Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

19.04.2021, Universität zu Köln
Neue Studie zeigt, dass die Insektenevolution komplexer verlief als bisher angenommen
Ein Signalweg der Pathogenabwehr gewann mehrfach unabhängig eine zentrale Funktion bei der Achsenbildung in Insekten
Bestimmte Signalproteine, die bei fast allen Tieren für die Entwicklung einer angeborenen Immunfunktion zuständig sind, werden bei Insektenembryonen zusätzlich für die Ausbildung der Rücken-Bauch-Achse benötigt. Eine neue Studie von Kölner Forscherinnen und Forschern des Instituts für Zoologie legt nahe, dass die Relevanz dieser Signalproteine für die Achsenbildung der Insekten im Laufe der Evolution mehrfach unabhängig voneinander zugenommen hat. So konnte das Forschungsteam bei der Mittelmeer-Feldgrille ähnliche Entwicklungsmuster feststellen wie bei der Fruchtfliege Drosophila, obwohl beide Insekten nur sehr entfernt miteinander verwandt sind und bisherige Beobachtungen unterschiedliche Evolutionsmuster vermuten ließen. Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass die Evolution der Achsenbildung bei Insekten wesentlich komplexer verlief, als bisher vermutet. Die Studie wurde im Fachjournal eLife veröffentlicht.
In der frühen Entwicklung von Embryonen spielen Signalproteine eine wichtige Rolle. Sie werden von Tierzellen ausgeschüttet, um die Bildung anderer Zellen zu beeinflussen. Der sogenannte Toll-Signalweg besitzt primär eine wichtige Funktion bei der Abwehr von Pathogenen (angeborene Immunantwort). Bei Insekten ist er zudem an der Einteilung des Insektenkörpers entlang der Bauch-Rücken-Achse beteiligt. Da die Immunfunktion bei fast allen Tieren gefunden wurde, die Funktion der Achsenbildung aber lediglich bei Insekten, stellt sich die Frage, wie die neue Rolle für die Achsenbildung im Laufe der Evolution entstand. Je nach Insektenart fällt die Gewichtungen von Toll in der Entwicklung zudem unterschiedlich aus. Während die Achsenbildung der Taufliege und des Mehlkäfers wesentlich von Toll abhängen, sind Vertreter von entfernten Verwandtschaftslinien, wie etwa die Wespe Nasonia und die Seidenpflanzen-Wanze Oncopeltus, stärker auf andere Signalwege angewiesen. „Wir haben eine zentrale Rolle des Toll-Signalweg nun überraschenderweise bei einer Insektenart gefunden, die sich schon vor etwa 400 Millionen Jahren von den Insektenarten abgetrennt hat, die wir bisher untersucht haben“, so Professor Dr. Siegfried Roth vom Institut für Zoologie der Uni Köln. „Die neue Arbeit zeigt, dass Toll vermutlich mehrfach unabhängig wichtige Funktion bei der Achsenbildung der Insekten erworben hat. Für zukünftige Studien bedeutet dies, dass unser System es erlaubt, Mechanismen paralleler Evolution zu erforschen “

19.04.2021, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)
Mikroplastik in Korallen
Wie Plastik das Leben im Ozean beeinträchtigt, ist eine der drängenden Fragen der Meeresforschung. Eine neue Studie des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) befasst sich mit der Auswirkung von Mikroplastik auf Korallen.
Von Mikroplastik spricht man, wenn die Plastikpartikel 5 mm und kleiner sind. Im Meer entsteht es, indem sich Plastikmüll durch Reibung, Salz, Bakterien oder UV-Strahlung zersetzt. Eine weitere, bisher kaum beachtete Quelle sind Anstriche und Lacke von Schiffen, die beachtliche Mengen an abgeplatzten Kunststoffteilchen in ihrem Kielwasser hinterlassen. Die winzigen Plastikpartikel werden aber auch vielen industriell hergestellten Produkten zugesetzt, wie Kosmetikartikeln oder Waschmitteln, und gelangen durch Abwässer ins Meer.
Heutzutage ist Mikroplastik fast überall im Ozean zu finden, vom Wattenmeer bis in die Tiefseegräben, von den tropischen Korallenriffen bis ins arktische Meereis. Jedes Jahr gelangen laut Weltnaturschutzunion (IUCN) an die 1,5 Millionen Tonnen Mikroplastik in die Ozeane – zusätzlich zu geschätzten fünf bis zwölf Millionen Tonnen Makroplastik.
Es ist bekannt, dass sich Meerestiere und Vögel in Plastiknetzen verfangen oder Plastikmüll verschlucken können. Aber sind auch die winzigen Plastikteilchen für die Fauna eine Gefahr? Die Polypen der Korallen beispielsweise ernähren sich unter anderem von organischen Partikeln, die sie mit ihren Tentakeln einfangen. Es stellt sich die Frage, ob sie sich so auch Plastikfragmente einverleiben, die dann nicht abgebaut werden können.
Am ZMT untersuchten Mitarbeiter der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Hildegard Westphal die Kontamination von Korallen mit Mikroplastik. In der Meerwasseranlage des ZMT setzten sie fünf Monate lang Exemplare von vier verschiedenen Steinkorallenarten alle zwei Wochen für einen Tag in ein Becken, dessen Wasser mit winzigen Plastikpartikeln angereichert war. Danach fertigten sie speziell angefärbte Dünnschliffe der Korallenstücke an und untersuchten sie im Licht- und Rasterelektronenmikroskop.
Es zeigte sich, dass Korallenpolypen die Fremdkörper als solche erkennen und wieder ausscheiden können. Die Versuche offenbarten jedoch, dass die Plastikpartikel nicht in allen Fällen den Weg aus der Mundhöhle herausgefunden hatten. In rund einem Drittel der untersuchten Dünnschliffe fanden sich ein oder mehrere Partikel direkt am Übergang zum Kalkskelett der Korallen, oder sie waren bereits dort eingebaut.
