Fische, Amphibien und Reptilien. „Voraussetzung für die erfolgreiche Evolution polyploider Wirbeltiere ist vermutlich eine möglichst große evolutionäre Divergenz der Vorfahren – also ein nur sehr geringer Verwandtschaftsgrad“, fasst Dr. Matthias Stöck, Evolutionsbiologe am IGB, die wichtigste Erkenntnis der Studie zusammen. Die genetische Untersuchung der heute vorkommenden Arten hat ergeben, dass nur die seit etwa sechs Millionen Jahren getrennten Formen zur Evolution polyploider Wechselkröten beigetragen haben. Die näher verwandten Linien haben lediglich Hybridkröten mit zwei Chromosomensätzen hervorgebracht.
Die WissenschaftlerInnen stellten zudem fest, dass die polyploiden Krötenformen vorwiegend seit Beginn der Eiszeit (vor etwa zwei Millionen Jahren) entstanden sind. Sie vermuten, dass sich die polyploiden Kröten dank der neuen Eigenschaften und Merkmale durch die „zusätzlichen“ Chromosomensätze in den extremeren Klimabedingungen besser behaupten und so auch neue ökologische Nischen besetzen konnten.
http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/285/1872/20172667
Betto-Colliard C., Hofmann S., Sermier R., Perrin N. & Stöck M. (2018): Profound genetic divergence and asymmetric parental genome contributions as hallmarks of hybrid speciation in polyploid toads. Proceedings of the Royal Society B [DOI:10.1098/rspb.2017.2667].

21.02.2018, Eberhard Karls Universität Tübingen
Der Fisch mit der Augenlampe
Forscherinnen und Forscher der Universität Tübingen entdecken erstmals bei tagaktiven Meeresbewohnern die Voraussetzungen für eine aktive Ortung mittels Licht
Manche Tiere erweitern ihre Sinne, indem sie aktiv Signale aussenden und aus den Reflexionen naher Objekte ihre Umgebung oder zum Beispiel Beutetiere ausmachen – gut untersuchte Beispiele sind die Echoortung mit Ultraschalllauten bei Fledermäusen und Delfinen sowie die Elektroortung bei manchen Fischen. Die Lichtortung, also das aktive Aussenden von Lichtstrahlen und die Auswertung der Reflexion, ist bisher nur von Tiefseefischen bekannt, die chemisch erzeugtes Licht als Suchscheinwerfer im Dauerdunkel der tiefen Ozeane nutzen. Nun hat Professor Nico Michiels vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen gemeinsam mit seinem Team Hinweise auf den Einsatz der aktiven Lichtortung bei tagaktiven Fischen entdeckt. Die Forscher konnten erstmals nachweisen, dass Fische senkrecht einfallendes Sonnenlicht kontrolliert und in Anpassung an die Umgebung aktiv seitwärts in Augenblitze umlenken. Die Forschungsergebnisse werden in der Fachzeitschrift Royal Society Open Science veröffentlicht.
