21.03.2022, Goethe-Universität Frankfurt am Main
Wie der Chagas-Erreger die Darmflora der Raubwanze verändert
Blut saugende Raubwanzen übertragen in Mittel- und Südamerika die Erreger der weit verbreiteten Chagas-Krankheit. Da die Krankheit schwere Symptome verursachen kann und es bislang keinen Impfstoff gegen die verursachenden Trypanosoma-Parasiten gibt, bekämpft man derzeit hauptsächlich die Raubwanzen und tötet sie mit Insektenvernichtungsmitteln. Ein deutsch-brasilianisches Wissenschaftsteam hat jetzt untersucht, wie Trypanosomen die Darmflora der Raubwanzen verändern. Das langfristige Ziel: Die Bakteriengesellschaft im Raubwanzendarm so zu verändern, dass die Raubwanzen selber die Trypanosomen bekämpfen können.
Zwischen sechs und sieben Millionen Menschen überwiegend in Mittel-und Südamerika sind nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation WHO weltweit mit Trypanosomen der Art Trypanosoma cruzi infiziert. Die einzelligen (protozoischen) Parasiten verursachen die Chagas-Krankheit (Amerikanische Trypanosomiasis), die in der akuten Phase unauffällig verläuft: Nur in jedem dritten Fall entwickeln die Infizierten überhaupt Symptome, die dann auch noch unspezifisch sein können, wie Fieber, Nesselsucht und geschwollene Lymphknoten. Doch die Parasiten bleiben im Körper, und viele Jahre später kann die chronische Chagas-Krankheit lebensbedrohlich werden, mit einer krankhaften Vergrößerung des Herzens und einer fortschreitenden Lähmung des Magen-Darm-Trakts.
Eine Impfung gegen den Erreger gibt es nicht, die Behandlung der fortgeschrittenen Krankheit ist schwierig. In Lateinamerika setzt man daher auf die Bekämpfung der Insekten, die die Chagas-Trypanosomen übertragen: Blut saugende Raubwanzen der Insekten-Unterfamilie der Triatominae. Mit ihrem Stich nehmen sie die Trypanosomen auf, die sich im Darm der Raubwanzen festsetzen. Durch den Kot, den die Wanzen meist neben der Stichwunde absetzen, scheiden sie den Erreger aus, der häufig beim Kratzen des stark juckenden Stichs unabsichtlich in die Wunde eingerieben wird.
Doch wenngleich die Zahl der Neuinfektionen in verschiedenen Regionen zurückgegangen ist, in denen intensiv Insektizide gesprüht wurden, zeichnen sich auch hier Probleme ab: Im letzten Jahrzehnt wurden vermehrt Resistenzen verschiedener Raubwanzenarten gegen gängige Insektizide festgestellt. Auch werden durch Insektizide Umwelt und Bevölkerung belastet.
Forscherinnen und Forscher weltweit arbeiten mit Hochdruck an alternativen Methoden, mit deren Hilfe Trypanosoma cruzi bekämpft werden kann. Eine Möglichkeit könnte darin bestehen, Bakterien im Darm der Raubwanzen genetisch so zu verändern, dass sie die Chagas-Trypanosomen abtöten oder deren Entwicklung behindern.
Die Parasitologen und Infektionsbiologen Fanny Eberhard und Prof. Sven Klimpel von der Goethe-Universität Frankfurt, der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung und dem LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik haben jetzt in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Instituto René Rachou im brasilianischen Belo Horizonte untersucht, wie Chagas-Trypansosomen die Bakteriengesellschaft im Darm der Raubwanzen verändern. Dazu nutzten sie Erbgutanalysen, mit denen sie die Zusammensetzung der Bakteriengesellschaft im Raubwanzendarm, das Mikrobiom, vor und nach der Infektion mit dem Erreger vergleichen konnten (metagenomische Shotgun-Sequenzierung).
Das Ergebnis: Nach der Infektion nahm die Vielfalt an Bakterien im Raubwanzendarm deutlich ab. Bestimmte Bakteriengruppen, unter ihnen etwa das potenziell krankheitsverursachende Bakterium Enterococcus faecalis, profitierten von der Anwesenheit des Parasiten. Ferner gelang es den Forscher:innen, vier Bakterienarten zu identifizieren, die wahrscheinlich für die Raubwanze wichtige Funktionen etwa der Synthese von B-Vitaminen übernehmen.