Mithilfe der Dünnschliffe konnten die Forscher rekonstruieren, wie die Mikropartikel ins Skelett gelangen. „Möglicherweise geben die Plastikteilchen im Verdauungstrakt der Polypen Gifte wie Weichmacher ab, oder es entstehen mechanische Reizungen, die ihr Gewebe nicht verträgt“, vermutet der Geologe Florian Hierl, Erstautor der Studie. Um den Fremdkörper herum stirbt das Gewebe ab und schiebt den Partikel in Richtung Kalkskelett, das die Polypen der Steinkorallen an ihrem Fuß ausscheiden. Im Laufe der Zeit überwuchern weitere Kalkablagerungen den Fremdkörper, bis er im Skelett einzementiert ist.
Zu seiner Überraschung fand Hierl auch noch winzige Kunststofffasern im Kalkskelett der Korallen, die dem Wasser im Versuch gar nicht zugegeben worden waren. Kleine Faserteile von synthetischen Textilien, die beim Waschen freigesetzt werden, gehören zu den wichtigsten Quellen für Mikroplastik. Sie können mit den Abwässern ins Meer gespült werden. „Vermutlich haben die Fasern das Meersalz verunreinigt, das wir in unserer Anlage dem Wasser zusetzen“, so Hierl. „Die mikroskopisch kleinen Kunststoffpartikel finden sich mittlerweile fast überall in unserer Umwelt.“
Der Kalk von Steinkorallen und anderen Rifforganismen ist die Basis für den Aufbau und die Stabilität von tropischen Korallenriffen und vielen benachbarten Inseln und Küsten. „Was genau solche Kontaminationen im Skelett der Korallen bewirken, können wir noch nicht sagen“, meint Hierl. „Möglicherweise wirken sie sich auf die Vitalität der Korallen und die Robustheit ihrer Skelette aus. Ein instabiles Korallenskelett kann dann dazu führen, dass die Koralle bei starkem Wellengang oder Stürmen leichter zu Bruch geht.“
Und nicht zuletzt können die Plastikteile der Korallen auch in die Nahrungskette geraten, etwa durch Papageienfische, die mit ihrem schnabelartigen Maul das Kalkskelett von Korallen anknabbern. Vor allem in Ländern Südostasiens stehen diese Fische regelmäßig auf dem Speiseplan.
Originalpublikation:
Hierl, F., Wu, H.C. & Westphal, H. Scleractinian corals incorporate microplastic particles: identification from a laboratory study. Environ Sci Pollut Res (2021). https://doi.org/10.1007/s11356-021-13240-x

19.04.2021, Deutsches Primatenzentrum GmbH – Leibniz-Institut für Primatenforschung
SARS-CoV-2-Varianten aus Nerzen werden schlechter durch Antikörper gehemmt
Eine durchgemachte Infektion mit SARS-CoV-2 könnte nur unvollständigen Schutz gegen SARS-CoV-2-Varianten aus Nerzen bieten
Bereits vor etwa einem Jahr wurde beobachtet, dass sich Nerze mit SARS-CoV-2 infizieren können. Das Virus war von Menschen auf die gezüchteten Tiere übertragen worden und veränderte sich dort. Es entstanden Mutationen im Spike-Protein, welches für den Eintritt des Virus in die Wirtszellen ausschlaggebend ist und den zentralen Angriffspunkt für Antikörper darstellt. Diese SARS-CoV-2-Varianten aus Nerzen wurden zurück auf den Menschen übertragen und gaben Anlass zur Sorge, dass Nerze eine ständige Quelle für die Infektion des Menschen mit SARS-CoV-2-Varianten mit veränderten biologischen Eigenschaften sein könnten. Forschende des Deutschen Primatenzentrums (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen konnten jetzt zeigen, dass ein für die COVID-19-Therapie eingesetzter Antikörper nicht in der Lage ist, SARS-CoV-2 mit einer in Nerzen erworbenen Mutation wirksam zu hemmen. Zudem verminderte die Mutation die Hemmung des Virus durch Antikörper, die nach einer durchgemachten SARS-CoV-2-Infektion gebildet wurden. Diese Ergebnisse zeigen, dass SARS-CoV-2 in Nerzen Mutationen erwerben kann, die die Bekämpfung des Virus durch das Immunsystem des Menschen erschweren (Cell Reports).
Mittlerweile sind durch die pandemische Ausbreitung des SARS-Coronavirus-2 und seiner Begleiterkrankung COVID-19 laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) weltweit mehr als drei Millionen Menschen gestorben. Die Übertragung des Virus von Tier zu Mensch gilt als Ursprung der Pandemie, die im Dezember 2019 in Wuhan, China, begann. Im April 2020 entwickelten Nerze in niederländischen Nerzfarmen Atemwegserkrankungen aufgrund der Infektion mit SARS-CoV-2, das nachweislich von infizierten Farmarbeitern auf die Tiere übertragen wurde. Das Virus mutierte in den Nerzen und verschiedene Virusvarianten entstanden, die wieder zurück auf die Farmarbeiter übertragen und dann auch von Mensch zu Mensch weitergegeben wurden. Auch in Dänemark wurde diese Beobachtung gemacht und Millionen von Nerzen wurden getötet, um die Übertragung neuer Virusvarianten auf den Menschen zu verhindern.
