17.02.2020, Universität Hohenheim
Zecken-Aufruf läuft weiter: Gefürchtete Tropenkrankheiten wurden bislang nicht eingeschleppt
Zecken einsenden (verschiedene Arten): Auch 2020 bittet Zeckenforscherin Prof. Dr. Ute Mackenstedt die Bevölkerung um Mithilfe / über 3.500 Exemplare bescherten bereits neue Erkenntnisse
Montag, 02. März bis Mittwoch, 04. März 2020: 5. Süddeutscher Zeckenkongress, Schloss der Universität Hohenheim, 70599 Stuttgart
Zwei neue Tropenzecken, zwei neue Risikoquellen: Nach den ersten Funden der tropischen Hyalomma-Zecke und der Braunen Hundezecke (Rhipicephalus sanguineus) in Deutschland bat Prof. Dr. Ute Mackenstedt von der Universität Hohenheim in Stuttgart vor knapp einem Jahr, verdächtige Zecken einzusenden. Nach Untersuchung von über 3.500 Exemplaren gibt die Forscherin vorläufige Entwarnung mit Blick auf das Krim-Kongo Hämorrhagische Fieber und das Arabisch Hämorrhagische Fieber: die gefürchteten Tropenkrankheiten seien bislang bei keiner der eingesendeten Hyalomma-Zecken nachgewiesen worden. Allerdings trügen knapp ein Drittel dieser Tropenzecken Rickettsien in sich – den Erreger des sogenannte Zecken-Fleckfieber. Auch in Bezug auf die braune Hundezecke Rhipicephalus konnten bereits neue Erkenntnisse gewonnen werden. Da diese Zeckenart in Wohnungen und Häusern überleben und sich dort zu einer echten Plage entwickeln kann, ist der Nachweis sehr wichtig. Die Untersuchungsergebnisse präsentierte die Zecken-Expertin auf der heutigen Pressekonferenz in Schloss Hohenheim und bittet die Bevölkerung auch weiterhin um die Zusendung ungewöhnlicher Zeckenfunde. Weitere Infos, Bild- und Videomaterial auch auf https://zecken.uni-hohenheim.de/
Über 3.500 Zecken aus sechs verschiedenen Gattungen: Das ist das Ergebnis des Zeckenaufrufes von Prof. Dr. Ute Mackenstedt von der Universität Hohenheim im letzten Jahr. „Die Menge an Daten, die wir durch die Einsendungen bekommen konnten, ist überwältigend“, so die Zeckenexperten.
Unter den knapp 3.500 eingesendeten Zecken befanden sich auch Exemplare der tropischen Hyalomma-Zecke und der Braunen Hundezecke – die eigentlichen Gründe für die Aufrufe im letzten Jahr.
41 Hyalomma-Zecken mit Erreger des Zecken-Fleckfiebers entdeckt
Untersucht haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Hohenheim die Tropenzecke in Kooperation mit dem Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr und der Tierärztlichen Hochschule Hannover auf die Erreger des sogenannten Krim-Kongo Hämorrhagischen Fiebers und des Arabisch Hämorrhagischen Fiebers, eine Form des Zecken-Fleckfiebers (ausgelöst durch Rickettsia aeschlimannii) und Piroplasmen (Babesia spp. und Theileria spp.).
„Weder das Krim-Kongo Hämorrhagische Fieber, noch das Arabisch Hämorrhagische Fieber konnten wir in den eingesendeten Zecken nachweisen“, so Prof. Dr. Mackenstedt. Aber: „41 von ihnen trugen den Erreger des Zecken-Fleckfiebers (Rickettsien) in sich.“
Vor allem Pferdebesitzer hatten die fast ein Zentimeter große Zecke eingeschickt. „Normalerweise befällt die Hyalomma-Zecke gerne große Säugetiere wie Pferde oder Rinder. Aber es ist eben nicht ausgeschlossen, dass sie auch Menschen befällt und somit diese tropischen Erreger überträgt.“
Expertin betont: Kein Abriss notwendig!
Ebenfalls aufgerufen hatten die Experten zur Einsendung der sogenannten Braunen Hundezecke (Rhipicephalus sanguineus). Obwohl sie kleiner ist als ihre tropische Verwandte, warnt Prof. Dr. Mackenstedt davor, sie zu unterschätzen. „Anders als unser heimischer Gemeiner Holzbock, kann die Braune Hundezecke auch in Wohnungen überleben. Ist dann noch ein Hund vor Ort, kann sie schnell zur Plage werden“, so die Expertin.
„Ein Holzbockweibchen kann bis zu 2.000 Eier legen – ein Hundezeckenweibchen bis zu 4.000. Innerhalb kurzer Zeit entwickeln sich mehrere tausend Zecken. Obwohl der Hund ihr bevorzugter Wirt ist werden auch gelegentlich Menschen gestochen. Da ist sie nicht wählerisch“, so Prof. Dr. Mackenstedt. Werden die Zecken nach Deutschland eingeschleppt, können sie Krankheitserreger übertragen, z.B. das Mittelmeerfleckfieber, das durch Rickettsien ausgelöst wird.