Bei seinen Experimenten arbeitete das Forscherteam mit dem vier Zentimeter langen Gelben Spitzkopf-Schleimfisch (Tripterygion delaisi), der im Atlantik und im Mittelmeer vorkommt. Er ernährt sich hauptsächlich von weitgehend durchsichtigen, weniger als einen Millimeter großen Kleinkrebsen. Während der Mensch eine Taschenlampe benötigt, um mit ihrem Lichtkegel dunkle Winkel auszuleuchten, kann der Schleimfisch das Sonnenlicht für seine Zwecke anpassen und in dunkle Bereiche umlenken. „Die anatomischen Voraussetzungen dafür finden sich bei vielen tagaktiven Fischen mit einer großen Iris“, sagt Michiels. „Doch am Schleimfisch haben wir zum ersten Mal untersucht, wie der Mechanismus für die aktive Lichtortung funktionieren könnte.“ Die Schleimfische leben in rund zehn Metern Tiefe, wohin das Sonnenlicht durchdringt. „Es wird von den seitlich vorstehenden Augenlinsen auf die untere Regenbogenhaut fokussiert, auf der sich rot fluoreszierende und blau reflektierende Bereiche finden“, erklärt der Wissenschaftler. „Durch Kippen und Drehen des Auges kann der Fisch den Lichtstrahl lenken und aktiv entweder rote oder blaue Augenblitze abgeben.“
Zwei Blitzfarben zur Auswahl
Der Fisch kann so die ersten Zentimeter seiner direkten Umgebung ausleuchten. „Voraussetzung für die Lichtortung ist, dass die Fische die Augenblitze kontrollieren können, um selbst nicht zu Beute zu werden“, sagt Michiels. Um das zu überprüfen, haben sich die Forscher zunutze gemacht, dass der Gelbe Spitzkopf-Schleimfisch zwei Blitzfarben zur Auswahl hat. „Tatsächlich haben wir festgestellt, dass die Fische die Farbe der Augenblitze an die Umgebung anpassen. Bei rotem Hintergrund senden sie blaue Augenblitze aus – und umgekehrt.“ Auch nehme die Frequenz der Augenblitze zu, wenn Kleinkrebse als mögliche Beute verfügbar sind. „Wir konnten jedoch nicht feststellen, dass hungrige Fische mehr Augenblitze erzeugen als satte“, so der Forscher. Daher müsse nun in weiteren Experimenten geklärt werden, ob die Schleimfische ihre Fähigkeiten für die aktive Lichtortung zum Auffinden von Beute nutzen oder möglicherweise für andere Zwecke. „Wir stehen auf diesem Forschungsgebiet noch ganz am Anfang. Die Fähigkeit zur Lichtortung wurde bisher kaum beachtet“, erklärt Michiels.
Publikation:
Nico K. Michiels, Victoria C. Seeburger, Nadine Kalb, Melissa G. Meadows, Nils Anthes, Amalia A. Mailli and Colin B. Jack: Controlled iris radiance in a diurnal fish looking at prey. Royal Society Open Science, DOI 10.1098/rsos.170838.

21.02.2018, Institute of Science and Technology Austria
Helfen trotz Risikos
Ameisen vermeiden eigene Ansteckung während sie Nestgenossinnen vor Infektionskrankheiten schützen. Sie passen ihr Pflegeverhalten dem eigenen Immunstatus an. Studie in PNAS veröffentlicht
Ameisen pflegen ihre kranken Nestgenossen auf unterschiedliche Weise, abhängig von ihrem eigenen Immunstatus. Ameisen, die anfällig für gefährliche Superinfektionen sind, pflegen kranke Koloniemitglieder anders als Ameisen, die nicht dafür anfällig sind, und schützen sich so vor einer Ansteckung. Das ist das Ergebnis einer Studie der Gruppe von Professorin Sylvia Cremer am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), mit Erstautoren Matthias Konrad und Christopher Pull. Die Studie erscheint heute im Journal PNAS.
Soziale Ameisen wie die invasive Gartenameise Lasius neglectus leben in ihrer Kolonie auf kleinstem Raum. Das birgt die Gefahr, dass Krankheiten sich rasch ausbreiten können und die Kolonie bedrohen. Sylvia Cremer und ihre Gruppe haben bereits gezeigt, dass Ameisen der Art Lasius neglectus den krankheitserregenden Pilz Metarhizium abwehren, indem sie Koloniemitglieder intensiv reinigen und pflegen, wenn sich die Pilzsporen auf dem Körper einer Nestgenossin befinden. In der aktuellen Studie gingen Sylvia Cremer und ihre Gruppe der Frage nach, wie sich die pflegenden Ameisen selbst vor einer Ansteckung schützen.
Pflege als Schutz und Risiko
Ameisen pflegen Nestgenossinnen, indem sie Krankheitserreger von ihnen abknabbern oder sie chemisch desinfizieren. Durch diesen intensiven Kontakt zwischen kranken und pflegenden Ameisen kommt es leicht zu einer Übertragung des Erregers. Das kann zu einer geringen Infektion oder Mini-Infektion der pflegenden Ameise führen, die Krankheit bricht allerdings nicht aus. Wie das Forscherteam bereits in einer früheren Studie zeigte, stimulieren solche Mini-Infektionen das Immunsystem der pflegenden Ameise. Das kann einen Schutzeffekt gegenüber zukünftigen Infektionen bieten, ähnlich der Frühform der Impfung bei Menschen, der sogenannten Variolation. Kommt die Ameise wieder in Kontakt mit demselben Krankheitserreger, ist ihre Abwehr gegen Pilze stärker aktiviert und die Erkrankung verläuft glimpflich. Allerdings zeigt die aktuelle Studie des Forscherteams, dass diese Immunisierung durch bestehende Mini-Infektionen, anders als moderne Impfungen beim Menschen, auch Kosten hat. Kommt die Ameise in Kontakt mit einem zweiten anderen Krankheitserreger, ist sie nicht nur ungeschützt, sondern noch anfälliger für den zweiten Erreger. Zur bestehenden Mini-Infektion kann eine gefährliche zweite Infektion mit diesem weiteren Erreger dazukommen, eine sogenannte „Superinfektion“.