Fanny Eberhard erläutert: „Vitamin B gehört zu den Nährstoffen, die blutsaugende Insekten nicht über ihre Blutmahlzeiten erhalten. Vitamin-B-herstellende Bakterien sind daher für die Raubwanzen sehr wichtig, kommen praktisch bei allen Individuen vor und bleiben auch generationenübergreifend im Raubwanzendarm erhalten. Solche Bakterien eignen sich daher potenziell dafür, mit Genen für Abwehrstoffen gegen Chagas-Trypanosomen ausgestattet zu werden.“
Prof. Sven Klimpel führt weiter aus: „Letztlich ist es unser Ziel, dass sich die Raubwanzen selber gegen Chagas-Trypanosomen wehren und auf diese Weise die Infektion von Menschen verhindert wird. Bevor man allerdings Bakterien mit derartigen Eigenschaften ausstatten und Raubwanzen mit diesen Bakterien dann freisetzen kann, müssen wir besser verstehen, wie die Ökologie des Raubwanzendarms aussieht und wie die tiefgreifenden Interaktionen zwischen Wirt, Erreger und Mikrobiom genau vonstattengehen. Dazu liefert unsere Arbeit einen essentiellen Beitrag.“
Originalpublikation:
Fanny E. Eberhard, Sven Klimpel, Alessandra A. Guarneri, Nicholas J. Tobias. Exposure to Trypanosoma parasites induces changes in the microbiome of the Chagas disease vector Rhodnius prolixus. Microbiome (2022) 10:45. https://doi.org/10.1186/s40168-022-01240-z
21.03.2022, Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns
Tatort Pflanzenfalle: DNA-Spuren geben Speiseplan fleischfressender Pflanzen preis
SNSB Forscher ermitteln den exakten Speiseplan fleischfressender Pflanzen aus Australien durch die Analyse der Gene ihrer Beutetiere. Sogar winzige Parasiten auf gefangenen Insekten konnten so aufgespürt werden. Die Ergebnisse ihrer Studie veröffentlichten die Wissen-schaftler nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports.
Die Untersuchung des Beutespektrums von fleischfressenden Pflanzen in deren natürlichen Lebensraum ist schwierig und aufwändig. Viele Beutetiere auf und in den Fallen fleischfressender Pflanzen sind durch den Verdauungsprozess nur noch schwer zu identifizieren. Gerade kleine, weichhäutige Insekten wie Mücken und kleine Fliegen sind durch den Verdauungsprozess oft nur noch als kleine unidentifizierbare Krümmel erkennbar. Um die vielfältigen gefangenen Insektenarten sicher identifizieren zu können, benötigt man viele Spezialisten und Experten. Doch eines lässt jedes Insekt auch nach seiner Verdauung auf den Blättern der räuberischen Pflanzen zurück: DNA. Diese spürten nun Wissenschaftler der Botanischen und der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB BSM & SNSB ZSM) sowie der Curtin-Universität in Perth, Westaustralien auf. Mit der molekularbiologischen Methode des DNA-Metabarcoding analysierten die Forscher die DNA-Spuren der gefangenen Insektenarten von den Blättern des australischen Sonnentaus (Drosera). Sie konnten so die Insektenarten des Beutespektrums von Drosera zuverlässig identifizieren. Um die Ergebnisse der Genanalysen zu überprüfen, verglichen die Wissenschaftler diese anschießend mit Makro-Fotografien der gefangenen Insekten.
Koautor der Studie Thilo Krueger von der Curtin-Universität in Perth fertigte dazu im Rahmen seiner Doktorarbeit tausende von Fotos an, um jedes einzelne gefangene Beutetier auf jedem gesammelten Drosera-Blatt zu dokumentieren. „Die Ergebnisse waren erstaunlich: wir konnten jedes noch so kleine gefangene Beutetier eindeutig über seinen DNA-Barcode identifizieren“, erläutert Thilo Krueger. Aber auch genetische Spuren von Insekten, die gar nicht als Beute gefangen wurden, konnten durch den Fotovergleich erkannt und ausgeschlossen werden: so zum Beispiel einige größere Bienen und Wespen, denen es oft gelingt, sich aus den klebrigen Fallen der Sonnentau-Blätter zu befreien. Auch dabei hinterlassen sie winzige DNA-Spuren auf den Blättern. Die Methode des DNA-Metabarcodings ist so empfindlich und genau, dass auch winzigste Insekten nachgewiesen werden konnten, die nicht als Beute auf den Blättern sichtbar waren. Beispielsweise Parasiten von gefangenen Insekten, die natürlich von der Pflanze als „Beifang“ auch mitverdaut werden.
„Unsere Untersuchungen zum Beutespektrum von fleischfressenden Pflanzen mittels genetischer Fingerabdrücke der gefangenen Beutetiere ähnelte fast einer modernen kriminalistischen Tatortrekonstruktion anhand von DNA-Spuren. Nur dass unsere “Crime Scene Investigation” darin bestand, herauszufinden was die fleischfressenden Pflanzen auf dem Mittagstisch hatten“, so Insektenexperte Dr. Axel Hausmann von der Zoologischen Staatssammlung München (SBSB-ZSM).
Als Studienobjekt haben die Wissenschaftler fleischfressende Pflanzen der Gattung Sonnentau aus der Kimberley-Region im tropischen Nordaustralien (Drosera) gewählt. “Drosera-Arten sind perfekt für unsere Untersuchungen, weil deren glitzernde klebrige Blätter offene Fallensysteme darstellen, das heißt, die gefangenen Beutetiere sind leicht sichtbar und kön-nen auch gut fotografisch dokumentiert werden. Und die Insektenbeute trocknet auf diesen Blättern schnell ab, nachdem sie verdaut wurde, was wichtig für den guten Erhalt des DNA-Material darin ist. Wasser ist der größte Feind beim Erhalt von Erbmaterial in unseren Versuchen, deswegen funktioniert die Methode bei den bekannten Kannenpflanzen nicht so gut“, so Studienleiter Dr. Andreas Fleischmann von der Botanischen Staatssammlung München (SNSB-BSM) und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).
