13.04.2020, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Wenn Väter schwanger sind
Immunsystemveränderung als Schlüsselprozess bei der männlichen Schwangerschaft von Seenadeln und Seepferdchen identifiziert
Die Fortpflanzung ist immer noch eines der größten Wunder der Natur. Schwangerschaften werden üblicherweise von weiblichen Tieren ausgetragen. Bei Seenadeln und Seepferdchen ist dies anders, hier ist der männliche Part für die Nachkommen verantwortlich. Ein internationales Team von Forschenden unter der Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel hat die dabei ablaufenden komplexen Prozesse des Immunsystems im Detail entschlüsselt. Die Ergebnisse wurden jetzt in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
Die Entwicklung eines Embryos im Rahmen einer Schwangerschaft ist ein sehr komplizierter und teilweise bis heute noch rätselhafter Prozess. Denn im Embryo ist auch väterliche Erbinformation vorhanden, und die so gebildeten Körperzellen sollten eigentlich vom mütterlichen Immunsystem als fremd erkannt und abgestoßen werden. Beim Menschen ist dieser Prozess mittlerweile gut verstanden, aber im Tierreich gibt es immer noch viele offene Fragen. Ein internationales Team unter der Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel hat die einzigartige männliche Schwangerschaft bei 12 Seenadel- und Seepferdchenarten intensiv untersucht, Bei einigen Arten tragen die Männchen die Eier nur am Bauch mit, bei anderen schützen sie diese durch Hautlappen oder sogar durch plazenta-ähnliche Systemen, welche die Nachkommen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen.
„Über den Vergleich der Genome von Seenadeln und Seepferdchen haben wir herausgefunden, dass im Laufe der Evolution der männlichen Schwangerschaft sich genau die Teile des Immunsystems stark verändert haben, die höchst relevant für die Unterscheidung von eigen und fremd sind“, erklärt Dr. Olivia Roth, Erstautorin der jetzt in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erschienenen Publikation vom GEOMAR. „Überdies haben wir festgestellt, dass in der männlichen Schwangerschaft ähnliche Gene aktiviert sind, die auch bei der Schwangerschaft eines weiblichen Säugetiers essentielle Funktionen erhalten. Es scheint also, dass bei einer Schwangerschaft, egal ob männlich oder weiblich, ähnliche molekulare Mechanismen genutzt werden und ähnliche Gene in ihrer Funktion für die Entwicklung einer Schwangerschaft verändert werden“, erläutert Dr. Roth weiter.
Im Detail geht es in dieser Studie um Veränderung der Gene des sogenannten Haupthistokompatibilitätskomplexes, auch als MHC (engl. Major Histocompatibility Complex) bezeichnet. Der MHC (engl. Major Histocompatibility Complex) gilt als eine der wichtigsten Innovationen in der Evolution der Wirbeltiere. Man unterscheidet zwei Arten, den MHC I und den MHC II. Beide spielen auch beim Menschen beispielsweise bei Organtransplantationen und möglichen Abstoßungsreaktionen eine große Rolle.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die untersuchten Organismen wie zum Beispiel auch dorschartige Fische den zweiten Typ, MHC II, verloren haben. Zusätzlich werden während der männlichen Schwangerschaft von Seenadeln und Seepferdchen, analog zu der bei Säugetieren, auch Gene des MHC I hinunterreguliert, die ebenfalls der Toleranz des Embryos dienen. „Das klingt für den Laien nicht dramatisch, wäre aber in Bezug auf ein Organ so, als hätte man eine neue Gruppe von Fischen gefunden, die ohne Leber überleben können“, sagt Prof. Dr. Thorsten Reusch, einer der Senior-Autoren der Studie vom GEOMAR. „Viele Lehrbücher der Immunologie müssen jetzt modifiziert werden“, so Reusch weiter.
Während man bei Dorschen bislang nicht weiß, warum das geschehen ist, scheint es bei Seenadeln und Seepferdchen durchaus möglich, dass der Verlust von MHC II direkt mit der Entwicklung der einzigartigen männlichen Schwangerschaft assoziiert ist. Interessanterweise sind die verlorenen Gene im Seenadel Immunsystem genau für jene Wege essentiell, die bei der Immunschwächekrankheit HIV attackiert werden. „Deshalb könnten Seenadeln, die auch ohne diese kritischen Immunsystem-Funktionen überleben, ein wichtiges Modellsystem für die Erforschung von natürlichen und krankheitsbedingten Immunsystemdefiziten werden“, so Dr. Roth abschließend.
