Neues aus Wissenschaft und Naturschaft

18.09.2018, Veterinärmedizinische Universität Wien
Trotz Zuchtstrategie: Wild-Wachtelzucht (noch) frei von japanischen „Gen-Importen“
Wachteln werden im Mittelmeerraum gerne gejagt und die Wildtierpopulation über Zuchtfarmen entsprechend aufgestockt. Dazu werden laut experimentellen Studien häufiger eine domestizierte japanische Art oder Hybride eingesetzt. Das kann den ursprünglichen Genpool und phänotypische Merkmale, wie das Wanderverhalten, verändern. Forschende der Vetmeduni Vienna analysierten nun erstmals eine mit wild-gefangenen Tieren gezüchtete Wachtelpopulation auf artfremde Hinweise. Das Ergebnis zeigte keine „japanischen Gen-Importe“ auf und bestätigte damit indirekt auch den Zuchterfolg mit den rein europäischen Hühnervögeln ohne das Risiko einer Genpooldurchmischung mit nachhaltigen Folgen.
Zuchtprogramme tragen wesentlich zum Erhalt von Wildtierpopulationen bei. Das gilt auch für verschiedene Fisch- oder Vogelarten, die stark befischt oder gejagt werden. Dazu zählen die europäischen Wachteln, da sowohl die Eier der unscheinbaren Hühnervögel, als auch die Vögel selbst speziell im Mittelmeerraum eine beliebte Delikatesse und Jagdtrophäe sind. In Italien, Frankreich, Spanien oder Griechenland wurden deshalb Farmen etabliert, in denen die Tiere gezüchtet und freigelassen wurden, um die Ausdünnung heimischer Populationen dieser Zugvögel zu verhindern.
Aus ökonomischen Gründen wurden dazu aber selten europäische Wachteln genutzt. Domestizierte japanische Verwandte oder Hybride galten als einfacher zu züchten. Diese unterscheiden sich jedoch in vielen genetisch festgelegten Merkmalen, wie etwa einem verminderten Wanderverhalten, von der heimischen Wildpopulation. Ihre Freilassung könnte eine Veränderung des bestehenden Genpools und einen schleichenden Verlust der Merkmale des ursprünglichen Phänotyps bedeuten.
Erstmals Risiko durch Jagd-Zuchtprogramme mit japanischen Wachteln genetisch analysiert
Ein Team um ExpertInnen des Konrad Lorenz Institutes für Vergleichende Verhaltensforschung der Vetmeduni Vienna analysierte nun erstmals eine aktuelle, auf gefangenen Wildtieren basierende Wachtelaufzucht, auf genetische Hinweise der eingebrachten japanischen Art. Die Forschenden fanden dabei keine Anzeichen für eine bereits erfolgte genetische Durchmischung. Das bestätigte gleichermaßen eine erfolgreiche Zuchtstrategie basierend auf rein europäischen Tieren. Entgegen der bisherigen ökonomischen Annahme bietet sich damit eine veritable Alternative ohne die Einführung neuer Arten mit potentiellen, nachhaltigen Auswirkungen.
„Das Einbringen anderer Arten mag zwar aus wirtschaftlicher Sicht Sinn machen, kann aber einen wesentlichen Eingriff in den Erhalt eines bestehenden Genpools und der vorherrschenden Phänotypen bedeuten“, erklärt Studienleiterin Valeria Marasco. Studien unter Laborbedingungen zeigten bereits, dass bereits bei Hybriden der ersten Generation, aus den japanischen und europäischen Tieren, etwa das sonst ausgeprägte Wanderverhalten, eindeutig reduziert waren. Das verdeutlicht, dass auch andere ursprüngliche Merkmale davon betroffen sein können.
Wachteln genetisch unbeeinflusst durch Zuchtaufstockung mit japanischen Verwandten
Derartige Veränderungen können mit einer sogenannten Mikrosatelliten- und mitochondrialen DNA-Analyse nachgewiesen werden. „Mikrosatelliten sind spezielle Sequenzmuster im Erbgut, die über das gesamte Genom oft wiederholt und damit wichtige Marker für die Bestimmung von Populationen und Arten sind“, so Marasco. Die mitochondriale DNA wiederum wird nur von der mütterlichen Seite vererbt. Da für die Hybriden hauptsächlich weibliche japanische mit männlichen Wildtyp-Wachteln verpaart wurden, kann auch diese Analyse eine Vermischung des Genpools aufzeigen. Außerdem lässt sich dadurch die natürliche Varianz und Selektion des genetischen Materials feststellen.