Flexible Pflege schützt vor Superinfektion
Obwohl Ameisen mit Mini-Infektionen anfälliger für Superinfektionen sind, zeigen die ForscherInnen, dass diese veränderte Anfälligkeit beeinflusst, wie Ameisen ihre infektiösen Nestgenossinnen pflegen. Die Ameisen pflegen sie weiterhin, aber sie verändern die Art und Weise dieser Pflege so, dass ihr Risiko an einer zweiten Infektion zu erkranken sinkt. Diese Risikovermeidung ist flexibel und abhängig vom derzeitigen Immunstatus der Ameise. Ist eine Ameise vor einem Pathogen geschützt, da sie gerade immunisiert ist, behandelt sie infektiöse Nestmitglieder eher mit Abknabbern. „Dieser intensive Pflegekontakt führt dazu, dass die pflegende Ameise viele Pilzsporen von der infektiösen Nestgenossen abbekommt, gegen die sie allerdings durch vorherige Immunstimulierung wenig anfällig ist.“, erklärt Sylvia Cremer.
Anders sieht es aus, wenn die Ameise auf eine Nestgenossin trifft, die einen Krankheitserreger trägt, für den die pflegende Ameise sehr anfällig ist. Wenn die Ameise aufgrund einer früheren Infektion mit Krankheitserreger A eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Krankheitserreger B entwickelt hat, dann behandelt sie infektiöse Tiere, die Krankheitserreger B tragen, indem sie sie mit Ameisensäure besprüht und so die Erreger abtötet. Durch das Sprühen von Ameisensäure kommt die pflegende Ameise in weniger engen Kontakt mit dem infektiösen Tier als bei einem Abknabbern des Erregers. So schützt sie sich vor der Übertragung des Erregers und einer Superinfektion. „Diese risikoaverse Pflege verbessert und erhält die Gesundheit der pflegenden Tiere und somit der ganzen Kolonie. Auch beim Menschen achten Pflegepersonal und Ärzte auf ihren Immunstatus, etwa durch Impfung bevor sie einen Gefahrenbereich betreten. Ameisen brauchen hierzu, im Gegensatz zum Menschen, jedoch keinen Blick in den Impfpass, um an ihren Immunstatus erinnert werden“, erklärt Sylvia Cremer.
Matthias Konrad und Christopher Pull sind die beiden Erstautoren der Studie. Matthias Konrad war von 2009 bis 2014 PhD Student von Sylvia Cremer, er kam 2010 als einer der ersten PhD Studenten an das IST Austria und forschte dann noch ein Jahr als Postdoc in der Cremer-Gruppe. Christopher Pull war von 2012 bis 2017 PhD Student in der Gruppe von Sylvia Cremer am IST Austria und ist mittlerweile Postdoc an der Royal Holloway University of London. Sylvia Cremer erforscht die soziale Immunabwehr bei Ameisen mit dem Ziel, mehr über Epidemiologie und Krankheitsdynamik in Gesellschaften herauszufinden.
Über das IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, Mathematik und Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne, Schweiz. www.ist.ac.at
Originalartikel:
Matthias Konrad, Christopher D. Pull et al: „Ants avoid superinfections by performing risk-adjusted sanitary care“
http://www.pnas.org/content/early/2018/02/16/1713501115

22.02.2018, Forschungsverbund Berlin e.V.