Ein Wohnungsbefall durch die Braune Hundezecke ist unschön und mehr als ärgerlich – aber kein Grund, gleich die Abrissbirne zu schwingen, betont Prof. Dr. Mackenstedt deutlich. „Nach unserem Aufruf im letzten Jahr gab es Berichte, in denen behauptet wurde, ein Haus- oder Wohnungsbefall durch die Braune Hundezecke sei nur mit einem Abriss beizukommen. Hier möchte ich ganz deutlich sagen, dass das nicht der Fall ist.“
Es gebe viele Wege, eine Zeckenplage loszuwerden. „Und wir würden Betroffene bei diesem Prozess gerne auch beraten und begleiten. Niemand muss Angst haben, sein Zuhause zu verlieren, sollte es einen Befall geben.“
Buntzecken sind auch im Winter aktiv
Um die Einsendung der wohl auffälligsten einheimischen Zeckengattung baten sowohl die Universität Hohenheim als auch das Institut für Parasitologie der Tierärztlichen Hochschule Hannover.
Hier zeigt die hohe Datenlage mehrere interessante Entwicklungen. „Neben der Hyalomma-Zecke und der Braunen Hundezecke wurden auch mehr als 3000 Auwaldzecken (Dermacentor reticulatus) und Schafzecken (Dermacentor marginatus) eingeschickt – und das aus Gebieten, aus denen wir nicht einmal wussten, dass sich die Dermacentor-Arten dort verbreitet haben“, erklärt die Zeckenexpertin.
Beide Arten, vor allem aber die Auwaldzecken, sind ganzjährig aktiv. „Besonders im Herbst tritt diese Art jedoch verstärkt auf“, so Prof. Dr. Ute Mackenstedt. „Da ist es keine Seltenheit, dass auch mal zehn und mehr auf einem Pferd oder Hund gefunden werden“. Gelegentlich kommt es auch zu Stichen am Menschen.
Drastischer Rückgang von FSME in Baden-Württemberg
Auch PD Dr. Gerhard Dobler, Mikrobiologe und Leiter des Nationalen Konsiliarlabors für Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME) am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr kann berichten: „Nach dem Rekord-Zeckenjahr 2018 mit 607 Erkrankungen von FSME (Frühsommer-Meningoenzephalitis), ist die Zahl 2019 auf 462 gesunken. Baden-Württemberg zeigt 115 Fälle weniger als letztes Jahr, in Bayern ist die Zahl um 24 Fälle gesunken. Interessant ist auch, dass die FSME-Zahl in den anderen Bundesländern gleich geblieben ist.“
„Eine Erklärung für diesen Rückgang im Süden und das gleichbleibende Niveau in den anderen Bundesländern haben die Experten nicht“, sagte Dr. Rainer Oehme vom Landesgesundheitsamt Baden-Württemberg auf der heutigen Pressekonferenz. „Die Zeckenaktivität war 2019 nach wie vor so hoch wie im Jahr 2018.“
Doch obwohl die Zeckenaktivität gleich hoch geblieben ist, zeigen die Untersuchungen eine Verschiebung der Aktivitätsphasen, so Dr. Oehme weiter. „Früher gab es zwei große Zecken-Phasen: Die erste im April, die zweite schwächere im September. Unsere Daten zeigen nun, dass sich diese Aktivitäten zunehmend verändern können. An einigen Standorten fällt die zweite Aktivitätsphase vollständig aus, an anderen sind die Zecken dafür auch im Hochsommer aktiv.“
Runde zwei: Aufruf für Braune Hundezecke und Hyalomma
Die Expertin bittet deshalb wiederholt die Bevölkerung um Mithilfe: „Sowohl bei der Hyalomma als auch der Braunen Hundezecke und zur Zeckenforschung in Deutschland im Allgemeinen gibt es noch viel Forschungsbedarf.“
Bei der Hyalomma interessiert die Experten neben den Krankheitserregern beispielsweise auch, ob sich die Tropenzecke in Deutschland mittlerweile nicht nur auf Pferden, sondern auch auf Rindern wiederfindet und wann die ersten Hyalomma-Zecken auftreten. „Bei der Braunen Hundezecke wollen wir außerdem untersuchen, ob es für sie durch die veränderten Wetterbedingungen und die wärmeren Winter möglich ist, auch außerhalb von Wohnungen zu überleben. Hierzu brauchen wir noch mehr Daten. Wir sind dankbar für jede eingesendete Hyalomma und Braune Hundezecke, die wir im Labor erforschen können.“
Festgesogene Zecken am besten mit Zeckenzange, Zeckenkarte oder Pinzette entfernen und in kleinen, festverschlossenen Behältern senden an:
Universität Hohenheim
Prof. Dr. Ute Mackenstedt
Fachgebiet für Parasitologie
Emil-Wolff-Straße 34
70599 Stuttgart
Vermerk: Zecken
17.02.2020, Universität Leipzig
Echsen zählen für die Zukunft
Ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Sebastian Steinfartz von der Universität Leipzig untersucht ab kommender Woche die Nahrungsökologie sowie die Populationsgrößen von Meerechsen auf den Galápagos-Inseln. Die Erkenntnisse sollen Aufschluss darüber geben, wie sich die weltweit einzigartigen Echsen an neue Umweltbedingungen und klimatische Schwankungen anpassen. Mit der Expedition möchten die Forscher zudem herausfinden, wie die Meerechsen angesichts aktueller Bedrohungen besser geschützt werden können. Unter anderem setzen sie Drohnen ein, um die Tiere zu zählen.
Gleich zwei Projekte widmen sich für mehrere Wochen vor Ort den auf den Galápagos-Inseln vorkommenden Meerechsen. Sie sind die einzigen Echsen weltweit, die sich während ihrer Millionen Jahre währenden Evolutionsgeschichte an einen marinen Lebensraum angepasst haben und ihre Nahrung – marine Makroalgen – aus dem Meer beziehen. Sie sind endemisch, das heißt, sie kommen ausschließlich auf den Galápagos-Inseln vor. Die Inseln sind ein Archipel im Pazifischen Ozean, über 1.000 Kilometer westlich von Südamerika. Sie gehören zu Ecuador und gelten als „natürliche Labore der Evolution“.
