27.09.2021, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie
Ihre Lernfähigkeit erleichtert Tabakschwärmern die Wahl der Nektarquelle und des Eiablageplatzes
Max-Planck-Forscherinnen und -Forscher haben neue Erkenntnisse über die Lernfähigkeit von Tabakschwärmern gewonnen. Erlernte Düfte beeinflussen die Vorlieben der Falter für bestimmte Blüten und Wirtspflanzen. Dabei reicht ein einziges abgelegtes Ei auf einer Pflanze aus, um diese auch noch nach 24 Stunden als erste Wahl wieder zu besuchen. Riechzellen auf dem Saugrüssel spielen hingegen beim Lernen keine Rolle.
Max-Planck-Forscherinnen und -Forscher haben neue Erkenntnisse über die Lernfähigkeit von Tabakschwärmern gewonnen. In zwei aktuellen Publikationen berichten sie, dass das Erlernen von Düften nicht nur bei der Futtersuche eine Rolle spielt, sondern dass weibliche Falter bei der Wahl des Eiablageplatzes ebenfalls von zuvor erlernten Gerüchen beeinflusst werden (Journal of Chemical Ecology doi: 0.1007/s10886-021-01309-3). Dabei reicht ein einziges abgelegtes Ei auf einer Pflanze aus, um diese auch noch nach 24 Stunden als erste Wahl wieder zu besuchen. Hingegen scheint die zweite Nase der Falter, die Spitze des Saugrüssels, auf der sich ebenfalls Riechzellen befinden, beim Erlernen von Düften und den darauf basierenden Entscheidungen bei der Futtersuche keine Rolle zu spielen (Journal of Experimental Biology, doi: 10.1242/jeb.242780). Die Ergebnisse geben Hinweise auf die Anpassungsfähigkeit dieser Insekten an ihre Umwelt.
Lernfähigkeit bestimmt auch die Eiablage
In einer früheren Studie konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Bill Hansson und Markus Knaden aus der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie bereits zeigen, dass Tabakschwärmer Düfte als Hinweis auf eine Nektarquelle lernen können, die sie zuerst als unangenehm wahrgenommen hatten (siehe https://idw-online.de/de/news753545). Die Insekten hatten sich in dieser Studie als sehr lernfähig im Hinblick auf Nahrungsquellen herausgestellt. Daher wollten die Forschenden wissen, ob sich Lernen auch auf das Eiablageverhalten auswirkt. In Verhaltensexperimenten stellten sie in einem ersten Schritt Tabakschwärmerweibchen vor die Wahl, ihre Eier entweder auf einem Blatt der wilden Tabakart Nicotiana attenuata oder des Kalifornischen Stechapfels Datura wrightii abzulegen. Die unerfahrenen Falter, die vorher noch kein Ei auf eine Pflanze gelegt hatten, zeigten eine angeborene Vorliebe für die Blätter des Stechapfels. Im zweiten Schritt wurden ebenfalls unerfahrene Weibchen auf eine bestimmte Pflanzenart trainiert: Die Falter konnten ihr Ei im Training entweder nur auf einem Tabakblatt oder einem Stechapfelblatt ablegen. Im dritten Schritt wollten die Forschenden wissen, ob dieses Training die Entscheidung für oder gegen eine der Pflanzen beeinflusst. „Wir waren sehr erstaunt zu beobachten, dass bereits eine einzige Eiablageerfahrung ausreicht, um das Interesse danach auf genau die Pflanze zu richten, auf der zuvor schon einmal ein Ei abgelegt worden war. Diese Pflanze lernten Tabakschwärmer selbst dann, wenn nur ein Blatt für die Eiablage zur Verfügung stand und diese Erfahrung somit von der Blüte als Nektarquelle entkoppelt war,“ fasst Erstautorin Nandita Nataraj die Ergebnisse zusammen. Offenbar stellt eine erfolgreiche Eiablage an sich schon eine Belohnung dar, an die sich die Falter später erinnern und die zukünftiges Verhalten beeinflusst.