Wildpferde Fehlanzeige – Przewalski-Pferd ist verwildertes Hauspferd
Przewalski-Pferde gelten als die letzten Wildpferde. Eine neue internationale Studie unter der Leitung von Professor Ludovic Orland und mit Beteiligung des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) zeigt nun, dass dies nicht zutrifft. Die Studie, die heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, verändert unsere Sicht auf die Ursprünge der Hauspferde. Mithilfe archäologischer und genetischer Untersuchungen konnten die Forscher nachweisen, dass am Beginn der Domestikation das Przewalski-Pferd stand. Später verwilderten einige der ursprünglich domestizierten Pferde wieder und wurden dadurch die Urahnen aller heute lebenden Przewalski-Pferde.
Eine damals vorhandene zweite Pferdeart ersetzte Przewalski-Pferde als Hauspferd und begründete damit die Linie, von der alle modernen Hauspferde abstammen.
Die Geschichte von Menschen und Pferden ist seit mehreren Jahrtausenden eng verknüpft. Nach aktuellem Verständnis stammen alle heutigen Hauspferde von Pferden ab, die schon in der Kupfersteinzeit (etwa 3500 v. Chr.) domestiziert wurden. Pferdejäger-Kulturen aus dem heutigen Kasachstan gelten als die ersten Domestizierer von Pferden. Archäologische Untersuchungen der letzten Jahrzehnte belegen diese Ansicht. Es wurden Hinweise sowohl auf das Melken als auch auf das Anspannen von Pferden gefunden.
Mit den genetischen Untersuchungen archäologischer Pferdeüberreste wollten die Forscher nun nachvollziehen, wie genau sich die ersten Schritte der Pferdedomestikation abspielten. Als einziges überlebendes Wildpferd galt bisher das sogenannte Przewalski-Pferd, das heute in der mongolischen Steppe beheimatet ist. „Anhand von Genomvergleichen fanden wir heraus, dass die ursprünglichen Przewalski-Pferde domestiziert wurden“, erklärt Arne Ludwig, Genetiker am Leibniz-IZW. „Die Ahnen der modernen Hauspferderassen wurden aber erst 2000 Jahre später in den Haustierstand überführt. Das deutet darauf hin, dass die heute lebenden Przewalski-Pferde keine direkten Nachfahren der ursprünglichen wilden Form des Przewalski-Pferdes sind, sondern sie stammen von sekundär verwilderten Hausprzewalskipferden ab. Ähnlich wie beim Europäischen Mufflon handelt es sich bei den Przewalskipferden also um sekundär verwilderte Haustiere. „Bei den laufenden und zukünftigen Auswilderungsprojekten sollte dieses Wissen zukünftig berücksichtigt werden“, empfiehlt Ludwig.
Gaunitz C, Fages A, Hanghøj K, Albrechtsen A, Khan N, Schubert M, Seguin-Orlando A, Owens IJ, Felkel S, Bignon O, de Barros Damgaard P, Mittnik A, Mohaseb A, Alquraishi S, Alfarhan AH, Al-Rasheid K, Crubézy E, Benecke N, Olsen S, Brown D, Anthony D, Massy K, Pitulko V, Brem G, Hofreiter M, Mukhtarova G, Baimukhanov N, Lõugas L, Onar V, Krause J, Bazartseren B, Lepetz S, Mashkour M, Ludwig A, Wallner B, Merz V, Zaibert V, Willerslev E, Librado Sanz P, Outram AK, Orlando L (2018): Ancient genomes revisit the ancestry of domestic and Przewalski’s. SCIENCE. http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aao3297.

22.02.2018, Veterinärmedizinische Universität Wien
Theorien über Ursprung der Pferde auf den Kopf gestellt
Bislang galten die vor über 5000 Jahren von der Botai-Kultur gehaltenen Pferde als Ursprung unserer heutigen, domestizierten Tiere und das Prezwalski-Pferd als die einzige Unterart des Wildpferdes, die in der Wildform bis heute überlebt hat. Eine in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Analyse fossiler DNA der Botai-Pferde stellt nun beide Aussagen auf den Kopf. Botai-Pferde sind nicht die Vorfahren der modernen, domestizierten Pferde, sondern der Prezwalski-Pferde. Diese sind laut der Ergebnisse auch die einzigen Nachfahren der ersten vom Menschen domestizierten Pferde. Damit muss auch für die Erforschung der Herkunft moderner Pferde ein neuer Ansatz gefunden werden.
