19.01.2022, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Des Menschen bester Freund: Der Regenwurm
Bodenanalysen an ukrainischer Grabungsstätte
Sie sind klein, unscheinbar und ziemlich bedeutend: Regenwürmer sind vermutlich stärker an der Entstehung der modernen Zivilisation beteiligt als bisher angenommen. Das legen Erkenntnisse aus einer Studie des Sonderforschungsbereiches (SFB) 1266 „TransformationsDimensionen – Mensch-Umwelt Wechselwirkungen in Prähistorischen und Archaischen Gesellschaften“ an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) nahe.
Ein Kieler Forschungsteam hatte die Böden an einer archäologischen Fundstelle in der Ukraine analysiert und festgestellt, dass tiefgrabende Regenwürmer von prähistorischer Landwirtschaft profitierten und im Gegenzug fruchtbare Böden schufen. Dies hat erhebliche Auswirkungen für die Rekonstruktion der für die Menschheit so entscheidenden „Agrarischen Revolution“, mit der sich Landwirtschaft und Viehhaltung weltweit verbreitete.
Bodenprofil-Analyse stützt These Darwins
Charles Darwin widmete dem Regenwurm 1881 ein Buch. Beobachtungen und Experimente führten ihn zu dem Schluss, dass die Würmer äußerst nützlich für den Ackerbau sind – entgegen der damaligen gesellschaftlichen Ächtung als Schädlinge. In den Fokus nahm Darwin auch die Entstehung der Ackerböden. Seine These: An ihrer Entstehung war der Regenwurm entscheidend beteiligt.
Das archäologisch-paläoökologische Kieler Forschungsteam hat sich die Untersuchung der fruchtbarsten Ackerböden vorgenommen, der humosen Schwarzerden Mittel- und Osteuropas. „Das natürliche Vorkommen dieses Bodentyps konzentriert sich normalerweise auf die vom Kontinentalklima geprägten Eurasischen Steppen zwischen der Ukraine und China. Ihr Vorkommen und ihre Entstehung in den gemäßigten Klimazonen Mittel- und Osteuropas war lange Zeit ein Rätsel“, sagt PD Dr. Stefan Dreibrodt als Geoarchäologie und Bodenkundler im Team. Er hat mit Charles Darwins Annahme im Hinterkopf die Bodengenese über archäologischen Fundstellen in der Zentralukraine erforscht, an denen die Schwarzerde zu finden ist.
Die kupferzeitliche Mega-Siedlung Maidanets’ke (3990–3640 v. Chr.) stand im Fokus der Untersuchungen. Sie gehört zu den frühen prähistorischen Großsiedlungen, in denen bereits zehntausende Menschen zusammenlebten. Für die Untersuchung wurden 34 Bodenprofile von verschiedenen Orten entnommen und später im Labor untersucht. Dabei zeigt sich: Zur Versorgung der großen Einwohnerschaft wurde die gesamte umliegende Landschaft verändert. Die dort siedelnden Menschen haben Wälder gerodet und landwirtschaftliche Nutzflächen angelegt. „Die nun vorhandene offene Agrarlandschaft veränderte abrupt die Bedingungen für alle Lebewesen. So auch für Regenwürmer. Die Böden waren fortan ausgeprägter Hitze und Trockenheit im Sommer und strengem Frost im Winter ausgesetzt“, erklärt Dreibrodt. Gleichzeitig stand in der geöffneten Landschaft ganzjährig mehr Nahrung für Regenwürmer zur Verfügung. Von dieser Kombination profitierten tiefgrabende Regenwürmer, die den Hitze- und Frostperioden dadurch entkommen können, dass sie sich tief in die Erde zurückziehen. Um ihre senkrechten Gänge offenzuhalten, transportieren solche tiefgrabenden Arten permanent Material nach oben. Dadurch häufen sie organisches Material an der Bodenoberfläche – wie es Charles Darwin beschrieben hatte. In 5.000 Jahren wurde so Schicht für Schicht die humusreiche Schwarzerde aufgebaut.