Das Spike-Protein in der Hülle von SARS-CoV-2 ist verantwortlich für den Eintritt des Virus in die Zellen, in denen es sich vermehrt. Die Forschenden um Markus Hoffmann und Stefan Pöhlmann vom Deutschen Primatenzentrum haben verschiedene Mutationen untersucht, die im Spike-Protein von SARS-CoV-2 aus Nerzen nachgewiesen wurden, unter anderem die Mutation Y453F. Die Forschenden wollten herausfinden, welche Auswirkungen diese Mutation auf die Hemmung des Virus durch Antikörper hat, die für die COVID-19-Therapie eingesetzt werden beziehungsweise die in COVID-19-Patient*innen gebildet werden.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass einer von zwei Antikörpern aus einem für die COVID-19-Therapie eingesetzten Antikörpercocktail die Virusvariante mit der Y453F-Mutation nicht mehr effizient hemmt. Außerdem demonstriert unsere Studie, dass die Y453F-Mutation die Hemmung des Virus durch Antikörper reduziert, die von COVID-19-Patient*innen gebildet wurden. Das bedeutet, dass Menschen, die eine SARS-CoV-2-Infektion durchgemacht haben, einen reduzierten Schutz gegen die Nerz-Varianten des Virus aufweisen könnten“, sagt Markus Hoffmann, der Erstautor der Studie. SARS-CoV-2 kann sich also in Nerzen so verändern, dass die Immunkontrolle durch Antikörper erschwert wird. Ob dies auch in anderen Tieren möglich ist, auf die das Virus durch infizierte Personen übertragen wird, ist gegenwärtig unklar. „In der Zwischenzeit ist die Y453F-Mutation auch im Menschen aufgetreten, aber nicht durch eine Infektion mit einer der Nerz-Varianten. Wenn sich das Virus längere Zeit in Menschen vermehrt, die ein schwaches Immunsystem haben, können resistente Varianten entstehen. In diesem Fall war die Resistenz-vermittelnde Mutation identisch mit der, die in den Nerzen beobachtet wurde“, sagt Stefan Pöhlmann.
Originalpublikation:
Hoffmann, M., Zhang, L., Krüger, N., Graichen, L., Kleine-Weber, H., Hofmann-Winkler, H., Kempf, A., Nessler, S., Riggert, J., Winkler, M.S., Schulz, S., Jäck, H.-M., Pöhlmann, S., SARS-CoV-2 mutations acquired in mink reduce antibody-mediated neutralization, Cell Reports (2021), DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109017

20.04.2021, Deutsche Wildtier Stiftung
Feuersalamander sind Nachtwanderer im Regen
Jetzt sind die Weibchen schwanger und suchen Gewässer für die Geburt auf
Er zeigt sich nur anderen Nachtschwärmern und er lebt gefährlich: der Feuersalamander. Der Lurch im Glanz-Frack macht nachts die Straßen unsicher. Im Harz, Bayerischen Wald, im Spessart oder an der Rhön, aber auch in Rheinland-Pfalz und Hessen bis hoch zur Lüneburger Heide kann man jetzt im Schatten der Dunkelheit auf den Einzelgänger treffen. Wenn es regnet und um die sechs Grad oder darüber warm ist; und die Luftfeuchtigkeit entsprechend hoch, sind Feuersalamander nicht zu halten. Dann verlassen sie ihre Verstecke und gehen auf Wanderschaft.
Der Salamander mag die Dunkelheit und die Feuchtigkeit: Er ist ein Nachtwanderer im Regen. Seine empfindliche Haut macht ihn dazu, denn abends ist die Luftfeuchtigkeit in der Regel höher. Er wird nur dann tagsüber zum Spaziergänger, wenn es sehr lange trocken war und ein Gewitter aufzieht. Dann ist für den Lurch die Gelegenheit, einen fetten Bissen zu ergattern, groß. Er bevorzugt Regenwürmer, die er am Stück verspeist. Auch Nacktschnecken stehen auf seiner Speisekarte.
Wer jetzt in der Dunkelheit auf Wald- und Feldwegen mit dem Auto oder dem Mountainbike unterwegs ist, sollte aufpassen, dass er kein „schwangeres“ Salamander-Weibchen überfährt. „Wo es möglich ist, sollte die Geschwindigkeit aufs Schritttempo reduziert werden, damit man vorausschauend fahren kann“, rät Jenifer Calvi, Pressereferentin der Deutschen Wildtier Stiftung. Behäbig, mit einer auffällig runden Taillenmitte, „schieben“ sich jetzt die Weibchen über die Straßen; sie wollen ein Gewässer erreichen, um den Nachwuchs zu gebären. Gelangt ein Salamander-Weibchen sicher zu einem sauberen Quellgewässer, schlüpfen bis zu 30 kleine Larven lebendig aus dem Mutterleib. Im Gegensatz zu Fröschen oder Kröten legen Feuersalamander keine Eier. Eine Besonderheit: Die Weibchen können Spermien bis zu zwei Jahre lang unbefruchtet in einer Art körpereigenen Samenbank – der Spermathek – mit sich herumtragen.
Leider werden viele Amphibien bei ihren Wanderungen zu Verkehrsopfern. Wenn sie vom Scheinwerferlicht erfasst werden, erstarren Schwanzlurche. Das ist oft ein Todesurteil. Sie werden fast immer überrollt. „Der Verkehr zählt mit zur häufigsten Todesursache für die Feuersalamander“, sagt Jenifer Calvi. Doch auch ein Hautpilz namens Batrachochytrium salamandrivorans, kurz „Bsal“ genannt, macht Salamandern seit ein paar Jahren zu schaffen. Der aggressive Pilz befällt die empfindliche Amphibienhaut, zerstört die Atmung und die Regulierung des Wasserhaushalts. Eine Behandlung ist nur in Tierhaltungen möglich. Die sogenannte „Salamanderpest“ wurde aus Asien nach Europa eingeschleppt und hat in Belgien und den Niederlanden ganze Bestände ausgelöscht. Eine Ausbreitung in Deutschland wird befürchtet. In Gebieten, in denen die „Salamanderpest“ grassiert, wird die Bevölkerung darauf hingewiesen, Schuhsohlen, Hundepfoten oder Autoreifen nach dem Besuch gründlich zu reinigen oder gar zu desinfizieren, um die Pilzsporen nicht noch schneller zu verbreiten. Es bleibt zu hoffen, dass unsere Feuersalamander genügend Zeit haben werden, um sich mit „Bsal“ auseinanderzusetzen und Resistenzen aufzubauen.

