Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

13.03.2018, Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
Für Schneehasen wird es mit dem Klimawandel eng in den Alpen
Wenn sich das Klima erwärmt, werden die Lebensräume für den Schneehasen in den Schweizer Alpen kleiner und zerstückelter. Damit dürften die Bestände schrumpfen, legt eine internationale Studie unter Leitung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL und der Universität Bern nahe.
Spezialisierte, an das Leben im Hochgebirge angepasste Arten wie der Schneehase sind vom Klimawandel besonders stark betroffen. Wird es dem Schneehasen zu warm, kann er nur in begrenztem Mass in kühlere, höher gelegene Gefilde ausweichen. Tatsächlich dürfte die Fläche an geeignetem Lebensraum für den Schneehasen in der Schweiz bis ins Jahr 2100 im Mittel um ein Drittel schrumpfen, haben Forschende der WSL, der Universität Bern und der Universität für Bodenkultur in Wien errechnet.
Der Lebensraum wird nicht nur kleiner, sondern auch stärker zerstückelt. Dadurch sind die Schneehasenbestände weniger gut vernetzt, was zur genetischen Verarmung führen kann. Insgesamt ist zu erwarten, dass die Zahl der Schneehasen zurückgehen wird, so das Fazit der Studie, die im Wissenschaftsjournal «Global Change Biology» veröffentlicht ist. Sie identifiziert gleichzeitig die wichtigsten Schneehasengebiete der Zukunft, die für die Vernetzung einzelner Populationen und den Schutz der Art entscheidend sind.
Schneehasen im Hitzestress
Das Forscherteam untersuchte den Einfluss des Klimawandels auf die Verbreitung der Art in den Schweizer Alpen anhand von 1046 Schneehasennachweisen aus den Jahren 1990 bis 2013. Dazu modellierte es die Lage und Ausdehnung der aktuellen sowie der zukünftigen geeigneten Lebensräume anhand verschiedener Klimaszenarien des internationalen Klimarats IPCC. Ob ein Lebensraum für Schneehasen geeignet ist oder nicht, hängt von Faktoren wie Nahrungsverfügbarkeit, Schutz vor Räubern, Hitze und Kälte sowie menschlichen Störungen ab.
Es zeigte sich, dass vor allem die steigenden Temperaturen in der Fortpflanzungsperiode der Hasen den nutzbaren Lebensraum beeinflusst. An Kälte angepasste Arten können ihre Körpertemperatur in heissen Sommern weniger gut regulieren als wärmeliebende Arten. Sie müssen in kühlere Regionen ausweichen, was aufgrund der sich nach oben verengenden Berge und der schroffen Felswände nur begrenzt möglich ist.
Die Modellrechnungen ergaben einen Lebensraumverlust von 26% bei einem mittleren und 45% bei einem starken Erwärmungsszenario in der Schweiz. Es zeigten sich aber starke regionale Unterschiede: Der Lebensraumverlust ist in den südlichen und nördlichen Voralpen am grössten. In den Zentralalpen hingegen ist er geringer, aber auch hier schrumpft die Anzahl geeigneter Gebiete deutlich.
Nationales Monitoring empfehlenswert
«Mit dem Verlust und der steigenden Zerstückelung der Lebensräume ist die Art zunehmend gefährdet», sagt der Erstautor Maik Rehnus von der Eidg. Forschungsanstalt WSL. «Unsere Studie hat wichtige Gebiete für die Vernetzung der Schneehasen in der Schweiz identifiziert. Sie stellen das Rückgrat für die zukünftige Verbreitung der Schneehasen dar», ergänzt Kurt Bollmann von der WSL, der die Studie zusammen mit Veronika Braunisch von der Universität Bern geleitet hat. Die Autoren empfehlen, sowohl in diesen als auch in Randgebieten der heutigen Verbreitung ein nationales Schneehasen-Monitoring einzurichten. «Das würde helfen, Wissenslücken über die regionalen Unterschiede in der Bestandesentwicklung und die Gefährdung der Art zu füllen», sagt Rehnus.

13.03.2018, Universität Wien
Was ein „Haa“ über eine Futterstelle verrät
Futterrufe von Kolkraben geben Aufschluss über Alter und Geschlecht
Wenn Kolkraben (Corvus corax) an einer Futterstelle auf Probleme stoßen, äußern sie spezielle Futter-assoziierte Laute, um Angehörige derselben Art zu Hilfe zu rufen. Laut einer Studie von WissenschafterInnen der Universität Wien und der Universität Cambridge beinhalten diese Rufe Hinweise über das Alter und Geschlecht des rufenden Raben. Das fanden die VerhaltensbiologInnen mit Hilfe der Analyse von Frequenz, Rufdauer und Lautstärke der Laute heraus. Die Ergebnisse dazu erscheinen aktuell im Fachjournal „Frontiers in Zoology“.