Die Domestikation, sprich die Nutzbarmachung und Haltung der Pferde war ein Schlüsselmoment in der menschlichen Geschichte. Sie brachte die für die Expansion des Menschen notwendige Mobilität. Das Wissen über die Frühphase der Pferde-Domestikation basiert auf archäologischen Funden in Zentralasien. Diese datieren etwa 5500 Jahre zurück und zeigen eindeutig, dass die Menschen der sogenannten Botai-Kultur Pferde als Reit- und Lastentiere sowie Nahrungsressource hielten.
Die Botai-Pferde galten in Fachkreisen bislang nicht alleine als erste, sondern als der Ursprung aller bis heute domestizierten Pferde. Eine internationale Forschungsgemeinschaft, zu der auch Barbara Wallner und Gottfired Brem vom Institut für Tierzucht und Genetik der Vetmeduni Vienna zählten, überprüfte diese Annahme nun mittels Genomsequenzierung fossiler DNA-Proben und kam zu einem unerwarteten, aber sensationellen Ergebnis. Statt neuer Erkenntnisse oder der Bestätigung dieser Theorie muss sich nun nicht nur die wissenschaftliche Sichtweise in diesem Punkt, sondern auch bei dem als letzten Wildpferd bekannten Przewalski-Pferd grundlegend ändern.
Analyse fossiler Pferde-DNA widerlegt fachlich anerkannte Theorien
„Man wird im Genom moderner Pferde keine Hinweise auf den Verlauf der Domestikation finden, da sich das Erbgut durch unterschiedliche Zuchtstrategien zu stark verändert hat“, erklärt Studienleiter Ludovic Orlando. Rückschlüsse müssen daher aus den DNA-Spuren fossiler Pferdefunde gezogen werden. Die Sequenzierung dieser Spuren kommt einer genetischen Zeitreise gleich um die biologischen Veränderungen, die die Domestikation verursacht hat, vom Startpunkt weg zu verstehen. Da bei den Botai-Pferden der Ursprung der Domestikation gesehen wird, war es naheliegend ihre Genomsequenz für diese Fragestellung zu charakterisieren.
Wären die Ergebnisse dieser Zeitreise schon an sich eine wertvolle und spektakuläre Erkenntnis, so war das letztendliche Resultat eine wissenschaftliche Sensation. Entgegen aller bisherigen Modelle und Theorien, zeigte die Sequenzierergebnisse, dass die Pferde der Botai-Kultur nicht die „Ahntiere“ der modernen domestizierten Pferde sind. Dafür sind sie die Vorfahren der letzten, lebenden Wildpferdeart der Erde, der Przewalski Pferde. Das Ergebnis stellt somit alle Annahmen rund um die Domestikation und des Pferdes auf den Kopf.
Nicht die heutigen, sondern Przewalski-Pferde sind Nachkommen der Botai-Pferde
„Laut unseren Ergebnissen scheinen die Przewalski Pferde wilde Abkömmlinge der ersten domestizierten Pferde zu sein. Das stellt natürlich ihre bisherige Bezeichnung als die letzten lebenden Wildpferde in Frage. Die Tiere müssen stattdessen dem Druck der Menschen entkommen und über die Jahrtausende verwildert sein“, so Orlando. Auf die Schutzmaßnahmen für diese Tiere sollte sich das jedoch nicht auswirken. „Bislang haben wir sie als die letzten Wildpferde der Erde geschützt. Nun gilt es sie als die nahesten Verwandten der ersten, domestizierten Pferde zu schützen“, sagt Orlando.
Dass die Botai-Pferde auch die Vorfahren der heutigen domestizierten Pferde sein könnten, ist laut den Sequenzierdaten und Analysen des Forschungsteams unmöglich. Keine einzige der Eurasischen Pferderassen der letzten vier- oder fünftausend Jahre ist mit den Botaipferden nahe verwandt. Muster in der mitochondrialen DNA der Pferdeproben lassen jedoch darauf schließen, dass es vor 4000 Jahren zu einer Expansion der Pferdepopulationen kam. Damit könnten die Menschen damals auf andere Pferdtypen gestoßen sein, die vielleicht besser geeignet waren, um sie für ihren Nutzen weiter zu entwickeln.