21.04.2021, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Schlange überquert die Alpen
Ein Forschungsteam von den Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen in Dresden und der Zoologischen Staatssammlung München hat das Auftreten der Italienischen Barrenringelnatter in Bayern untersucht. Anhand von über 1000 Proben zeigen sie, dass die erst kürzlich in Deutschland entdeckte Schlange sich nach der Eiszeit nach Norden ausgebreitet haben. Dabei haben die Nattern die – eigentlich als natürliche Barriere bekannten – Alpen erfolgreich überquert. Aufgehalten wurden sie erst, als sie in Südbayern auf die verwandte Ringelnatter stießen. Die Studie erschien heute im „Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research“.
Die Italienische Barrenringelnatter (Natrix helvetica sicula) war bis vor Kurzem ausschließlich aus Italien und von den Südalpen bekannt. „Ein Team um Frank Glaw und Michael Franzen von der Zoologischen Staatssammlung München hat 2019 aber für mehrere Landkreise in Südbayern den Nachweis für diese Schlange erbracht“, erzählt Marika Asztalos, Doktorandin am Museum für Tierkunde der Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen in Dresden und fährt fort: „Wir wollten nun wissen wie die Schlangen nach Bayern kamen, wie weit sie verbreitet sind und ob sie sich dort mit den anderen Ringelnattern vermischen.“
Basierend auf der genetischen Untersuchung von 1031 Proben untersuchte Asztalos mit Professor Uwe Fritz und weiteren Forschenden, darunter auch Frank Glaw und Michael Franzen von der Zoologischen Staatssammlung München, die Verbreitung der verschiedenen Ringelnatterformen und zeigte, dass die Italienische Barrenringelnatter im südlichsten Bayern auf die Flusstäler von Inn, Isar und Loisach begrenzt ist. Wo sich diese Flüsse aus den Alpentälern in die Ebene ergießen, endet das Verbreitungsgebiet der Barrenringelnatter ziemlich abrupt und wenige Kilometer weiter nördlich findet sich nur noch die heimische Ringelnatter (Natrix natrix). Die Alpen konnten demnach die Ausbreitung der Barrenringelnatter nicht aufhalten, die starke Präsenz der weiter nördlich lebenden Ringelnattern dagegen schon.
„Unsere Studie zeigt, dass sich die Italienische Barrenringelnatter in der Nach-Eiszeit über Alpenpässe nach Tirol und Bayern ausgebreitet hat“, erläutert Fritz und ergänzt: „In Westdeutschland kommt eine weitere Unterart der Barrenringelnatter im Rheingebiet vor, die eine andere Route genommen hatte. Sie ist aus Frankreich nach Mitteleuropa eingewandert, was schon länger bekannt ist.“
Das Team fand nun erstmals auch Spuren dieser westlichen Barrenringelnatter (Natrix helvetica helvetica) in Bayern, nämlich in der Bodenseeregion und in Unterfranken. Zwar handelt es sich in beiden Fällen nur um Mischlinge mit der heimischen Ringelnatter, eine intensivere Suche in diesen Regionen könnte aber durchaus noch zur Entdeckung weitgehend reiner Populationen führen.
Fritz und Co konnten von den 208 Proben aus Bayern 90 Tiere der Italienischen Barrenringelnatter zuordnen – wobei die meisten Hybride zwischen den Einwanderern und der heimischen Ringelnatter waren. „Ähnliche Hybridisierungsvorgänge sind uns schon aus dem Rheingebiet bekannt, in Südbayern beschränken diese sich aber auf eine wenige Kilometer schmale Hybridzone, in der auch jeweils die Elternarten leben“, fasst Asztalos zusammen.
Originalpublikation:
Marika Asztalos, Frank Glaw, Michael Franzen, Carolin Kindler, Uwe Fritz (2021): Transalpine dispersal: Italian barred grass snakes in southernmost Bavaria—This far but no further! Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research. DOI: 10.1111/jzs.12471

22.04.2021, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Pflanzenherkunft beeinflusst Bestäuber
Der Rückgang an Insekten stellt Herausforderungen für das Bestäuben von Wild- und Kulturpflanzen dar. Landschaftsökologen der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster fanden jetzt heraus, dass nicht nur die Pflanzenart, sondern auch die geografische Herkunft der Samen Einfluss auf die Insektenvielfalt hat. Die Studienergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Journal of Applied Ecology“ erschienen.
Das Insektensterben und der Rückgang der biologischen Vielfalt sind zwei der größten Herausforderungen unserer Gesellschaft. Durch die Zerstörung vieler natürlicher Lebensräume finden Bienen, Hummeln, Schmetterlinge, Käfer und Co. immer weniger Nahrung. Dadurch können sie ihrer Funktion als Bestäuber von Wild- und Kulturpflanzen kaum noch nachkommen. Besonders in landwirtschaftlich geprägten Regionen ist dieser Trend verstärkt zu beobachten.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben jetzt genauer untersucht, wie sich die Saatgutauswahl bei Renaturierungsmaßnahmen, also die Wiederherstellung von naturnahen Lebensräumen aus kultivierten und genutzten Bodenoberflächen, auf die Förderung der Insektenvielfalt auswirkt. Dabei spielt nicht nur die Pflanzenart, sondern auch die geografische Herkunft der Samen eine wichtige Rolle: Sie hat nämlich Einfluss auf die Insektenvielfalt und darauf, wie oft die Bestäuber die Blüten besuchen. Die Studienergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Journal of Applied Ecology“ erschienen.
Hintergrund und methodisches Vorgehen
Insekten sind für das Funktionieren von Ökosystemen und für das Überleben der Menschen unverzichtbar. Zum Beispiel sind sie für die Bestäubung vieler Kulturpflanzen notwendig, die wiederum den Menschen als essenzielle Nahrungsquelle dienen. In Regionen, die landwirtschaftlich geprägt oder durch Siedlungen und Städte verbaut sind, reduzieren sich jedoch die Ressourcen für die Bestäuber. Um sie bei der Bestäubung zu unterstützen, werden blütenreiche Lebensräume in der Landschaft angelegt, oft in Form von Wildblumenstreifen.