Mit beiden Analysen wurde kein Hinweis auf Gen-Spuren der japanischen Wachtelart gefunden. „Die Auswertung der molekularen Daten mit verschiedenen Analysetools ordnete die von Wildtieren abstammenden Wachteln genetisch eindeutig der heimischen Art zu. Damit schied die domestizierte japanische Wachtel als Vorfahre der Tiere aus, die in dem italienischen Zuchtbetrieb untersucht und aus zuvor gefangenen Tieren gezüchtet worden. Es bestätigte sich allerdings, dass die Variabilität des Genoms der gezüchteten Wachteln gegenüber der Wildpopulation stärker eingeschränkt ist. Auch das kann für die Wildpopulation ein Risiko bedeuten.
Dadurch könnten ebenso Allele, sprich Genvarianten, eingebracht werden, die eine nachhaltige Veränderung des ursprünglichen Phänotyps auslösen oder eine bleibende Fehladaption sind“, so Marasco. Zukünftig sollte deshalb, so wertvoll die Aufstockung durch Zuchtprogramme auch sein kann, ein Maßnahmenkatalog geschaffen werden, der eine nachhaltige Regulation bei der Zucht von Jagdbeute zulässt.“ Damit könnte nicht nur das Einbringen fremder, domestizierter Arten in den ursprünglichen Genpool überwacht werden, sondern auch ein möglicher Verlust der natürlichen Varianz durch zu restriktive Zuchtmaßnahmen.
Originalpublikation:
Der Artikel „Lack of introgression of Japanese quail in a captive population of common quail“ von Steve Smith, Leonida Fusani, Balint Boglarka, Ines Sanchez-Donoso und Valeria Marasco wurde im European Journal of Wildlife Research veröffentlicht.
https://doi.org/10.1007/s10344-018-1209-7

20.09.2018, Deutsches Primatenzentrum GmbH – Leibniz-Institut für Primatenforschung
Afrikanische Affen sind infiziert mit dem gleichen Bakterium das beim Menschen Frambösie auslöst
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Deutschen Primatenzentrums, des Robert-Koch-Instituts, des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie, der McGill Universität, der Masaryk Universität, der Universität Tübingen und des Max-Planck-Instituts für Menschheitsgeschichte haben in mehreren Primatenarten in Subsahara-Afrika erfolgreich Genome des Bakteriums Treponema pallidum sequenziert. Bei Affen verursacht das Bakterium schwere Symptome wie Läsionen an Genitalien, Gesicht und Extremitäten. Damit beweisen die Wissenschaftler, dass der Frambösieerreger nicht nur beim Menschen zu finden ist.
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Deutschen Primatenzentrums, des Robert-Koch-Instituts, des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie, der McGill Universität, der Masaryk Universität, der Universität Tübingen und des Max-Planck-Instituts für Menschheitsgeschichte haben in mehreren Primatenarten in Subsahara-Afrika erfolgreich Genome des Bakteriums Treponema pallidum sequenziert. Bei Affen verursacht das Bakterium schwere Symptome wie Läsionen an Genitalien, Gesicht und Extremitäten. Damit beweisen die Wissenschaftler, dass der Frambösieerreger nicht nur beim Menschen zu finden ist.
Sascha Knauf vom Deutschen Primatenzentrum betont: „Die Bemühungen der Weltgesundheitsorganisation zur Ausrottung der Frambösie beim Menschen müssen unbedingt fortgesetzt werden. Unsere Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Größe des Verbreitungsgebiets des Krankheitserregers eine strengere Überwachung auch nach einer möglichen Ausrottung im Menschen in den Ländern erfordert, in denen Menschen und Affen koexistieren.“
Frambösie wird verursacht durch das Bakterium Treponema pallidum subsp. pertenue, welches eng verwandt ist mit dem Syphilis verursachenden Bakterium Treponema pallidum subsp. pallidum. Die von der Frambösie verursachten Läsionen der Haut, der Knochen und des Knorpels können unbehandelt zu Entstellung, Behinderung und manchmal zum Tod führen. Nach derzeitigem Kenntnisstand wird Frambösie hauptsächlich durch Haut-zu-Haut-Kontakt von Mensch zu Mensch verbreitet. Obwohl Frambösie mit Antibiotika wirksam behandelt werden kann, infizieren sich jährlich in mindestens 14 Ländern Tausende Menschen mit dem Erreger. Häufig sind Kinder darunter. „Lange Zeit wurde angenommen, dass die Bakterien, die Frambösie verursachen nur den Menschen infizieren. Unsere Untersuchungen zeigen, dass dies nicht der Fall ist,“ bestätigt Verena Schuenemann von der Universität Tübingen.