Ursprung der Domestikation zukünftig an anderen Orten erforschen
Für die Forschenden stellt sich dadurch die Frage, ob man bei der Suche nach den ersten Vorfahren der heutigen Pferde nicht auf einen Gebietswechsel setzen sollte. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Domestikationsfrage mit den archäologischen Funden im Zentralasiatischen nicht gelöst werden konnte. Daher richtet das Team nun sein Augenmerk auf andere, geeignete Orte, auch im Eurasischen und Zentraleuropäischen Raum, an denen sich vor etwa 3000 Jahren der Mensch im größeren Rahmen ausgebreitet hat. Erste weiterführende Sequenzierungen des Erbgutes des in der menschlichen Expansion möglicherweise bevorzugten Pferdetyps stammen dazu aus Ungarn und Rumänien. Das nun veröffentlichte Ergebnis der Analyse fossiler DNA-Spuren unterstreicht wiederum, wie man mit fossilen Daten wichtige evolutionäre Fragen beantworten kann.
Service:
Der Artikel Ancient genomes revisit the ancestry of domestic and Przewalski’s horses von Charleen Gaunitz et al. wird heute nach Ablauf des Embargos um 20:00 MEZ in Science veröffentlicht.
http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aao3297

22.02.2018, Eberhard Karls Universität Tübingen
Der „Grundwortschatz“ der Affen
Tübinger Neurowissenschaftler identifizieren die kleinsten Einheiten, aus denen Weißbüschelaffen ihre Äußerungen aufbauen
Ob kurzes Keckern oder langes Fiepen – alle Äußerungen, die Weißbüschelaffen von sich geben, bestehen aus einzelnen Silben festgelegter Länge, wie Forscher um Dr. Steffen Hage vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) an der Universität Tübingen zeigen konnten. Diese kleinsten Einheiten der Lautäußerung und ihre rhythmische Erzeugung im Gehirn unserer Verwandten könnten auch eine Vorbedingung der menschlichen Sprache gewesen sein. Die Studie erschien nun im Fachmagazin Current Biology.
„Siebenmal in der Sekunde kann unser Sprechapparat eine Silbe formen“, sagt Steffen Hage. Egal ob Asterix „Ha!“ sage oder Mary Poppins „Supercalifragilisticexpialigetisch“ – wenn wir sprächen, dann bestehe das, was wir sagen, aus kleinsten Einheiten, die jeweils im Durchschnitt etwa eine Siebtelsekunde lang seien. Der Rhythmus, in dem Silben gebildet werden können, liegt ebenso in der Struktur unseres Kehlkopfes begründet wie in den Gehirnprozessen, die das Sprechen steuern. Diese biologischen Grundlagen der Sprache könnten schon bei unseren Vorfahren ähnlich gewesen sein.
Will man die Evolution der Sprache verstehen, liegt es nahe, deren biologische Grundlagen zuerst einmal bei unseren nahen Verwandten im Tierreich zu erforschen: den Primaten. Deren Vokalisation (Lautäußerungen) ist noch nicht ausreichend erforscht. Um den neurobiologischen Grundlagen der Vokalisation auf den Grund zu gehen, arbeitet die Forschergruppe des Neurowissenschaftlers Hage mit Weißbüschelaffen, einer südamerikanischen Primatenart. Diese steht uns evolutionär wesentlich näher als zum Beispiel die Sperlingsvögel, an deren Gesang Rhythmus und Länge von Einzelsilben bisher hauptsächlich untersucht wurden.
Das Keckern und Fiepen der Weißbüschelaffen haben die Forscher in einer Schallkammer aufgezeichnet. In unregelmäßigen Abständen wurden die natürlichen Lautäußerungen der Tiere dabei mit weißem Rauschen gestört; die Forscher „quatschten“ den Affen sozusagen „dazwischen“, woraufhin die ihre Laute abbrachen.