Bei dem Anlegen von Blühstreifen und anderen Lebensräumen sollte berücksichtigt werden, dass Pflanzenarten keine gleichförmigen Einheiten sind, da sich ihre Populationen genetisch unterscheiden. Diese Differenzierung entsteht häufig durch die Anpassung an ihre lokale Umgebung. Zum Beispiel wird eine Wiesen-Flockenblume, die in der Nähe des Meeres wächst, wo Frost selten ist, weniger frostbeständig sein als eine Wiesen-Flockenblume, die in den Bergen wächst, wo Frost häufig vorkommt. Die Unterschiede sind in vielen Pflanzenmerkmalen sichtbar und können die Bestäuber beeinflussen. Zu den Merkmalen gehören unter anderem die Anzahl der Blüten oder der Zeitpunkt der Blüte. „Je nach Herkunft blühen einige Populationen früher als andere. Bei der Einrichtung von Habitaten für Bestäuber werden diese innerartlichen Unterschiede bislang wenig berücksichtigt und die Pflanzen werden meist unabhängig von ihrer Herkunft ausgewählt. Wir haben daher getestet, ob die Herkunft der Pflanzen die Bestäuber beeinflusst“, erklärt Dr. Anna Lampei Bucharová vom Institut für Landschaftsökologie der WWU und Leiterin der Studie.
Die geografische Herkunft des Saatguts spielt in diesem Zusammenhang eine wesentliche Rolle. In einem Feldexperiment bildeten die Wissenschaftler kleine experimentelle Pflanzengemeinschaften, die genau die gleiche Artenzusammensetzung hatten, sich aber in der Herkunft unterschieden: Die Populationen stammten aus dem Raum Münster, aus der Umgebung von München und aus dem Großraum von Frankfurt an der Oder. Anschließend erfassten sie die Anzahl und Zeitfolge der Pflanzenblüten, beobachteten die Bestäuber, die diese Gemeinschaften besuchten, und verglichen die Häufigkeit und Vielfalt der Bestäuber in den Gemeinschaften unterschiedlicher Herkunft.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Herkunft der Pflanze die Bestäuber beeinflusst – sowohl wie oft die Bestäuber die Blüten besuchen, als auch die Vielfalt der Insektenarten. „Der Effekt kann beträchtlich sein – auf den Blüten einer Herkunft beobachteten wir doppelt so viele Besuche von Bestäubern wie auf Blüten einer anderen Herkunft. Der wichtigste treibende Parameter ist die Phänologie der Pflanzenblüte – also die zeitliche Abfolge der Blüte“, erklärt Insektenforscher Dr. David Ott, Co-Autor der Studie. Pflanzen einiger Herkunftsgebiete begannen früher und intensiver zu blühen als andere und boten daher mehr Blüten und dadurch mehr Interaktionen zwischen Insekten und der jeweiligen Blüte, schlussfolgern die Forscher.
Die Ergebnisse sind sowohl für die Wissenschaft als auch für die Renaturierungspraxis von Bedeutung. Deutschland biete gute Voraussetzungen, um eine herkunftsbasierte Renaturierungsstrategie umzusetzen, sind sich die Wissenschaftler sicher. Denn regionale Ökotypen vieler Arten sind im System des sogenannten „Regiosaatguts“ leicht verfügbar. Dieses System stellt für viele Arten regionales Saatgut für bis zu 22 Regionen in Deutschland zur Verfügung. Durch die Auswahl der entsprechenden Pflanzenherkünfte könnten so die Ressourcen für die Bestäuber nachhaltig verbessert werden.
Originalpublikation:
Anna Bucharova, Christian Lampei, Malte Conrady, Emilia May, Janis Matheja, Michael Meyer, David Ott (2021). Plant provenance affects pollinator network: implications for ecological restoration Journal of Applied Ecology. DOI: 10.1111/1365-2664.13866

22.04.2021, Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) im Forschungsverbund Berlin e.V.
BioRescue erzeugt vier neue Nördliche Breitmaulnashorn-Embryonen
Wissenschaftler*innen und Naturschützer*innen des internationalen BMBF-geförderten BioRescue-Konsortiums arbeiten mit Hochdruck daran, das Nördliche Breitmaulnashorn durch fortschrittliche Technologien der assistierten Reproduktion zu retten. Das Konsortium freut sich nun bekannt zu geben, dass im März und April 2021 vier weitere Embryonen der vom Aussterben bedrohten Dickhäuter erzeugt wurden.
Dies ist die erfolgreichste Serie von Prozeduren – von der Eizellentnahme in Kenia bis zur Befruchtung im Reagenzglas (In-vitro-Fertilisation) und Kryokonservierung in Italien –, die das Team vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW), Safari Park Dvůr Králové, Kenya Wildlife Service, Ol Pejeta Conservancy und Avantea jemals durchführten. Außerdem bestätigte das Team, dass die im Dezember 2020 durchgeführte Sterilisation eines südlichen Breitmaulnashornbullen erfolgreich war. Der Bulle kann sich nun zu weiblichen Artgenossen in der Ol Pejeta Conservancy gesellen, die als potenzielle Leihmütter für zukünftigen Nachwuchs der nördlichen Breitmaulnashörner ausgesucht wurden.
Die Weibchen Najin und Fatu der Ol Pejeta Conservancy in Kenia sind die weltweit einzigen verbliebenen nördlichen Breitmaulnashörner. Um das Aussterben des Nördlichen Breitmaulnashorns zu verhindern, entnimmt das internationale BioRescue-Konsortium von Wissenschaftler*innen und Naturschützer*innen unter der Leitung des Leibniz-IZW seit 2019 unreife Eizellen (Oozyten) der beiden Weibchen und befruchtet diese im Labor mit gefrorenem Sperma von verstorbenen Männchen, um lebensfähige Embryonen des Nördlichen Breitmaulnashorns zu erzeugen. In naher Zukunft sollen diese Embryonen in Leihmütter von südlichen Breitmaulnashörnern eingesetzt werden, um Nachkommen von nördlichen Breitmaulnashörnern zu erzeugen.
