20.01.2020, Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns
Weichtier-Chaos aufgeräumt? – die frühe Evolution der Mollusken
Weichtiere (Mollusken) sind stammesgeschichtlich älter als gedacht – und Muscheln und Schnecken doch nicht so nahe miteinander verwandt. Dies gehört zu den wichtigsten Ergebnissen einer soeben in Scientific Reports erschienenen Studie unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM).
Im Zentrum der Untersuchung von Kocot et al. (2020) standen neue genetische Daten sehr seltener Tiefsee-Einschaler (Monoplacophora), die sich in umfassenden Analysen als ältester Seitenzweig schalentragender Weichtiere entpuppten.
Als eines der letzten großen Rätsel der Evolutionsgeschichte – oder einfach als „Mollusken-Chaos“ – wurden die Verwandtschaftsbeziehungen der Schnecken, Muscheln, Tintenfische und anderer Weichtiere bisher angesehen. Generationen von Forschern mühten sich an morphologischen Datensätzen und Fossilien, doch keiner ihrer Stammbäume glich den ebenfalls widersprüchlichen Ergebnissen moderner genetischer Ansätze. Die soeben erschienene Publikation mit Beteiligung von Forschern aus der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) bringt Morphologie und Genetik wieder näher zusammen und damit auch Licht in die uralte Vergangenheit.
Der Ursprung aller Weichtiere liegt der genetischen Datierung nach weit zurück im Präkambrium, in Zeiten planetarischer Vereisung des „Schneeballs Erde“. Spät präkambrische Kimberella-Fossilien – in 555 Millionen Jahre alten Gesteinsschichten mit die ältesten und umstrittensten tierischen Funde der Wissenschaft – erinnern entfernt an Käferschnecken und könnten somit eine ausgestorbene Seitenlinie der gemeinsamen Vorfahren heutiger Weichtiere sein.
Die aktuellen bioinformatischen Analysen Hunderter Gene zeigen die äußerst artenreiche Klasse der Schnecken (Gastropoda) als Schwestergruppe der Kahnfüßer (Scaphopoda), einer artenarmen, rein marinen Gruppe Stoßzahn-ähnlicher Schalentiere. Zudem erscheinen die Vorfahren heutiger Schnecken nicht im frühesten Kambrium auf der Bildfläche der Evolution, sondern wohl erst im Ordovizium, fast 70 Millionen Jahre später als gemeinhin angenommen.
Schnecken und Kahnfüßer bilden zusammen mit Muscheln und Kopffüßern eine Evolutionslinie, als deren Schwestergruppe erstmals die ursprünglichen Einschaler (Monoplacophora) auftauchen. Alle zusammen bilden die Großgruppe der Schalenträger (Conchifera). Bereits im frühen Kambrium trennten sie sich von den Stachelweichtieren (Aculifera), einer artenarmen und rein marinen Gruppe (Käferschnecken und Wurmmollusken).
„Das mühevolle Sammeln der seltenen Monoplacophora in der Antarktis hat sich gelohnt. Und wir haben brauchbare Daten aus dem Genom eines winzigen Tiefseetieres herausbekommen. Wie üblich bei phylogenetischen Analysen der frühen Tierevolution gibt es noch Unsicherheiten. Nach insgesamt 10 Jahren Forschungsarbeit aber könnte unser deutsch-amerikanisches Forscherteam der Klärung der Molluskenverwandtschaft ein großes Stück nähergekommen sein. Die Zoologischen Lehrbücher werden wohl umgeschrieben werden“, meint Prof. Dr. Michael Schrödl (SNSB-ZSM), der Initiator des internationalen, u.a. von der DFG unterstützten Forschungsprojektes.