Im ersten Projekt untersuchen die Leipziger Biologen in Kooperation mit der TU Braunschweig die Nahrung der Meerechsen. „Die wichtigen Nahrungsgrundlagen und das Futterspektrum sind für Arten ganz entscheidend“, sagt Prof. Dr. Sebastian Steinfartz. Seit April 2019 ist er Professor für Molekulare Evolution und der Systematik für Tiere an der Universität Leipzig. „Durch Klimaveränderungen kann sich die Zusammensetzung der Nahrung ändern. Dann nehmen die Populationen ab und man weiß nicht genau, warum. Daher wollen wir erstmals die Nahrungsökologie der Meerechsen detailliert untersuchen. Zunächst sind natürlich nur Rückschlüsse auf kurze Zeiträume möglich.“ Um einen Einblick in den Menüplan der Echsen zu bekommen, sammeln und untersuchen die Biologen das, was davon übrig bleibt: Proben des Kots der Tiere. Bei der Analyse der Proben nutzen die Forscher nach ihrer Rückkehr nach Deutschland unterschiedliche Methoden: Anhand eines sogenannten DNA-Metabarcoding der in den Proben noch nachweisbaren Nahrungsbestandteile können sie feststellen, welche verschiedenen Arten von Algen die Echsen verzehrt haben. Eine stabile Isotopenanalyse offenbart zudem, wo genau die Nahrung der Echsen geographisch herkam und wo sie sie gefressen haben. Die Doktorandin Denisse Dalgo, die selbst aus Ecuador stammt, promoviert über die Nahrungsökologie der Echsen an der Universität Leipzig und ist bereits auf Galápagos. Von der TU Braunschweig begleitet Dr. Sten Anslan die Expedition.
Vor Ort arbeitet das Expeditionsteam eng mit Biologen der Universidad San Francisco de Quito zusammen, deren Infrastruktur und Logistik sie beispielsweise nutzen.
Die ersten Ergebnisse der Auswertungen erwarten die Wissenschaftler im Sommer.
Im zweiten Projekt zählen die Forscher die Tiere, die sie auf den Inseln vorfinden. Hierzu setzen sie erstmalig Kameradrohnen ein, um die Echsen aus der Luft auf dem Land zu lokalisieren. Diese Gruppe wird von Dr. Amy MacLeod geleitet – einer ehemaligen Doktorandin von Sebastian Steinfartz, die mit der Arbeitsgruppe in Leipzig assoziiert ist. Sie hat das Projekt konzeptioniert.
Zunächst wird das Echsen-Monitoring exemplarisch für eine Insel gemacht: Santa Fé, eine Insel, die relativ klein ist. „Das verstehen wir als Pilotprojekt. Wir möchten zeigen, dass das überhaupt möglich ist – hinsichtlich der Technik und der Durchführbarkeit“, erläutert Evolutionsbiologe Steinfartz. In Zukunft sollen weitere Inseln des Archipels folgen. Langfristig möchten die Biologen einen Meerechsen-Zensus erstellen. Sie brauchen einen Gesamtüberblick über die Anzahl der Tiere, deren elf Unterarten sich auf unterschiedliche Inseln verteilen. Nur so lässt sich feststellen, wie stark die einzelnen Unterarten vertreten sind, von denen fünf erstmalig 2017 von Sebastian Steinfartz und seinem damaligen Team an der TU Braunschweig beschrieben wurden. Die genaue Kenntnis um die Größen der Populationen ist die Grundlage für die realistische Einschätzung des Gefährdungszustands der gesamten Art. Denn nur wenn die gesamte genetische Diversität der Meerechse in Form ihrer einzelnen Unterarten erhalten bleibt, kann diese Art auf Dauer überleben. Diese Einstufung wird durch die International Union for Conservation of Nature (IUCN) vorgenommen. Dieses Gremium erstellt rote Listen von bedrohten Arten. Dabei greifen sie auch auf Forschungsergebnisse der Leipziger und Braunschweiger Echsenforscher zurück.
17.02.2020, Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie
Die Ernährungsweise fossiler Wirbeltiere rekonstruieren
Aus prähistorischer Zeit liegen bisher nur wenig gesicherte Erkenntnisse über die Ernährung der damaligen Tiere und Menschen vor. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben nun eine neue Methode, die Isotopenanalyse von Zinkisotopen an Zahnschmelz fossiler Säugetiere, getestet. Sie stellten fest, dass sich dieses Verfahren sehr gut eignen könnte, um die Ernährung von fossilen Menschen und auch anderen Säugetieren des Pleistozäns aufzuklären und dabei zwischen tierischer und pflanzlicher Kost zu unterscheiden.
Informationen, was unsere Vorfahren tatsächlich gegessen haben, beruhen vor allem auf Kohlenstoff- und Stickstoffisotopenanalysen des Strukturproteins Kollagen in Knochen und Zahnbein. Insbesondere die Stickstoffisotopie erlaubt es, den Konsum tierischer oder pflanzlicher Nahrung zu rekonstruieren. Weil allerdings Kollagen, wie Proteine allgemein, nicht gut überdauert, können mit dieser Methode keine Wirbeltierfossilien untersucht werden, die älter als 100.000 Jahre sind. Der Zeitrahmen verringert sich in trockenen und feuchten tropischen Gebieten sogar auf wenige tausend Jahre, wobei gerade diese Gegenden wie Afrika oder Asien als Schlüsselregionen für die menschliche Entwicklung gelten und daher für die Wissenschaft besonders interessant wären. Mit neuen Methoden wie der Analyse von Zinkisotopen eröffnen sich nun neue Forschungsperspektiven.