Regenwürmer als Teil der jungsteinzeitlichen Agrarischen Revolution
Im vorderasiatischen Fruchtbaren Halbmond – wie die Region zwischen der Türkei und der Arabischen Halbinsel auch genannt wird – wechselten die Menschen vor ca. 12.000 Jahren von wildbeuterischen Versorgungsstrategien zur sesshaften, agrarisch-produzierenden Lebensweise. Dieser historisch wichtige Schritt wird als Agrarische Revolution bezeichnet. Fortan lebten die Menschen ortsfester, züchteten Vieh, bauten Pflanzen gezielt an und produzierten Keramik (u.a. zur Verarbeitung und Speicherung der Ernte). Diese archäologisch nachweisbaren, mit der neuen jungsteinzeitlichen Lebensweise verbundenen Aktivitäten werden im sogenannten „Neolithischen Paket“ über viele Jahrhunderte von Anatolien über Südosteuropa bis nach Mitteleuropa verbreitet. Obwohl die klimatischen Verhältnisse entlang dieses Weges sehr variabel sind, bilden fruchtbare Schwarzerden in den jungsteinzeitlichen Kernzonen die dominierenden Böden, erklärt Prof. Dr. Eileen Eckmeier, Kieler Professorin für Geoarchäologie und Umweltrisiken.
Ihren Forschungsergebnissen aus der Ukraine folgend, sehen Protagonist Dreibrodt und die anderen Mitglieder des Teams in der neolithischen Landschaftstransformation den auslösenden Impuls zur Förderung tiefgrabender Regenwürmer. „Regenwürmer müssen zum Neolithischen Paket hinzugezählt werden“, sagt Professor Johannes Müller, Sprecher des Sonderforschungsbereichs 1266. „Tiefgrabende Regenwürmer bilden als Bestandteil des Neolithischen Pakets das ‚missing link‘ zwischen Mensch und Boden, das bislang unbekannt war. Ein Meilenstein für die archäologische Forschung. Und: eine Innovation, ohne die unsere moderne Zivilisation nicht entstanden wäre.“
Originalpublikation:
Dreibrodt, S., Hofmann, R., Dal Corso, M., Bork, H.-R., Duttmann, R., Martini, S., Saggau, P., Schwark, L., Shatlio, L., Videiko, M., Nadeau, M.-J., Meiert Grootes, P., Kirleis, W., Müller, J. (2022). Earthworms, Darwin and prehistoric agriculture-Chernozem genesis reconsidered. Geoderma Volume 409, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115607
19.01.2022, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)
Was führt zu einer schnellen Artenaufspaltung in Korallenriffen?
In einer neuen Publikation in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA gehen Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) der Frage nach, welche genetischen Mechanismen der rapiden Artenbildung bei Korallenriff-Fischen zugrunde liegen.
Der Evolutionsprozess, bei dem Tiere innerhalb eines kurzen Zeitraums verschiedene Arten bilden, spielt sich häufig in neu entstandenen oder geografisch isolierten Lebensräumen wie beispielsweise Inseln ab. Dort treffen die Gründerarten auf unbesetzte Habitate und geringeren Selektionsdruck, wodurch eine Entstehung von Artenvielfalt begünstigt wird. Ein bekanntes Beispiel sind die Darwinfinken der Galapagos-Inseln.
Arten können sich aber auch in komplexen Umgebungen, die nicht isoliert sind, rapide auffächern. Solche Fälle sind jedoch wenig erforscht, obwohl sie oft in tropischen Lebensräumen auftreten, die den größten Teil der Tier- und Pflanzenvielfalt auf der Erde beherbergen.
Die Arbeitsgruppe um Oscar Puebla, Meereswissenschaftler am ZMT und Professor für Fischökologie und -evolution am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg, nahm sich die Hamletbarsche vor, um Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen einer schnellen Artenaufspaltung in Korallenriffen zu bekommen, einem sehr komplexen Lebensraum. Dazu analysierten die Wissenschaftler die Genome von 170 Individuen aus Riffen vor Honduras, Belize und Panama.
Hamletbarsche leben in den Korallenriffen der Karibik und kommen dort in zahlreichen Arten mit einer erstaunlichen Vielfalt an Farben und Mustern vor. In den meisten anderen Merkmalen und in Bezug auf Lebensraum und Ernährung ähneln sie sich jedoch sehr. Man nimmt an, dass zumindest einige Arten die Farbmuster anderer Rifffische imitieren, um einen größeren Erfolg beim Beutefang zu haben, denn die Beute hält den Hamletbarsch für einen harmlosen Nachbarn und nicht für einen Fressfeind.
„Die Hamletbarsche bieten eine hervorragende Möglichkeit, um die genetischen Triebkräfte einer schnellen Artenaufspaltung zu untersuchen“, erklärt Oscar Puebla. Auf Basis der Genomanalyse fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Aufspaltung in 18 Arten wahrscheinlich innerhalb der letzten 10.000 Generationen stattfand, obwohl der Stammbaum der Hamletbarsche rund 26 Millionen Jahre alt ist. Das ist eine Aufspaltungsrate, die zu den schnellsten bei Fischen zählt.