Das internationale Forscherteam sammelte Proben von infizierten Affen in Tansania, Gambia, Senegal und der Elfenbeinküste. Da die Bakterien nur sehr schwer zu kultivieren sind, generierten die Forscher vollständige Genome mittels Sequenzierung durch DNA Anreicherung, gekoppelt mit Hochdurchsatz-Sequenzierung. Anschließende phylogenomische Analysen zeigten, dass die Krankheitserreger die nichtmenschliche Primaten und Menschen infizieren, sehr ähnlich sind. In einigen Fällen sind die Genome zu 99,989% identisch. Kein Bakterienstamm war artspezifisch für Mensch oder Affe. „Die Frambösie, die von Bakterienstämmen ausgelöst wird, die sowohl Menschen wie Affen infizieren, haben eine sehr ähnliche Genomstruktur mit minimalen funktionalen Abweichungen,“ sagt Mitautor David Šmajs von der Masaryk Universität. „Weitere auch historische Proben des Frambösieerregers ermöglichen es uns, die Entwicklung des Bakteriums zu verstehen – insbesondere auch ob und wie oft es zu Übertragungen zwischen Menschen und nichtmenschlichen Primaten gekommen ist“, sagt Johannes Kraus vom Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte.
In einigen Ländern in denen Infektionen bei Affen beobachtet wurden, wurden keine Frambösie-Fälle beim Menschen beobachtet. „Das impliziert, dass die Übertragung von nichtmenschlichen Primaten auf den Menschen selten vorkommt, und dass diese Übertragung selten zu einer Etablierung im Menschen führt,“ so Jan Gogarten von der McGill Universität. Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass multidisziplinäre Teams zur erfolgreichen Ausrottung von Krankheiten gebraucht werden. Nur mit Hilfe einer solchen Zusammenarbeit kann der mögliche Übertragungsweg von Frambösie über nichtmenschliche Primaten aufgedeckt werden. Sébastien Calvignac-Spencer vom Robert Koch-Institut sagt: „Dies ist ein schönes Beispiel wie uns ein internationaler One-Health-Ansatz, mit gesundheitsrelevanten Informationen versorgt.“
Originalpublikation:
Knauf S*, Gogarten JF*, Schuenemann VJ*, De Nys HM*, Düx A, Strouhal M, Mikalova L, Bos KI, Armstrong R, Batamuzi EK, Chuma IS, Davoust B, Diatta G, Fyumagwa RD, Kazwala RR, Keyyu JD, Lejora IAV, Levasseur A, Liu H, Mayhew MA, Mediannikov O, Raoult D, Wittig RM, Roos C, Leendertz FH, Smajs D+, Nieselt K+, Krause J+, and Calvignac-Spencer S+. 2018. Nonhuman primates across sub-Saharan Africa are infected with the yaws bacterium Treponema pallidum subsp. pertenue. Emerging Microbes and Infections, 7:157. https://doi.org/10.1038/s41426-018-0156-4

Dickinsonia-Fossil von der Küste des Weißen Meeres

Dickinsonia-Fossil von der Küste des Weißen Meeres.

20.09.2018, Max-Planck-Institut für Biogeochemie
558 Mio. Jahre alte Fossilien anhand der Lipidmoleküle als älteste bekannte Tiere identifiziert
Ein internationales Wissenschaftlerteam untersuchte Lipidmoleküle in 558 Millionen Jahre alten Fossilienfunden der Gattung Dickinsonia. Sie fanden dabei Steroide, besondere Lipide die für tierische Organismen charakteristisch sind. Dickinsonia wird daher als ältester Vertreter aus dem Tierreich angesehen. Zum Forscherteam, unter der Leitung der Australian National University, gehörten auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie und der Universität Bremen sowie der Russischen Akademie der Wissenschaften. Die Studie erscheint heute im Fachjournal Science.
Die ältesten Spuren von Leben auf der Erde sind etwa 3,5 Milliarden Jahre alt. Ausgehend von ursprünglichen Mikroben entstanden komplexere Lebensformen aber erst drei Milliarden Jahre später. Und erst in der als Kambrische Explosion bezeichneten Periode vor 540 Millionen Jahren entwickelten sich moderne Tiere in hohem Tempo zu all den Formen die wir heute kennen. Doch wo sind die konkreten Ursprünge der höheren Organismen anzusiedeln?