Zinkisotope dienen als Indikatoren für die Art der Nahrung
Die Wissenschaftler analysierten das Verhältnis von zwei verschiedenen Zinkisotopen im Zahnschmelz fossiler Säugetiere, die 2015 in der Höhle Tam Hay Marklot im nordöstlichen Laos entdeckt worden sind. Diese Fossilien stammen aus dem späten Pleistozän, genauer von vor rund 13.500 bis 38.400 Jahren. Die Wissenschaftler entdeckten in Laos Fossilien von verschiedenen Säugetieren, darunter Wasserbüffel, Nashörner, Wildschweine, Rehe, Bären, Orang-Utans und Leoparden. „Die Höhle liegt in einer tropischen Region, wo organisches Material wie Kollagen generell schlecht erhalten ist. Damit ist der Fundort für uns ideal, um zu testen, ob wir die Unterschiede zwischen Pflanzen- und Fleischfressern mithilfe von Zinkisotopen ermitteln können“, sagt Thomas Tütken, Professor am Institut für Geowissenschaften der JGU und Leiter der Studie.
Erste Studie mit Zinkisotopen an Fossilien zeigt Erhaltung von Nahrungssignaturen
Zink wird mit der Nahrung aufgenommen und als essentielles Spurenelement in den Bioapatit, die Mineralphase des Zahnschmelzes, eingelagert. Damit hat Zink bessere Chancen, auch über längere Zeiträume erhalten zu bleiben, als kollagengebundener Stickstoff. Die relevante Kennzahl ergibt sich aus dem Verhältnis der Isotope Zink-66 zu Zink-64. „Anhand von diesem Verhältnis können wir sagen, welche Knochen von Tieren stammen, die sich herbivor, karnivor oder omnivor ernährten. Das heißt, unter den Fossilien können wir die Fleischfresser und Pflanzenfresser herausfinden und klar unterscheiden, während die Allesfresser erwartungsgemäß dazwischen liegen“, sagt Erstautor Nicolas Bourgon vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie und Doktorand in der Arbeitsgruppe von Tütken. Muskelfleisch enthält mehr Zink-64 als pflanzliche Nahrung. Fleischfresser wie der Tiger haben daher ein geringeres Verhältnis von Zink-66 zu Zink-64 als Pflanzenfresser wie der Wasserbüffel.
Um auszuschließen, dass die Proben während der langen Lagerung durch äußere Einflüsse wie den Höhlenboden beeinflusst wurden, untersuchte sie zudem das Team um Klaus Peter Jochum am Max-Planck-Institut für Chemie. Dazu verglichen die Mainzer Forscher mit Hilfe der sogenannten Laserablations-ICP-Massenspektrometrie die Konzentration und Verteilung von Zink und weiteren Spurenelementen des fossilen Zahnschmelzes mit denen heutiger Tiere und stellten keine Veränderungen fest.
Zeithorizont soll auf über 100.000 Jahre alte Fossilien ausgedehnt werden
Wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins Proceedings of the National Academy of Sciences schreiben, wurde die Zinkisotopenmethode zum ersten Mal erfolgreich an Fossilien angewandt. „Die Zinkisotopenverhältnisse in fossilem Zahnschmelz aus der Höhle Tam Hay Marklot lassen ein ausgezeichnetes langfristiges Erhaltungspotenzial in Zahnschmelz vermuten, selbst unter tropischen Bedingungen“, so die Autoren. Zinkisotope könnten damit als ein neues Werkzeug dienen, um die Ernährung von fossilen Menschen und anderen Säugetieren zu untersuchen. Damit würde eine Tür geöffnet, um auch prähistorische und geologische Zeiträume zu betrachten, die weit über 100.000 Jahre zurückliegen. Zukünftig soll mittels der neuen Methode die menschliche Ernährung auf einer Zeitskala rekonstruiert werden, die bis in die Altsteinzeit zurückgeht. Die Wissenschaftler planen darüber hinaus auch Jahrmillionen alte Fossilien von ausgestorbenen Säugetieren sowie Dinosauriern mit der Methode zu untersuchen.
Originalpublikation:
Nicolas Bourgon et al.
Zinc isotopes in Late Pleistocene fossil teeth from a Southeast Asian cave setting preserve paleodietary information
PNAS, 17 February 2020, https://doi.org/10.1073/pnas.1911744117
18.02.2020, Universität Augsburg
Einblicke in den Ursprung des Lebens: Wie sich die ersten Protozellen teilten
Vor mehr als vier Milliarden Jahren entstanden in den Urozeanen der Erde die Vorläufer erster Zellen. Eine Studie der Universitäten Augsburg und München schlägt nun einen Mechanismus vor, wie diese sich geteilt haben könnten. Dieser Prozess markiert einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Entstehung des Lebens. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Scientific Reports erschienen.