Insgesamt erbrachte die Auswertung der Experimente, dass die Präferenz für Tabak nach 24 Stunden deutlicher nachließ als die Vorliebe für Stechapfel, dessen Blätter sie in der Natur bevorzugen. Die angeborene Präferenz in Kombination mit Erfolgslernen scheint ein evolutionärer Vorteil zu sein, durch den das schwere Insekt, das beim Fliegen und Schweben über einer Pflanze viel Energie verbraucht, effektiver und ressourcenschonender seine Eier ablegen kann. Außerdem ist es besser vor Feinden geschützt, wenn es nicht so lange suchen muss und schneller ans Ziel, das heißt zu seiner Wirtpflanze, gelangt.
Tabakschwärmer lernen Düfte mit ihren Antennen, nicht aber mit ihrer zweiten Nase: der Spitze ihres Saugrüssels
Tabakschwärmern können nicht nur Wirtspflanzen für eine effizientere Eiablage lernen, sie erinnern sich auch an Blütendüfte, die sie bei der Futtersuche schneller zu einer Nektarquelle führen. Tabakschwärmer nehmen die duftenden Hinweise auf Nektar über ihre Antennen wahr. In einer Studie aus dem Jahr 2016 hatte das Team von Markus Knaden jedoch herausgefunden, dass Riechzellen auf der Spitze des Saugrüssels bei Tabakschwärmern eine Art zweite Nase darstellen (siehe https://idw-online.de/de/news653141). Daher wollten die Forschenden nun wissen, ob die Falter mit diesem zusätzlichen Geruchsorgan ebenfalls Düfte lernen können.
„Die größte Herausforderung für unsere Studie war das Design einer künstlichen Blüte, die den Blütenduft in ihrem Inneren behält und nicht nach außen dringen lässt. Wäre der Duft auch außerhalb der Blüte wahrnehmbar, hätten wir nicht zwischen dem Duftlernen mit den Antennen und mit dem Saugrüssel unterscheiden können“, beschreibt die Erstautorin Elisabeth Adam die Besonderheit des experimentellen Setups. Die Falter sind in ihrer natürlichen Umgebung dämmerungsaktiv und folgen auch visuellen Reizen. Daher entwickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Blüte aus blauem Acryl, die Falter auch ohne Duft gezielt anlockte.
Die Auswertung von Verhaltensexperimente im Windtunnel ergab, dass Tabakschwärmer Düfte, die sie lediglich mit ihrem Saugrüssel wahrnehmen, nicht lernen. Frühere Erfahrungen mit bestimmten Düften innerhalb der Blüte veränderten das Futtersuchverhalten daher nicht. „Wir wissen aus früheren Studien, dass beim Lernen höhere Hirnregionen eingebunden sind. Vermutlich hat der Saugrüssel eher eine Rolle als Tast- oder Geschmacksorgan, um die Qualität einer Blüte zu bewerten. Er nimmt Düfte daher vermutlich anders wahr und leitet sie auch nicht an höhere Hirnareale weiter,“ erläutert Elisabeth Adam die Ergebnisse.
Tabakschwärmer Manduca sexta: Ein ideales Modell um die Auswirkungen von Lernen auf das geruchsgesteuerte Verhalten in einem Insekt zu untersuchen
Tabakschwärmer zeigen auch unter Laborbedingungen viele komplexe Verhaltensweisen. Das Folgen einer Duftfahne, die auf Blütennektar hinweist, oder die Unterscheidung zwischen geeigneten und nicht geeigneten Wirtspflanzen, auf denen sie Eier ablegen und auf denen der Raupennachwuchs gut gedeihen kann, sind dabei von besonderem ökologischem Interesse. „Wir wissen bei diesem Insekt bereits sehr viel über die Geruchswahrnehmung, insbesondere welche Gehirnregionen an der Weiterleitung und Verarbeitung der Duftreize beteiligt sind. Die Falter sind also ideale Modelle um Geruchswahrnehmung und Lernen zu untersuchen – und zwar von ersten Kontakt mit einem Duftmolekül über die Reizweiterleitung bis hin zum ausgelösten Verhalten,“ fasst Studienleiter Markus Knaden zusammen.