Originalpublikation:
Kocot, K.M., Poustka, A.J., Stöger, I., Halanych, K.M. & Schrödl, M. New data from Monoplacophora and a carefully-curated dataset resolve molluscan relationships. Sci Rep 10, 101 (2020) https://doi.org/10.1038/s41598-019-56728-w
21.01.2020, Deutsche Wildtier Stiftung
Auszeichnung „UN-Dekade Biologische Vielfalt“ geht an das Projekt „Feldhamsterland“
Das von der Deutschen Wildtier Stiftung koordinierte und in fünf Bundesländern agierende Schutzprojekt „Feldhamsterland“ erhält den Preis der „UN-Dekade Biologische Vielfalt“. Mit dieser Auszeichnung würdigen die Vereinten Nationen Maßnahmen, die den Artenschutz in Deutschland sinnvoll und langfristig erfolgreich vorantreiben. Dem Feldhamster in Deutschland geht es schlecht. Die etwa 30 Zentimeter großen und rund 500 Gramm schweren Tiere sind mittlerweile so selten, dass sie in ganz Deutschland vom Aussterben bedroht und streng geschützt sind. Am Donnerstag, den 23.1., wird der UN-Preis auf der Grünen Woche im Rahmen einer Veranstaltung des Deutschen Bauernverbandes und des Bundesamtes für Naturschutz „Team Feldhamsterland“ überreicht.
Was macht die Artenschutzarbeit von „Team Feldhamsterland“ so besonders? Den Machern von „Feldhamsterland“ ist vor allem eines wichtig: „Wir verstecken uns nicht hinter dem Schreibtisch, sondern gehen aktiv aufs Feld, um Landwirte für den Feldhamster zu begeistern. Miteinander reden – nicht übereinander, das ist unser Ansatz“, sagt Projektleiter Moritz Franz-Gerstein von der Deutschen Wildtier Stiftung. Um vor Ort für den Feldhamster zu ackern, sind in allen beteiligten Regionen Regionalkoordinatoren am Start, die sich mit Landwirten austauschen und Strategien erarbeiten. „Wenn Deutschland den Feldhamster nicht verlieren will, braucht es eine gemeinsame Kraftanstrengung von Naturschutz und Landwirtschaft und eine neue Agrarpolitik, die den Einsatz von Landwirten für den Natur- und Artenschutz besser als bisher honoriert“, fordert der Feldhamsterschutz-Beauftragte der Deutschen Wildtier Stiftung. „Die Auszeichnung hilft, die Probleme des Feldhamsters noch stärker in das Bewusstsein der Menschen zu rücken.“
22.01.2020, Eberhard Karls Universität Tübingen
Kleine Fische orten Fressfeinde durch Licht
Meeresbewohner lenkt Sonnenlicht um ‒ Augenreflexion warnt vor lauernden Raubfischen
Kleine Fische nutzen „aktive Lichtortung“, um potenzielle Räuber frühzeitig zu entdecken. So kann der „gelbe Spitzkopf-Schleimfisch“ (Tripterygion delaisi) mit seiner Iris seitlich Sonnenlicht reflektieren und damit seine unmittelbare Umgebung ausleuchten. Dass er dies auch dazu nutzt, seinen Fressfeind, den „Drachenkopf“ (Scorpaena porcus), zu lokalisieren, konnten Professor Nico Michiels vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen und sein Team nun erstmals in Experimenten nachweisen. Denn trifft das umgelenkte Licht auf die Augen eines Drachenkopfs, wird es zurückreflektiert ‒ und warnt so die Fische, Abstand zu halten. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht.
Manche Tierarten senden aktiv Signale aus und können aus den Reflexionen naher Objekte ihre Umgebung oder Beutetiere ausmachen. So verwenden beispielsweise Fledermäuse Ultraschall-Laute, um sich per Echoortung zu orientieren. Lichtortung, also das Aussenden von Licht um sichtbare Reflexionen auszulösen, war bislang nur von in der Tiefsee lebenden Laternenfischen bekannt. Diese nutzen chemisch erzeugtes Licht, um in der Dunkelheit besser sehen zu können.