Originalpublikation:
Roth, O., M.H. Solbakken, O.K. Tørresen, T. Bayer, M. Matschiner, H.T. Baalsrud, S.N. Khang Hoff, M.S.O. Brieuc, D. Haase, R. Hanel, T.B.H. Reusch and S. Jentoft, 2020: Evolution of male pregnancy associated with remodeling of canonical vertebrate immunity in seahorses and pipefishes. PNAS, doi: 10.1073/pnas.1916251117
15.04.2020, Universität Greifswald
Regenwürmer kurbeln den Nährstoffkreislauf in arktischen Böden an – Studie der Universität Greifswald
In arktischen Böden läuft der Nährstoffkreislauf sehr langsam und geht mit Stickstoffmangel einher. Dies hemmt das Pflanzenwachstum. Ein internationales Forschungsteam der Universitäten Greifswald, Umeå, Uppsala und Oulu führte den Stickstoffmangel in arktischen Böden nun auf das Fehlen größerer Bodentiere wie Regenwürmer zurück. Mit dem Klimawandel können diese Bodentiere zunehmend in der Arktis überleben und so das Ökosystem in der arktischen Tundra tiefgreifend verändern. Die Studie ist in Nature Communications (doi: 10.1038/s41467-020-15568-3) erschienen.
Arktische Böden sind einer der größten Kohlenstoffspeicher der Erde. Die Erderwärmung verläuft in der arktischen Tundra doppelt so schnell wie anderswo. Wie werden sich Ökosysteme der Tundra im kommenden Jahrhundert verändern? Welche Faktoren müssen berücksichtigt werden? Eine internationale Studie unter Federführung der Universität Greifswald verdeutlicht, dass größere Bodentiere wie Regenwürmer den Nährstoffkreislauf in Ökosystemen der arktischen Tundra entscheidend beeinflussen. Größere Bodentiere erhöhen die Stickstofffreisetzung deutlich, so dass einige Pflanzen ihre Spross- und Wurzellänge verdoppeln. Damit wirken Regenwürmer stärker auf die Entwicklung von Pflanzengemeinschaften als andere gut untersuchte Faktoren wie beispielsweise Klimawandel, Düngung oder Beweidung.
„In der Studie haben wir Regenwürmer in sogenannten Mesokosmen freigesetzt. Das sind geschlossene Bodenquader mit intakter Vegetation im Freiland. Darin haben wir Stickstoffaufnahme und Wachstum der Pflanzen beobachtet. Um das Wurzelwachstum der Pflanzen in diesen Bodenquadern zu bestimmen, nutzen wir eine Wurzel-Kamera. Diese führen wir durch durchsichtige Röhren, die im Boden stecken. In regelmäßigen Abständen nehmen wir Fotos von den Wurzeln auf. Das Bildmaterial zeigt, dass wir die Bedeutung von Regenwürmern für den Nährstoffkreislauf in der Arktis bisher unterschätzt haben,“ erklärt Dr. Gesche Blume-Werry vom Institut für Botanik und Landschaftsökologie der Universität Greifswald https://botanik.uni-greifswald.de/experimentelle-pflanzenoekologie/.
Der Stickstoffmangel in der arktischen Tundra wurde bisher größtenteils auf das kalte Klima zurückgeführt, denn die Kälte hemmt die Aktivität von Zersetzern im Boden. Die Studie identifiziert nun einen bisher unterschätzten Mechanismus: Größere Bodentiere wie Regenwürmer zerteilen Pflanzenstreu in kleinere Fragmente und verlagern diese tiefer in den Boden, wo sie dann leichter von kleineren Bodentieren zersetzt werden können. Auf diese Weise leisten Regenwürmer einen wesentlichen Beitrag zu Nährstofffreisetzung in Böden. In der Arktis fehlen diese Bodentiere größtenteils und so läuft der Nährstoffkreislauf wesentlich langsamer ab. Pflanzen bekommen nicht ausreichend Nährstoffe und sind kleiner. Mit steigenden Temperaturen können Regenwürmer und andere größere Bodentiere zunehmend in arktischen Böden überleben. Hinzu kommt, dass sich menschliche Aktivitäten in der Region verstärken, wodurch vermehrt größere invasive Bodentiere in arktische Böden eingetragen werden. Derartige Faktoren müssen in Prognosen zu Tundra-Ökosystemen der Zukunft berücksichtigt werden.