Kolkraben, die an einer Futterstelle auf Probleme stoßen, verwenden eigene Rufe, um weitere Raben herbeizurufen und damit potenzielle Räuber in Schach zu halten oder dominante Raben überwältigen zu können. Wie WissenschafterInnen der Universität Wien und der Universität Cambridge herausfanden, unterscheiden sich die Hilferufe nach Alter und Geschlecht der Tiere. Diese Information könnte Raben bei der Entscheidung helfen, ob sie zur Futterstelle fliegen oder nicht. Markus Böckle erklärt: „Die meisten vorherigen Studien über die Eigenschaften von Rabenrufen konzentrieren sich auf das Erkennen von bekannten Individuen. Bis jetzt ist jedoch noch wenig darüber bekannt, welche Informationen zusätzlich auch für unbekannte Individuen übermittelt werden.“
Im Rahmen der aktuellen Studie hat das internationale Forschungsteam eine freilebende Population von Raben beobachtet, die regelmäßig bei der Wildschweinfütterung im Cumberland Wildpark Grünau im Almtal (Österreich) anwesend ist. Die WissenschafterInnen filmten die Fütterungen, um anschließend die Frequenz, Rufdauer sowie die Lautstärke der speziellen Laute der Raben identifizieren und analysieren zu können. Dabei stellte sich heraus, dass vorbeifliegende Raben potenzielle Futterrufe aufgrund der Information zu Alter und Geschlecht unterscheiden. Dadurch können sie den Grad an Konkurrenz um Futter bzw. etwaige Gefahren an der Futterstelle besser einschätzen. „Raben verwenden diese Rufe hauptsächlich dafür, um auf Futterstellen hinzuweisen. Gleichzeitig werden jedoch noch zusätzliche Informationen an die hörenden Raben weitergegeben. Spannend dabei ist, dass Rufe, die sich auf Objekte in der Außenwelt beziehen, oft als Vorläufer von Sprache betrachtet werden können. Unsere Ergebnisse vertiefen somit den Einblick in die Intelligenz von Raben und ihr komplexes Futterverhalten“, so Böckle.
Die ForscherInnen gehen davon aus, dass mehrere Faktoren für die alters- und geschlechtsspezifischen Variationen der Rufe verantwortlich sind. Unter anderem sind Größenunterschiede zwischen Raben verschiedenen Alters und Geschlechts sowie hormonelle und neuronale Differenzen zwischen Männchen und Weibchen wahrscheinliche Gründe. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Raben die nötige Variation der Rufe produzieren und auch wahrnehmen können. Das ermöglicht den Tieren, ihre Entscheidungsprozesse abhängig von dieser Information zu gestalten, um dann entweder die Futterstelle und die fressenden Raben aufzusuchen oder dieser fernzubleiben“, so Böckle abschließend.
Publikation in „Frontiers in Zoology“
Raven food calls indicate sender’s age and sex. Boeckle et al. in: Frontiers in Zoology (2018) 15:5
https://doi.org/10.1186/s12983-018-0255-z

14.03.2018, Georg-August-Universität Göttingen
Bienenbestäubung verbessert Qualität und Haltbarkeit von Erdbeeren
Ein interdisziplinäres Forscherteam der Universität Göttingen konnte erstmals zeigen, dass die Blütenbestäubung durch Bienen eine deutlich bessere Fruchtqualität bewirkt als bei Selbstbestäubung. Die Insektenbestäubung hat einen entscheidenden Einfluss auf die hormonellen Prozesse während der Fruchtentwicklung, die im Vergleich mit Früchten aus eigenbestäubten Blüten zu einem typischeren Geschmacksergebnis führen. Zwar erzielt die aufwändige Bestäubung per Menschenhand qualitativ ähnlich gute Früchte, doch sie ist umständlich, teuer und zeitintensiv. Nur die Insektenbestäubung kann der steigenden Lebensmittelnachfrage gerecht werden sowie Ertrag und Qualität der Produkte und damit ihre Vermarktbarkeit garantieren. Die Ergebnisse der Studie sind in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystems & Environment erschienen.