Könnten wir uns vier Milliarden Jahre in die Vergangenheit beamen, würden wir uns in einer ziemlich unwirtlichen Umgebung wiederfinden: eine Atmosphäre, in der wir ohne Atemmaske nach ein paar Minuten erstickten, denn Sauerstoff gab es damals nur in geringen Mengen; öde Landflächen ohne Pflanzen oder Tiere; dazu ein ebenso lebloser Ozean. Immerhin enthielt der aber wohl verschiedene gelöste Moleküle. Aus diesen müssen sich immer komplexere Verbindungen gebildet haben, bis Hunderte von Millionen Jahren später schließlich die ersten Mikroorganismen entstanden. So stellen sich zumindest die meisten Wissenschaftler den Ursprung des Lebens vor.
Vor der biologischen gab es also eine chemische Evolution, bei der die einfachen Ausgangssubstanzen der „Ursuppe“ zu komplizierteren Molekülen reagierten. Dazu brauchte es jedoch auch passende „Gefäße“, in denen diese Reaktionen stattfinden konnten. Diese Rolle könnten kleine, von einer fettähnlichen Haut umgebene und mit Flüssigkeit gefüllte Kügelchen übernommen haben – die so genannten Lipid-Vesikel.
„Wir wissen heute, dass sich derartige Vesikel an der Oberfläche heißer vulkanischer Gesteine am Meeresgrund durchaus hätten bilden können“, erklärt Dr. Christoph Westerhausen, Leiter der Arbeitsgruppe Biophysik an der Universität Augsburg. Die Bläschen tendieren dazu, weitere Lipidmoleküle aus ihrer Umgebung in die sie umgebene Haut einzubauen. Sie werden also immer größer und verlieren gleichzeitig an Stabilität. „Sie müssen sich daher irgendwann teilen, ohne zu platzen“, betont Westerhausen. „Auf welche Weise das geschehen kann, war aber bislang nicht geklärt.“
Zusammen mit der Gruppe um Prof. Dr. Dieter Braun von der Ludwig-Maximilians-Universität München haben die Augsburger Forscher nun einen möglichen Mechanismus dafür vorgeschlagen. Eine Schlüsselrolle spielen hierbei wieder vulkanische Gesteine am Meeresgrund. Diese kühlten sich außen beim Kontakt mit dem Urozean ab; in ihrem Inneren aber bleiben sie heiß.
Vulkangestein ist in der Regel von kleinen Kanälen durchzogen, in denen Wasser zirkulieren kann. Dieses durchläuft bei seiner Strömung verschiedene Temperaturzonen. „Und dieser Effekt kann unter bestimmten Bedingungen dazu führen, dass sich im Wasser enthaltene Vesikel teilen“, sagt Westerhausen.
Temperaturunterschiede zerreißen die Protozellen kontrolliert
Ursache dafür ist das Verhalten der Lipidhülle, die je nach Temperatur unterschiedliche Zustände einnimmt: Bei niedrigen Temperaturen ist das hauchdünne Häutchen gelartig. Seine Bausteine, die Lipide, liegen dicht gepackt nebeneinander. Wenn die Temperatur einen bestimmten Wert über-schreitet, ändert die Hülle aber schlagartig ihren Zustand – Experten sprechen auch von einem Phasenübergang: Die Lipide sind nun plötzlich viel beweglicher, benötigen aber auch deutlich mehr Platz. Das Volumen des Vesikels ändert sich derweil aber nicht.
„Ein kühles Vesikel ist in der Regel kugelförmig“, erklärt Christoph Westerhausen. „In dieser Form kann es mit seiner geringen Oberfläche am meisten Inhalt speichern.“ Beim Phasenübergang würde die nun plötzlich viel größere Lipidhaut aber gewissermaßen Falten werfen. Um das zu verhindern, nimmt sie eine neue Gleichgewichtsform an, bei der das Vesikel in eine langgestreckte Hantelform übergeht: Es besteht nun aus mehreren bauchigen Aussackungen vergleichbarer Größe, die jeweils durch einen dünnen Lipid-Kanal verbunden sind.
Wenn der vordere Teil dieser Hantel nun wieder in eine kühlere Umgebung gerät, wird er schlagartig wieder gelartig. Dabei schnurrt die vordere Aussackung zusammen, und ihr Inhalt muss durch den Lipid-Kanal in die zweite Aussackung gedrückt werden, die sich noch im warmen Wasser befindet. Durch die so entstehende Spannung der Lipidhülle kann der Lipid-Kanal abreißen. Die dabei entstehenden Löcher im Vesikel verschließen sich direkt wieder: Das Vesikel hat sich geteilt. „Als experimentellen Nachbau der dünnen Gesteinsporen verwendeten wir im Labor sehr feine Glasröhrchen, deren Temperatur an einer bestimmten Stelle erhöht ist“, sagt Westerhausen. „Durch diese Röhrchen haben wir Vesikel strömen lassen, und mit einem Spezialmikroskop betrachtet. Tatsächlich konnten wir beobachten, dass sich die hantelförmigen Vesikel genau am Punkt der Temperaturänderung teilten.“
Das Charmante an dem Augsburg-Münchner Vorschlag ist, dass er keine unrealistischen Bedingungen voraussetzt: Noch heute finden sich am Grunde der Weltmeere vulkanische Gesteine, die in ihrem Innern einen Temperaturgradienten aufweisen. Vielleicht waren sie einst die treibenden Kräfte hinter der Entstehung des Lebens, denen auch wir unsere Existenz verdanken.