Fleischfressende Pflanzen locken Insekten und andere Kleintiere an, fangen und verdauen diese, um zusätzliche Nährstoffe aus dieser tierischen Beute zu ziehen, die sie nicht aus den nährstoffarmen Böden bekommen in denen sie wachsen. Damit haben fleischfressende Pflanzen als Nährstoffspezialisten einen Weg gefunden in Lebensräumen zu wachsen, in denen andere Pflanzen kaum existieren können. Viele der 860 fleischfressenden Pflanzenarten, die wir heute kennen, sind durch Lebensraumzerstörung, Umweltverschmutzung und Klimawandel bedroht. Um wirksame Pläne zu ihrem Schutz zu entwickeln, ist es auch nötig ihre Biologie zu kennen und zu verstehen, so auch ihr natürliches Beutespektrum. Sehr oft findet man mehrere verschiedene fleischfressende Pflanzen im selben Lebensraum zusammen, die vielleicht unterschiedliche Beutetiere fangen, um Konkurrenz zu vermeiden. Die Beantwortung solcher Fragen kann auch helfen, die Evolution und Artbildung bei fleischfressenden Pflanzen besser zu verstehen.
Die Studie wurde unter anderem vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst aus Mitteln des Bayerischen Paktes für Forschung und Innovation (PFI) gefördert.
Originalpublikation:
Krueger, T.A., Cross, A.T., Hübner, J., Morinière, J., Hausmann, A. & Fleischmann, A. (2022). A novel approach for reliable qualitative and quantitative prey spectra identification of carnivorous plants combining DNA metabarcoding and macro photography. Scientific Reports 12: Article 4778. https://doi.org/10.1038/s41598-022-08580-8
22.03.2022, Dachverband Deutscher Avifaunisten
Sag mir, wo die Rebhühner sind
Das Frühjahr steckt zwar noch in den Startlöchern, aber bei den Rebhühnern sind die Frühlingsgefühle schon längst aufgekommen. Bereits in der letzten Februarwoche beginnt bei dieser einst häufigen Vogelart die Balz. Dieses Naturschauspiel ist selten geworden. Seit den 1980er Jahren sind die Bestände des Rebhuhns stark rückläufig und in Deutschland um circa 90 Prozent eingebrochen. Für den Schutz der verbliebenden Bestände ist es daher sehr wichtig, wirksame Schutzmaßnahmen umzusetzen und die Entwicklung der Bestände weiter zu verfolgen.
Bundesweites Rebhuhnschutzprojekt
Das Team des Projekts „Rebhuhn retten – Vielfalt fördern!“ im Bundesprogramm Biologische Vielfalt bereitet momentan ein deutschlandweites Rebhuhnschutzprojekt vor. In mindestens fünf Projektgebieten sollen ab April 2023 auf sieben Prozent der landwirtschaftlich genutzten Fläche geeignete Lebensräume für das Rebhuhn entstehen. Ziel ist es, innerhalb von sechs Jahren durch die Maßnahmenumsetzung die Rebhuhnbestände in diesen Gebieten zu erhöhen und gleichzeitig die lokale Bestandsentwicklung zu verfolgen. Um einen langfristigen Vergleich zu ermöglichen, wurde bereits in diesem Jahr mit dem Monitoring von Rebhühnern begonnen. Dabei erfolgt die ehrenamtliche Zählung der Rebhühner entlang von 1 bis 1,5 Kilometer langen Zählrouten. Eine halbe Stunde nach Sonnenuntergang wird in regelmäßigen Abständen der Rebhahnruf mit einem Lautsprecher abgespielt und antwortende Rebhähne notiert.
Über 2.000 Zählrouten – mehr als 500 Freiwillige
Die Resonanz auf die Aufrufe zur Mithilfe bei den Zählungen hat die Erwartungen der Projektbeteiligten weit übertroffen und zeigt eine große Begeisterung und weitreichende Unterstützung für den Schutz der Artenvielfalt in unserer Agrarlandschaft. In den Projektgebieten werden ab diesem Jahr auf circa 2.000 Zählrouten Rebhühner erfasst. Über 500 freiwillige Helferinnen und Helfer haben sich gemeldet, um dort an den Rebhuhnzählungen teilzunehmen. Auch außerhalb der Projektregionen konnten deutschlandweit bereits hunderte weitere Zählrouten vergeben und eine Vielzahl von Freiwilligen für das Rebhuhn-Monitoring gewonnen werden.