Etwa ein Drittel der weltweiten landwirtschaftlichen Produktion stammt von Kulturfrüchten, deren Ertrag durch Tierbestäubung, insbesondere Insekten, deutlich verbessert werden kann. Studien zu Erdbeeren, Äpfeln, Zuckermelonen, Ackerbohnen und Raps konnten diesen Zusammenhang bereits belegen. Allerdings ist bislang nur wenig darüber bekannt, welchen Einfluss die Insektenbestäubung auf die pflanzenphysiologischen Prozesse – also die Lebensvorgänge in der Pflanze – während der Fruchtentwicklung und die damit zusammenhängende Fruchtqualität und Vermarktbarkeit hat. Dieser Frage gingen erstmals Göttinger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Abteilungen Agrarökologie, Molekulare Phytopathologie und Qualität pflanzlicher Erzeugnisse nach. Auf einem Erdbeerfeld in der Nähe Göttingens wurden für diesen Zweck verschiedene Bestäubungsvarianten miteinander verglichen: Die Selbstbestäubung ist die Übertragung des eigenen Pollens der Blüte ohne das Zutun von Tieren. Bei der Handbestäubung erfolgt eine manuelle Bestäubung mit Pollen derselben Blüte durch Menschenhand mithilfe eines Pinsels. Die offene Bestäubung bezeichnet die Pollenübertragung durch Insekten und in geringeren Anteilen auch durch Wind.
Die Forscherinnen und Forscher fanden heraus, dass Selbstbestäubung zu kleineren und leichteren Erdbeerfrüchten führt. Zudem waren über 90 Prozent dieser Früchte deformiert, wiesen eine kürzere Haltbarkeit auf und hatten folglich den mit Abstand geringsten Handelswert. Insektenbestäubte Blüten entwickelten sich hingegen zu wohlgeformten, schwereren und größeren Früchten, welche einen um 92 Prozent gesteigerten Handelswert aufwiesen. Es bestand kein merkbarer Unterschied zwischen Hand- und offener Bestäubung. „Insekten- und Handbestäubung führte zudem, wie anhand des Zucker-Säure-Verhältnisses nachgewiesen wurde, zu einem sortenspezifischeren Verhältnis von Geschmackskomponenten in der Frucht“, so Dr. Inga Smit, Co-Autorin und wissenschaftliche Mitarbeiterin der Abteilung Qualität pflanzlicher Erzeugnisse.
Diese Resultate führen die Forscherinnen und Forscher auf einen deutlich verbesserten und gleichmäßigeren Bestäubungserfolg – Fruchtansatz – durch Insekten- und Handbestäubung zurück. Dieser resultiert in einer signifikant erhöhten Produktion des Phytohormons Indol-3-Essigsäure. Das Hormon ist maßgeblich an der Fruchtentwicklung der Erdbeere und vieler anderer Früchte beteiligt. Mit dieser Studie konnte somit erstmals gezeigt werden, dass die Insektenbestäubung nicht nur eine große Bedeutung für den landwirtschaftlichen Ertrag, sondern auch einen bedeutenden Einfluss auf phytohormonelle Prozesse hat. Letzte wiederum sind entscheidend für die Entwicklung, Qualität und Vermarktbarkeit von Früchten. Dieser Einfluss kann auch auf andere Kulturfrüchte übertragen werden, die durch Bestäubung entstehen. „Die natürliche Bestäubungsleistung in unseren Agrarökosystemen – welche insbesondere durch Insekten erbracht wird –, ist daher essentiell, um Ernte- und Qualitätsverluste zu verhindern und der global steigenden Lebensmittelnachfrage gerecht werden zu können“, betont Alexander Wietzke, Erstautor und Doktorand in der Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung.

14.03.2018, Universität Wien
Haie: Zähne wie am Fließband
Studie zeigt Evolution von Schneidegebissen bei Haien
Zähne sind ein wesentliches Merkmal kiefertragender Wirbeltiere. Deren Entwicklung hat maßgeblich zu ihrem evolutiven Erfolg beigetragen und die große Diversität heutiger Wirbeltiere mitbegründet. Wie eine neue Studie unter der Beteiligung von Jürgen Kriwet von der Universität Wien herausgefunden hat, stellen die Zähne von Haien, die eine zusammenhängende Schneidekante haben, eine spezielle evolutionäre Anpassung dar.
Der Zahnwechsel hat große Bedeutung bei Wirbeltieren: Er ist entweder permanent und wirkt bis an das Lebensende des Tieres, wie bei den meisten Fischen, oder zeitlich stark reduziert, wie bei Säugetieren, resultierend in einem einmaligen Wechsel eines Teils der Bezahnung. Bei Tieren wie den Zahnwalen oder bei Beuteltieren fehlt die Zahnerneuerung komplett. Der Ursprung und die Entstehung von Zähnen und ihre Erneuerung durch Zahnwechsel sind aber nach wie vor nur unzureichend erforscht, da die Interpretation der einzelnen Entwicklungsstadien von Zähnen bei Fossilien schwierig ist.