Weitere Untersuchungen sollen sich nun den Fragen widmen, ob Tabakschwärmer auch lernen können ihre Eier auf Pflanzen zu legen, die nicht zu ihrem Wirtsspektrum gehören und ob sie auch eine Vielzahl unterschiedlicher Blüten und Wirtspflanzen lernen können. Auch soll in weiteren Experimenten überprüft werden, wie der Falter die Riechzellen auf dem Saugrüssel nutzt, um Blütendüfte zu bewerten.
Originalpublikation:
Nataraj, N., Adam, E., Hansson, B. S., Knaden, M. (2021). Host plant constancy in ovipositing Manduca sexta. Journal of Chemical Ecology, doi: 0.1007/s10886-021-01309-3
https://doi.org/10.1007/s10886-021-01309-3
Adam, E., Hansson, B. S., Knaden, M. (2021). Moths sense but do not learn flower odors with their proboscis during flower investigation Journal of Experimental Biology 224, jeb242780. doi:10.1242/jeb.242780
http://dx.doi.org/10.1242/jeb.242780
27.09.2021, Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) im Forschungsverbund Berlin e.V.
Erster Milzbrand-Fall bei Wildtieren in der Namib: Infiziertes Zebra wahrscheinliche Ursache für Tod von drei Geparden
Milzbrand ist eine vom Bakterium Bacillus anthracis verursachte Infektionskrankheit, die in einigen Teilen Afrikas endemisch ist. Sie befällt Menschen, Nutztiere und Wildtiere. Ein Team des Gepardenforschungsprojekts des Leibniz-IZW rekonstruierte nun anhand von GPS-Telemetriedaten einen besonderen Fall in Namibia: Drei Geparde in der Namib-Wüste starben innerhalb von 24 Stunden, nachdem sie ein Bergzebra gefressen hatten, das später positiv auf den Erreger getestet wurde. Bei dem Bergzebra handelt es sich um den ersten beschriebenen Fall eines mit Milzbrand infizierten Wildtieres in dieser Wüstenregion. Er zeigt, dass es bisher unbekannte Risiken für die Geparden in der Wüste geben könnte.
Der Milzbrand-Fall in der Namib-Wüste wird in der Fachzeitschrift „Frontiers in Veterinary Science“ ausführlich beschrieben.
Seit 2015 führen Wissenschaftler*innen des Gepardenforschungsprojekts des Leibniz-IZW gemeinsam mit dem Ministerium für Umwelt, Forstwirtschaft und Tourismus (MEFT) von Namibia eine nationale Gepardenerhebung durch. Ziel ist es, Daten zu Dichte und Verbreitung der Raubkatzen im ganzen Land zu erhalten. In diesem Rahmen fing das Team eine Koalition von drei Männchen in der Namib-Wüste und stattete ein Tier mit einem GPS-Halsband aus. Die aufgezeichneten Standort- und Bewegungsdaten wurden regelmäßig mithilfe eines Kleinflugzeuges ausgelesen. Bei einem dieser Flüge wurde der Kadaver des mit dem Halsband versehenen Geparden geortet. Bei der anschließenden Suche am Boden wurden die beiden anderen Geparde ebenfalls tot aufgefunden. „Die GPS-Daten der Tiere zeigten, dass sie einige Tage zuvor innerhalb eines Zeitfensters von sechs Stunden starben“, sagt Ruben Portas, Projekt-Wissenschaftler. „Bei der Auswertung ihrer letzten Bewegungen fanden wir zudem eine hohe Zahl an GPS-Positionen etwa zwei Kilometer von dem Ort entfernt, an dem wir sie tot aufgefunden hatten.“ An diesem Ort, an dem sich die Geparde am Tag vor ihrem Tod 20 Stunden lang aufhielten, fand Portas den Kadaver eines ausgewachsenen Bergzebras. Die GPS- und Aktivitätsdaten des Halsbandes deuten darauf hin, dass die Geparde davon fraßen. Aus Mundhöhlen- und Nasenabstrichen des toten Bergzebras wurde Bacillus anthracis isoliert. Dies stellt die erste bestätigte Milzbrandinfektion bei einer Wildtierart in der Namib-Wüste dar.