Die Untersuchungen deuten auch darauf hin, dass die hohe Variabilität der Farbmuster durch verschiedene Kombinationen von Allelen in einigen wenigen Genen erzeugt wird, die große Auswirkung auf die Pigmentierung haben. Allele sind Genvarianten, die die Ausprägung eines Merkmals wie eben das Farbmuster steuern. Hamletbarsche können durch Hybridisierung Allele zwischen den Arten austauschen, was die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl von Farbmustern zu erzeugen. Eine solche Genomarchitektur ermöglicht eine beschleunigte Artenbildung, die viel länger dauern würde, wenn sie auf neuen Mutationen basierte. Sie scheint im Tierreich sehr verbreitet zu sein.
„Unsere Ergebnisse ermöglichen es, den Prozess der Artenaufspaltung besser zu verstehen“, so Oscar Puebla. „Die Zahl der Arten auf der Erde ist ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der Evolution neuer Arten und dem Artensterben. Heutzutage machen wir uns hauptsächlich über den Aspekt des Aussterbens Gedanken, aber auch die Artenentstehung muss berücksichtigt werden.“ Das Beispiel der Hamletbarsche zeige einen natürlichen Evolutionsprozess, der dem Verlust der biologischen Vielfalt entgegenwirkt.
Originalpublikation:
Hench K., Helmkampf M., McMillan W.O., Puebla O: Rapid radiation in a highly diverse marine environment (2022). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. https://www.pnas.org/content/119/4/e2020457119
19.01.2022, Georg-August-Universität Göttingen
Vielfältige Nahrung für Hummeln kann negativen Einfluss von Schädlingen begrenzen – Studie der Universität Göttingen
Hummeln zählen zu den wichtigen Bestäubern, da sie viele verschiedene Pflanzenarten bestäuben und äußerst robust sind. Sie können bei Temperaturen fliegen, bei denen es für andere Bestäuber noch zu kalt ist. Wie viele andere Insekten, sind auch sie stark im Rückgang begriffen. Umso wichtiger ist es, herauszufinden, was Hummeln benötigen, um sich erfolgreich fortzupflanzen. Ein Team der Universität Göttin-gen hat gezeigt, dass eine abwechslungsreiche Landschaft und die Vielfalt von Pollen, den die Hummeln als Eiweißquelle für die Aufzucht der Nachkommen sammeln, eine bedeutende Rolle dabei spielen.
Eine vielfältigere Nahrung konnte sogar negative Auswirkungen des Befalls mit parasitären Wachsmottenlarven abschwächen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystems and Environment erschienen.
Die Forscherinnen haben Hummelvölker in Mittel- und Norddeutschland aufgestellt und Pollen von heimkehrenden Hummeln gesammelt, um die Bedeutung der Pollen-Nahrung und der Diversität von Lebensräumen in Agrarlandschaften auf die Fortpflanzung zu untersuchen. Der Einfluss von Massentrachten mit einem zeitlich begrenzten und einseitigen Blütenangebot sowie Landschaftselemente, die sich durch ein kontinuierliches und diverses Blütenangebot auszeichnen, wurden analysiert.
„Unsere Studie hat gezeigt, dass nicht einzelne Lebensräume – wie zum Beispiel blütenreichen Gärten – oder halbnatürliche Lebensräume – wie Hecken und Blühstreifen – zur erfolgreichen Reproduktion der Dunk-len Erdhummel Bombus terrestris beitragen, sondern die Vielfalt der Lebensräume in der gesamten Unter-suchungslandschaft“, so die Erstautorin Sandra Schweiger, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Funktionelle Agrobiodiversität der Universität Göttingen. „Es müssen also unterschiedlichste blütenreiche Landschaftselemente vorhanden sein. Darüber hinaus kann ein diverses Pollen-Nahrungsangebot zu einem besseren Koloniewachstum und mehr Nachkommen, insbesondere Jungköniginnen, beitragen.“ Die Leiterin der Abteilung, Prof. Dr. Catrin Westphal, ergänzt: „Zudem mindert ein diverses Pollen-Nahrungsangebot negative Auswirkungen des Befalls der Kolonien mit parasitären Wachsmottelarven, die den Reproduktions-erfolg der Hummeln ernsthaft gefährden können.“
Originalpublikation:
Schweiger, S.E. et al. Pollen and landscape diversity as well as wax moth dep-redation determine reproductive success of bumblebees in agricultural landscapes. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2022. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107788
19.01.2022, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Bäume rufen Vögel und räuberische Insekten um Hilfe
Waldbäume senden bei Befall durch Pflanzenfresser Duftstoffe aus. Damit locken sie räuberische Insekten und sogar Vögel an und befreien sich so von ihren Plagegeistern. Was bislang nur in Laborexperimenten nachgewiesen worden war, konnten Forschende unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Universität Leipzig nun erstmals im natürlichen Lebensraum zeigen – im Kronendach des Leipziger Auwalds. Die chemischen Hilferufe bestimmen sogar die Zusammensetzung der Insektengemeinschaft im Blätterdach. Dieses Wissen kann künftig für die natürliche Schädlingsbekämpfung in Land- und Forstwirtschaft nützlich sein.