„Um die Entwicklung der Zahnerneuerung in einem evolutiven Kontext zu verstehen, ist es daher wichtig, Knorpelfische, zu denen die heutigen Haie und Rochen gehören, als Modellorganismen heranzuziehen“, so Kriwet. Bei ihnen nehmen ForscherInnen an, dass sie ursprüngliche Merkmalsausprägungen und Entwicklungsmechanismen bewahrt haben. So haben sie z.B. die Möglichkeit einer ständigen Zahnerneuerung von ihren frühesten Verwandten geerbt. Die Zähne heutiger Haie sind hintereinander auf den Kiefern angeordnet und ihr Ersatz erfolgt fließbandartig, so dass ältere, funktionelle Zähne am Kieferrand stehen, während neue Zähne tief innen an den Kiefern gebildet werden. Regelmäßig angeordnete funktionelle Zähne bilden ein effektives Schneidegebiss, in dem die Zähne oftmals eng miteinander in Verbindung stehen und so eine klingenartige Schneidekante formen. Eine solche Bezahnung, die aus nur einer einzelnen Serie funktioneller Zähne am Kieferrand besteht, stellt eine besondere Anpassung an eine schneidende Ernährungsweise dar.
Eine neue Studie, an der auch Jürgen Kriwet vom Institut für Paläontologie der Universität Wien beteiligt war, zeigt, dass das alternierende Muster der Zahnerneuerung ursprünglich für Knorpelfische gilt. „Wir vermuten, dass dies möglicherweise auch das ursprüngliche Muster der Zahnerneuerung für kiefertragende Wirbeltiere insgesamt war“, meint Kriwet. Die spezielle Anordnung der Zähne in eine einzige, schneidende Zahnserie entlang der Kieferränder entstand im Lauf der Evolution von Haien durch Modifizierung eines ursprünglichen alternierenden Zahnersatzmusters. Dabei werden Zähne entsprechend eines spezifischen Bildungsmusters reguliert, um gleichzeitig und räumlich gleichmäßig ersetzt zu werden und so eine einzige, durchgängige Zahnserie zum Zubeißen zu bilden. Bei anderen Haien mit ähnlichen Schneidegebissen, wie dem Mako- oder dem Weißen Hai, wird dagegen die Ausbildung einer kontinuierlichen Reihe von funktionellen Zähnen entlang der Kieferränder nicht durch zeitliche Plastizität der Zahnbildung, sondern durch den Verlust einzelner Zahnreihen im Laufe ihrer Evolution erreicht.
Moderne Haie zeichnen sich so gegenüber anderen Knorpelfischen durch eine hohe entwicklungsbiologische Plastizität aus, die es ihnen erlaubt hat, einzelne Zahnserien durch Umgestaltung der Zahnproduktion gleichzeitig zu erneuern. Der Besitz einer einzigen funktionellen Zahnreihe entlang der Kieferränder, die eine zusammenhängende Schneidekante bilden ist daher kein ursprüngliches Muster, sondern stellt eine spezielle Anpassung dar und muss als evolutionär modern betrachtet werden.
Publikation in Journal of Anotomy
Moya Meredith Smith, Charlie Underwood, Brett Clark, Jürgen Kriwet, Zerina Johan (2018): Development and evolution of tooth renewal in neoselachian sharks as a model for transformation in chondrichthyan dentitions. In: Journal of Anotomy.
DOI: 10.1111/joa.12796
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/joa.12796/full

14.03.2018, Max-Planck-Institut für Ornithologie
Wie Mopsfledermäuse Nachtfalter austricksen, die ihre Echoortungslaute hören können
Im evolutionären Wettstreit zwischen insektenfressenden Fledermäusen und ihrer Beute haben viele Nachtfalter Ohren entwickelt. Damit hören sie die Echoortungslaute jagender Fledermäuse und können mit schnellen Ausweichmanövern vermeiden, gefressen zu werden. Dies kontern Mopsfledermäuse damit, auf ihren nächtlichen Streifzügen besonders leise zu rufen, um dadurch möglichst spät von den Faltern gehört zu werden. Durch Lautaufnahmen von jagenden Mopsfledermäusen haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen herausgefunden, dass sie sogar zunehmend noch leiser rufen und so unerkannt bleiben, wenn sie sich fliegend an einen ahnungslosen Nachtfalter heran pirschen.
