30.07.2018, Deutsches Primatenzentrum GmbH – Leibniz-Institut für Primatenforschung
Lemuren behandeln Magen-Darm-Beschwerden mit Tausendfüßlern
Madagassische Rotstirnmakis kauen auf Tausendfüßlern, um Darmparasiten loszuwerden
Mit Beginn der Regenzeit kriechen sie hervor: die Geheimwaffen aus dem Medizinschrank der Natur. Madagassische Rotstirnmakis nutzen die großen Tausendfüßler, um sich von Darmparasiten zu befreien. Louise Peckre und ihre Kolleginnen vom Deutschen Primatenzentrum – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen gehen davon aus, dass die Lemuren auf Tausendfüßlern kauen, um durch Darmparasiten hervorgerufene Symptome wie Juckreiz und Gewichtsverlust zu vermeiden und zu behandeln. Ihre Studie ist heute in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Primates“ erschienen.
Nicht nur Lemuren, auch andere Affenarten wie Klammeraffen haben die Angewohnheit, fremde Substanzen oder Materialien über Teile ihres eigenen Körpers zu reiben. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dieses Einreiben entweder eine Form der Kommunikation ist, es dazu dient, giftige Substanzen vor dem Fressen zu entfernen oder dass es eine Form der Selbstmedikation bei Krankheiten ist.
Louise Peckre, Doktorandin in der Abteilung Verhaltensökologie und Soziobiologie am Deutschen Primatenzentrum, hat fünf Gruppen von Rotstirnmakis im Kirindy-Wald auf Madagaskar beobachtet. Dabei hat sie sechs Tiere unterschiedlichen Alters und Geschlechts dokumentiert, die auf Tausendfüßlern kauten. Die Tausendfüßler waren ein paar Stunden nach dem ersten starken Regen der Saison aufgetaucht. Durch das Kauen hat sich eine größere Menge einer orange gefärbten Flüssigkeit gebildet, vermutlich eine Mischung aus Speichel und Tausendfüßlersekret. Anschließend haben sich die Rotstirnmakis mit den zerkauten Tausendfüßlern Haut und Fell rund um Genitalien, Darmausgang und Schwanz eingerieben. Einige Tausendfüßler haben sie nach ausgiebigem Kauen auch gefressen.
„Die Kombination aus Einreiben und Fressen von Tausendfüßlersekreten könnte eine Art der Selbstmedikation bei Rotstirnmakis sein“, sagt Louise Peckre, Erstautorin der Studie.
Vermutlich werden die Tausendfüßler deshalb gefressen, weil sie Benzochinon ausscheiden, eine chemische Verbindung, die auch Mücken abwehrt. Das Fressen und Einreiben könnte dazu beitragen, Magen-Darm-Parasiten loszuwerden und speziell gegen bestimmte Nematoden wirken, die bekanntermaßen Hautirritationen rund um den Darmausgang hervorrufen. Diese Würmer und ihre Eier führen bei befallenen Tieren oftmals zu juckenden Hautausschlägen. Der auch für Menschen problematische Madenwurm gehört ebenfalls zu dieser Gattung von Nematoden.
„Bei unseren Beobachtungen sind uns bei mehreren Tieren kahle Stellen am unteren Rücken aufgefallen, die wahrscheinlich durch wiederholtes Scheuern entstanden sind und damit auf einen Befall mit Nematoden hinweisen“, sagt Louise Peckre.
Louise Peckre und ihre Kolleginnen vermuten, dass die Lemuren Tausendfüßler nicht nur zur Behandlung, sondern auch zur Prävention nutzen. In weiteren Studien würden die Wissenschaftlerinnen gerne Affenarten, die sich nur einreiben, aber die Tausendfüßler nicht fressen, mit solchen, die sich sowohl einreiben als auch fressen, vergleichen. „Wir erwarten, dass stärker mit Darmparasiten befallene Affenarten mit höherer Wahrscheinlichkeit Tausendfüßler fressen“, sagt Louise Peckre.
Verschiedene Vogel- und Säugetierarten reiben sich mit Tausendfüßlern ein oder fressen sie. Um sich vor Feinden zu schützen, scheiden die meisten Tausendfüßler eine große Bandbreite von Chemikalien aus, die sedierende, abwehrende, reizende oder toxische Wirkungen haben.