Die gesammelten Daten werden dazu beitragen, ein genaues Bild über die Rebhuhnbestände in den Projektgebieten und darüber hinaus zu bekommen und ihre Entwicklung in den kommenden Jahren nachzuverfolgen. Die Projektbeteiligten von „Rebhuhn retten – Vielfalt fördern!“, der Deutscher Verband für Landschaftspflege (DVL), der Dachverband Deutscher Avifaunisten (DDA), die Abteilung Naturschutzbiologie der Universität Göttingen und die beteiligten Partner in den Projektgebieten, freuen sich über das große Interesse am Rebhuhn und dem sehr erfolgreichen Start des Monitorings.
Wenn Sie mehr über das Rebhuhn-Monitoring erfahren möchten, finden Sie alle wichtigen Informationen auf unserer Projektwebsite.
Das Projekt „Rebhuhn retten – Vielfalt fördern!“ wird im Bundesprogramm Biologische Vielfalt durch das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz sowie mit Mitteln des Landes Niedersachsen durch das Niedersächsische Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz, des Bayerischen Naturschutzfonds, der Manfred-Hermsen-Stiftung sowie des Deutschen Falkenordens e.V. gefördert.
22.03.2022, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Wärmeproduktion von Honigbienen
Damit Honigbienen warm wird, nutzen sie ihre Flugmuskeln. Doch welche neurochemischen Mechanismen stecken dahinter? Das hat nun ein Team der Uni Würzburg herausgefunden – und damit eine Forschungslücke geschlossen.
Wenn wir Menschen frieren, dann zittern wir. Dadurch erzeugt der Körper Wärme. Honigbienen machen es ganz ähnlich: Sie lassen ihre Flugmuskeln zittern und produzieren dadurch Wärme. Welche chemischen Vorgänge hier bei der Honigbiene zugrunde liegen, konnte bislang nicht geklärt werden. Ein Team am Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg hat hierzu nachgeforscht – und mit seinen Ergebnissen eine große Forschungslücke geschlossen.
Die Thermogenese – also das aktive Produzieren von Körperwärme – ist für Honigbienen nicht nur für das eigene Überleben wichtig. Es hat auch eine große soziale Bedeutung. Denn in erster Linie hilft die Thermogenese die Temperatur im Bienenstock optimal einzustellen. Das ist wichtig, um im Sommer konstante Brutbedingungen zu schaffen und im Winter überleben zu können.
Octopamin ist der Schlüssel
Bisherige Forschungsarbeiten deuteten darauf hin, dass Octopamin bei der Thermogenese eine wichtige Rolle einnimmt. Diese Substanz ist chemisch dem Adrenalin äußerst ähnlich und hat bei Insekten auch ähnliche Funktionen. Daher hat das Team um Dr. Markus Thamm und Sinan Kaya-Zeeb vom Lehrstuhl für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie der JMU Octopamin näher unter die Lupe genommen.
In seinen Untersuchungen konnte das Forschungsteam zeigen, dass Octopamin und seine Rezeptoren im Flugmuskel der Honigbiene vorkommen. „Ist das Octopamin hier aber nicht in ausreichender Menge vorhanden oder die entsprechenden Octopamin-Rezeptoren sind blockiert, zeigen die Tiere eine verminderte Körpertemperatur“, erklärt Thamm.
Das Team hat daher Octopamin in den Flugmuskel injiziert, und die Körpertemperatur konnte wieder ansteigen: Laut Thamm aktiviert das Octopamin Rezeptoren, die verschiedenen Signalwege im Muskel aktivieren. „Diese kurbeln höchstwahrscheinlich die Glykolyse an – den Mechanismus, der den Treibstoff für die energiehungrige Arbeit der Muskelproteine während der Thermogenese liefert.“
„Wir konnten damit als Erste zeigen, dass Octopamin im Flugmuskel überhaupt vorkommt und einen wichtigen Anteil zur Regulation der Thermogenese beiträgt“, so der Würzburger Biologe. Als nächstes will das Team untersuchen, wie robust das Octopamin-System der Honigbienen ist. „Zentrale Fragen sind dann für uns: Wie reagiert das System bei schnellen Temperaturveränderungen? Oder was passiert bei Extremtemperaturen, zum Beispiel im Winter?“
Grundlegende Physiologie verstehen
Für unsere Ökosysteme spielen Insekten eine große Rolle, zum Beispiel als Bestäuber. Und Honigbienen sind in Deutschland auch für die Nahrungsproduktion von großer Bedeutung. „Wenn wir die Auswirkungen des Klimawandels auf Insekten verstehen wollen, ist es notwendig, die grundlegende Physiologie zu verstehen. Das schließt im Fall der Honigbiene unbedingt die Thermogenese mit ein“, sagt Kaya-Zeeb.