Raubtiere sind in der Regel weniger anfällig für Milzbrand als Pflanzenfresser. Insbesondere Geparde haben eine starke angeborene Immunität, die ihnen eine schnelle erste Abwehr gegenüber Krankheitserregern wie Bacillus anthracis bietet. „Nehmen Geparde jedoch eine große Menge an Bakterien auf, zum Beispiel mit dem Fleisch eines kontaminierten Kadavers, kann ihre angeborene Immunität überlastet werden“, erklärt Projektleiterin Bettina Wachter. „Geparde fressen kaum Aas, weshalb sie nur selten Beutetieren ausgesetzt sind, die mit Milzbrand infiziert sind. Infolgedessen bilden sie nur wenige Antikörper aus, die eine weitere Abwehrlinie darstellen würden. Geparde sterben daher sehr schnell, wenn sie mit Milzbrand infiziert sind, wie Untersuchungen im Etosha-Nationalpark im Norden Namibias zeigten.“
Der Erreger wurde bei keinem der drei in der Namib gefundenen Geparde nachgewiesen, aber die Wissenschaftler*innen halten es für sehr wahrscheinlich, dass Milzbrand die direkte Ursache für ihren Tod war. Bakterienkulturen von hochgradig anfälligen Tieren, die schnell sterben, weisen oft ein negatives Testresultat auf den Erreger auf, da die Tiere bereits bei einer geringen Bakterienkonzentration im Blut oder bei einer hohen Belastung durch das Toxin, das Bacillus anthracis bei der Zerstörung durch das Immunsystem freisetzt, sterben können. Zudem entwickelt sich die vegetative Form des Erregers nur dann, wenn er nach dem Tod des Wirts schnell in Kontakt mit Luft kommt. Die Geparde wurden elf Tage nach ihrem Tod äußerlich unversehrt aufgefunden; ihre Körper wurden nicht von Aasfressern geöffnet. Dies könne eine weitere Erklärung für die negativen Ergebnisse der Labortests auf Milzbrand sein, so das Team.
Milzbrand ist eine in trockenen Lebensräumen wenig erforschte Krankheit. Wenn Wildtiere in der Namib-Wüste verenden, werden die Ursachen oft auf Dürre, Hunger und die schwierigen Wüstenbedingungen zurückgeführt. „Die wenigen gemeldeten Fälle von Milzbrand in den trockenen Regionen Namibias traten auf, wenn Nutztiere oder Menschen direkt betroffen waren“, erklärt Portas. „Wir wissen daher nicht, wie häufig Milzbrand in der Namib-Wüste vorkommt und wie sehr die Wildtierpopulationen von dieser Krankheit betroffen sind. Für andere Lebensräume wie den Etosha-Nationalpark gibt es zahlreiche Forschungsergebnisse, die zeigen, dass Milzbrand eine wichtige ökologische Rolle spielt.“
Dieser erste bestätigte Fall von Milzbrand in der Namib-Wüste bei Wildtieren zeigt, dass die Krankheit in der Wüste und anderen trockenen Gebieten seit langem etabliert (endemisch) sein könnte. Der größte Teil der Namib-Wüste besteht aus Schutzgebieten, in denen Geparde und andere Arten einen wichtigen Zufluchtsort vor Konflikten mit Menschen finden. Die neuen Erkenntnisse können daher wichtig sein, um die Risiken für Geparden zu bewerten. „Obwohl nur wenige Daten vorliegen, hat keine andere Krankheit solche Auswirkungen auf die Gepardenbestände. Weitere Forschung, die zu geeigneten Schutzmaßnahmen führen kann, ist daher unbedingt erforderlich“, so Wachter. „Unsere Untersuchung zeigt zudem den hohen Wert von mittels GPS-Halsbändern aufgezeichneten Daten: Diese haben das Potenzial, neben der Bewegung und der Raumnutzung von Tieren auch zu weiteren bedeutsamen Fragestellungen wichtige Informationen zu liefern.“
Originalpublikation:
Portas R, Aschenborn OHK, Melzheimer J, Le Roux M, Uiseb KH, Czirják GÁ, Wachter B (2021): GPS telemetry reveals a zebra with anthrax as putative cause of death for three cheetahs in the Namib desert. Frontiers in Veterinary Science 8:714758. DOI: 10.3389/fvets.2021.714758
28.09.2021, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Erfolg durch genetische Diversität: Ameisenkolonien ziehen mehr Nachkommen auf
Kolonien mit Ameisen unterschiedlicher Abstammung sind produktiver, vermutlich dank besserer Arbeitsteilung