Die Mopsfledermaus mit ihrem charakteristischen, gnomartigen Gesicht ist ein sehr effizienter Jäger, der sich fast ausschließlich von Nachtfaltern ernährt, die Ohren haben und damit – im Gegensatz zu uns Menschen – die Echoortungsrufe der meisten Fledermäuse wahrnehmen können. Vergleichbar mit einem Tarnkappenflugzeug nähert sich die Mopsfledermaus ihrer Beute an, getarnt durch Rufe so geringer Intensität, dass sie von den hörenden Nachtfaltern aus der Entfernung nicht wahrgenommen werden kann. Andere Fledermäuse mit vergleichbaren Jagdstrategien rufen über 10 Mal lauter als die Mopsfledermaus. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen fanden nun heraus, dass Mopsfledermäuse sogar zunehmend noch leiser werden, wenn sie einen Nachtfalter detektiert haben und sich ihm annähern. Folglich werden die Rufe, wie sie der Nachtfalter hört, kaum lauter, obwohl die Mopsfledermaus stetig näherkommt. Dies führt dazu, dass der Nachtfalter, wenn überhaupt, erst spät und in kurzer Distanz zur Fledermaus bemerkt, dass er zur Zielscheibe geworden ist. Dann ist es meistens zu spät zum Ausweichen.
„Mopsfledermäuse bewegen sich im offenen Luftraum überraschend leise“ sagt Daniel Lewanzik vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen. „Solch leise Rufe findet man eigentlich nur bei Fledermäusen, die im Wald jagen und dort Störechos von der sie umgebenden Vegetation vermeiden müssen“. Denn leise Rufe reichen nicht weit, und so können nur Insekten wahrgenommen werden, die sich in unmittelbarer Nähe der jagenden Fledermaus befinden.
Um zu testen, warum Mopsfledermäuse hörende Nachtfalter fangen können und andere Fledermäuse nicht, haben die Wissenschaftler das Echoortungsverhalten während des Anflugs und des Fangs dokumentiert. Dazu befestigten sie vorsichtig einen hörenden Nachtfalter (Noctua pronuba) an eine lange Angelrute, zusammen mit einem Mikrophon nur wenige Zentimeter darüber. So konnten sie die Echoortungslaute der Fledermäuse aus der Perspektive der Nachtfalter analysieren. Zudem verwendeten sie vier zusätzliche Mikrophone, mit Hilfe derer sich die dreidimensionale Flugbahn und jederzeit auch der Abstand zum Nachtfalter rekonstruieren ließ. Auf diese Weise nahmen die Forscher den Anflug freilebender Mopsfledermäuse im Wald, aber auch in einem Flugraum auf.
Sie fanden heraus, dass Mopsfledermäuse die Nachtfalter aus ungefähr 1,6 m Distanz endeckten. Während sie sich der ahnungslosen Beute annäherten, verringerten sie ihre ohnehin schon leise Rufe um weitere vier Dezibel, also 40 Prozent, mit jeder Halbierung der Strecke zum Nachtfalter. Während der Endphase des Anflugs in weniger als einem Meter Distanz reduzierten sie die Lautstärke um mehr als sechs Dezibel oder 50 Prozent pro Halbierung der Strecke. „Würde die Mopsfledermäuse ihre Rufintensität nicht derart reduzieren, sondern konstant halten, würde sich die Lautstärke am Ohr des Nachtfalters mit jeder Distanz-Halbierung verdoppeln“, sagt Holger Goerlitz, Forschungsgruppenleiter in Seewiesen. „Dann würde der Nachtfalter die Fledermaus früh hören und ein Ausweichmanöver starten, indem er zum Beispiel in die entgegengesetzte Richtung wegfliegt oder sich fallen lässt.“ So aber sind die Echoortungslaute, welche der Nachtfalter während des gesamten Anflugs der Fledermaus wahrnimmt, mehr oder weniger immer gleich leise und lösen keine Alarmreaktion bei den Insekten aus. „Die Mopsfledermäuse ziehen sich durch die Anpassung ihrer Echoortungslaute bei der Beutesuche eine akustische Tarnkappe auf und sind so sehr erfolgreiche Nachtfalterjäger“, fasst Holger Goerlitz die Ergebnisse zusammen. Vermutlich führte die Evolution von Nachtfalterohren zu einem Wettbewerbsvorteil für Mopsfledermäuse, da sie um diese Beute kaum mit anderen, lauteren Fledermäusen konkurrieren müssen.

16.03.2018, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Bienen: Wie das Gelée royale verhindert, dass der königliche Nachwuchs aus der Zelle fällt
Der Schwerkraft trotzen: Ein besonderes Proteingemisch im Futtersaft von Bienen hilft dabei, das Überleben der Königinnenlarven zu sichern. Das hat aber weniger mit der Ernährung der Tiere zu tun als mit Statik. Durch ihre speziellen Eigenschaften verhindern die Proteine, dass die großen und schweren Larven aus ihren Zellen fallen. Wie dies auf molekularer Ebene bewerkstelligt wird, haben Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) herausgefunden. Ihre Studie erscheint in der international renommierten Fachzeitschrift „Current Biology“.