Thomas Pomberger, einer der Autoren der Studie, erklärt die Ergebnisse: „Das Fiepen von Weißbüschelaffen galt bisher neben ihren ‚Tsik’- und ‚Ekk’-Lauten quasi als Teil ihres Grundwortschatzes. Wir konnten nun sehen, dass die Tiere ihr Fiepen unterbrachen, wenn wir sie störten. Und das nicht an beliebigen Stellen, sondern immer nur an bestimmten Punkten.“ „Das langgezogene Fiepen besteht also aus kurzen Fiep-Bausteinen. Die haben ungefähr dieselbe Länge wie ein ‚Tsik’ oder ‚Ekk’, nämlich um die 100 Millisekunden“, fügt Ko-Autorin Cristina Risueno-Segovia hinzu. Ihr Doktorvater Hage folgert: „Bisher hat das langgezogene Fiepen einen solchen Schluss nicht erlaubt. Aber ich denke, wir konnten nun zeigen: Wie wir Menschen haben auch die Weißbüschelaffen einen ‚festverdrahteten’ Rhythmus, in dem sie Laute hervorbringen. Er hat sogar eine ähnliche Frequenz.“
Ein solcher Rhythmus könnte daher eine evolutionäre Notwendigkeit auf dem Weg zur Entwicklung von Sprache gewesen sein. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Forschung mit Weißbüschelaffen dazu beitragen kann, Ursprünge und Eigenarten der menschlichen Sprache besser zu verstehen ‒ eine Frage, die in der Forschung bislang kontrovers diskutiert wird.
Publikation:
Thomas Pomberger, Cristina Risueno-Segovia, Julia Löschner, Steffen R. Hage: Precise Motor Control Enables Rapid Flexibility in Vocal Behavior of Marmoset Monkeys. In: Current Biology (in press). 22. Februar 2018, doi: 10.1016/j.cub.2018.01.070

23.02.2018, Forschungsverbund Berlin e.V.
Blutmahlzeit stärkt Virenabwehr – nahrungsspezifische Anpassungen bei Vampirfledermäusen
Vampirfledermäuse ernähren sich ausschließlich von Blut – eine einzigartige Lebeweise unter Säugetieren. Man vermutet schon lange, dass im Laufe der Evolution hochspezifische Anpassungen zu dieser Lebensweise geführt haben, die im Genom dieser Tiere sichtbar wären. Auch die Gemeinschaft der Mikroorganismen im Verdauungstrakt, das Mikrobiom, spielt vermutlich eine wesentliche Rolle beim Verdauen von Blut. WissenschaftlerInnen des Berliner Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) haben zusammen mit internationalen Partnern das Genom der Fledermäuse und der Mikroorganismen im Darm erforscht. Die Ergebnisse sind in „Nature Ecology & Evolution“ und „EcoHealth“ erschienen.
Vampirfledermäuse ernähren sich ausschließlich von Blut – eine einzigartige Lebeweise unter Säugetieren. Man vermutet schon lange, dass im Laufe der Evolution hochspezifische Anpassungen zu dieser Lebensweise geführt haben, die im Genom dieser Tiere sichtbar wären. Auch die Gemeinschaft der Mikroorganismen im Verdauungstrakt, das Mikrobiom, spielt vermutlich eine wesentliche Rolle beim Verdauen von Blut. Wie stark beeinflussen Viren aus einer Blutmahlzeit die Gesundheit der Vampirfledermäuse? Um diese Vermutungen zu überprüfen und diese Frage zu beantworten, erforschten WissenschaftlerInnen des Berliner Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) zusammen mit internationalen Partnern das Genom der Fledermäuse und der Mikroorganismen im Darm. Die Ergebnisse bestätigen die große Bedeutung des Mikrobioms bei der Ernährung mit Blut und der Verbesserung der Resistenz gegen Virusinfektionen. Als möglicher Überträger der Tollwut werden Vampirfledermäuse als Bedrohung für Nutztiere angesehen. Wie sich herausgestellt hat, tragen sie weniger infektiöse Viren mit sich als bisher angenommen. Diese Ergebnisse sind in den Fachzeitschriften „Nature Ecology & Evolution“ und „EcoHealth“ veröffentlicht.