Originalpublikation:
Peckre LR, Defolie C, Kappeler PM, Fichtel C (2018). Potential self-medication using millipede secretions in red-fronted lemurs: combining anointment and ingestion for a joint action against gastro-intestinal parasites? Primates DOI: 10.1007/s10329-018-0674-7
30.07.2018, Duale Hochschule Baden-Württemberg
Studierende entwickeln App- und KI-Komponente fürs Schmetterlings-Monitoring
Das Thema „Insektensterben“ ist in aller Munde. Um eine breite Erfassung von Schmetterlingsbeständen zu ermöglichen, entwickelten jüngst Studierende der Wirtschaftsinformatik der DHBW Stuttgart im Rahmen eines lehrintegrierten Forschungsprojekts neue Ansätze.
In Zusammenarbeit mit dem Staatlichen Museum für Naturkunde Karlsruhe wurde eine App zur einfachen Erfassung und Erkennung von Schmetterlingen konzeptioniert und umgesetzt. Mit dieser App können Naturinteressierte in einfacher Art und Weise Fotos von Faltern aufnehmen, vorklassifizieren und direkt an eine zentrale Datensammelstelle schicken. In dieser Sammelstelle, wie beispielsweise dem Staatlichen Museum für Naturkunde Karlsruhe, werten Expertinnen und Experten die Funde aus und können somit bessere Aussagen über die Veränderung von Schmetterlingsbeständen treffen.
Durch die App soll auch versucht werden, mehr Interessierte für die Datensammlung zu gewinnen („Crowdsourcing-Ansatz“) und für das wichtige Thema „Verantwortungsvoller Umgang mit der Natur“ zu sensibilisieren. Um die Arbeit der Beschäftigten im Naturkundemuseum zu erleichtern und die zunehmenden Datenmengen bewältigen zu können, entwickelten die Studierenden darüber hinaus eine automatische Klassifizierungskomponente für ausgewählte Tagfalterarten. Auf der Basis von Methoden Künstlicher Intelligenz (KI), werden Fundbilder automatisch ausgewertet, das heißt die entsprechende Tagfalterart bestimmt. Die verschiedenen Testergebnisse der Studierenden zeigten sehr hohe Trefferquoten bei der automatischen Zuordnung. Über die vielversprechenden Ergebnisse freuten sich Dr. Rolf Mörtter, Axel Steiner und Dr. Robert Trusch vom Staatlichen Museum für Naturkunde Karlsruhe sowie Prof. Dr. Kai Holzweißig von der DHBW Stuttgart, die das Projekt begleitet haben.
31.07.2018, Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg
Blaue Farbe schützt Kleinkrebse an der Meeresoberfläche vor Sonne und Fressfeinden
Copepoden, kleine Ruderfußkrebse, kommen in allen Regionen der Weltmeere vor und sind ein wichtiger Bestandteil des marinen Nahrungsnetzes. Ein internationales Team um die Oldenburger Meereswissenschaftlerinnen Dr. Janina Rahlff, jetzt Universität Duisburg-Essen, und Dr. Mariana Ribas Ribas hat nun erstmals tropische Copepoden im Oberflächenfilm des Meeres untersucht. Die Forscher fanden, dass die millimetergroßen Krebse dank ihrer blauen Farbe offenbar gut an die besonderen Bedingungen an der Meeresoberfläche sind: Das blaue Farbpigment schützt die Tiere vor starker Sonneneinstrahlung und könnte zudem als Tarnung dienen. Die Ergebnisse sind im Fachmagazin Scientific Reports erschienen.
Unter ruhigen Bedingungen bildet sich an der Grenze zwischen Luft und Meeresoberfläche eine weniger als einen Millimeter dünne, nährstoffreiche Schicht. Eigenschaften wie hohe Temperatur- und Salzgehaltschwankungen sowie starke Sonneneinstrahlung machen diese zu einem extremen Lebensraum. Doch bislang ist über die Lebewesen in diesem Oberflächenfilm nur wenig bekannt. Die beiden Wissenschaftlerinnen vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) untersuchten diesen Lebensraum im tropischen Pazifik nordwestlich der Bismarck-See zusammen mit weiteren deutschen, US-amerikanischen und britischen Kollegen. Die Studie ist Teil eines interdisziplinären Projekts des ICBM-Wissenschaftlers Dr. Oliver Wurl, der Förderung durch den Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) erhält.