Am 28. März 2021 entnahm das BioRescue-Team unter Leitung von Prof. Dr. Thomas Hildebrandt (Leibniz-IZW) mit einer ultraschallgeführten Sonde 19 Eizellen aus Fatus Eierstöcken, nachdem das Tier unter Vollnarkose gesetzt wurde. Fatu ist das jüngere der beiden Nördlichen Breitmaulnashörner, die Tochter von Najin und die Enkelin von Sudan, dem letzten Nördlichen Breitmaulnashornbullen, er verstarb 2018. Sowohl die Narkose als auch die Entnahme der Eizellen verliefen reibungslos und ohne Komplikationen. Nach der Inkubation und Reifung der Eizellen im Avantea-Labor in Cremona (Italien) wurden 14 Eizellen mit aufgetauten Spermien des verstorbenen Nördlichen Breitmaulnashornbullen Suni im ICSI-Verfahren (intra-cytoplasmatische Spermieninjektion) befruchtet. Vier befruchtete Eizellen entwickelten sich zu lebensfähigen Embryonen, die nun sicher an der Seite der Embryonen aus früheren Einsätzen im flüssigen Stickstoff lagern. Insgesamt gibt es nun neun Embryonen des Nördlichen Breitmaulnashorns – alle stammen aus Eizellen von Fatu.
„Wir sind begeistert von den Ergebnissen der letzten Eizellenentnahme im März. Mit diesen neun nördlichen Breitmaulnashorn-Embryonen können die Projektpartner die nächste Phase des Projekts einleiten – den Embryotransfer in Leihmuttertiere der südlichen Breitmaulnashörner in der Ol Pejeta Conservancy. Wir sind sehr gespannt auf Nachkommen aus dem Projekt, die das Überleben der Art garantieren werden“, sagt Hon. Najib Balala, Cabinet Secretary, Ministry of Tourism and Wildlife, Kenia.
Die Entwicklung der Embryonen gelang mit Hilfe des Geri®. Das Geri® wurde von Merck für das BioRescue-Projekt zur Verfügung gestellt und ist ein innovativer Tischinkubator mit integrierter kontinuierlicher Embryoüberwachung.
„Merck ist ein langfristiger Partner des BioRescue-Projekts. Wir unterstützen die Bemühungen zur Rettung der Nördlichen Breitmaulnashörner, indem wir unsere innovativen Technologien im Bereich Fertility zur Verfügung stellen, um die Chancen zu erhöhen, diese Tiere vor dem Aussterben zu bewahren“, sagt Sebastian Bohl, Vize Präsident, Global Head of New Businesses, Fertility, Merck.
Während des jüngsten Eingriffs wurde bei dem Muttertier von Fatu – der 31-jährigen Najin – nur in eine leichte stehende Narkose und eine Ultraschalluntersuchung durchgeführt. Nach den Ergebnissen des Ultraschalls entschied das Team, keine Eizellenentnahme zu versuchen, da Najin anscheinend nicht genügend vielversprechende Eizellen entwickelt hatte. Das Konsortium wird demnächst ausführlich diskutieren, ob und wie Eizellenentnahmen mit Najin fortgesetzt werden sollen. Denn ein zentraler Bestandteil des BioRescue-Projekts ist die ethische Risikobewertung aller Prozeduren.
Ein weiterer sehr wichtiger Schritt für den Erfolg des Projekts war die Auswahl und Sterilisation des südlichen Breitmaulnashorn-Bullen Owuan im Dezember 2020. Das Tier wurde vom BioRescue-Team mit einem minimal-invasiven, nicht-chirurgischen Verfahren unter Verwendung modernster Ausrüstung sterilisiert. Die Sterilisation verlief reibungslos und ohne jegliche Komplikationen. Im März 2021 bestätigte das Team mittels Elektroejakulation, dass die Sterilisation erfolgreich war. Owuan hat sich von den Untersuchungen gut erholt und ist seiner zukünftigen Rolle gewachsen: Als sterilisierter Bulle wird er durch sein Verhalten zuverlässig den Fortpflanzungszyklus potenzieller Leihmütter anzeigen, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie dabei trächtig werden. Diese Indikation ist eine entscheidende Voraussetzung dafür, die wertvollen Embryonen des Nördlichen Breitmaulnashorns zum richtigen Zeitpunkt des Fortpflanzungszyklus‘ in die Leihmütter einzusetzen. Unter Anleitung des Kenya Wildlife Service plant das Team sorgfältig die Unterbringung ausgewählter südlicher Breitmaulnashornweibchen in Owuans Gesellschaft. Diese Zusammenführung wird in den kommenden Wochen stattfinden.
Das BioRescue-Forschungsprojekt wird maßgeblich vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und weiteren Geldgebern wie der Stiftung Nadace ČEZ, dem Philanthropen Dr. Richard McLellan und der Merck EMD Stiftung finanziert. BioRescue wird seinen ehrgeizigen Plan fortführen und weitere Embryonen aus Eizellen erzeugen, die von den nördlichen Breitmaulnashornweibchen in einem drei- bis viermonatigen Zyklus entnommen werden. Dabei hofft das Team, das die COVID-19-Pandemie keine weiteren Verzögerungen verursacht. Mit der bestätigten Sterilisation des Bullen und der geplanten Zusammenführung der Leihmütter rückt der nächste Meilenstein des Programms in greifbare Nähe: Ein erfolgreicher Embryotransfer.

22.04.2021, Schweizerischer Nationalfonds SNF
Siebenschläfer bereits vor 34 Millionen Jahren im Winterschlaf
Nagetierfossilien lassen vermuten, dass der Winterschlaf bereits vor 34 Millionen Jahren als Überlebensstrategie existierte. Dies zeigt eine Analyse von Forschenden, die der Schweizerische Nationalfonds unterstützt hat.
Bisher wurde vermutet, dass sich die Fähigkeit zum Winterschlaf erst vor rund 2,6 Millionen Jahren zu Beginn des Quartären Eiszeitalters entwickelte. Dieses Verhalten könnte bei gewissen Säugetieren jedoch wesentlich früher aufgetreten sein. Zu diesem Schluss kommt eine vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützte Studie. Die Ergebnisse erscheinen im Journal of Systematic Paleontology (*).