An der Arbeit beteiligt waren neben Thamms Team auch das Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie der JMU sowie das Institut für Pharmakologie der Medizinischen Hochschule Hannover. Gefördert wurde das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Originalpublikation:
Kaya-Zeeb et al.: Octopamine drives honeybee thermogenesis; in: eLife 2022; 11:e74334; doi: 10.7554/eLife.74334
24.03.2022, Universität Zürich
Beliebte Delfinmännchen zeugen die meisten Nachkommen
Nicht Stärke oder Erfahrung sind bei Delfinmännchen der Weg zum Fortpflanzungserfolg, sondern starke Freundschaften mit männlichen Artgenossen. Je besser Delfinmännchen sozial integriert sind, desto mehr Nachkommen zeugen sie. Dies zeigt ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Zürich anhand von Verhaltensdaten und genetischen Profilen von Delfinen in der australischen Shark Bay.
Männliche Delfine in der australischen Shark Bay leben in komplexen sozialen Gruppen, in denen sie lebenslange Freundschaften pflegen und mit anderen Männchen kooperieren. Dazu schliessen sie sich zu grösseren stabilen Allianzen zusammen. Innerhalb dieser Allianzen bilden sich kleinere weniger konstante Gruppen aus jeweils zwei oder drei Männchen, um sich mit Weibchen zu verpaaren, diese von anderen Allianzen zu stehlen oder Angriffe abzuwehren.
Kooperation zum Zweck der Fortpflanzung
«Diese Art von männlicher Kooperation zum Zweck der Fortpflanzung ist im Tierreich äusserst ungewöhnlich. Sie findet sich sonst nur bei Menschenaffen und hier in wesentlich einfacherer Form», sagt Livia Gerber, ehemalige Doktorandin am Anthropologischen Institut der Universität Zürich. Zusammen mit einem internationalen Team um UZH-Professor Michael Krützen wollte sie deshalb herausfinden, ob sich das aussergewöhnliche Beziehungsgeflecht auf den Fortpflanzungsserfolg der Delfine auswirkt oder ob sich, wie bei den meisten anderen Arten, die stärkeren oder erfahreneren Männchen durchsetzen. Die Forschenden analysieren dafür Verhaltensdaten von 85 Delfin-Männchen über einen Beobachtungszeitraum von 30 Jahren und erstellten genetische Profile von mehr als 400 Delfinen für Vaterschaftsanalysen.
Beziehungen sind wichtiger als Stärke und Erfahrung
Das Resultat: Sehr beliebte Männchen mit besonders starken Beziehungen zu möglichst vielen Allianzpartnern zeugen die meisten Nachkommen. Keine Rolle für den Fortpflanzungserfolg spielten die ebenfalls untersuchte Partnertreue innerhalb der kleineren, variabel zusammengesetzten Zweier- oder Dreiergruppen und der Altersunterschied zu den Allianzpartnern.
Dass soziale Bindungen bessere Überlebenschancen bringen, zu einer höheren Lebenserwartung führen und sich auch auf Immunsystem und Gesundheit positiv auswirken, wurde bereits vermutet. Obwohl diese Effekte ebenfalls zum lebenslangen Reproduktionserfolg männlicher Delfins beitragen können, ist der entscheidende Faktor laut Erstautorin Gerber wohl ein anderer: «Gut integrierte Männchen können die Vorteile der Kooperation wahrscheinlich besser nutzen und haben damit einen leichteren Zugang zu Ressourcen wie Nahrung oder Paarungspartnern. Zudem sind sie im Vergleich zu Artgenossen mit wenigen, aber engeren Partnern widerstandsfähiger gegen Partnerverluste.»
Langjährige Freunde verhelfen zu evolutionärer Fitness
Kooperation unter sozialen Partnern wird bei Säugetieren zwar oft beobachtet, ihr Einfluss auf die Zahl der Nachkommen wurde bisher jedoch wenig untersucht. Das Verständnis der Faktoren, die den unterschiedlichen Fortpflanzungserfolg und damit die Fitness von Arten bestimmen, ist jedoch ein Kernstück der Evolutionsbiologie. «Wir konnten nun erstmals zeigen, dass starke Freundschaften unter Delfinmännchen einen direkten Einfluss auf deren evolutionäre Fitness ausüben», führt Letztautor Michael Krützen aus. «Dies war bisher erst bei männlichen Schimpansen bekannt.
Unsere Studie erweitert so die bisherigen Erkenntnisse zu landlebenden Säugetieren und zeigt eindrücklich, dass – unabhängig davon – auch im Meer Sozialsysteme mit äusserst komplexen, mehrstufigen Interaktionen entstanden sind.»
Originalpublikation:
Livia Gerber et al. Social integration influences fitness in allied male dolphins. Current Biology. 24 March 2022, DOI: 10.1016/j.cub.2022.03.027
24.03.2022, Universität Rostock
Wie Seehunde ein Ziel mit Hilfe von Landmarken finden
Seehunde sind Küstenbewohner. Auch an den Küsten Mecklenburg-Vorpommerns können die Tiere bei ihren Ruhephasen am Strand oder auf einem Felsen beobachtet werden. Zur Futtersuche legen sie teils weite Strecken auf dem offenen Meer zurück. Noch immer ist jedoch ungeklärt, wie Seehunde von diesen Beutezügen gezielt zurück zu ihren Ruheplätzen finden. Ein Biologenteam der Universität Rostock hat nun in einem ersten Experiment gezeigt, wie Seehunde mit der Hilfe von Landmarken Zielorte, wie zum Beispiel ihre Ruheplätze, präzise auffinden können.