Die Lichtortung tagaktiver Fische wie des Spitzkopf-Schleimfisches ist hingegen kaum erforscht. Der vier Zentimeter lange Fisch lebt in zehn Metern Tiefe im Atlantik und Mittelmeer. Durch Kippen und Drehen seines Auges ist er in der Lage, das einfallende Sonnenlicht mit der Iris umzulenken. Die Tübinger Biologen konnten bereits zeigen, dass er auf diese Weise „Augenblitze“ aussendet, um seine Beute, Kleinkrebse, zu finden.
Dass er so auch Fressfeinde wie den Drachenkopf ortet, zeigt nun die aktuelle Studie. Der gut getarnte Raubfisch wartet reglos am Boden auf seine Beute. Trifft das umgelenkte Licht auf seine retroflektierenden Augen, erzeugt dies ein Augenleuchten: Wie reflektierende Katzenaugen warnt es den Spitzkopf-Schleimfisch vor der Gefahr. In Experimenten in Korsika, im Labor und auf dem Meeresboden, hinderten die Tübinger Biologen die Fische mit kleinen, schattierenden Hütchen daran, Sonnenlicht seitlich umzulenken. Dies hatte zur Folge, dass die Fische einem (hinter Glas präsentierten) Drachenkopf wesentlich näher kamen als ihre Artgenossen aus der Kontrollgruppe. Wurde stattdessen ein Stein als visuelles Objekt präsentiert, näherten sich alle Fische gleich stark an, ob mit oder ohne Hütchen.
„Das umgelenkte Licht ist zwar schwach“, sagt Professor Nico Michiels. „Visuelle Modellierungen im Computer zeigen aber, dass es in den Augen der Drachenköpfe eine Reflexion erzeugt, die ausreichend stark ist, um vom Spitzkopf-Schleimfisch wahrgenommen zu werden.“ Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Fische diese Änderung der Pupillenhelligkeit über Entfernungen von sieben Zentimetern und mehr erkennen können. Dies reicht aus, um einen bis dahin unentdeckten Drachenkopf rechtzeitig zu umgehen. „Wir vermuten, dass diese Form der aktiven Wahrnehmung bei kleinen Fischen weit verbreitet ist“, so Michiels.
Hinweis: Die Hütchen wurden mit einem medizinischen Kleber angebracht und fielen danach von selbst ab. Die Spitzkopf-Schleimfische wurden wieder ins Meer freigelassen.
Originalpublikation:
Matteo Santon, Pierre-Paul Bitton, Jasha Dehm, Roland Fritsch, Ulrike K. Harant, Nils Anthes und Nico K. Michiels. Redirection of ambient light improves predator detection in a diurnal fish. Proceedings of the Royal Society B, https://doi.org/10.1098/rspb.2019.2292
23.01.2020, Deutsche Wildtier Stiftung
ASP-Wahnsinn in Brandenburg Deutsche Wildtier Stiftung: Afrikanische Schweinepest darf nicht als Begründung für zügellose Jagd auf Rehe und Hirsche herhalten
Ein Gespenst geht um in Europa – das Gespenst der Afrikanischen Schweinepest (ASP). Um die Wildschweinbestände mit Blick auf die an den Grenzen Deutschlands stehende ASP zu reduzieren, sind den Jagdbehörden derzeit viele Mittel recht: Die Jagd mit Scheinwerfern oder Nachtzieltechnik sind ebenso wenig ein Tabu wie Prämien auf den Abschuss von Wildschweinen. Die oberste Jagdbehörde des Landes Brandenburg hat nun einen noch deutlich weitergehenden Vorschlag gemacht, durch den unter der Bedrohung durch die ASP allerdings nicht die Jagd auf Wildschweine intensiviert werden soll – sondern die auf Rehe und Hirsche. „Mit Begründung der ASP-Prävention möchte das grün-geführte Landwirtschaftsministerium in Potsdam die Jagdzeit auf Reh-, Rot- und Damwild um anderthalb Monate bis zum 29. Februar verlängern“, sagt Dr. Andreas Kinser, stellvertretender Leiter Natur- und Artenschutz bei der Deutschen Wildtier Stiftung. In einem Schreiben an die Jagdverbände in Brandenburg heißt es dazu lapidar, dass es „tierschutzrechtlich bedenklich“ sei, Rehe und Hirsche bei der Jagd auf Wildschweine nicht gleich mit zu erlegen, von denen es ja im Land sowieso zu viele gäbe. „Es ist schlicht unanständig, die ASP als Vorwand für eine intensivierte Jagd auf die von vielen Förstern ungeliebten Tierarten zu nutzen“, so Kinser weiter.