Ja, auch Bäume können sprechen. Allerdings nicht wie wir akustisch, sondern über Duftstoffe. Ähnlich eines menschlichen Fingerabdrucks stößt jede Baumart ihre ganz eigene Zusammensetzung flüchtiger organischer Stoffe (VOCs) aus. Dieses Muster lernten Tiere im Laufe der Evolution zu „lesen“. Insekten, die an diesen Bäumen fressen, finden so ihre Wirte. Doch die Bäume reagieren darauf „angefressen”. Sie mobilisieren einerseits andere Pflanzenstoffe wie etwa Bitterstoffe, die den Pflanzenfressern nicht schmecken. Zudem geben sie weitere flüchtige Stoffe ab, um andere Teile der Pflanze in Alarmbereitschaft zu versetzen. Mit diesen locken sie zusätzlich aber auch andere Tiere wie Vögel und räuberische Insekten an, die ihnen zuhilfe eilen. Diese ebenfalls gelernt, die VOCs zu interpretieren und so ihre Beute zu finden und drängen so die „Schädlinge” zurück. Aus Sicht der Bäume hat sich so also eine Art „Hilferuf“ entwickelt.
„Dass Pflanzen bei Schädlingsbefall chemisch parasitierende Wespen, Raubwanzen und sogar Vögel anlocken können, war schon länger bekannt“, sagt Erstautor Dr. Martin Volf, der die Studie am iDiv geleitet hat, inzwischen aber am Biology Centre of the Czech Academy of Sciences arbeitet. „Für ausgewachsene Bäume wurde dieser Abwehrmechanismus jedoch bislang nie in einer realistischen Umgebung getestet. Möglich wurde dies durch die Kombination von Untersuchungsmethoden, von Tierverhaltensexperimenten in 40 Metern Höhe auf dem iDiv Auwaldkran, bis hin zur molekularen Analyse der Pflanzenduftstoffe mit Metabolomik“, meint der Biologe. Als Metabolomics wird die systematische Untersuchung der einzigartigen chemischen Fingerabdrücke von Organismen, in diesem Fall von Baumblättern, bezeichnet.
Um den Effekt der induzierten Abwehr auf Fraßfeinde zu testen, täuschten die Forschenden chemisch einen Fraß vor, indem sie Zweige in den Kronen ausgewachsener Eichen mit Methyljasmonat besprühten, einem Pflanzenhormon, das die Abwehrreaktion auslöst. Außerdem beklebten sie diese Blätter mit Raupenattrappen aus Plastik und dokumentierten regelmäßig die Biss- und Pickspuren durch Vögel und andere Räuber. Die vorhandenen echten Raupen der Eichenschädlinge wurden auf induzierten und nicht-induzierten Ästen erfasst und die von den Ästen abgegebenen flüchtigen Stoffe im Labor analysiert. In einem Verhaltensexperiment wurde zudem eine etwaige Präferenz von Schwammspinnerraupen (Lymantria dispar) gegenüber den Blättern induzierter und nicht-induzierter Äste ermittelt.
Es zeigte sich, dass induzierte Äste wesentlich stärker von Fraßfeinden wie Vögeln, Schlupfwespen und Raubwanzen angeflogen wurden als unveränderte Äste. Dort war auch die Zahl der Eichenschädlinge wesentlich geringer. Im Fraßtest mieden die Raupen des Schwammspinners induzierte Blätter, was darauf hindeutet, dass die Bäume Abwehrstoffe wie Tannine abgeben, die in den molekularen Analysen identifiziert wurden. Die induzierte chemische Abwehr stellte sich in der neuen Studie als der wichtigste Steuermechanismus der Artenzusammensetzung von Insekten in Baumkronen heraus.
„Die Ergebnisse machen die verschiedenen Dimensionen sichtbar, in der die biologische Vielfalt wirkt: So bedingen sich die Vielfalt der chemischen Abwehrkräfte von Bäumen und die Vielfalt der von ihnen abhängigen Insektenfresser“, meint Martin Volf.