In dem Experiment, zeigten Eric Maaß und Professorin Frederike Hanke vom Marine Science Center der Universität Rostock Seehunden vier Landmarken – in Form von leuchtenden LEDs, die in quadratischer Form angeordnet waren. Zunächst lernten die Seehunde, ihr Ziel in der Mitte dieser Landmarken zu suchen. Im Anschluss wurden Position und Abstände zwischen den Landmarken gezielt verändert, um zu beobachten, wo die Seehunde nun nach ihrem Ziel suchen würden. Dabei wurde deutlich, dass die Tiere hauptsächlich in einem bestimmten Winkel und Abstand von einer Landmarke suchten – und zwar genau in jenem Winkel und Abstand, die in der vorherigen Lernphase das Ziel in der Mitte definiert hatten. Die Seehunde wendeten dafür eine Vektorstrategie an. Standen den Tieren jedoch nur zwei Landmarken und damit weniger Informationen zur Orientierung zur Verfügung, verlief die Suche im Vergleich zu vier Landmarken nur etwas ungerichteter.
Diese neuen Erkenntnisse bekräftigen das Forscherteam in ihrer Annahme, dass Seehunde in der Tat mit der Hilfe von Landmarken Zielorte präzise auffinden können. Die Ergebnisse dieser ersten expliziten Untersuchung der Mechanismen der Landmarkennutzung bei einem Meeressäuger wurden im „Journal of Experimental Biology“ veröffentlicht.
Originalpublikation:
Publikation: Maaß E, Hanke FD (2022). How harbor seals encode goals relative to landmarks. Journal of Experimental Biology 225:jeb243870, https://doi.org/10.1242/jeb.243870
25.03.2022, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Vampire mit Gendefekt
Vampirfledermäuse machen ihrem Namen alle Ehre: Sie ernähren sich ausschließlich vom Blut anderer Wirbeltiere, die sie in der Dunkelheit jagen. Doch wie kommen sie mit dieser einseitigen Ernährung zurecht? Blut enthält zwar viel Protein, aber Zucker und Fett fehlen weitestgehend. Eine genaue Analyse des Genoms der Gemeinen Vampirfledermaus gibt jetzt neue Einblicke in die Evolution ihrer Ernährungsweise und anderer Fähigkeiten dieser einzigartigen Tiere.
Die im Fachjournal „Science Advances“ erschienene internationale Studie, die von Wissenschaftler*innen des LOEWE-Zentrums für Translationale Biodiversitätsgenomik in Frankfurt und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden geleitet wurde, zeigt, dass der Vampirfledermaus dreizehn Gene fehlen, die andere Fledermausarten besitzen. Die DNA-Abschnitte dieser Gene finden sich zwar noch in der Vampirfledermaus, jedoch sind die Gene durch Mutationen zerstört, wodurch ihre Funktion verloren gegangen ist. Zu diesem Ergebnis kamen die Forscher*innen mit Hilfe eines neu sequenzierten Genoms der Gemeinen Vampirfledermaus (Desmodus rotundus) und eines breit angelegten Vergleichs der Genome von 26 anderen Fledermausarten.
Demnach spielte der Genverlust eine Rolle bei Anpassungen an die ausschließlich aus Blut bestehende Nahrung dieser „Draculas“. So sind zwei der defekten Gene in anderen Tieren für die Ausschüttung des blutzuckerregulierenden Hormons Insulin verantwortlich. Vampirfledermäuse hingegen bilden nur sehr wenig Insulin und haben diese beiden Gene offenbar verloren, weil ihre blutige Nahrung nur wenig Zucker enthält.
Während Blut zwar arm an Kohlenhydraten und Fetten ist, stellt der hohe Eisenanteil eine große Herausforderung dar: So nehmen die Vampirfledermäuse durchschnittlich etwa 800-mal mehr Eisen zu sich als ein Mensch. Interessanterweise ist bei Vampirfledermäusen ein Gen defekt, das normalerweise den Transport von Eisen aus dem Blutkreislauf in die Zellen der Darminnenwand hemmt. Der Verlust dieses Gens trägt dazu bei, dass sich überschüssiges Eisen in den Darmzellen anreichern kann. Da diese kurzlebigen Zellen – und mit ihnen das aufgenommene Eisen – ständig aus dem Körper ausgeschieden werden, können die Vampirfledermäuse so ihren Eisenhaushalt regulieren. „Wir gehen davon aus, dass der evolutionäre Verlust dieses Gens wahrscheinlich eine Anpassung an die eisenhaltige Blut-Nahrung ist“, berichtet Moritz Blumer vom Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden, der Erstautor der Studie.