Mit Beginn der Setzzeit der Wildschweine etwa im Januar steigt auch die Gefahr von Fehlabschüssen führender Muttertiere, die ein Verwaisen und damit einen qualvollen Tod der Frischlinge zur Folge haben. Diese Gefahr ist gerade bei den sogenannten Drückjagden, die von der obersten Jagdbehörde im Land Brandenburg favorisiert werden, groß. Denn bei dieser Jagdart verlassen die Bachen häufig ihre gerade erst geborenen Frischlinge und kommen so einzeln und vermeintlich ohne Frischlinge vor die Schützen und werden erlegt. Die Deutsche Wildtier Stiftung empfiehlt zur ASP-Prävention dagegen in den Monaten Februar bis April vor allem die Jagd an sogenannten Kirrungen, an denen selektiv die nicht-führenden bzw. männlichen Tiere erlegt werden können. Ganz im Gegensatz zu den Vorschlägen der obersten Jagdbehörde in Brandenburg sollte aus Sicht der Deutschen Wildtier Stiftung die Jagd auf reine Pflanzenfresser wie Reh- oder Rotwild ruhen, da jeder erhöhte Energieverbrauch der Tiere automatisch zu einem erhöhten Nahrungsbedarf und damit zu erhöhten Fraßeinwirkungen an der Waldvegetation führt.
23.01.2020, Georg-August-Universität Göttingen
Ihr Tanz verrät: Honigbienen fliegen auf Erdbeeren/ Forschungsteam unter Göttinger Leitung untersucht Sammelverhalten
Bienen sind Bestäuber vieler Wild- und Nutzpflanzen, jedoch nimmt ihre Vielfalt und Dichte in zahlreichen Landschaften ab. Ein Forschungsteam der Universitäten Göttingen, Sussex und Würzburg hat nun das Sammelverhalten von Bienen in Agrarlandschaften untersucht. Dafür analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die sogenannten Bienentänze. Sie fanden heraus, dass Honigbienen Erdbeerfelder bevorzugen, auch wenn direkt in der Nähe der Raps blühte. Nur bei starker Rapsblüte waren weniger Honigbienen im Erdbeerfeld zu beobachten. Wildbienen wählten hingegen konstant das Erdbeerfeld. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystems & Environment erschienen.
Ein Team aus den Abteilungen Funktionelle Agrobiodiversität und Agrarökologie der Universität Göttingen stellte für die Untersuchungen kleine Honigbienenvölker an elf Standorten in der Region Göttingen/Kassel neben Erdbeerfeldern auf. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entschlüsselten dann anhand von Videoaufnahmen die Bienentänze. Diese nutzen Honigbienen, um die Richtung und Entfernung einer attraktiven besuchten Nahrungsquelle zu kommunizieren. In Kombination mit Landschaftskarten konnten so die bevorzugten Landnutzungstypen bestimmt werden. Zudem untersuchte das Team, welche Pflanzen die Bienen als Pollenressourcen nutzen und bestimmte die Honigbienen- und Wildbienendichte im Feld.