Letztautorin Prof. Nicole van Dam, Leiterin der Forschungsgruppe Molekulare Interaktionsökologie am iDiv und der Universität Jena, sagt: „Die Erkenntnisse können uns helfen, alternative, natürliche Strategien zur Schädlingsbekämpfung in der Land- und Forstwirtschaft zu finden und so das Vorhaben umzusetzen, Pestizide zu sparen.“ Und sie fügt hinzu: „Die Studie ist auch ein hervorragendes Beispiel für gelungene integrative Biodiversitätsforschung, da hier ganz verschiedene Dimensionen der Diversität, chemische und ökologische, zusammengeführt werden können, ermöglicht durch moderne Infrastruktur.“
Originalpublikation:
Volf, M., Volfová, T., Seifert, C. L., Ludwig, A., Engelmann, R. A., Jorge, L. R., Richter, R., Schedl, A., Weinhold, A., Wirth, C. & van Dam, N. M. (2021): A mosaic of induced and non-induced branches promotes variation in leaf traits, predation and insect herbivore assemblages in canopy trees. Ecology Letters. https://doi.org/10.1111/ele.13943
19.01.2022, Humboldt-Universität zu Berlin
Empfindsame Elefantenrüssel
Elefanten haben einen stark spezialisierten Tastsinn. Das bestätigte eine Forschungsarbeit, die die Sensorik von Elefanten untersuchte und die am 20. Januar 2022 in Current Biology erscheint
Tierarten leben in sehr unterschiedlichen sensorischen Welten. Entscheidend ist dabei, welche Sinneseindrücke für das jeweilige Überleben entscheidend sind. Solche unterschiedlichen Spezialisierungen des Tastsinnes sind häufig bereits in den sensorischen Nerven der Tiere sichtbar. Forscher der Humboldt-Universität zu Berlin und des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung Berlin (IWZ) untersuchten in ihrer Studie die sensorischen Nerven von Elefanten.
Die zwei Trigeminalganglien (Nervenknoten) der Elefanten, deren Nervenzellen die vom Rüssel aufgenommenen Reize weiterleiten, wiegen je etwa 50 g. Zusammengenommen sind sie damit schwerer als das Gehirn eines mittelgroßen Affen.
Die Nerven für den Tastsinn, die den Rüssel mit dem Gehirn verbinden, sind zusammen dicker als das Rückenmark des Elefanten. Das heißt, die „Anbindung“ des Rüssels an das Nervensystem ist umfangreicher als die Verbindungen des Gehirns zum (gesamten) Rest des Elefantenkörpers.
Der Nerv für den Tastsinn des Rüssels ist dreimal dicker als der optische Nerv, der visuelle Informationen überträgt, und sogar sechsmal dicker als der Hörnerv.
Professor Michael Brecht, der die Untersuchung leitete: „Der Rüsseltastsinn der Elefanten ist sehr beeindruckend und wahrscheinlich weit wichtiger für die Tiere, als bisher bekannt. Tatsächlich berühren Elefanten ihre Umwelt dauernd mit ihrem Rüssel.“
Originalpublikation:
Purkart, L., Tuff, J., Shah M., Kaufmann, L. V., Altringer, C., Maier, E., Schneeweiß, U., Tunckol, E., Eigen, L., Holtze, S., Fritsch, G., Hildebrandt, T. & Brecht, M. Trigeminal Ganglion and Sensory Nerves Suggest Tactile Specialization of Elephants. Current Biology, in press (2022)
20.01.2022, Georg-August-Universität Göttingen
In Japan entdeckter Ringelwurm nach Godzillas Erzfeind benannt – Team der Universität Göttingen beschreibt neue Art
(das Video ist nicht Teil der ursprünglichen Pressemitteilung, aber ich will nur eine Wissenslücke füllen, falls niemand etwas mit King Gidorah anfangen kann)
Verzweigte Meereswürmer sind bizarre Kreaturen mit einem Kopf, aber einem Körper, der sich immer wieder in mehrere hintere Enden verzweigt. Bisher waren nur zwei Arten bekannt, die als extrem selten galten. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen in Japan eine dritte Art entdeckt. Der Wurm mit dem Namen Ramisyllis kingghidoahi ist benannt nach King Ghidorah, dem Erzfeind des Filmmonsters Godzilla. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Organisms Diversity & Evolution erschienen.