Bienenköniginnen haben während ihrer Entwicklung ein Problem: Da sie besonders groß werden, können die Larven nicht in den normalen Arbeiterinnenzellen einer Wabe großgezogen werden. „Für den royalen Nachwuchs bauen die Bienen spezielle Königinnenzellen, die am unteren Ende einer Wabe angebracht sind. Die Larven entwickeln sich in diesen Zellen gewissermaßen an der Decke hängend und müssen irgendwie davon abgehalten werden, aus der Zelle zu fallen“, sagt die Biologin Dr. Anja Buttstedt, die die Studie am Institut für Biologie der MLU unter Leitung von Prof. Dr. Robin Moritz durchführte. Mittlerweile forscht sie am Center for Molecular Bioengineering an der Technischen Universität Dresden.
Honigbienen füttern Königinnenlarven ausschließlich mit dem Sekret ihrer Futtersaftdrüsen, dem Gelée royale. Dieses enthält alle Nährstoffe, die die Larven brauchen, um sich zu stattlichen Königinnen zu entwickeln. „Lange haben Wissenschaftler nach einem bestimmten Stoff im Gelée royale gesucht, der dafür sorgt, dass aus den Larven keine Arbeiterinnen, sondern Königinnen werden. Dabei sind im letzten Jahrzehnt auch die darin enthaltenen Proteine in den Fokus geraten“, sagt der hallesche Biologieprofessor Robin Moritz. So sorgte der japanische Wissenschaftler Masaki Kamakura 2011 mit einer Studie für Aufsehen, in der er angeblich ein Protein entdeckte, das nach dem Verzehr alle Larven zu Königinnen heranwachsen lies: das Protein MRJP1, auch bekannt als Royalactin. Diese Studie konnte das hallesche Forscherteam allerdings bereits 2016 widerlegen. „Da aber MRJP1 mengenmäßig das Hauptprotein im Gelée Royale darstellt, konnten wir uns nicht vorstellen, dass das Protein keine besondere Funktion hat“, so Moritz weiter.
Bereits in früheren Studien war den Wissenschaftlern eher zufällig aufgefallen, dass das Gelée royale ohne dieses Protein deutlich flüssiger wird. Die Gruppe aus Halle untersuchte deshalb die Struktur von MRJP1 und fand heraus: Bei einem leicht sauren pH-Wert von 4.0 bildet es in Kombination mit dem Protein Apisimin eine faserartige Struktur aus, die aufgereihten Perlen auf einer Schnur ähnelt. Da auch das Gelée royale für gewöhnlich den gleichen leicht sauren pH-Wert hat, gingen die Forscher der Frage nach, welche Funktion diese faserartige Struktur haben könnte. In Zusammenarbeit mit Biotechnologen und Pharmazeuten der MLU sowie dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS konnten die Biologen zeigen: Nur bei einem pH-Wert von 4.0 ist das Gelée royale hinreichend zähflüssig, um zu verhindern, dass die Königinnen-Larven aus ihren Zellen fallen. „Als wir den pH-Wert künstlich erhöhten, wurde nicht nur das Larvenfutter deutlich flüssiger. Auch die Larven fielen aus ihren Zellen heraus und konnten sich nicht vollständig entwickeln“, so Buttstedt. Dies würde zur Folge haben, dass das ganze Bienenvolk zu Grunde geht, da die Königin als einzige Biene für den Nachwuchs des Volks zuständig ist.
Die Forschergruppe konnte weiterhin zeigen, dass allein die beiden Proteine MRJP1 und Apisimin für die praktische Konsistenz des Gelée royale zuständig sind. Auch eine bereinigte Mischung, die nur noch aus den beiden Eiweißen bestand, veränderte ihre Zähflüssigkeit in Abhängigkeit des pH-Wertes. „Somit ist die Rolle des MRJP1 im Gelée royale auf keinen Fall unspektakulär. Das Protein sichert schlicht und einfach das Überleben eines Bienenvolks – wenn auch auf ganz andere Weise als zunächst vermutet“, fasst Buttstedt die Studie zusammen.
Zur Publikation:
A. Buttstedt, C.I. Muresan, H. Lilie, G. Hause, C.H. Ihling, S.-H. Schulze, M. Pietzsch & R. Moritz. How honey bees defy gravity with royal jelly to raise queens. Current Biology DOI: 10.1016/j.cub.2018.02.022

16.03.2018, Universität Zürich
Hausmäuse verändern ihr Aussehen allein durch häufigen Menschenkontakt
Viele zahme, domestizierte Tierarten verändern im Vergleich mit ihren wilden Verwandten ihr Aussehen. Sie haben etwa weisse Flecken im Fell und kürzere Schnauzen. UZH-Forschende zeigen nun erstmals, dass verwilderte Hausmäuse dieselben sichtbaren Veränderungen entwickeln – ohne Selektion, allein aufgrund ihrer Nähe zu Menschen.