Mit seinem Team hat sich Olivier Maridet, Kurator am Jurassica Museum in Pruntrut und Paläontologe an der Universität Freiburg, mit der Evolutionsgeschichte der Familie der Bilchmäuse beschäftigt: kleine Nagetiere mit buschigem Schwanz, zu denen etwa der Siebenschläfer, der Gartenschläfer oder die Haselmaus gehören. Als der Forscher die Zahl der Arten dieser Familie im Laufe der Zeit mit der Entwicklung des Klimas verglich, fiel ihm auf, dass es drei Mal zu einer Diversifizierung kam und jede dieser Episoden mit einer Eiszeit zusammenfiel. „Diese Nagetiere mussten über einen Vorteil verfügen, dank dem sie sich während dieser Perioden so gut entwickelten. Wir gehen davon aus, dass es der Winterschlaf war.“
Archaisches Defizit wird zum Vorteil
Bereits bekannt war aufgrund der Fossilien gewisser Nagetiere, dass der Winterschlaf vor 2,6 Millionen Jahren existierte – ihre Schneidezähne weisen nämlich saisonale Wachstumspausen auf. Demnach entwickelte und verbreitete sich diese Fähigkeit als Reaktion auf die schwierigen Überlebensbedingungen dieser Epoche am Anfang des Quartären Eiszeitalters – des jüngsten Zeitabschnitts der Erdgeschichte. In ihrer Studie gelangen Olivier Maridet und sein Team nun jedoch zum Schluss, dass die Bilchmäuse bereits vor 34 Millionen Jahren den Winter schlafend verbracht haben könnten. „Somit könnte es sich um ein archaisches Merkmal handeln, das bei gewissen Arten bis heute bewahrt wurde und bei anderen verloren ging, weil sie andere Überlebensstrategien als den Winterschlaf wählten“, erklärt Olivier Maridet.
Das Forschungsteam befasste sich mit den Bilchmäusen im Rahmen seiner Forschungsarbeiten zum Übergang zwischen Eozän und Oligozän, der in Europa wegen seiner einschneidenden Folgen auch als „Grande Coupure“ (grosser Einschnitt) bezeichnet wird. Damals kam es zu einer deutlichen Abkühlung, die zur Bildung der Polkappe in der Antarktis und zu einem sinkenden Meeresspiegel führte, was die Wanderung von Tierarten zwischen den Kontinenten erleichterte.
In Europa gab es bei den Säugetieren zu diesem Zeitpunkt grosse Umwälzungen. Viele von ihnen, wie die Adapoidea (ausgestorbene Primaten), Palaeotherien (entfernte Cousins der heutigen Pferde) oder bestimmte in Europa heimische Nagetiergruppen verschwanden. Jüngere, aus Asien stammende Arten siedelten sich an, unter anderem Hamster, Biber, Nashörner, Schweine und Tapire. Den Bilchmäusen gelang es, diese Krise durchzustehen – und sich dabei sogar zu diversifizieren. „Nach dem Massensterben an der Kreide-Paläogen-Grenze vor 65 Millionen Jahren, dem unter anderem die Dinosaurier zum Opfer fielen, ist dieser Übergang eines der Ereignisse mit den weitreichendsten Auswirkungen auf die Ökosysteme“, sagt Olivier Maridet.
Zähne als Zeitzeugen
Zu diesen Ergebnissen gelangten die Forschenden, indem sie über 500 fossile Zähne von Bilchmäusen aus Frankreich und Spanien auswerteten. Sie analysierten die Grösse und Form nach 124 verschiedenen Kriterien und identifizierten so den Verwandtschaftsgrad zwischen den Arten. Ausserdem scannten sie Zähne mittels Röntgentomografie, um ihnen auch Informationen aus dem Innern zu entlocken. Und das Resultat ist beeindruckend: Zum ersten Mal liess sich die Evolution der Familie der Bilchmäuse vollständig abbilden – einschliesslich der fossilen Arten. Ausserdem konnten die Forschenden die verwandtschaftliche Nähe zwischen den heute bekannten Arten mit molekularen Methoden bestätigen. Die detaillierte Analyse der Zahnanatomie der Bilchmäuse zeigte zudem, dass es an der Zeit war, den Stammbaum dieser Familie zu entstauben.
Originalpublikation:
(*) X.-Y. Lu, L. Costeur, M. Hugueney, O. Maridet: New data on early Oligocene dormice (Rodentia, Gliridae) from southern Europe: phylogeny and diversification of the family. Journal of Systematic Paleontology (2021): https://doi.org/10.1080/14772019.2021.1888814

23.04.2021, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Erstbeschreibung neuer Krakenart ohne Skalpell
Ein Evolutionsbiologe der Universität Bonn holte im Nordpazifik aus über 4.000 Meter Tiefe eine neue Oktopusspezies ans Tageslicht. Die aufsehenerregende Entdeckung schlug vor einigen Jahren mediale Wellen. Nun haben Bonner Wissenschaftler die Erstbeschreibung veröffentlicht und das Tier auf den Namen “Kaiserdumbo” (Grimpoteuthis imperator) getauft. Ebenso ungewöhnlich wie der Organismus ist die Vorgehensweise der Forscher: Für die Artbeschreibung sezierten sie das seltene Lebewesen nicht, sondern nutzten stattdessen zerstörungsfreie bildgebende Verfahren. Die Ergebnisse sind nun im angesehenen Fachjournal “BMC Biology” veröffentlicht.