Weitere Informationen
Blume-Werry et al. (2020): Invasive earthworms unlock arctic plant nitrogen limitation, in: Nature Communications. 11, 1766. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15568-3
15.04.2020, Veterinärmedizinische Universität Wien
Update: Coronavirus-Infektionen bei Haustieren, landwirtschaftlichen Nutztieren und Pferden
Derzeit fragen sich viele TierbesitzerInnen, ob ihre Haustiere, Nutztiere und Pferde auch an COVID-19 erkranken können oder eine Übertragung des Virus durch die Tiere auf den Menschen ein Risiko darstellt. WissenschafterInnen der Vetmeduni Vienna klären auf und geben ein Update.
Mit Stand 14.04.2020 wurde SARS-CoV-2 bei zwei Millionen Menschen diagnostiziert. Im Gegensatz dazu nur bei zwei Hunden, zwei Katzen und einem Tiger. Alle Tiere wurden von SARS-CoV-2 infizierten Menschen angesteckt. Es gibt bis heute keinen einzigen umgekehrten Fall, also einer Ansteckung eines Menschen durch sein Haustier oder ein Nutztier. Es handelt sich somit um äußerst seltene Ereignisse. Haus- und Nutztiere haben keinerlei Bedeutung in der SARS-CoV-2 Epidemiologie. Es handelt sich vielmehr um einen sogenannten „Spill-over“-Effekt, bei dem in seltenen Fällen eine Virusübertragung vom Hauptwirt, dem Menschen, auf gewisse Tierarten erfolgen kann. Üblicherweise passiert dies auch nur, wenn eine größere Virusmenge vom Tier aufgenommen wird. Ebenso gibt es derzeit keine Hinweise darauf, dass equine Coronaviren von Pferden für den Menschen gefährlich werden können.
Der aktuelle Forschungsstand im Detail
Die ExpertInnen der Vetmeduni Vienna zum Thema Coronavirus
16.04.2020, Deutsche Wildtier Stiftung
Frühlingsgefühle beim Feldhamster
Bei der Partnersuche gibt der sonst so überzeugte Single alles
Der Feldhamster schwebt jetzt auf Wolke 7. Gerade erst aufgewacht, hat er nur eines im Sinn: Er will sich so schnell wie möglich paaren. Dabei stellt er kaum Ansprüche; hat er ein Hamsterweibchen gefunden, ist es „die Richtige“.
Während die Männchen in diesen Tagen so schnell wie möglich aus den Bauen klettern, um auf den Kornfeldern Nahrung zu suchen, „pusseln“ die Feldhamster-Weibchen noch in ihren Wohnhöhlen herum. Das hat einen guten Grund: „Beide Geschlechter beenden den Winterschlaf ungefähr zur selben Zeit, aber die Männchen tauchen zuerst an der Oberfläche auf“, sagt Carina Siutz, Feldhamsterforscherin und Forschungspreisträgerin der Deutschen Wildtier Stiftung. „Wir nehmen an, sie wollen schnell Energiereserven aufstocken und möglichst viel futtern, um körperlich in Bestform zu kommen.“
Für ein erfolgreiches Date strengt sich der sonst alleinlebende „Single“ enorm an. Feldhamster sind überzeugte Einzelgänger; nur zur Paarung treffen sich Männchen und Weibchen. Die Paarung findet dann im Bau des Weibchens statt. Wie kommt es zum „Match“? „Das ist oft schwierig“, sagt Siutz. In Deutschland sind Feldhamster selten; in manchen Regionen sogar vom Aussterben bedroht. Leben zu wenige Hamster an einem Ort, muss das Männchen auf eine intensive Suche gehen, um eine Partnerin zu finden. Häufig wandern sie deshalb in ihrem Territorium mehrere Kilometer ab, bis sie den Bau eines Weibchens ausgemacht haben. Sobald das Weibchen auftaucht, erhält es eindeutige Avancen, denen es sich nicht entziehen kann. Ist der Bau verschlossen, bleibt das Männchen geduldig wartend vor dem Eingang sitzen, bis sich die Verehrte zeigt.