Japanische Forscher fanden den verzweigten Wurm und schickten Bilder an die Biologin Prof. Dr. Maite Aguado von der Universität Göttingen. Aguado erkannte sofort, dass es sich um eine besondere Entdeckung handelte und organisierte eine Exkursion auf die Insel Sado in Japan. Die neue Art ist nach King Ghidorah benannt, dem dreiköpfigen, zweischwänzigen und monströsen Erzfeind von Godzilla, beides Figuren aus der japanischen Mythologie und Folklore. „King Ghidorah ist ein sich verzweigendes fiktives Tier, das seine verlorenen Enden regenerieren kann. Daher dachten wir, dass dies ein passender Name für die neue Art von verzweigendem Wurm sei“, sagt Aguado.
Diese verzweigten Würmer leben in den inneren Kanälen von Meeresschwämmen. Die neue Entdeckung bedeutet, dass es jetzt drei bekannte Arten gibt: Syllis ramosa McIntosh, die 1879 auf den Philippinen gefunden wurde und in Tiefsee-Glasschwämmen lebt; Ramisyllis multicaudata, die 2012 im Norden Australiens gefunden wurde; und die neue Art aus Japan. Die beiden zuletzt entdeckten Würmer bewohnen verschiedene Arten von Steinschwämmen, die im flachen Wasser vorkommen. Aguado sagt: „Wir waren erstaunt, ein weiteres dieser bizarren Lebewesen zu finden. Wir dachten, der erste Wurm sei einzigartig, aber diese Entdeckung zeigt eine größere Vielfalt als erwartet“.
Ein multidisziplinäres Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland, Spanien, Australien und Japan hat sein Fachwissen in den Bereichen Morphologie, innere Anatomie, Ökologie, Phylogenie, genetische Divergenz und mitochondriale Genomik kombiniert. Die aus den molekularen Analysen gewonnenen evolutionären Beziehungen zeigen, dass die beiden zuletzt gefundenen Würmer aus dem Australien und Japan einen gemeinsamen Vorfahren haben. Allerdings zeigen sie auch viele Unterschiede in den genetischen Grundlagen sowie der Körperform. Der asymmetrisch verzweigte Körper wurde vermutlich von ihrem letzten gemeinsamen Vorfahren vererbt, der sich an das Leben in einem Schwammkanalsystem angepasst hatte. Die Grundlage für die evolutionäre Entwicklung hin zum verzweigten Körper könnte auf drei Aspekten basieren: Erstens auf der – für viele Würmer typischen – Eigenschaft, während ihres gesamten Lebens neue hintere Segmente zu produzieren; zweitens auf ihrer Fähigkeit, sich durch Nachwachsen zu regenerieren; drittens auf der Möglichkeit, während der Fortpflanzung mehrere neu gebildete Segmente gleichzeitig zu produzieren und abzustoßen.
Trotz der über hundertjährigen Geschichte dieser Würmer gibt es noch viele Rätsel. Aguado erklärt: „Wir verstehen noch nicht, wie die Beziehung zwischen dem Wurm und seinem Wirtsschwamm genau aussieht. Handelt es sich um eine symbiotische Beziehung, von der beide Lebewesen irgendwie profitieren? Und wie schaffen es die Würmer, sich mit ihrem winzigen Mund im Kopf so zu ernähren, dass sie ihre riesigen Körper erhalten können?“
Originalpublikation:
Aguado MT et al, “Ramisyllis kingghidorahi n. sp., a new branching annelid from Japan.” Organisms Diversity & Evolution, 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s13127-021-00538-4
20.01.2022, Universität Rostock
Klein aber Oho! – Forscherteam veröffentlicht neueste Erkenntnisse über Flugleistungen von Kleinstinsekten
Seit einigen Jahren gibt es in der Wissenschaft ein verstärktes Interesse, die Fortbewegung von Tieren, die nur wenige Millimeter groß sind, zu verstehen. Das internationale Wissenschaftlerteam aus Russland, Japan, China, Vietnam und Deutschland, dem auch Professor Fritz-Olaf Lehmann, Leiter des Lehrstuhls für Tierphysiologie an der Universität Rostock, angehört, ist den Geheimnissen des rasanten Flugs dieser Kleinstinsekten nun nähergekommen.
Eine Erklärung dafür könnten die unverwechselbaren Flügelbewegungen und die extrem leichten, aus Borsten bestehenden Flügel dieser Kleinstinsekten sein. Im Mittelpunkt ihrer Forschung stand dabei der Zwergkäfer Paratuposa placentis, der weniger als einen halben Millimeter groß ist (395 Mikrometer). Die Familie der Zwergkäfer oder Federflügler (Ptiliidae) umfassen weltweit etwa 500 Arten, mit Körpergrößen von weniger als 1,3 Millimeter. In der biologischen Aerodynamik sind Zwergkäfer durch ihre speziellen Anpassungen der Flügel von besonderem Interesse.