Hunde, Kühe, Schafe, Pferde, Schweine, Vögel – unsere Vorfahren haben in den vergangenen 15‘000 Jahren Dutzende von Wildtieren domestiziert, um sie als Nutz- oder Haustiere zu halten. Damit aus wilden Wölfen zahme Hunde werden, wählten die Menschen jeweils die am wenigsten aggressiven bzw. ängstlichen Tiere für die Weiterzucht aus. Zahmheit war somit das zentrale Selektionsmerkmal. Mit der Zeit änderte sich nicht nur das Verhalten der Tiere, sondern auch ihr Aussehen – und das übereinstimmend bei unterschiedlichen Tierarten. So haben domestizierte Hasen, Hunde und Schweine weisse Flecken in ihrem Fell, schlappe Ohren, kleinere Gehirne und kürzere Schnauzen. Domestikationssyndrom nennt die Wissenschaft diese Veränderungen im Erscheinungsbild.
Regelmässiger Menschenkontakt führt zu weiss geflecktem Fell
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Anna Lindholm vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der UZH hat dieses Phänomen auch bei verwilderten Hausmäusen (Mus musculus domesticus) festgestellt, die in einer Scheune in der Nähe von Zürich leben. Innerhalb eines Jahrzehnts waren in einer Mäusepopulation zwei der charakteristischen Veränderungen des Phänotyps deutlich erkennbar: weisse Flecken im braunen Fell und kürzere Schädel bzw. Schnauzen. «Die Nager haben allmählich ihre Angst verloren und Domestizierungsmerkmale entwickelt, ohne dass wir die Mäuse absichtlich selektionierten, sondern allein durch den regelmässigen Kontakt zu uns», sagt Anna Lindholm. Seit rund 15 Jahren studiert die Evolutionsbiologin die Hausmäuse, die in der leer stehenden Scheune leben. Dort werden die Tiere regelmässig mit Wasser und Nahrung versorgt und von den Wissenschaftlern untersucht.
Experimentelle Zähmung wilder Füchse liefert Schlüssel
Das Domestikationssyndrom geht auf ein bemerkenswertes Experiment zurück, das 1959 in Sibirien begann. Der sowjetische Genetiker Dmitry Belyaev zähmte wilde Füchse und untersuchte dabei die evolutiven Veränderungen. Generation für Generation wählte er die jeweils zutraulichsten Individuen aus. Mit der Zeit änderten die Füchse ihr Verhalten: Sie tolerierten Menschen nicht nur, sondern waren geradezu freundlich. Gleichzeitig veränderte sich auch ihr Aussehen: ihr Fell hatte weisse Flecken, ihre Schnauze verkürzte sich, ihre Ohren wurden schlapp und ihr Schwanz geringelt.
Stammzellen der Neuralleiste sind Verbindungsglied
Verantwortlich für diesen parallelen Wandel von Verhalten und Aussehen scheint eine kleine Gruppe von Stammzellen im frühen Embryo zu sein: die Neuralleiste. Der Knorpel der Ohren, das Dentin der Zähne, die Melanozyten, die das Hautpigment produzieren, sowie die Nebenniere, in der Stresshormone gebildet werden, stammen alle von diesen Stammzellen ab. Die Selektion von weniger ängstlichen bzw. aggressiven Individuen führt zu kleineren, weniger aktiven Nebennieren und damit zahmeren Tieren. Änderungen in Fellfärbung und Kopfgrösse sind somit unbeabsichtigte Nebeneffekte der Domestizierung. Diese gehen ebenfalls auf Stammzellen der Neuralleiste zurück, die in frühen Entwicklungsphasen passiver waren.
Wie wilde Mäuse ohne Selektion zu Hausmäusen wurden
Die Beobachtungen von Madeleine Geiger, Erstautorin der Studie, helfen zu verstehen, wie Hausmäuse, angezogen von Lebensmittelabfällen, vor rund 15’000 Jahren begannen, in der Nähe von Menschen zu leben. Allein durch die Nähe gewöhnten sich die Nager an die Menschen und wurden zahmer. «Diese Selbstdomestizierung führte zur allmählichen Veränderung ihres Aussehens – ganz nebenbei und unabsichtlich», sagt Geiger. Evolutionsbiologen gehen davon aus, dass die Entwicklung vom wilden Wolf zum zahmen Hund zu Beginn ebenfalls ohne menschliche Selektion verlief. Wölfe, die sich in der Nähe von Menschen aufhielten, wurden mit der Zeit weniger ängstlich und aggressiv – der erste Schritt zur Domestizierung.