Ameisenkolonien mit größerer genetischer Diversität sind erfolgreicher als Kolonien, die aus Individuen gleicher Abstammung bestehen. Zu diesem Ergebnis kommt eine experimentelle Studie, bei der verschiedene Kolonien der Schwarzen Wegameise miteinander verglichen wurden. „Wir vermuten, dass eine größere Diversität zu einer besseren Arbeitsteilung unter den Ameisenarbeiterinnen führt und in der Folge die Leistung der Kolonie insgesamt zunimmt“, erklärt der Leiter der Studie, Dr. Romain Libbrecht von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Ameisenkolonien, in denen sich die einzelnen Ameisen stärker voneinander unterscheiden, ziehen mehr Larven groß als Kolonien aus enger verwandten Tieren. Die Forschungsergebnisse könnten erklären, weshalb die Evolution im Reich der Insektenstaaten einige besondere Phänomene hervorgebracht hat wie Königinnen, die mehrfach begattet werden, oder Kolonien, die aus mehreren Königinnen bestehen. Beides ist nicht nur bei Ameisen, sondern bei vielen Arten von staatenbildenden Insekten zu finden.
Soziale Insekten sind häufig genetisch eng verwandt
In der Tierwelt spielt die genetische Verwandtschaft eine wichtige Rolle für die Entwicklung von altruistischem Verhalten. Bei den staatenbildenden Insekten wie Ameisen, Bienen und Wespen verzichten die Arbeiterinnen auf ihre eigene Fortpflanzung, um den Königinnen zu helfen, den Nachwuchs aufzuziehen. Diese Arbeitsteilung bei der Reproduktion entwickelte sich vor dem Hintergrund einer großen genetischen Verwandtschaft, wobei eine Jungkönigin von einem Männchen begattet wird und alle Nachkommen von dieser Paarung abstammen. „Die meisten sozialen Insektenarten zeichnen sich durch eine hohe genetische Verwandtschaft aus, vermutlich weil dies die Kooperation erleichtert“, erläutert Romain Libbrecht.
Aber es bildeten sich auch andere Strategien heraus. Bei der Honigbiene etwa kann sich eine Königin mit bis zu 20 Männchen paaren oder – ein anderes Beispiel – bei der Argentinischen Ameise sind in nur einem Nest bis zu 60 Königinnen zu finden. „Mit der höheren genetischen Diversität sind allerdings auch Kosten verbunden. Die Königinnen setzen sich unter Umständen einer größeren Gefahr aus oder es kann unter den Arbeiterinnen zu mehr Konflikten kommen“, nennt Libbrecht als Beispiele. Dass sich derartige Strategien trotzdem durchsetzen konnten, muss daher auch Vorteile bringen. Die Evolutionsbiologie befasst sich seit rund 20 Jahren mit diesem Thema, aber es war schwierig, kausale Zusammenhänge aufzuzeigen.
„Wir wollten einen neuen Weg finden, um den Vorteilen einer größeren Diversität auf die Spur zu kommen“, so Libbrecht, der an der JGU die Forschungsgruppe Reproduktion, Ernährung und Verhalten von Insektenstaaten leitet. Mit seinem Team hat er eine experimentelle Studie aufgesetzt, um unterschiedliche Kolonien der Schwarzen Wegameise Lasius niger zu vergleichen. Die Art ist fast überall in Mitteleuropa anzutreffen, in Gärten oder auf Balkonen in Städten ebenso wie auf Feldern oder am Waldrand. Die Kolonien haben üblicherweise eine einzige Königin, die sich mit nur einem Männchen paart, sodass die Nachkommen eng verwandt sind. Libbrecht und sein Team haben Schwarze Wegameisen rund um Mainz gesammelt und in zwei Gruppen eingeteilt: eine Gruppe mit Ameisen aus einer einzigen Ausgangskolonie und eine zweite Gruppe mit Ameisen, die aus drei verschiedenen Ausgangskolonien zusammengesetzt wurde. „Dazu haben wir Puppen gesammelt, weil die Königin bereits erwachsene Arbeiterinnen nicht akzeptiert hätte“, beschreibt Libbrecht das Vorgehen. „Dadurch waren die Arbeiterinnen der Versuchskolonien, die aus den Puppen geschlüpften sind, überhaupt nicht mit den Königinnen verwandt. Das war wichtig, um potenzielle mutterspezifische Effekte auszuschließen“, ergänzt Erstautorin Marina Psalti.