Wie schnell ein Insekt fliegt, hängt im Allgemeinen von seiner Größe ab: je größer das Insekt, desto mehr Flugkraft kann es erzeugen und desto schneller ist die Fluggeschwindigkeit. Sehr kleine Tiere haben es dabei besonders schwer, weil die Zähigkeit der Luft eine größere Rolle spielt als bei größeren Insekten und die Vorwärtsbewegung des Tiers stark abbremst. Einige Miniaturinsekten widersprechen jedoch dieser Regel. Ein Beispiel ist der kleine Zwergkäfer, der ähnliche Fluggeschwindigkeiten erreichen kann wie Insekten, die dreimal so groß sind. Die Frage, so Fritz-Olaf Lehmann, sei es, warum diese Tiere Flügel aus einzelnen Haaren mit Zwischenräumen besitzen um sich damit fortzubewegen. Spannend sei auch, ob derartige Flügel einen Vorteil für den Flug haben oder nicht. „Die Hinterflügel des Käfers bewegen sich in besonderer Art und Weise, nämlich im Sinne einer liegenden Acht. Der Flügelschlagzyklus besteht dabei aus zwei kräftigen Halbschlägen, die eine große Aufwärtskraft erzeugen, gefolgt von zwei langsamen Erholungsschlägen in Gegenrichtung. Die vorderen, schalenartigen Deckflügel von Käfern dienen eigentlich nur zum Schutz der Hinterflügel im ruhenden Tier. Beim untersuchten Zwergkäfer schwingen jedoch auch die Deckflügel im Flug hin- und her und dämpfen so übermäßige Vibrationen des Insektenköpers.“
Die Forscher vermuten, dass die Bewegung beborsteter Flügel zudem nicht so viel Muskelkraft erfordert wie die von schwereren Membranflügeln, wodurch die Leistung der Flugmuskulatur gleichmäßiger im einzigartigen Bewegungszyklus der Flügel verteilt wird. Diese Anpassungen könnten nach Meinung der Forscher erklären, wie sich die winzigen Insekten während des Prozesses der Miniaturisierung eine so hervorragende Flugleistung bewahren konnten. Dies könnte eine wichtige Komponente ihres evolutionären Erfolgs darstellen.
„Es handelt sich hier um Grundlagenforschung, bei der es um das Grundverständnis der Fortbewegung von Kleinstlebewesen geht und der Frage, wie die Probleme des Fliegens bei extremer Reduzierung der Körpergröße gelöst werden“, unterstreicht Fritz-Olaf Lehmann, ein Spezialist für die Aerodynamik des Insektenflugs.
Die publizierten Ergebnisse leisten darüber hinaus einen wichtigen Beitrag für andere Forschungsbereiche, wie beispielsweise der Bionik, die technische Herausforderungen nach dem Vorbild biologischer Funktionen zu lösen versucht. Für Professor Sven Grundmann, Leiter des Lehrstuhls für Strömungsmechanik an der Universität Rostock, sei das besonders reizvoll, „weil es weniger um die eigene Erfindung als um das Enträtseln existierender optimierter Systeme geht. Im Fall fliegender Insekten beispielsweise sind die grundlegenden strömungsmechanischen Abläufe zwar verstanden. Aber je mehr Details zutage gefördert werden, desto mehr Detaillösungen müssen erkannt und begriffen werden.“ Er ergänzt: „Die geringe Größe des Zwergkäfers und seine hohen Flügelschlagfrequenzen fordern unsere Methoden bis an die Grenzen.“
Neben der Strömungsmechanik sind bei der Umsetzung biologischer Lösungen für technische Nachbauten weitere Ingenieurdisziplinen involviert. Dies betreffe die Mechanik der Baumaterialien von Körpern und Flügeln, die Kinematik und Dynamik der Muskeln und Antriebe, aber auch die Sensorik und Regelcharakteristik des gesamten Flugsteuerungssystems. „Die kleinsten Insekten sind gerade deswegen besonders spannend, weil die Systeme, insbesondere das neuronale System, vergleichsweise einfach sind und noch am ehesten die Chance bieten, sie beispielsweise mit künstlicher Intelligenz nachzubilden“, so Sven Grundmann.