Literatur:
Madeleine Geiger, Marcelo R. Sánchez-Villagra and Anna K. Lindholm. A longitudinal study of phenotypic changes in early domestication of house mice. Royal Society Open Science. March 7, 2018. DOI: 10.1098/rsos.172099

16.03.2018, Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg
Klimawandel und Krill
Der Kleinkrebs Krill und die gelatinösen Salpen stehen im Mittelpunkt einer Expedition von Oldenburger Meeresforschern mit dem Forschungsschiff Polarstern in das Südpolarmeer. Unter Leitung der Meeresbiologin Prof. Dr. Bettina Meyer, Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg und Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), brechen die Wissenschaftler am 17. März von Punta Arenas (Chile) in Richtung Antarktische Halbinsel auf. Ziel der Forscher ist zu untersuchen, wie sich der Klimawandel auf die Bestände von Krill und Salpen im atlantischen Teil des Südpolarmeers auswirkt. Die Reise endet am 6. Mai wieder in Punta Arenas.
Der nur wenige Zentimeter große Antarktische Krill (Euphausia superba) ist ein wichtiger Teil des sogenannten Zooplanktons – das sind mit den Strömungen treibende kleine Tiere. Er spielt eine zentrale Rolle im Nahrungsnetz der Antarktis: Viele große Räuber wie Wale, Robben oder Pinguine ernähren sich von ihm. Auch die zu den Manteltieren gehörenden gallertartigen Salpen, hauptsächlich Salpa thompsoni, gehören zum antarktischen Zooplankton. Im Gegensatz zum Krill bevorzugen die tonnenförmigen Tiere jedoch wärmeres Wasser mit weniger Eisbedeckung. Während die Krillbestände in den vergangenen Jahren abgenommen haben, sind die Bestände der Salpen größer geworden. Eine Ursache hierfür könnte, so vermuten Forscher, das infolge der langfristigen Erwärmung schwindende Meereis in der Region sein. Doch noch sind die Hinweise nicht eindeutig.
Die Ergebnisse der Forschungsfahrt sollen auch dazu beitragen, eine nachhaltige Krillfischerei in der Region zu unterstützen. Um neue Daten über den Krill und die Salpen zu sammeln, werden während der Expedition unter anderem Forschungstaucher Proben nehmen und Foto- und Filmaufnahmen machen. „Die Expedition soll wichtige Daten für verschiedene Forschungsprojekte liefern, die sich mit der Biologie des Krills und der Salpen und den ökologischen Wechselwirkungen beschäftigen“, erläutert Meyer. So untersuchen die Wissenschaftler im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „PEKRIS“, wie sich Krill und Salpen an steigende Wassertemperaturen anpassen können und ob sich die Organismen in ihrer Anpassungsfähigkeit unterscheiden. „Bisher gibt es dazu nur wenige Studien, vor allem was die Salpen betrifft“, sagt Meyer.
Das vom Niedersächsischen Wissenschaftsministerium (MWK) geförderte Projekt POSER soll weitere Informationen liefern: Hier untersuchen die Forscher, wie der Temperaturanstieg die Bestände von Krill im Vergleich zu den Beständen der Salpen beeinflusst und wie sich eine Veränderung der jeweiligen Bestände auf die gesamte Planktongemeinschaft und den Kohlenstofffluss auswirkt.
„KrillBIS“, ein Projekt, das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert wird, zielt darauf ab, die Bestände von Krill und Salpen nördlich der Antarktischen Halbinsel sowie ihre Schwankungen langfristig zu erfassen. Die Ergebnisse aller Projekte werden in ein mathematisches Modell einfließen. Mit diesem wollen die Wissenschaftler vorhersagen, wie die Krillbestände auf unterschiedliche Klima-Szenarien reagieren.
Neben den Forschern des ICBM und AWI sind Wissenschaftler von 16 Institutionen aus sieben verschiedenen Ländern an Bord der Polarstern vertreten. Dazu gehört auch ein Team der Universität Hamburg und der Tierärztlichen Hochschule Hannover, die untersuchen, wie verschiedene Arten von Bartenwalen in der Region verteilt sind und wie sich diese verhalten. Zusammen mit den Ergebnissen der Oldenburger erhoffen sich die Forscher wichtige Erkenntnisse zur Räuber-Beute-Beziehung zwischen Walen und Krill. Ihre Arbeiten an Bord dokumentieren die Forscher in einem Blog.

Dieser Beitrag wurde unter Wissenschaft/Naturschutz abgelegt und mit , , , , verschlagwortet. Setze ein Lesezeichen auf den Permalink.

Kommentar verfassen