Das Ergebnis: Honigbienen bevorzugen das Erdbeerfeld, auch wenn Raps massenhaft in der Landschaft blüht. Die Honigbienen aus der umgebenden Landschaft sind bei starker Rapsblüte jedoch seltener im Erdbeerfeld anzutreffen. „Solitär lebende Wildbienen, wie Sandbienen, halten sich hingegen konstant im Erdbeerfeld auf“, sagt Erstautorin Svenja Bänsch, Postdoktorandin in der Abteilung Funktionelle Agrobiodiversität der Universität Göttingen. Wildbienen haben daher eine große Bedeutung für die Bestäubung von Nutzpflanzen. „Mit der Studie konnten wir zeigen, dass insbesondere kleine Honigbienenvölker für die Bestäubung von Erdbeeren im Freiland geeignet sein können. Jedoch zeigen unsere Ergebnisse auch, dass Wildbienen in den Landschaften durch geeignete Managementmaßnahmen gefördert werden sollten“, schlussfolgert Abteilungsleiterin Prof. Dr. Catrin Westphal.
Originalpublikation:
Bänsch, S. et al. Foraging of honey bees in agricultural landscapes with changing patterns of flower resources. Agriculture, Ecosystems & Environment (2020). https://doi.org/10.1016/j.agee.2019.106792
23.01.2020, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Forscher rekonstruieren 500 Millionen Jahre der Insektenevolution
Durch eine Vielzahl von Anpassungen haben Arthropoden, zu denen neben den Insekten auch Spinnen oder Krebstiere gehören, alle wichtigen Ökosysteme der Erde erobert und nehmen eine wichtige Rolle für das ökologische Gleichgewicht unseres Planeten ein. Doch was sind die genetischen Grundlagen für diesen evolutionären Erfolg? Dies hat jetzt ein internationales Forscherteam genauer untersucht und den evolutionären Ursprung wichtiger Anpassungen der letzten 500 Millionen Jahre zurückverfolgt. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Genome Biology“ veröffentlicht.
Durch eine Vielzahl von Anpassungen haben Arthropoden, zu denen neben den Insekten auch Spinnen oder Krebstiere gehören, alle wichtigen Ökosysteme der Erde erobert und nehmen eine wichtige Rolle für das ökologische Gleichgewicht unseres Planeten ein. Doch was sind die genetischen Grundlagen für diesen evolutionären Erfolg? Dies hat jetzt ein internationales Forscherteam genauer untersucht und den evolutionären Ursprung wichtiger Anpassungen zurückverfolgt. „Wir konnten zum ersten Mal einen extrem langen Zeitraum mit einer noch nie dagewesenen Auflösung untersuchen. Es war aufregend, die verschiedenen Signale zu entschlüsseln, die der evolutionären Anpassung zugrunde liegen, welche durch Mutationen auf Ebene der Gene sowie auf einer untergeordneten Ebene in Form von Neuanordnung kleinerer Module erfolgt“, betont Elias Dohmen vom Institut für Evolution und Biodiversität der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU), der als Zweitautor die Studie mitverantwortet. Es sei verblüffend zu sehen, wie die Evolution viele Mechanismen nutze, um neue Funktionen, Phänotypen und Morphologien hervorzubringen, nur durch die Reorganisation oder neue Kombinationen von vorhandenem Material.
Arthropoden stellen nicht nur die artenreichste Gruppe von Tieren der Erde dar. Sie nehmen auch eine zentrale Rolle in der Bestäubung und dem Abbau von biologischen Abfallstoffen ein, aber auch bei der Zerstörung von Nutzpflanzen und der Krankheitsübertragung. Die evolutionären Innovationen dieser Gruppe sind ebenso zahlreich wie faszinierend – von furchterregenden Klauen und Stacheln bis hin zu farbenprächtigen Flügeln und anderen Wunderwerken. Die Sequenzierung des Erbguts (Genom) einer Art erlaubt es, die Baupläne dieser Artenvielfalt zu erforschen, welche die Gruppe der Arthropoden einzigartig macht, und nach genetischen Grundlagen für ihren großen evolutionären Erfolg zu suchen. Ein internationales Team von Wissenschaftlern, zu dem auch Forscher der WWU gehören, präsentierte jetzt in der Fachzeitschrift „Genome Biology“ die Ergebnisse eines Pilotprojekts, das den Anfang einer globalen Sequenzierungs-Initiative darstellt.