Je gehaltvoller das Futter ist, das der Feldhamster im Frühling findet, desto größer ist die Chance, dass der Nachwuchs gesund zur Welt kommt. Sind die Feldhamster-Dates in den letzten Apriltagen erfolgreich, kommen 20 Tage später die nur sieben Gramm wiegenden Feldhamster-Jungen zur Welt. Sie sind ungefähr so groß wie eine Esskastanie.
Die Deutsche Wildtier Stiftung arbeitet mit Landwirten und weiteren Projektpartnern im Projekt Feldhamsterland zusammen, um Feldhamstern einen artgerechten Lebensraum zu bieten (www.feldhamster.de).
17.04.2020, NABU
Amsel, Drossel, Fink und Star – die Stunde der Gartenvögel ist wieder da
NABU und LBV rufen zur deutschlandweiten Vogelzählung auf/Zahlen zu Blaumeisen mit Spannung erwartet
Vom 8. bis 10. Mai findet deutschlandweit die 16. Stunde der Gartenvögel statt. Der NABU ruft gemeinsam mit der NAJU und dem Landesbund für Vogelschutz (LBV) dazu auf, eine Stunde lang Vögel zu beobachten, zu zählen und zu melden.
„Unsere Stunde der Gartenvögel hatte in den vergangenen Jahren starke Teilnehmerzuwächse zu verzeichnen. Über das große Interesse an der heimischen Natur freuen wir uns sehr“, so NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller. „Je mehr Menschen teilnehmen, desto aussagekräftiger sind die gewonnenen Ergebnisse.“
In diesem Jahr erwarten die Ornithologen des NABU die neuen Gartenvogeldaten mit besonderer Spannung und Sorge. „Eine der häufigsten und beliebtesten Arten, die Blaumeise, ist derzeit in Teilen der Republik durch ein auffälliges Massensterben aufgrund einer bisher unbekannten Krankheit bedroht“, so NABU-Vogelschutzexperte Lars Lachmann. „Innerhalb von nur sechs Tagen über das Osterwochenende haben wir bereits 10.000 Meldungen mit etwa 20.000 toten oder kranken Meisen erhalten. Die kommende Zählung im Mai wird uns Auskunft darüber geben, ob sich dies in den Bestandstrends der Blaumeisen in den besonders betroffenen Gebieten widerspiegelt.“
Viele Menschen haben in den letzten Wochen während der Ausgangsbeschränkungen den Wert der Natur vor ihrer Haustür wieder neu schätzen gelernt. Gartenvögel wie die Blaumeise haben dabei in diesem Frühling sicherlich deutlich mehr Aufmerksamkeit erfahren als in anderen Jahren. „Wir hoffen, dass sich dies in einer besonders regen Beteiligung an der Vogelzählung niederschlägt“, so Lachmann. Der Vogelschutzexperte rät: „Wer mehr Natur in seinem Umfeld erleben und Gartenvögeln helfen möchte, sollte seinen Hof oder Garten zum Mini-Naturschutzgebiet machen.“ Tipps für einen vogelfreundlichen Garten hat der NABU unter www.nabu.de/vogelgarten zusammengestellt.
Im vergangenen Jahr hatten über 76.000 Vogelfreunde bei der Stunde der Gartenvögel mitgemacht und Beobachtungszahlen aus fast 52.000 Gärten gemeldet. Gemeinsam mit der Schwesteraktion, der „Stunde der Wintervögel“, handelt es sich damit um Deutschlands größte wissenschaftliche Mitmach-Aktion.
Und so funktioniert es: Von einem ruhigen Plätzchen im Garten, auf dem Balkon oder vom Zimmerfenster aus wird von jeder Vogelart die höchste Anzahl notiert, die im Laufe einer Stunde gleichzeitig beobachtet werden konnte. Die Beobachtungen können am besten online unter www.stundedergartenvoegel.de gemeldet werden, aber auch per Post oder Telefon – kostenlose Rufnummer am 9. Mai von 10 bis 18 Uhr: 0800-1157115. Gemeldet werden kann auch mit der kostenlosen NABU-App Vogelwelt, erhältlich unter www.NABU.de/vogelwelt. Meldeschluss ist der 18. Mai.