Im Sommer 2016 war Dr. Alexander Ziegler vom Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn mehrere Monate mit dem Forschungsschiff SONNE im Nordpazifik unterwegs. Rund 150 Mal ließ die Crew den stählernen Fangkorb bis zum Meeresgrund hinab, um von dort Gestein, Sedimente und Lebewesen empor zu fördern. Für mediales Aufsehen sorgte vor allem ein Organismus: ein Dumbooktopus. Das rund 30 Zentimeter große Tier stammte aus über 4.000 Meter Wassertiefe. Allerdings konnte der Oktopus nicht lebend geborgen werden: “An die Umweltbedingungen der Meeresoberfläche ist der Tiefseeorganismus nicht angepasst”, erklärt Ziegler.
Bei den Dumbooktopussen handelt es sich um eine Gruppe von in der Tiefsee lebenden Tintenfischen, die 45 Arten umfasst. Der Name rührt von dem fliegenden Elefanten aus dem gleichnamigen Walt-Disney-Film her, der wegen seiner ungewöhnlich großen Ohren gehänselt wird – die links und rechts des Kopfes liegenden Flossen der Dumbooktopusse ähneln diesen Elefantenohren. Der Dumbo auf dem Forschungsschiff SONNE wich aber deutlich von den bekannten Krakenarten ab. “Mir war sofort klar, dass wir etwas ganz Besonderes gefangen hatten”, berichtet der Biologe. Deshalb hielt Ziegler das ungewöhnliche Tier sofort in Bildern fest, nahm eine kleine Gewebeprobe für DNA-Analysen und konservierte den Oktopus dann in Formalin.
Mit seiner ehemaligen Masterstudentin Christina Sagorny veröffentlichte Ziegler nun eine Erstbeschreibung der bislang unbekannten Spezies. Ebenso ungewöhnlich wie der Krake war die verwendete Methodik. Normalerweise sezieren Zoologen die Tiere, da für die Artbeschreibung auch die inneren Organe wichtig sind. “Da der Oktopus sehr wertvoll ist, suchten wir aber nach einem zerstörungsfreien Weg”, berichtet der Wissenschaftler.
Hochfeld-MRT statt Skalpell
Der Kopffüßler mit den acht Armen landete deshalb nicht unter dem Skalpell, sondern im Hochfeld-Magnetresonanztomografen des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn. Mit diesem Gerät werden routinemäßig die Gehirne von Probanden aufgenommen. Dr. Eberhard D. Pracht vom DZNE erklärte sich jedoch dankenswerterweise bereit, den Dumbooktopus hochauflösend in 3D zu scannen. Christina Sagorny untersuchte dann im Rahmen ihrer Masterarbeit, ob sich mit dem Hochfeld-MRT die inneren Organe und weitere Weichteile genauso gut darstellen lassen wie mit der herkömmlichen Sezierung. “Die Qualität ist sogar noch besser”, sagt Ziegler.
Eine der wenigen Ausnahmen: Der Schnabel und die Raspelzunge (Radula) des Kopffüßlers bestehen aus hartem Chitin, dass sich im MRT nicht gut abbilden lässt. Deshalb zogen die Biologen noch den Mikro-Computertomografen der Paläontologen der Universität Bonn hinzu. Schnabel und Radula erschienen darin gestochen scharf in 3D. “Zur Erstbeschreibung von Oktopussen gehören diese Hartteilstrukturen zwingend dazu”, sagt Ziegler. Für die Rekonstruktion der Verwandtschaftsverhältnisse entschlüsselten die Forscher auch noch das Erbgut des Tieres. Ziegler: “Die DNA zeigte zweifelsfrei, dass es sich um eine Spezies der Gattung Grimpoteuthis handelt.”
Wie die Untersuchung der Reproduktionsorgane ergab, handelt es sich bei dem Dumbooktopus um ein erwachsenes männliches Tier. Im Vergleich zu anderen Arten dieser Gattung verfügt er über einige besondere Merkmale. So waren im Schnitt 71 Saugnäpfe pro Arm feststellbar, die das Tier zum Beutefang braucht und welche die Körpergröße widerspiegeln. Auch die Länge der Zirren – kleine Fortsätze auf den Armen, mit denen die Tiefseetiere vermutlich ihre Beute wahrnehmen – weicht von bereits bekannten Arten ab.
Der zwischen den Armen gespannte Schirm, mit dem der Dumbo langsam im Wasser nach unten schwebt und dabei Würmer und Krebse wie in einer Glocke einfängt, reicht zudem vom Mund aus gesehen nur knapp über die Hälfte der Arme. “Bei Dumbooktopusarten, die vor allem frei im Wasser schweben, ist der Schirm deutlich länger”, sagt Ziegler. Das deute auf eine Lebensweise der neuen Spezies nah am Meeresboden hin, weil der Schirm sonst bei Bewegungen am Grund hinderlich wäre.
Als erstbeschreibende Wissenschaftler hatten Sagorny und Ziegler das Privileg, der neuen Art einen Namen zu geben: Sie entschieden sich für Grimpoteuthis imperator – oder auf Deutsch “Kaiserdumbo”. Der Hintergrund: Das Tier wurde nicht weit entfernt von Japan in einem untermeerischen Gebirgszug entdeckt, dessen Gipfel nach japanischen Kaisern benannt sind.
Digitale Kopie des Organismus
Durch die Kombination der zerstörungsfreien Methoden entstand eine gestochen scharfe digitale Kopie des Tieres. Sie kann durch alle Interessierten von der Onlinedatenbank „MorphoBank“ für weitere Untersuchungen oder Lernzwecke heruntergeladen werden. Der konservierte Oktopus selbst wird im Archiv des Berliner Museums für Naturkunde aufbewahrt. “Dort kann er dann auch noch in 100 Jahren analysiert werden, wenn es zum Beispiel noch modernere Untersuchungsmethoden oder neue Fragestellungen gibt”, erläutert Ziegler. “Unser zerstörungsfreier Ansatz könnte vor allem für seltene und wertvolle Tiere Schule machen”, so der Bonner Evolutionsbiologe.
Originalpublikation:
Alexander Ziegler, Christina Sagorny: Holistic description of new deep sea megafauna (Cephalopoda: Cirrata) using a minimally invasive approach, BMC Biology, DOI: https://doi.org/10.1186/s12915-021-01000-9

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