Die Forscher verglichen die Genome von 76 Arten über 500 Millionen Jahre, um wichtige Veränderungen in den Genomen zu finden, die die Grundlage für den evolutionären Erfolg der Arthropoden bilden. Außerdem sollen die Ergebnisse dabei helfen, neue Lösungsansätze für verschiedene Probleme zu finden, die mit bestimmten Arten dieser Gruppe verbunden sind – zum Beispiel in der Landwirtschaft oder der Medizin. „Dieses Projekt hat eine Fülle von Daten generiert, die in den kommenden Jahren für Biologen extrem nützlich sein werden“, unterstreicht der Erstautor der Untersuchung, Dr. Gregg Thomas von der Indiana University. „Diese Daten ermöglichen es uns zum Beispiel, den Zeitpunkt in der Insektenevolution festzustellen, an dem neue Gen-Funktionen entstanden sind.“
Hintergrund und zukünftige Ziele:
Um die Arthropoden und ihren Einfluss auf Bereiche des menschlichen Lebens besser zu verstehen, wurde 2011 im Baylor College of Medicine in den USA unter der Leitung von Dr. Stephen Richards das Pilotprojekt zur i5k-Initiative gestartet. Die Initiative dient der Sequenzierung und Beschreibung der Genome von 5.000 Insekten- und anderen Arthropoden-Arten. Das Projekt zielt darauf ab, neue Ressourcen zu erschließen, die nötig sind, um die Evolution der Arthropoden und die zugehörigen molekularen Grundlagen zu verstehen.
Effektivere und kosteneffiziente DNA-Sequenzierungstechnologien führen dazu, dass bereits neue Initiativen zur Sequenzierung weiterer Arten auf dem Weg sind. Dazu gehören die „Global Ant Genome Alliance“ und die „Global Invertebrate Genomics Alliance“ sowie das „Darwin Tree of Life Project“, das alle bekannten Tierarten auf den britischen Inseln erfasst. Das globale Netzwerk „Earth BioGenome Project“ (EBP) hat die Sequenzierung der gesamten biologischen Artenvielfalt der Erde zum Ziel. „Der Abschluss des i5k-Pilotprojekts stellt daher einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Entwicklung eines umfassenden Genom-Katalogs des Lebens auf unserem Planeten dar, dem EBP moonshot for Biology“, erklärt Stephen Richards vom Baylor College of Medicine und von der University of California Davis.
Selbst wenn den Wissenschaftlern solche Daten zur Verfügung stehen und in Zukunft alles Leben auf der Erde sequenziert wäre, ist es keine einfache Aufgabe, die genaue Funktion aller Gene vorauszusagen und Veränderungen in den Genomen mit den evolutionären Folgen in Verbindung zu bringen. Häufig entstehen neue Funktionen durch die Neuanordnung schon existierender Gene. Dies unterstreicht die Notwendigkeit zukünftiger Forschung und Untersuchung der Funktion verschiedener Gene.
Originalpublikation:
Thomas et al. (2020) Gene content evolution in the arthropods. Genome Biology. DOI: 10.1186/s13059-019-1925-7
23.01.2020, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Wie sich Ohrenquallen fortbewegen
Mit ihren durchscheinenden Schirmen bewegen sich Ohrenquallen (Aurelia aurita) auf eine sehr effiziente Weise in den Weltmeeren fort. Wissenschaftler der Universität Bonn haben nun anhand eines mathematischen Modells untersucht, wie es diesen Nesseltieren gelingt, mit ihren neuronalen Netzwerken die Fortbewegung zu steuern, selbst wenn sie verletzt sind. Die Ergebnisse könnten möglicherweise auch zu einer Optimierung von Unterwasserrobotern beitragen. Die Studie ist bereits online im Fachjournal „eLife“ veröffentlicht, die Endfassung erscheint demnächst.