17.04.2020, Museum für Naturkunde – Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung
Beat it: der Rhythmus der Tiere
Forscherinnen vom Museum für Naturkunde Berlin publizieren in der Fachzeitschrift „PLOS Computational Biology“ den Nachweis rhythmischer Muster in Lautäußerungen von Fledermäusen und Pottwalen. Ihre Methoden tragen dazu bei, die Evolution der akustischen Kommunikation – auch des Menschen – zu verstehen und Arten zu schützen, die akustisch erkannt werden können. Ihre Forschungsdaten sind im frei zugänglichen Repositorium „Github“ für die ganze Gesellschaft verfügbar. Damit können die Kenntnisse dazu beitragen, weltweit weitere forschungsgetriebene Fragestellungen effektiv zu beantworten.
Tiere geben die unterschiedlichsten Lautäußerungen von sich: kurze und lange, schnelle und langsame, einige mit nur einem einzigen Elementtyp, auch Silben genannt, andere mit bis zu hunderten verschiedenen Silbentypen. Sie äußern sie an Land, unter Wasser und in der Luft. Sie sollen Paarungspartnern imponieren, Rivalen vertreiben und vieles mehr. Viele von diesen Lautäußerungen sind rhythmisch. Aber wie kann man das sinnvoll und vergleichbar messen?
„Wir haben drei sehr unterschiedliche tierische Lautäußerungen von Fledermäusen und Pottwalen ausgewählt, um unsere Methoden zu testen“, sagt Lara Burchardt, Biologin am Museum für Naturkunde Berlin. Sie untersuchte die zeitlichen Strukturen – oder Rhythmen – von so genannten Isolationsrufen der Großen Sackflügelfledermaus (Saccopteryx bilineata) und der Brillenblattnase (Carollia perspicillata). Jungtiere äußern diese Rufe, wenn sie Kontakt zu ihrer Mutter suchen. Die Rufe der Großen Sackflügelfledermaus sind mehrsilbig, die der Brillenblattnase kurz und einsilbig.
Das dritte Untersuchungsobjekt sind Klickserien eines Pottwals (Physeter macrocephalus), aufgezeichnet in der Karibik nahe der Insel Dominica von Forscherkollegen der Universität Aarhus. Die Meeressäuger nutzen die Laute zur Echolokation und spüren mit ihnen Beute in ihren dunklen Jagdrevieren in der Tiefsee auf. Die Serien sind lang und umfassen bis zu etwa 250 Klicks.
Die Lautäußerungen wurden nach jeweils fünf mathematischen Methoden analysiert, um ihren Rhythmus zu finden und zu beschreiben. Darüber hinaus sollte bestimmt werden, welche Methoden bei welchen Rufen oder Klicks die besten Analyseergebnisse liefern. Dazu wurden zwei Werte entwickelt, die anzeigen, wie gut ein bestimmter Rhythmus eine Lautäußerung beschreibt.
„Lautäußerungen von Tieren können helfen viele Fragen zu ihrem Verhalten zu beantworten, aber bisher werden die zeitlichen Strukturen nicht immer beachtet“, sagt Burchardt. Daher gebe es noch keine etablierten Vorgehensweisen, die zu vergleichbaren und belastbaren Ergebnisse führen und von vielen Forschern angewandt werden können.
Burchardt und ihre Forschungskollegin am Museum, Mirjam Knörnschild, haben nun einen Entscheidungsbaum entwickelt, der es Forschenden erleichtert, die geeignete Methode für ihre Daten auszuwählen. In der aktuellen Ausgabe des Journals „PLOS Computational Biology“ diskutieren sie die Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden und zeigen, wie Rhythmusanalysen visualisiert werden können.
Daten und Code sind frei zugänglich. Der Code, um die Analysen am Rechner durchzuführen inklusive eines Beispieldatensatzes, wurde im frei zugänglichen Repositorium „Github“ verfügbar gemacht. Open Science ist ein Kernbaustein, um Wissenschaft in die Gesellschaft zu tragen und weltweit forschungsgetriebene Fragestellungen effektiv zu beantworten.
Die Rhythmusanalyse ist außerdem ein wichtiger Beitrag zur Grundlagenforschung an der Wahrnehmung von Rhythmen. Diese ist wahrscheinlich auch für die Sprache des Menschen von großer Bedeutung.
Publiziert in: Burchardt LS, Knörnschild M (2020) Comparison of methods for rhythm analysis of complex animals’ acoustic signals. PLoS Comput Biol 16(4): e1007755. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007755