Die Spezialisierung auf eine einzige Nahrungsquelle geht oft mit genetischen Anpassungen einher. Der „Gemeine Vampir“ (Desmodus rotundus) gehört zur Unterfamilie der Vampirfledermäuse, die an eine Ernährung mit Blut angepasst sind. Man bezeichnet diese Ernährungsform auch als sanguivor, Blutfresser. Arm an Vitaminen, Fetten und Glukose und mit einem hohen Salzgehalt bietet Blut als einzige Nahrungsquelle eine Menge Herausforderungen. Durch das Blut sind die Tiere außerdem einer Vielzahl von Krankheitserregern, inklusive Viren, ausgesetzt. Das internationale Forschungsteam sequenzierte und analysierte das Genom der Vampirfledermaus und untersuchte das Mikrobiom des Darms, um zunächst spezielle Anpassungen an die Ernährungsweise mit Blut aufzuspüren.
Die WissenschaftlerInnen des Leibniz-IZW und ihre KollegInnen entdeckten, dass Anpassungen an die Ernährung mittels Blut sowohl auf Veränderungen im Genom als auch im Mikrobiom zurückzuführen sind. Die Anpassungsleistung umfasst eine Vielzahl von Prozessen – den Umgang mit Stickstoffabfällen und erhöhtem osmotischen Druck, Eisenanreicherungen sowie Veränderungen der Immunität. Das Mikrobiom der Vampire unterscheidet sich stark von dem der Fleisch, Insekten oder Früchte fressenden Fledermäuse. Es enthält außerdem mehr gesundheitsfördernde Bakterien, die zur Produktion antiviraler Substanzen fähig sind.
In einer zweiten Studie untersuchten die Leibniz-IZWler mit Kollegen aus Mexiko das Vorkommen von Viren in Vampirfledermäusen und Rindern in der gleichen Gegend. Überraschenderweise gab es keine gemeinsamen krankheitserregenden Viren bei Fledermäusen und Rindern. Und Vampirfledermäuse wiesen viel weniger Retroviren auf als andere Fledermäuse oder andere Säugetiere.
„Um die evolutionären Anpassungen eines Tieres zu verstehen, ist es notwendig, es aus einer Gesamtperspektive zu untersuchen, die die Interaktionen eines Tieres mit seiner Umgebung und seinem Mikrobiom beinhalten“, sagt Dr. Marina Escalera-Zamudio, frühere Doktorandin am Leibniz-IZW und derzeit Postdoktorandin an der Universität Oxford. „Bei Vampirfledermäusen hilft das Mikrobiom, die schwerverdauliche und nährstoffarme Blut-Diät zu verarbeiten. Darüber hinaus trägt es dazu bei, sich erfolgreich gegen die im Blut befindlichen Viren zu verteidigen. Für mich als Wissenschaftlerin ist das ein sehr gutes Beispiel für die wechselseitige Abhängigkeit zwischen einer Tierart und seinem Mikrobiom, hier in Form der Bakteriengemeinschaft, während des Evolutionsprozesses „, sagt Escalera-Zamudio.
Offensichtlich wurde auch das Risiko überschätzt, mit dem Fledermäuse für die Übertragung von Viren verantwortlich sein können. Die Studien zeigen, dass zur Beantwortung dieser Frage die Wirtsökologie, artspezifische Anpassungen und das Mikrobiom berücksichtigt werden müssen.
Publikationen:
Zepeda Mendoza ML, X Xiong, Escalera-Zamudio M, Runge AK, Thézé J, Streickerf D, Frank HK, Loza-Rubio E, Liu S, Ryder OA, Samaniego Castruita JA, Katzourakis A, Pacheco G, Taboada B, Löber U, Pybus OG, Li Y, Rojas-Anaya E, Bohmann K, Baeza AC, Arias CF, Liu S, Alex D. Greenwood, Bertelsen MF, Whiten NE, Buncen M, Zhang G, Sicheritz-Pontén T, Gilbert MTP (2017): Hologenomic adaptations underlying the evolution of sanguivory in the common vampire bat. Nature Ecology & Evolution. doi: 10.1038/s41559-018-0476-8. https://www.nature.com/articles/s41559-018-0476-8

Escalera-Zamudio M, Taboada B, Rojas-Anaya E, Löber U, Loza-Rubio E, Arias CF, Greenwood AD (2017): Viral communities among sympatric vampire bats and cattle. EcoHealth. doi: 10.1007/s10393-017-1297-y. 10.1007/s.

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