Originalpublikation:
Patrick W. Kudella, Katharina Preißinger, Matthias Morasch, Christina F. Dirscherl, Dieter Braun, Achim Wixforth & Christoph Westerhausen: Fission of Lipid-Vesicles by Membrane phase transi-tions in thermal convection; Scientific Reports; DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-55110-0
19.02.2020, Museum für Naturkunde – Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung
Welche Faktoren die Anzahl von Vogelarten auf Inseln erklären
Ein Team von Forschenden unter der Leitung von Luis Valente (Museum für Naturkunde Berlin / Naturalis Biodiversity Center) zeigt im Fachmagazin Nature, wie die Besiedlungsrate von Inseln, die Artbildung und das natürliche Aussterben von Arten auf ihnen mit der Größe der Inseln und der Entfernung vom Kontinent variieren. Diese Studie basiert auf molekularen Daten hunderter Vogelarten von 41 ozeanischen Archipelen weltweit und deckt grundlegende Prozesse auf, die zu deren Biodiversität führten.
Die biologische Vielfalt ist ungleichmäßig über den Planeten verteilt. Aber warum beherbergen einige Inseln wie z.B. die Galápagos-Inseln und Hawaii so viele einzigartige Vogelarten? In den 1960er Jahren schlug eine der einflussreichsten Theorien in der Biologie – die Theorie der Insel-Biogeographie – ein einfaches Modell vor, welches die Artenvielfalt auf Inseln als Gleichgewicht zwischen Besiedlung und Aussterben in Relation zur Fläche der Insel und ihrer Isolation vom Kontinent beschreibt. Bisher hat aber keine Studie auf globaler Ebene aufgezeigt, wie Inselfläche und Isolation die Geschwindigkeit bestimmen, mit der Arten neue Inseln besiedeln bzw. sich neue Arten entwickeln oder Arten aussterben.
Ein Team von Ornithologen, Evolutionsbiologen und mathematischen Modellierern unter der Leitung von Dr. Luis Valente (Museum für Naturkunde Berlin / Naturalis Biodiversity Center) publiziert nun im Fachmagazin Nature erstmals, wie die Besiedlungsrate von Inseln, die Geschwindigkeit von Artbildung und natürliches Aussterben von Arten mit der Größe der Inseln und der Entfernung vom Kontinent variieren. Die Studie basiert auf einem neuen globalen Datensatz von Inselvögeln ozeanischer Inseln. Die Forschenden stellten fest, dass die Besiedlung mit der Isolation der Insel abnimmt, weiterhin das Aussterben mit deren Fläche abnimmt, die Artbildung mit der Fläche und der Isolation jedoch zunimmt. Diese Ergebnisse mögen zwar intuitiv erscheinen, aber bis heute fehlten den Forschenden die Daten und die statistischen Methoden, um diese Theorie global zu testen.
Anhand von molekularen Daten hunderter Inselvögel, die im Laufe der Jahre auf Feldexpeditionen gesammelt wurden, entwickelten die Autoren ein neues Modell, das die Artenvielfalt auf vielen Inseln weltweit vorhersagen kann. Die Anzahl der Vogelarten kann auf einigen Archipelen – wie den Kanarischen Inseln oder Hawaii – gut vorhergesagt werden. Einige Archipele wiesen jedoch abweichend vom Modell eine außergewöhnlich hohe Vogelvielfalt auf, z.B. die Komoren und São Tomé & Príncipe.
Ein weiteres faszinierendes Ergebnis dieser Studie war, dass Inseln zwar hauptsächlich für ihre spektakulären Artbildungsprozesse von Vögeln bekannt sind – wie die Darwinfinken auf den Galápagos-Inseln -, dass aber die überwiegende Mehrheit der Inselvogelarten einzigartige evolutionäre Zweige darstellen, die keine nahen Verwandten auf den Inseln haben, auf denen sie leben.
Publikation: Luis Valente, Albert B. Phillimore, Martim Melo, Ben H. Warren, Sonya M. Clegg, Katja Havenstein, Ralph Tiedemann, Juan Carlos Illera, Christophe Thébaud, Tina Aschenbach, Rampal S. Etienne. A simple dynamic model explains island bird diversity worldwide. Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2022-5.
19.02.2020, Max-Planck-Institut für Ornithologie
Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen
Blaumeisen, die im Winter öfters gemeinsam Nahrung suchen, bilden häufig ein Brutpaar oder gehen miteinander fremd im darauffolgenden Frühjahr. Dies hat ein Team um Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Seewiesen herausgefunden. In ihrer Studie zeigen sie, dass dabei die Bande für ein gemeinsames Brüten eher zu Beginn des Winters geknüpft werden, während Verbindungen zu Seitensprung-Partnern eher am Ende des Winters entstehen.
Viele sozial monogame Vogelarten gehen fremd und zeugen Nachwuchs außerhalb ihrer eigentlichen Paarbeziehung. Bei Blaumeisen zum Beispiel findet sich in über der Hälfte aller Nester wenigstens ein Küken, dessen genetischer Vater nicht der ist, der es aufzieht. Über 15% aller Nachkommen werden durch einen Seitensprung gezeugt.
Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Ornithologie und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie haben sich nun angeschaut, ob bei Blaumeisen soziale Verbindungen, die schon vor der Brutzeit geknüpft werden, die Struktur der sozialen Brut- und Fremdgeh-Partnerschaften beeinflussen. Im Winter sind Blaumeisen in größeren Gruppen unterwegs, wo sie bereits künftige Paarungspartner finden könnten.