Gesteine, die weltweit etwa 10 bis 30 Millionen Jahre vor dem Beginn der Kambrischen Explosion abgelagert wurden, enthalten gelegentlich eine Vergesellschaftung rätselhafter Fossilien: die sogenannte Ediacara Fauna, darunter auch Dickinsonia. Diese Fossilien könnten eine Schlüsselrolle zum Verständnis der ersten Tiere spielen. Wissenschaftler diskutieren jedoch seit über 70 Jahren darüber, wie diese frühen Organismen tatsächlich einzuordnen sind. Dickinsonia zum Beispiel wurde bereits als Tier, Flechte, und als großer Einzeller (ein sogenannter Protist) beschrieben.
Die Forscher konnten nun Dickinsonia als erdgeschichtlich ältesten Organismus definieren, der eindeutig dem Tierreich zuzuordnen ist. Fossile Funde von Dickinsonia zeigen, dass Vertreter dieser Gattung bis zu 1,40 m groß wurden und vermutlich Bewohner des Meeresbodens waren. Mit seiner meist ovalen Gestalt und charakteristischen Furchung ist Dickinsonia leicht als Fossil erkennbar, die ältesten Funde datieren auf 558 Millionen Jahre. Die Stellung von Dickinsonia bei der erdgeschichtlichen Entstehung der Arten war aber bisher nicht einzuordnen.
Ein internationales Forscherteam sollte dies ändern: Am Weißen Meer des Arktischen Ozeans, also im Norden des europäischen Teils Russlands, vermuteten die Forscher der Australian National University vielversprechende Dickinsonia-Fossilien. Die Fundstellen an den bis zu 100 m hohen Klippen waren nur durch Abseilen erreichbar. Ilya Bobrovskiy, Doktorand der Australian National University (ANU) und Erstautor der neuen Studie, schnitt am Seil hängend große Blöcke aus dem Sandstein heraus und löste dann die Fossilien aus dem Gestein. Der Aufwand hatte sich gelohnt. Erstmalig fanden Forscher Dickinsonia-Fossilien mit Überresten organischer Moleküle, genauer gesagt von stabilen Lipiden.
Im Reinstlabor analysierten die australischen Forscher die Überreste dieser Lipide und konnten eindeutig fossile Cholesterinmoleküle identifizieren. Cholesterin gehört zu den Steroiden und ist unter anderem als Bestandteil von Zellmembranen lebensnotwendig. Die Verteilung der Moleküle in Dickinsonia entsprach dem Muster höherer Tiere. Pilze und Pflanzen konnten somit als Vorgänger ausgeschlossen werden, Dickinsonia schien ins Tierreich zu gehören.
“Was wir allerdings erstmal nicht ausschließen konnten, war die alte Theorie, dass Dickinsonia ein riesengroßer Protist, also ein niedrig entwickelter eukaryotischer Einzeller gewesen sein könnte“ sagt Ko-Autor Dr. Christian Hallmann, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und an der Universität Bremen, ein Experte für fossile Steroid-Moleküle. Um dies zu klären, untersuchte er mit seinem Team verschiedenste Arten heute noch vorkommender Protisten, die aus dem Roten Meer, an der Mittelmeerküste vor Israel und Frankreich, in der Tasmanischen See vor Australien und im südlichen Ozean vor der Antarktis-Küste gesammelt wurden. Sie unterzogen die Proben durch katalytische Hydrierung, dem Hinzufügen von Wasserstoff-Molekülen, einer künstlichen Alterung um sie noch besser mit den fossilen Proben vergleichen zu können. „Das Muster der Steroidzusammensetzung der fossilen Dickinsonia-Proben unterscheidet sich klar von dem heute vorkommender Protisten“ bestätigt Benjamin Nettersheim, Postdoktorand der Max-Planck-Gruppe und Stipendiat des Agouron Instituts. Mit diesen chemischen Analysen konnte die seit Jahrzehnten umstrittene Protisten-Hypothese für Dickinsonia endgültig ausgeschlossen werden.
Die Einordnung von Dickinsonia in das Tierreich markiert einen Meilenstein in der Rekonstruktion der Entstehung der Arten und wirft nach vielen Jahrzehnten endlich Licht auf die mysteriöse Ediacara-Fauna. „Fest steht, dass Organismen aus dem Tierreich also schon vor 558 Millionen Jahren sehr groß wurden und in den Weltmeeren weit verbreitet waren, Millionen Jahre früher als bisher vermutet“, sagt der Leiter des Projekts, Professor Jochen Brocks von der ANU Research School of Earth Sciences. Die Identität der ersten Tiere konnte aber erst jetzt mit Hilfe chemischer Analysen der Lipidmoleküle entschlüsselt werden.
Originalpublikation:
Ilya Bobrovskiy, Janet M. Hope, Andrey Ivantsov, Benjamin J. Nettersheim, Christian Hallmann, Jochen J. Brocks (2018)
Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals
Science, Sept 21, published online

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