Mit Hilfe eines ferngesteuerten Katamarans („Sea Surface Scanner“, S³) nahmen die Forscher Proben aus der oberen, etwa einen Millimeter dünnen Wasserschicht und aus einem Meter Tiefe. „Überall fanden wir blau gefärbte Ruderfußkrebse aus der Familie der Pontelliden“, sagt Janina Rahlff. „In der dünnen Oberflächenschicht waren diese jedoch teils erheblich häufiger als in einem Meter Wassertiefe, selbst unter hoher UV-Einstrahlung“. Die kleinen Krebse traten umso häufiger auf, je reicher die Oberflächenschicht an Mikroalgen war – die wesentliche Nahrungsquelle der Tiere.
Der Ozeanograf Dr. Christopher Zappa von der Columbia University, New York, untersuchte zudem mit Hilfe einer neuartigen Drohne die Farbe des von der Meeresoberfläche und von den blauen Copepoden reflektierten Lichts. Dabei zeigte sich: Das blaue Pigment der Kleinkrebse reflektierte vor allem den Bereich des Lichtspektrums, der dem von der Wasseroberfläche rückgestrahlten Licht entsprach. Das bedeutet, dass die Tiere an der Luft-Meer-Grenze nur schlecht erkennbar sind. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Copepoden so vor Fressfeinden getarnt sind. Außerdem können sich die Krebse durch kurze Sprünge in die Luft möglichen Angreifern entziehen.
Darüber hinaus schützt das blaue Pigment, bestehend aus dem Karotinoid Astaxanthin in Verbindung mit einem Eiweiß, die Tiere offenbar durch anti-oxidative Eigenschaften auch vor der starken UV-Einstrahlung an der Meeresoberfläche. Denn unabhängig von zeitweise sehr hohen UV-Indizes fanden die Forscher bisweilen große Mengen der Ruderfußkrebse in der Oberflächenschicht. Eine erhöhte Sterblichkeit, wie sie zum Beispiel durch größere Mengen leerer Chitinpanzer oder toter Individuen nachweisbar wäre, konnten die Wissenschaftler im Gegensatz zu Ergebnissen anderer Publikationen nicht finden.
„Pontellide Ruderfußkrebse können in einer einzigartigen Überlebensstrategie den an Nahrungsorganismen reichen, physikalisch stabilen und etwas kühleren Oberflächenfilm in tropischen Ozeanen nutzen“, so Mariana Ribas Ribas. Anders als die meisten anderen Angehörigen des Zooplanktons ihrer Größenklasse, die von der Oberflächenschicht nicht profitieren könnten, weil sie gut sichtbar seien und der starken UV-Einstrahlung nicht widerstehen könnten, profitierten die Pontelliden dabei wahrscheinlich von ihrer Pigmentierung und ihrer Anpassungsfähigkeit. Die Ergebnisse der Forscher könnten helfen zu verstehen, wie sich die Kleinkrebse an infolge des Klimawandels veränderte Umweltbedingungen in dem Ozeanen anpassen.
Originalpublikation:
Rahlff, J., Ribas Ribas, M., Brown, S. M., Mustaffa, N. I. H. et al. (2018). Blue pigmentation of neustonic copepods benefits exploitation of a prey-rich niche at the air-sea boundary. Scientific Reports 8 (11510). doi:10.1038/s41598-018-29869-7
31.07.2018, Forschungsverbund Berlin e.V.
Eisbär Fritz war mit neuartigem Adenovirus infiziert, starb aber nicht daran
Bei der Suche nach der Todesursache des kleinen Eisbären Fritz aus dem Tierpark Berlin stießen die Forscher vom Leibniz-Institut für Zoo-und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) in Berlin auf ein bislang unbekanntes Mastadenovirus in dessen Blut und Gewebe. Todesursächlich war diese Infektion aber nicht. Die Ergebnisse der pathologischen und genetischen Analysen wurden jetzt in der wissenschaftlichen Zeitschrift mSphere publiziert.