Ameisenkolonien mit genetischer Diversität bringen mehr Larven hervor
Die Entwicklungsbiologen um Libbrecht stellten fest, dass eine größere Vielfalt an Arbeiterinnen die Aufzucht von Larven erhöht. Dagegen zeigte die Produktion von Eiern in den beiden Gruppen keinen Unterschied. „Das heißt bei gleicher Anzahl an Eiern gelingt es der Gruppe mit einer größeren Diversität unter den Arbeiterinnen, mehr Larven aufzuziehen.“ Libbrecht weist darauf hin, dass unter natürlichen Bedingungen eine kleine Kolonie im Anfangsstadium sehr sensibel ist und der Erfolg, eine Ameisenkolonie zu etablieren, davon abhängt, wie schnell und wie viele neue Arbeiterinnen hinzukommen.
Der Grund für das bessere Abschneiden der aus unterschiedlichen Ameisen bestehenden Kolonien liegt vermutlich in einer effizienteren Arbeitsteilung. „Einige Arbeiterinnen kümmern sich besser um die Versorgung der Larven, die gefüttert, gepflegt und gewendet werden müssen. Andere Arbeiterinnen eignen sich besser für die Futtersuche. Offenbar ist die Diversität in einer Kolonie für die Arbeitsteilung von Vorteil“, fasst Libbrecht die Ergebnisse zusammen.
Originalpublikation:
M. N. Psalti, D. Gohlke, R. Libbrecht, Experimental increase of worker diversity benefits brood production in ants
BMC Ecology and Evolution, 30. August 2021,
DOI: 10.1186/s12862-021-01890-x
https://bmcecolevol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12862-021-01890-x
27.09.2021, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)
Wie Geologie die Artenvielfalt formt
Dank eines neuen Computermodells können Forschende der ETH Zürich nun besser erklären, weshalb die Regenwälder Afrikas weniger Arten beherbergen als die Tropenwälder Südamerikas und Südostasien. Der Schlüssel zu einer hohen Artenvielfalt ist, wie dynamisch sich die Kontinente über die Zeit entwickelt haben.
Tropische Regenwälder sind die artenreichsten Lebensräume der Erde. Sie beherbergen eine riesige Zahl von verschiedenen Pflanzen, Tieren, Pilzen und weiterer Organismen. Diese Wälder liegen mehrheitlich auf drei Kontinenten, darunter das Amazonasbecken in Südamerika, das Kongo-Becken in Zentralafrika und das riesige Inselarchipel Südostasiens.
Nun könnte man annehmen, dass alle tropischen Regenwälder aufgrund des stabil warmfeuchten Klimas und ihrer geografischen Lage rund um den Äquator in etwa gleich artenreich sind – das trifft jedoch nicht zu. Verglichen mit Südamerika und Südostasien ist die Artenzahl in feuchten Tropenwäldern Afrikas bei vielen Organismengruppen deutlich kleiner.
Palmenvielfalt in Afrika viel kleiner
Diese ungleiche Verteilung – Forschende sprechen von der «pantropischen Diversitätsdisparität» (PDD) – lässt sich anhand von Palmen gut illustrieren: Von den weltweit 2500 Arten kommen 1200 in Südostasien und 800 in den Tropenwäldern Südamerikas vor, aber nur 66 in afrikanischen Regenwäldern.