Die Wissenschaftler*innen erfassten im Winter die sozialen Interaktionen der Vögel während der Nahrungsaufnahme an Futterstellen und der Inspektion von Nistkästen. Dazu installierten sie ein selbst entwickeltes und konstruiertes Beobachtungssystem mit Lesegeräten an 20 Futterautomaten und 277 Nistkästen. Diese erfassten alle sich nähernden Tiere, die zuvor mit einem kleinen Chip markiert wurden, auf dem eine individuelle Kennzahl gespeichert war. Diese „Passiv-Integrated-Transponder“ registrierten das Datum, den Besuchszeitpunkt und die Kennzahl des markierten Vogels. So konnten die Forscher*innen festhalten, wer mit wem wann zusammen ist.
Sie fanden heraus, dass 39% der Wintervögel des Studiengebiets auch im nächsten Frühjahr brüten. Fast alle Brutpaare im Gebiet setzen sich aus Individuen zusammen, die schon im Winter da waren. Es verpaarten sich vor allem Tiere, die zuvor öfters gemeinsam auf Nahrungssuche waren. Die Analyse des sozialen Netzwerkes zeigt außerdem, dass Tiere, die im Winter eng verbunden sind, auch ihre Nester nah beieinander bauen.
Fremdgehen meist mit dem Nachbarn
“Das Fremdgehen der Blaumeisen könnte einfach das Ergebnis einer zufälligen Begegnung zwischen engen Nachbarn sein, und nicht eine soziale Präferenz für einen bestimmten Paarungspartner,“ sagt Kristina Beck, Erstautorin der Studie. Die Daten der Forscher*innen zeigen jedoch, dass tatsächlich die enge Bindung die Fortpflanzungsmuster erklärt: Männchen und Weibchen, die im Winter gemeinsam Nahrung suchen und Nistkästen inspizierten, haben dann auch häufiger gemeinsame Kuckuckskinder miteinander in der Brutsaison.
Die Wissenschaftler*innen fanden auch zeitliche Änderungen im sozialen Netzwerk: Soziale Bindungen zwischen künftigen Brutpaaren scheinen sich früher im Winter zu bilden als jene zwischen untreuen Partnern.
Bart Kempenaers, der die Studie leitete, sagt: “Wann und wie genau Individuen Paarungsentscheidungen treffen, ist noch weitgehend unklar. Unsere Forschung gibt jedoch neue Einblicke in die Dynamik von verschiedenen sozialen Partnerschaften. Die Studie zeigt, dass Fremdgehen oft zwischen Partnern stattfindet, die sich bereits kennen.”
Originalpublikation:
Beck KB, Farine DR, Kempenaers B. 2020 Winter associations predict social and extra-pair mating patterns in a wild songbird. Proc. R. Soc. B 20192626.
http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2019.2606
19.02.2020, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Was Galapagos-Finken und Meeresbakterien gemein ist
Die „Ökologische Nische“ ist ein Konzept, das von höheren Tieren gut bekannt ist. Allgemein weniger bekannt ist, dass auch Bakterien mitunter ausgeprägte ökologische Nischen haben. Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen haben nun zeigen können, dass nahe verwandte Bakterien-Gruppen der Gattung Polaribacter, welche während Algenblüten in der Nordsee gehäuft auftreten, hinsichtlich Algenzuckern ausgeprägt unterschiedliche Nischen aufweisen. Die Ergebnisse stellen sie nun in The ISME Journal vor.
Die Artenvielfalt von Finken auf dem abgelegenen Galapagos-Archipel ist das wohl bekannteste Beispiel für die Theorie der Evolution durch natürliche Selektion von Charles R. Darwin und Alfred R. Wallace. Galapagos-Finkenarten haben unterschiedliche Schnabelgrößen und -formen entwickelt und sich dadurch an unterschiedliche Nahrungsquellen angepasst. Auf diese Weise können die eigentlich eng verwandten Finkenarten die verfügbaren Nahrungsressourcen untereinander aufteilen, Konkurrenz vermeiden, und so denselben Lebensraum nutzen.
Blüte mit großer Wirkung
Dieses Prinzip ist nicht auf Tiere beschränkt, sondern gilt auch für die kleinsten Lebewesen des Meeres. Satellitenbilder von Küstengebieten während warmer Jahreszeiten zeigen oft, dass der Ozean eher grün als blau ist. Diese Farbe rührt von einer immensen Zahl mikroskopisch kleiner Meeresalgen her – einer so genannten Algenblüte. Solche Blüten sind zumeist nur von kurzer Dauer: Irgendwann sind die vorhandenen Nährstoffe erschöpft, und auch Fressfeinde wie tierische Einzeller (Protisten) und Viren tragen ihren Teil zum Tod der Algen bei. Gegen Ende einer Blüte kommt es daher zu einem Massensterben der Algen, wodurch große Mengen organischer Substanzen in das Meerwasser gelangen, darunter auch Algenpolysaccharide. Diese Polysaccharide, auch als „Mehrfachzucker“ bekannt, sind eine wichtige Nahrungsquelle für viele Meeresbakterien.