Die Trauer war groß nach dem plötzlichen Tod von Eisbär Fritz im April 2017. Es kam in der Vergangenheit schon öfter vor, dass Eisbären in Menschenobhut an opportunistischen Keimen, wie etwa dem equinen Herpesvirus oder dem West-Nil-Virus starben. Deshalb wurde in Betracht gezogen, dass Fritz ebenfalls einer solchen Virusinfektion zum Opfer gefallen sein könnte. Das Forscherteam um Alex Greenwood und Anisha Dayaram vom Leibniz-IZW und ihren Kollegen aus dem Tierpark Berlin und dem Fachbereich Veterinärmedizin der Freien Universität Berlin fand zu seiner Überraschung jedoch ein bisher unbekanntes und gänzlich artfremdes Adenovirus. Tödlich war die Infektion für den Eisbären aber nicht.
Die Forscher analysierten verschiedene Gewebetypen und das Blut des Eisbären mit Hilfe der sogenannten Shotgun-Sequenzierung, um mögliche Virus-RNA nachzuweisen. „Was uns diesen Fall wirklich schwer gemacht hat war, dass wir in Datenbanken keinerlei Vergleichssequenzen gefunden haben, die 90 Prozent oder mehr Ähnlichkeit mit diesem Virus haben. Wir fanden absolut nichts!“, erzählt Greenwood. Erst als sie auch Viren mit einbezogen, die nur zu 70 Prozent dem unbekannten Virus glichen, wurde das Team fündig. Nun ließ sich auch das komplette Genom des neuen Krankheitserregers rekonstruieren, das sich stark von bei anderen Säugetieren vorkommenden Adenoviren unterscheidet.
Phylogenetische Analysen zeigten, dass das Virus noch am ehesten mit den Adenoviren von Delfinen, Seelöwen und Fledermäusen verwandt ist – jedoch extrem weit entfernt ist von denen der Primaten. „Da Fritz und seine Mutter in einem isolierten Gehege lebten, gehen wir davon aus, dass das Virusreservoir ein kleines Nagetier oder eine Fledermaus gewesen sein muss.“ Andere klassische Infektionswege wie etwa über das Futter oder eine Übertragung durch die Tierpfleger scheiden damit aus.
Die Obduktion des kleinen Eisbären ergab zudem, dass seine Leber stark angegriffen und teilweise nekrotisch war. Die Ursache dafür ist unbekannt: Es lag weder eine Entzündung vor, noch gab es Hinweise auf Viren im Lebergewebe. Auch weitere Untersuchungen von verschiedenen Veterinär-Pathologen, Human-Pathologen und Toxikologen der Rechtsmedizin erbrachten keinen positiven Befund, der die Leberschäden hätte erklären können.
Was letztlich den Tod von Fritz verursacht hat, ist also weiter unklar. „Wir können nicht ausschließen, dass das Virus ihn geschwächt hat und dann etwas anderes hinzu kam“, sagt Greenwood. „Anders herum könnte seine Haupterkrankung (in der Leber) sein Immunsystem auch so geschwächt haben, dass das Virus erst dadurch eine Chance bekam, ihn zu infizieren.“ Die Forscher wollen nun im Gewebe des Eisbären nach spezifischen Antikörpern suchen, um testen zu können, ob auch andere Tierparkbewohner infiziert sind. „Auch wenn das Virus nach Einschätzung aller Experten nicht für den Tod des kleinen Eisbären verantwortlich ist, so zeigt der Befund doch, auf welch hohem, internationalem Niveau die Zoologischen Gärten Berlin und die Berliner Forschungseinrichtungen arbeiten und kooperieren“, lobt Zoo- und Tierparkdirektor Dr. Andreas Knieriem die enge Zusammenarbeit zwischen Tierpark Berlin und Leibniz-IZW.
Originalpublikation:
Dayaram A, Tsangaras K, Pavulraj S, Azab W, Groenke N, Wibbelt G, Sicks F, Osterrieder N, Greenwood AD (2018): A novel divergent polar bear associated mastadenovirus recovered from a deceased juvenile polar bear. mSphere. doi: 10.1128/mSphere.00171-18
01.08.2018, Ludwig-Maximilians-Universität München
Tiersystematik – So gleich und doch verschieden
Alle Scheibentiere sehen weltweit völlig identisch aus – trotzdem sind sie genetisch so divers, dass es LMU Wissenschaftlern nun nur durch vergleichende Genomik gelungen ist, unterschiedliche Gattungen zu definieren – ein Novum in der Tiersystematik.