Weshalb dem so ist, ist unter Biodiversitätsforschenden umstritten. Einige Indizien sprechen dafür, dass das gegenwärtige Klima für die geringere Artenvielfalt in Afrikas Tropenwäldern die Ursache ist. So ist das Klima in Afrikas Tropengürtel trockener und kühler als das in Südostasien und Südamerika.
Andere Hinweise sprechen eher dafür, dass sich die unterschiedliche Entwicklung der Umwelt und der Plattentektonik der drei Tropenwaldzonen über Dutzende Millionen von Jahren auf die Entstehung unterschiedlich grosser Biodiversität auswirkte. Zu solchen Veränderungen gehören beispielsweise die Bildung von Gebirgen, Inseln oder Trocken- und Wüstengebieten.
Die beiden Faktoren – gegenwärtiges Klima und Umweltgeschichte – lassen sich jedoch nur schwer auseinanderhalten.
Gebirgsbildung förderte Artenvielfalt
Forschende der ETH Zürich unter der Federführung von Loïc Pellissier, Professor für Landschaftsökologie, sind nun dieser Frage mithilfe eines neuen Computermodelles nachgegangen. Dieses Modell erlaubt es ihnen, die Evolution und Diversifizierung der Arten über viele Millionen von Jahren hinweg zu simulieren. Die Forschenden kommen zum Schluss, dass das gegenwärtige Klima nicht der Hauptgrund sei, weshalb die Artenvielfalt in den Regenwäldern Afrikas geringer ist. Die Artenvielfalt, so schliessen sie aus den Simulationen, wurde durch die Dynamik der Gebirgsbildung und Klimaveränderungen hervorgebracht. Die Ergebnisse der Simulationen decken sich weitgehend mit den heute beobachtbaren Mustern der Biodiversitätsverteilung.
«Unser Modell bestätigt, dass Unterschiede in der Dynamik der frühzeitlichen Umwelt die ungleiche Verteilung der Artenvielfalt hervorbrachten und nicht aktuelle klimatische Faktoren», sagt Pellissier. «Geologische Prozesse sowie globale Temperaturflüsse bestimmen, wo und wann Arten entstehen oder aussterben.»
Entscheidend für eine hohe Artenvielfalt auf einem Kontinent ist insbesondere die Dynamik geologischer Prozesse. Aktive Plattentektonik fördert die Gebirgsbildung, wie die Anden in Südamerika, oder die Entstehung von Insel-Archipelen wie in Südostasien. Beide Prozesse führen dazu, dass sich viele neue ökologische Nischen bilden, in denen wiederum zahlreiche neue Arten entstehen. Der Regenwaldgürtel Afrikas hingegen war in den vergangenen 110 Millionen Jahre tektonisch weniger aktiv. Auch war dieser Tropenwald verhältnismässig klein, da er von Trockengebieten im Norden und Süden begrenzt war und sich nicht weiter ausdehnen konnte. «Arten aus Regenwäldern können sich kaum an die Verhältnisse der umgebenden Trockengebiete anpassen», betont Pellissier.
Neues Modell
Das von ETH-Forschenden entwickelte Modell «gen3sis» wurde erst kürzlich im Fachjournal PLoS Biology vorgestellt. Es ist ein mechanistisches Modell, in welchem die primären Rahmenbedingungen wie die Geologie und das Klima sowie die biologischen Mechanismen eingebaut sind und aus welchen die Biodiversitätsmuster hervorgehen. Um die Entstehung der Biodiversität zu simulieren, müssen folgende wichtige Prozesse im Modell integriert werden: Ökologie (jede Art hat ihre begrenzte ökologische Nische), Evolution, Artbildung (engl: speciation) und Ausbreitung (engl: dispersal).
«Mit diesen vier grundlegenden Regeln können wir die Bestandsdynamik von Organismen vor dem Hintergrund von sich verschiebenden Umweltbedingungen simulieren. Dadurch können wir auch sehr gut erklären, wie die Organismen entstanden», sagt Pellissier.
Indem die Forschenden ihr Modell auf diesen grundlegenden evolutionären Mechanismen aufbauen, können sie die Artenvielfalt simulieren, ohne dass sie es mit (Verbreitungs-)Daten für jede einzelne Art füttern müssen. Das Modell braucht jedoch Daten über die Dynamik der betrachteten Kontinente in der Erdgeschichte sowie über die Feuchtigkeit und Temperaturen aus Klimarekonstruktionen.