Der Verlust eines weiteren Gens könnte Einfluss auf die Evolution bestimmter kognitiver Fähigkeiten der Vampirfledermäuse ausgeübt haben, vermuten die Wissenschaftler*innen in ihrer neuen Studie. So ist bei ihnen ein Gen defekt, das normalerweise im Gehirn ein Stoffwechselprodukt abbaut, welches wiederum die kognitive Leistungsfähigkeit und das Sozialverhalten bedingt. Eine höhere Konzentration dieses Stoffwechselprodukts kann Gedächtnis, Lernen und soziales Verhalten fördern, wie mehrere Studien an anderen Säugetieren nahelegen. Vampirfledermäuse haben im Vergleich zu anderen Fledermausarten ein außergewöhnliches Gedächtnis sowie Sozialverhalten. So teilen sie Blut mit anderen hungernden Individuen, und zwar hauptsächlich mit denjenigen, die ihnen in der Vergangenheit geholfen haben – eine Fähigkeit, die ein sehr gutes soziales Langzeitgedächtnis erfordert.
Wichtige Grundlagen dieser vergleichenden Studie waren einerseits ein neues, hochqualitatives Genom der Gemeinen Vampirfledermaus, das unter Verwendung modernster Sequenzier-Technologien erstellt wurde. Weiterhin kam eine neu entwickelte Computermethode zum Einsatz, die Verluste von Genen mit hoher Genauigkeit erkennen kann.
„Doch Anpassungen an diese einzigartige Ernährung sind nicht nur auf den Verlust von Genen zurückzuführen“, sagt Studienleiter Michael Hiller, Professor für Vergleichende Genomik am LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik. Weiterhin gibt es neben dem Gemeinen Vampir noch zwei weitere Vampirfledermausarten, deren Genome Hillers Team derzeit sequenziert. „Unser Ziel ist es, ein vollständiges Bild der genomischen Änderungen bei allen drei Vampirfledermausarten zu erhalten. Und da gibt es noch viel zu lernen!“, so Hiller.
Originalpublikation:
Blumer, M., Brown, T., Bontempo Freitas, M., Destro, A.L., Oliveira, J.A., Morales, A.E., Schell, T., Greve, C., Pippel, M., Jebb, D., Hecker, N., Ahmed, A.-W., Kirilenko, B.M., Foote, M., Janke, A., Lim, B.K., Hiller, M.:
Gene losses in the common vampire bat illuminate molecular adaptations to blood feeding. Science Advances 2022, Vol. 8, 25 March 2022
https://doi.org/10.1126/sciadv.abm6494
25.03.2022, Naturhistorisches Museum Wien
Parasitische Saugwürmer: NHM-Forschungsteam entdeckt zwei neue Arten
Am Naturhistorischen Museum Wien wird die Diversität parasitischer Saugwürmer erforscht. In einem Forschungsprojekt wurden zwei bisher in Österreich unbekannte Arten entdeckt, die bei Menschen einen Hautausschlag, die sogenannte Badedermatitis, hervorrufen können. Die Artnachweise konnten mittels DNA-Untersuchung im Rahmen der Initiative ABOL (Austrian Barcode of Life) festgestellt werden.
Parasitische Saugwürmer sind nicht sehr beliebt. Nach dem Schwimmen in stehenden Gewässern kann es im Sommer zu unangenehmen Hautreizungen kommen, die von den Larven bestimmter Saugwurmarten verursacht werden. Bei längeren Hitzeperioden und Wassertemperaturen zwischen 26 und 28 Grad Celsius können gehäuft bis epidemieartig Fälle einer Badedermatitis auftreten, besonders wenn in den Gewässern Tiere wie Wasserschnecken und Enten leben. Auch die kürzlich für Österreich erstmals nachgewiesenen Saugwurm-Arten Trichobilharzia franki und Trichobilharzia physellae rufen bei Menschen derartige entzündliche Reaktionen der Haut hervor.
In dem Forschungsprojekt wurde gezielt Augenmerk auf Vogelbilharzien gelegt – parasitische Saugwürmer (Trematoden), die Wasservögel als Wirte nutzen. Ihre Eier gelangen mit den Ausscheidungen der Vögel ins Wasser. Aus den Eiern wiederum schlüpfen Larven, die in Wasserschnecken eindringen und sich in diesen vermehren. Nach weiteren Entwicklungsschritten innerhalb der Schnecken schwärmen erneut Larven – sogenannte Zerkarien – aus, die wiederum Wasservögel befallen, indem sie mittels Bohrdrüsen in deren Haut eindringen und verschiedene Organe besiedeln.
Die Zerkarien finden ihre Wirte mittels chemischer Sensoren, die allerdings so unspezifisch sind, dass sie auch versehentlich Fehlwirte, wie etwa Menschen, befallen können. Dort entwickeln sie sich jedoch nicht weiter, sondern sterben ab. Die Immunabwehr des Fehlwirts führt bei mehrfachem Befall oft zu einer allergischen Reaktion, die eine Dermatitis hervorruft.