Scheibentiere (Placozoa) hatten bislang eine exklusive Stellung im Tierreich. Sie galten als einziger Tierstamm, zu dem nur eine einzige Tierart gehört: Trichoplax adhaerens. Wissenschaftler um Professor Gert Wörheide vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften und dem GeoBio-Center der LMU haben nun nachgewiesen, dass in Hongkong gesammelte Scheibentiere sich von T. adhaerens genetisch stark unterscheiden. Die Wissenschaftler sequenzierten dessen Genom und fanden durch vergleichende Genomik so große Unterschiede zu T. adhaerens, dass diese Tiere nicht nur eine neue Art darstellen, sondern sogar eine neue Gattung bilden – und das, obwohl sich beide Arten morphologisch in nichts unterscheiden. Die Definition einer neuen Spezies rein durch vergleichende Genomik ist ein Novum in der Systematik von Tieren. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin PLOS Biology.
Scheibentiere sind die einfachsten vielzelligen Tiere und besitzen weder Muskel- noch Nervenzellen. Sie sind nur wenige Millimeter groß und haben einen scheibenartig abgeflachten Körper. Die Tiere kommen in allen tropischen und subtropischen Meeren vor. Weltweit sehen sie sowohl äußerlich als auch von der inneren Struktur her völlig identisch aus. Da die gängigen Methoden zur Beschreibung von Tierarten vor allem auf der Charakterisierung des Körperbaus beruhen, wurden alle gesammelten Scheibentiere bisher der Art T. adhaerens zugewiesen, die im Jahr 1883 erstmals beschrieben wurde. „Genetische Daten aufgrund kurzer DNA-Signatur-Sequenzen ließen aber bereits vermuten, dass es eine große Diversität innerhalb der Placozoen gibt. Dies legte die Vermutung nahe, dass die Placozoa in Wirklichkeit zahlreiche unterschiedliche Arten aufweisen“, sagt Wörheide.
Deshalb haben die Wissenschaftler das komplette Genom einer Scheibentier-Linie aus Hongkong sequenziert. Deren DNA-Signatur-Sequenzen deuteten darauf hin, dass sie verwandtschaftlich am weitesten von T. adhaerens entfernt ist, dessen Genom bereits im Jahr 2008 veröffentlicht wurde. „Basierend auf einer vergleichenden Genomanalyse haben wir dann eine neue Methode zur Beschreibung einer neuen Tierart entwickelt, die ausschließlich auf Genom-Daten beruht“, sagt Michael Eitel, der Erstautor der Studie. „Taxogenomics“ nennen die Forscher diesen Ansatz, bei dem unter anderem strukturelle Unterschiede der Chromosomen, die Anzahl der Gene, sowie Sequenzunterschiede ausgesuchter Proteine in die Analyse einbezogen werden.
Durch diese Methode wurden so große genetische Unterschiede ersichtlich, dass die Scheibentiere aus Hongkong nach Ansicht der Wissenschaftler nicht nur zu einer neuen Art gehören, sondern sogar Vertreter einer neuen Gattung sind, also einer höheren systematischen Kategorie. „Dies ist ein ganz neuer Ansatz. Niemals zuvor wurde eine neue Gattung ausschließlich auf der Basis von Genom-Daten beschrieben“, sagt Wörheide. Die neue Art wurde von den Wissenschaftlern Hoilungia hongkongensis getauft, was übersetzt „Hongkong Seedrache“ bedeutet – eine Anspielung darauf, dass Scheibentiere ihre Körperform verändern können wie der Drachenkönig der chinesischen Mythologie.
Die Wissenschaftler vermuten, dass Scheibentiere einen evolutiven Sonderweg eingeschlagen haben, bei dem sich die Artbildung ausschließlich in genetischen Unterschieden manifestiert, ohne dass es zu charakteristischen Unterschieden im Körperbau kommt. „Wir haben Hinweise gefunden, die auf eine stille, negative Selektion hindeuten: Neue morphologische Entwicklungen wurden möglicherweise unterdrückt. Wir stehen erst am Anfang der Forschung darüber, wie dieser Sonderweg der Placozoa zu erklären ist“, sagt Eitel.