Pellissier und seine Mitarbeitenden sind nun dabei, das Modell zu verfeinern. Mit weiteren Simulationen wollen sie verstehen, wie Biodiversität in anderen artenreichen Regionen entstanden ist, etwa in den Gebirgen Westchinas. Der Modellcode und die Rekonstruktionen der frühzeitlichen Umwelt sind quelloffen. Alle interessierten Evolutions- und Biodiversitätsforschenden können ihn nutzen, um die Bildung von Artenvielfalt in verschiedensten Regionen der Welt zu untersuchen.
Originalpublikation:
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001340
30.09.2021, Deutsche Wildtier Stiftung
Studie bestätigt: Große Wildtiere meistern das Zusammenleben mit den Menschen besser als vermutet – aber was ist mit den Kleinen?
Das Zusammenleben der Menschen mit großen wilden Säugetieren wie Wölfen, Hirschen oder Wildschweine war seit jeher nicht unproblematisch: Wildtiere können eine Bedrohung für Nutztiere sein – das Verhältnis Wolf und Schaf ist ein gutes Beispiel. Oder Wildtiere wie Wildschweine: Sie fressen Felder kahl und bedrohen die Ernte. Intensive Jagd hat über Jahrhunderte zu unverhältnismäßigen Eingriffen in Wildtier-Populationen geführt. Doch wie bedeutend ist der negative Einfluss des Menschen auf das Überleben großer Wildtiere? Welche Rolle spielen im Gegensatz dazu biologisch-physikalische Einflüsse wie Witterungsbedingungen, Krankheiten und Populationseinbrüche durch Nahrungsmangel? Dazu gab es bisher kaum wissenschaftliche Erkenntnisse.
Diesen Fragen sind Wissenschaftler in einer groß angelegten Studie nachgegangen. Die Ergebnisse wurden aktuell im renommierten wissenschaftlichen Fachjournal „iScience“ veröffentlicht. Die Daten überraschen. „Denn die Verbreitung großer Säugetiere wird weniger durch den Menschen als durch biophysikalische Einflüsse eingeschränkt“, sagt Professor Dr. Klaus Hackländer, Vorstand der Deutschen Wildtier Stiftung.
Doch wie geht es den kleinen Säugetierarten im Zusammenleben mit dem Menschen? Wie dramatisch sind Populationseinbrüche durch Habitatverluste und immer enger werdende ökologische Nischen? „Während große charismatische Arten wie Wölfe und Luchse im Mittelpunkt des Interesses der Naturschützer stehen und Medienstars sind, leben kleine Säugetierarten wie Feldhamster und Mopsfledermaus eher im Verborgenen und werden deshalb leicht zu Verlierern“, sagt Hackländer. Die großen, charismatischen Wildtiere haben es einfacher, gesehen zu werden: „Doch die Deutsche Wildtier Stiftung engagiert sich für das gesamte Spektrum der Wildtiere.“ Deshalb rückt die Stiftung mit ihren Projekten zum Feldhamsterschutz und zum Überleben der Fledermäuse auch die Kleinen ins Rampenlicht.
„Im Feldhamsterschutz setzen wir auf die Kooperation mit Landwirten“, so Hackländer. Denn teilen sich Mensch und Wildtier einen Lebensraum, kommt es schnell zu Konflikten. Das Zusammenleben ist eine Herausforderung. „Europa ist dicht besiedelt und eine durch den Menschen stark veränderte Landschaft; deshalb können wir nur gemeinsam mit Land- und Forstwirten, Flächeneignern, Praktikern und Politikern mit einem effektiven Wildtiermanagement zu positiven Ergebnissen kommen“, betont Prof. Dr. Klaus Hackländer. „Die Ergebnisse der Studie zu großen Säugetieren macht Mut – doch wir dürfen die Kleinen dabei nicht aus den Augen verlieren, damit eine Koexistenz zwischen Mensch und Wildtier in Europa am Ende für alle Früchte trägt.“