Ohrenquallen (Aurelia aurita) sind nahezu in allen Ozeanen verbreitet. Mit ihren rund drei bis 30 Zentimeter großen, durchscheinenden Schirmen bewegen sich die Nesseltiere in den Meeren fort. „Diese Quallen haben ringförmige Muskeln, die sich zusammenziehen und damit das Wasser aus dem Schirm drücken“, erläutert Erstautor Fabian Pallasdies von der Forschungsgruppe Neuronale Netzwerkdynamik und Informationsverarbeitung am Institut für Genetik der Universität Bonn.
Ohrenquallen sind bei der Fortbewegung besonders effizient: Sie erzeugen am Rand ihres Schirmes Wirbel, die den Vortrieb verstärken. Pallasdies: „Weiterhin ist nur für das Zusammenziehen des Schirmes Muskelkraft erforderlich, die Ausdehnung geschieht automatisch, weil das Gewebe elastisch ist und in die ursprüngliche Form zurückkehrt.“
Quallen zur Erforschung der Ursprünge des Nervensystems
Die Wissenschaftler der Forschungsgruppe haben nun ein mathematisches Modell der Nervennetzwerke von Ohrenquallen entwickelt und daran untersucht, wie sie die Fortbewegung der Tiere steuern. „Quallen gehören zu den ältesten und einfachsten Organismen, die sich im Wasser fortbewegen“, sagt der Leiter der Forschungsgruppe Prof. Dr. Raoul-Martin Memmesheimer. Anhand von ihnen und anderen frühen Organismen soll nun auf die Ursprünge des Nervensystems geschlossen werden.
Gerade in den 50er und 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurden an Quallen viele experimentelle neurophysiologische Daten gewonnen, auf die die Forscher der Universität Bonn ihr mathematisches Modell stützen. Dabei berücksichtigten sie in mehreren Schritten einzelne Nervenzellen, Nervenzellnetzwerke und das gesamte Tier sowie das umgebende Wasser. „Mit dem Modell lässt sich die Frage beantworten, wie die Erregungen einzelner Nervenzellen zur Fortbewegung der Ohrenquallen führen“, sagt Pallasdies.
Die Quallen können mit Lichtreizen und mit einem Gleichgewichtsorgan ihre Lage wahrnehmen. Wird eine Ohrenqualle von der Meeresströmung gedreht, gleicht das Tier dies wieder aus und bewegt sich zum Beispiel weiter zur Wasseroberfläche. Mit ihrem Modell konnten die Forscher die Vermutung bestätigen, dass die Ohrenqualle ein Nervenzellnetzwerk fürs Geradeausschwimmen und zwei für Drehbewegungen nutzt.
Wellenförmige Ausbreitung der Erregung
Die Aktivität der Nervenzellen breitet sich im Schirm der Qualle wellenförmig aus. Wie bereits Experimente aus dem 19. Jahrhundert zeigen, funktioniert die Fortbewegung sogar noch, wenn große Teile des Schirms verletzt sind. Die Wissenschaftler an der Universität Bonn erklären dieses Phänomen nun mit ihren Simulationen: „Quallen können an jedem Ort auf ihrem Schirm Signale wahrnehmen und weitergeben“, sagt Pallasdies. Wenn eine Nervenzelle feuert, feuern auch die anderen, selbst wenn Abschnitte des Schirms beeinträchtigt sind.
Allerdings würde die wellenförmige Ausbreitung der Erregung im Schirm der Qualle gestört, wenn die Nervenzellen beliebig feuerten. Wie die Forscher nun anhand ihres Modells herausgefunden haben, wird diese Gefahr unterbunden, indem die Nervenzellen nach dem Feuern so schnell nicht wieder aktiv werden können.