Diese Dermatitis kann bei Badenden in naturnahen Gewässern, aber auch bei Menschen, die beruflich mit Gewässern in Kontakt kommen, auftreten und heftigen, bis zu zwei Wochen anhaltenden Ausschlag auslösen. Der Ausschlag ist lästig aber im Grunde harmlos, durch Kratzen kann es jedoch zu Sekundärinfektionen und Komplikationen kommen. Die Badedermatitis (oder Zerkariendermatitis) ist daher besonders in Regionen mit touristisch genutzten Naturgewässern ein wiederkehrendes Thema.
Trichobilharzia franki und Trichobilharzia physellae
Die Wissenschaftler*innen des NHM Wien beprobten unterschiedliche Gewässer, von Seen bis zu Badeteichen und Kleinbiotopen. Es wurden lebende Wasserschnecken gesammelt und auf das Vorhandensein von Saugwurmlarven untersucht. Neben zwei bereits bekannten Erregerarten gelang vor zwei Jahren der Erstnachweis von Trichobilharzia franki für Österreich, einer Art die aus anderen europäischen Ländern bereits bekannt war.
Kürzlich erfolgte ein weitaus überraschenderer Fund: Der erste europäische Nachweis von Trichobilharzia physellae, die man bisher aus Nordamerika kannte. Sie wurde in einem kleinen oberösterreichischen Badesee gefunden, in einer ursprünglich ebenfalls aus Nordamerika stammenden Schneckenart. Diese Schnecke – Spitze Blasenschnecke oder Physella acuta genannt – ist in Europa seit etwa 200 Jahren, in Österreich seit etwa 75 Jahren, bekannt und als invasive Art weltweit verbreitet. Da die im Projekt nachgewiesenen Zerkarien ihren nordamerikanischen Artgenossen genetisch sehr ähneln, wird vermutet, dass es sich um eine rezente Einschleppung handelt. Dies könnte über frisch importierte und bereits infizierte Schnecken erfolgt sein – etwa durch den internationalen Handel mit Aquariumpflanzen oder über befallene Entenvögel, die den Atlantik überqueren.
„Der Erstnachweis von zwei neuen Arten von Saugwürmern für Österreich innerhalb von nur zwei Jahren lässt vermuten, dass noch längst nicht alle Arten dieser wenig erforschten Gruppe erkannt wurden“, so Mag. Christoph Hörweg, Parasitologe und Leiter der 3. Zoologischen Abteilung am NHM Wien. „Die Etablierung von Artnachweisen über DNA ermöglicht dabei ganz neue Einblicke“, ergänzt Dr. Nikola Szucsich, Studienleiter und ABOL-Manager.
Die aktuelle Studie diente auch der Entwicklung einer innovativen Methode zum genetischen Nachweis der Erreger in Wasserproben. Der Nachweis von Badedermatitis über Umwelt-DNA (eDNA) ermöglicht den Verzicht auf aufwändige Schritte wie das Absammeln und Halten der Schnecken bis zur mikroskopischen Untersuchung der schwer bestimmbaren Zerkarien. Die momentane Datenlage zu parasitischen Saugwürmern in Österreich (und vielen anderen Ländern) ist jedoch noch mangelhaft. Deshalb ist es wichtig, die Biodiversität im Rahmen von Projekten wie der vom NHM Wien koordinierten Initiative Austrian Barcode of Life (ABOL) weiter zu erfassen.
„Zerkarien kommen nur in naturnahen Seen vor. Es braucht Wasserschnecken, die gerne im Schilf leben und zumindest gelegentlich Enten. Die Zerkarien werden durch den Wind und die Strömung meist in seichte, ufernahe Bereiche verdriftet“, so NHM Wien-Generaldirektorin und wissenschaftliche Geschäftsführerin Dr. Katrin Vohland und gibt einen Tipp: „Beim Baden flaches Wasser nach Möglichkeit meiden. Zumindest wer schwimmen kann: Ab ins Tiefe! Und außerdem nach dem Aufenthalt im Wasser sofort die Badekleidung ausziehen und fest abtrocknen. So sinkt die Zahl der kleinen Biester auf der Haut.“
Das Forschungsprojekt wurde vom Amt der Oberösterreichischen Landesregierung, Gewässergüteaufsicht beauftragt und von den Freunden des Naturhistorischen Museums unterstützt.
Originalpublikation:
Reier, S., Haring, E., Billinger, F., Blatterer, H., Duda, M., Gorofsky, C., Grasser, H.-P., Heinisch, W., Hörweg, C., Kruckenhauser, L., Szucsich, N. U., Wanka, A., & Sattmann, H. (2020). First confirmed record of Trichobilharzia franki Müller & Kimmig, 1994, from Radix auricularia (Linnaeus, 1758) for Austria. Parasitology Research, 119(12), https://doi.org/10.1007/s00436-020-06938-3
Helmer, N., Blatterer, H., Hörweg, C., Reier, S., Sattmann, H., Schindelar, J., Szucsich, N. U., & Haring, E. (2021). First Record of Trichobilharzia physellae (Talbot, 1936) in Europe, a Possible Causative Agent of Cercarial Dermatitis. Pathogens, 10(11), 1473. https://doi.org/10.3390/pathogens10111473