Enge Nischen für kleine Lebewesen
Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie untersuchen seit mehr als einem Jahrzehnt die bakterielle Reaktion auf Frühjahrsalgenblüten vor der Insel Helgoland in der Deutschen Bucht. Während dieser Frühjahrsblüten wächst in den meisten Jahren eine sehr ähnliche, wechselseitig miteinander verknüpfte Gemeinschaft bestimmter Bakteriengruppen heran. Besonders zahlreich vertreten sind dabei Bakterien der Gattung Polaribacter, welche zur Klasse der Flavobakterien zählen. Von 2009 bis 2012 untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Auftreten von Polaribacter während Frühjahrsblüten und identifizierten dabei mehrere gleichzeitig auftretende Untergruppen. „Wir haben festgestellt, dass die Polaribacter-Gruppen ziemlich wählerisch sind, wenn es um die Zuckerbestandteile der Algen geht“, berichtet Burak Avcı vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. „Oder, präziser formuliert: Sie haben ausgeprägte Nischen in Bezug auf Algenpolysaccharide.“
Dies spiegelt sich auch in der zeitlichen Abfolge wider, in der die Gruppe auftreten. Unterschiedliche Gruppen zeigten sich zu verschiedenen Phasen der Blüte. „Eine Gruppe, die augenscheinlich zumeist früh zur Stelle ist, ist durch kleine Genome mit einer begrenzten Zuckerabbaukapazität gekennzeichnet. Sie bevorzugen wahrscheinlich Algenproteine. Im Gegensatz dazu hat eine andere Gruppe, die später auf den Plan tritt, größere Genome und die Fähigkeit, komplexere Polysaccharide zu nutzen“, erklät Avcı. Eine weitere Gruppe profitiert womöglich in besonderer Weise vom Vorhandensein einer bestimmten Alge (Gattung Chattonella). Sie zeichnet sich durch große Genome aus und hat das vielfältigste Zuckermenü aller untersuchten Polaribacter-Gruppen.
Ökologische Bedeutung
Wie die Galapagos-Finken zeigen diese Ergebnisse, dass auch nahverwandte Meeresbakterien (hier Arten innerhalb der Gattung Polaribacter) durch die Aufteilung der verfügbaren Ressourcen direkte Konkurrenz vermeiden. „Eine der grundlegenden Fragen in der mikrobiellen Ökologie ist, welche Faktoren für die Zusammensetzung einer Mikrobengemeinschaft maßgeblich sind. Studien wie diese helfen uns, die dahinterliegenden Prinzipien besser zu verstehen“, so Avcı. Besonders wichtig erscheint das für Bakterien, welche Algen-Biomasse abbauen. Dieser Prozess setzt nämlich von den Algen zuvor in ihre Biomasse eingebautes Kohlendioxid wieder frei, und stellt somit einen wesentlichen Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs dar. Gerade der mikrobielle Anteil am globalen Kohlenstofffluss ist jedoch bislang noch nicht ausreichend verstanden.
Originalpublikation:
Burak Avcı, Karen Krüger, Bernhard M. Fuchs, Hanno Teeling, Rudolf I. Amann (2020): Polysaccharide niche partitioning of distinct Polaribacter clades during North Sea spring algal blooms. The ISME Journal. February 2020.
DOI: 10.1038/s41396-020-0601-y
20.02.2020, Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart
Neuer Zwergsaurier aus der Frühzeit der Reptilien entdeckt
Wissenschaftliche Grabungen haben bei Vellberg in Baden-Württemberg einen neuen Saurier ans Tageslicht gebracht. Die 240 Millionen Jahre alte Mini-Echse aus der Trias-Zeit war zwar nur 10 cm lang, trägt aber entscheidend dazu bei, die Geschichte und Evolution der Reptilien besser zu verstehen und gibt Einblicke in die Zeit vor der Entstehung der Dinosaurier. Wissenschaftler des Naturkundemuseums Stuttgart und der Harvard University, USA haben den Zwergsaurier, eine neue Art und Gattung, nun der wissenschaftlichen Welt vorgestellt.
Die Trias-Zeit war eine entscheidende Periode – damals entstanden die heutigen Echsen, Schildkröten, Krokodile und auch die Dinosaurier, aus denen später die Vögel hervorgingen. Bereits 2015 konnten Funde aus Vellberg entscheidend zur Klärung des Ursprungs der Schildkröten beitragen. Dr. Rainer Schoch, Saurierexperte am Naturkundemuseum Stuttgart, entdeckte dort 2015 Reste der ältesten Schildkröte der Welt, der Ur-Schildkröte Pappochelys. Nun wurde in denselben Gesteinsschichten ein winziges Schädelchen gefunden, das große Ähnlichkeit mit heutigen Echsen und Schlangen zeigt. Die feinkörnigen Tonsteine entstanden in einem kleinen See, an dessen Ufer sich zahlreiche Saurier tummelten, darunter die neu entdeckte Art Vellbergia bartholomaei.
Sie wurde nach der Fundstelle in Vellberg getauft und ist einer der ältesten Vertreter der Tiergruppe der Schuppenechsen, die heute über 10.000 Arten umfasst. Der Fund gibt darüber hinaus wissenschaftlich wertvolle Einblicke in die Zeit vor der Entstehung der Dinosaurier, die noch wenig erforscht und durch die Funde in Vellberg außerordentlich gut überliefert ist. Hier wurden neben der Ur-Schildkröte, dem Zwergdinosaurier Vellbergia bartholomaei unter anderem Verwandte der Krokodile und bis zu fünf Meter lange Amphibien gefunden.
Die Mini-Echse Vellbergia bartholomaei wurde jetzt von Dr. Gabriela Sobral und Dr. Rainer Schoch vom Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart sowie Dr. Tiago Simoes von der Harvard University in Cambridge-MA, USA benannt und wissenschaftlich beschrieben. Die Publikation wurde in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.
Originalpublikation:
Sobral, G., Simões, T. R., Schoch, R.R. 2020. A tiny new Middle Triassic stemlepidosauromorph from Germany: implications for the early evolution
of lepidosauromorphs and the Vellberg fauna. Scientific Reports, 10: 2273
doi.org/10.1038/s41598-020-58883-x