Die Wissenschaftler hoffen, durch weitere Forschung aufklären zu können, wie die frühe Evolution der Nervenzellnetzwerke verlaufen ist. Derzeit werden auch Unterwasserroboter entwickelt, die sich nach dem Schwimmprinzip der Quallen fortbewegen. Pallasdies: „Vielleicht kann unsere Studie auch dazu beitragen, die autonome Steuerung dieser Roboter zu verbessern.“
Originalpublikation:
Fabian Pallasdies, Sven Goedeke, Wilhelm Braun, Raoul-Martin Memmesheimer: From Single Neurons to Behavior in the Jellyfish Aurelia aurita, eLife, Internet: https://elifesciences.org/articles/50084
22.01.2020, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Auch tote Tiere sind wichtig fürs Ökosystem
Tierkadaver spielen eine wichtige Rolle für die Artenvielfalt und das Funktionieren von Ökosystemen – auch über längere Zeiträume. Diese Erkenntnisse haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Reichsuniversität Groningen in der Zeitschrift PLOS ONE veröffentlicht. Die Kadaver bieten nicht nur vielen Aas fressenden Tierarten Nahrung, ihre Nährstoffen tragen auch zu einem wesentlich verstärkten Wachstum umliegender Pflanzen bei. Dies begünstigt wiederum viele pflanzenfressende Insekten und deren Räuber. Die Forscher empfehlen, rechtliche Regelungen, die die Beseitigung von Kadavern vorschreiben, für Naturschutzgebiete zu lockern.
Im niederländischen Wildnisreservat Oostvaardersplassen, eines der größten Feuchtgebiete Mitteleuropas, untersuchten die Wissenschaftler, wie sich Kadaver von Rothirschen auf die lokale Artenvielfalt auswirken. Dazu erfassten sie zum einen das Vorkommen von Insektenarten auf Flächen mit und ohne Kadaver, zum anderen das Pflanzenwachstum in unmittelbarer Nähe zum Kadaver. Dabei fanden sie, dass die Kadaver nicht nur vielen Aas fressenden Insekten wie Fliegen und Aaskäfern direkt zugutekommen, sie wirken sich langfristig auch positiv auf das Pflanzenwachstum aus.
Pflanzen wie die Krause Distel (Carduus crispus) wurden in der Nähe der Kadaver über fünfmal so groß wie an anderen Standorten, was wiederum die Zahl pflanzenfressender Insekten und ihrer Räuber auf das Vierfache erhöhte. „Dass Tierkadaver für Aasfresser wichtig sind, überrascht zunächst wenig“, sagt Untersuchungsleiter Dr. Roel van Klink. „Dass sie allerdings noch nach fünf Monaten einen solch großen Einfluss auf die gesamte Nahrungskette vor Ort haben, und dies selbst auf so nährstoffreichen Böden wie in den Oostvaardersplassen, hätte ich nicht erwartet.“ Van Klink hatte die Studie an der Reichsuniversität Groningen mit Kollegen durchgeführt. Heute ist er Postdoktorand am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv).
Die Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die Rolle von Tierkadavern im Ökosystem. „Totholz in unseren Wäldern ist von der Bevölkerung mittlerweile weitgehend akzeptiert, was vielen Arten zugutekommt“, sagt Prof. Chris Smit von der Universität Groningen. „Der Anblick toter Tiere in der Natur ist jedoch oft noch ein gesellschaftliches Tabu. Das ist schade angesichts ihres wichtigen Wertes für die Ökosysteme und Biodiversität“. Außerdem erschweren EU-Gesetze, die Kadaver großer Tiere in Naturschutzgebieten zu belassen. Die Autoren empfehlen, diese Regelungen für Naturschutzgebiete zu lockern.
Originalpublikation:
van Klink, Roel, van Laar-Wiersma, Jitske, Vorst, Oscar, Smit, Christian (2020): Rewilding with large herbivores: Positive direct and delayed effects of carrion on plant and arthropod communities. PLOS ONE 15 (1) https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0226946