Originalpublikation:
Originalveröffentlichung: Farisenkov, S. E., Kolomenskiy, D., Petrov, P.N., Engels, T., Lapina, N. A., Lehmann, F.-O., Onishi, R., Liu, H., and Polilov, A. A. Novel flight style and light wings boost flight performance of tiny beetles. Nature (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-021-04303-7
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04303-7
21.01.2022, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Invasive Krebstiere: Weltweite Kosten von 236 Millionen Euro
Senckenberg-Wissenschaftler Phillip Haubrock hat gemeinsam mit einem internationalen Team die wirtschaftlichen Kosten, die invasive aquatische Krebstiere weltweit verursachen, berechnet. Die Forschenden kommen zu dem Ergebnis, dass solche gebietsfremde Arten bislang einen finanziellen Gesamtschaden von 236 Millionen Euro verursacht haben. Hauptverursacher sind hierbei Flusskrebse, allen voran der Signalkrebs und Krabben, wie die Europäische Grüne Krabbe und die Chinesische Wollhandkrabbe. Die Forscher*innen zeigen zudem in ihrer im Fachjournal „Science of the Total Environment“ erschienenen Studie, dass die tatsächlichen Kosten sogar noch deutlich höher liegen, als die bisher erfassten.
Süßwasser-Ökosysteme reagieren besonders anfällig auf die Einführung gebietsfremder Arten wie Muscheln, Krebstiere, Fische oder Wasserpflanzen. „In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte beim Verständnis der ökologischen Auswirkungen invasiver Arten auf diese Ökosysteme gemacht“, erläutert Dr. Phillip Haubrock vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und fährt fort: „Doch obwohl den Einschleppungswegen und Auswirkungen dieser gebietsfremden Arten in den letzten Jahren mehr Aufmerksamkeit geschenkt wurde, sind die entstehenden wirtschaftlichen Kosten häufig noch unzureichend bekannt.“
Haubrock hat mit einem internationalen Forschungsteam, dem Mitglieder verschiedener Institutionen in Tschechien, Spanien, Deutschland, Großbritannien, den USA, Italien und Frankreich angehören, erstmals veröffentlicht, wie hoch die monetären Schäden sind, die Krebstiere weltweit in Süßgewässern anrichten. Hierfür unterteilten die Forschenden die untersuchten Crustaceen in Flusskrebse und Krabben, da diese aufgrund ihrer Größe, ihrer zentralen Rolle in Ökosystemen und ihrer Toleranz gegenüber verschiedenen Umgebungen im Allgemeinen als die schädlichsten invasiven Krebstiere gelten. „Die durch Krebse verursachten Kosten können wir hauptsächlich dem Signalkrebs (Pacifastacus leniusculus) in Schweden zuschreiben – diese Art verursachte dort seit dem Jahr 2000 Schäden von 101,5 Millionen Euro“, so der Gelnhäuser Biologe. 80 Prozent der auf Krebse zurück zu führenden Kosten sind auf die Schädigung der Ökosysteme oder den Verlust von Ressourcen zurückzuführen.
Invasive Krabben verursachten in Nordamerika (57%) und Europa (42%) monetäre Kosten von 130,3 Millionen Euro, die hauptsächlich auf die Europäische Grüne Krabbe (Carcinus maenas) und die Chinesische Wollhandkrabbe (Eriocheir sinensis) zurückzuführen sind. Diese Invasionen betrafen in erster Linie die Fischerei. „Die globalen wirtschaftlichen Kosten invasiver aquatischer Krebstiere beliefen sich seit der Erfassung in den 1960er-Jahren auf 236 Millionen Euro. Um diesen Schaden zu decken, müsste man von jedem*r Bürger*in Deutschlands, Frankreichs, Italiens und Spaniens einen Euro verlangen“, fasst Haubrock zusammen.
Die Forschenden zeigen in ihrer Studie, dass die tatsächlichen Kosten sogar deutlich höher liegen und die Schäden in den letzten Jahren zudem stark zunehmen. Haubrock hierzu: „Leider gibt es bei der Erfassung der invasiven Krebstiere und der entstehenden Kosten große Datenlücken: Das fängt bei der Abwesenheit ganzer Kontinente, wie Afrika oder Australien, an und geht mit fehlenden Daten zu Zeiträumen und Arten weiter. Wir gehen daher davon aus, dass die gemeldeten monetären Kosten stark unterschätzt werden!“ Die Forscher*innen unterstreichen in ihrer Studie die Notwendigkeit einer systematischen Erfassung der Kosten in dieser taxonomischen Tiergruppe, um das wahre Ausmaß der durch invasive Krebstiere verursachten monetären Kosten besser einschätzen zu können.
Originalpublikation:
Kouba, A., Oficialdegui, F.J., Cuthbert, R.N., Kourantidou, M., South, J., Tricarico, E., Gozlan, R.E., Courchamp, F., & Haubrock, P.J. (2022). Identifying economic costs and knowledge gaps of invasive aquatic crustaceans. Science of the Total Environment, 813:152325. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152325