Die Taxogenomics-Methode könnte auch für die detaillierte Untersuchung von Artbildungsprozessen bei anderen Tierarten eingesetzt werden. Insbesondere bei der Gruppe mikroskopisch kleiner Tiere wie Nematoden oder Milben, deren Arten optisch nur schwer voneinander abgegrenzt werden können, könnte die Methode nach Ansicht der Wissenschaftler hilfreich sein.
Publikation:
Comparative genomics and the nature of placozoan species
Michael Eitel, Warren R. Francis, Frédérique Varoqueaux, Jean Daraspe, Hans-Jürgen Osigus, Stefan Krebs, Sergio Vargas, Helmut Blum, Gray A. Williams, Bernd Schierwater, Gert Wörheide
PLOS Biology 2018
01.08.2018, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Tiere und Pilze fördern Leistungen von Wäldern
Eine neue Studie zeigt, dass neben der Vielfalt der Baumarten auch jene der Tier- und Pilzarten entscheidenden Einfluss hat auf die Leistungen von Wäldern. Zu diesen gehören unter anderem Holzproduktion, CO2-Speicherung und Klimaregulation. Die Studie basiert auf zehn Jahren Forschung in artenreichen Wäldern der Subtropen. Ein Forscherteam unter Federführung des Forschungszentrums iDiv und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat die Ergebnisse in der neuen Ausgabe der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Sie verdeutlichen, dass Biodiversität ganzheitlich betrachtet werden muss, um die Leistungsfähigkeit von Wäldern zu erhalten.
Weltweit besteht Sorge, dass ein durch den Menschen mitverursachter Verlust an Biodiversität das Funktionieren unserer Kultur- und Naturlandschaften beeinträchtigt. In Wäldern sind Bäume die auffälligsten und bestandsbildenden Organismen. Die Folgen verringerter Baumartenvielfalt lassen sich daher vergleichsweise gut erfassen. Wesentlich schwieriger wird es aber, wenn auch die Vielfalt der tausenden von teilweise winzigen Tier- und Mikroorganismenarten berücksichtigt werden soll, die als Pflanzenfresser, Schädlingskontrolleure oder Recyclingexperten wichtige Aufgaben in Wäldern übernehmen. Auswirkungen eines Verlustes dieser Artenvielfalt waren daher bisher schwer quantifizierbar. Dies ist nun nach jahrelanger Arbeit einem Team deutscher, chinesischer, schweizerischer und amerikanischer Forscher erstmals für besonders artenreiche, naturnahe Wälder in den Subtropen Chinas gelungen. Die Forschergruppe hat nicht nur die enorme Artenvielfalt von Käfern, Spinnen, Ameisen, Asseln und Pilzen in diesen Wäldern erfasst, sondern gleichzeitig eine Vielzahl von Prozessen, die für das Funktionieren der Wälder wesentlich sind. Dies beinhaltet zum Beispiel den Zuwachs an Holz, die Kontrolle von Bodenerosion, das Recycling von Nährstoffen, oder die biologische Kontrolle von potentiellen Schädlingen.
„Unsere Analysen zeigen, dass die Vielfalt an Tier- und Pilzarten auf zahlreiche wichtige Prozesse wirkt – zum Beispiel auf die Verfügbarkeit von Nährstoffen für das Baumwachstum“, so Dr. Andreas Schuldt, Erstautor der Studie, vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. „Um zu verstehen, warum und wie sich ein Verlust von Biodiversität auf diese Wälder auswirkt, reicht es daher nicht, sich nur auf die Bäume und deren Artenvielfalt zu konzentrieren“. Auch der Artenreichtum von Pflanzenfressern und deren Gegenspielern war von Bedeutung, eine wichtige Erkenntnis im Hinblick auf zukünftig zu erwartende Intensivierungen und die mögliche Kontrolle von Schädlingsbefall mit fortschreitendem Klimawandel. Zudem fanden die Forscher, dass neben Tieren und Pilzen weniger die Zahl an Baumarten, sondern deren funktionelle Eigenschaften und die daraus resultierende Zusammensetzung an unterschiedlichen Baumartentypen die Multifunktionalität der Waldbestände beeinflusst. „Unser bisheriges Wissen zu Beziehungen zwischen Multifunktionalität und Biodiversität stammt vor allem aus vergleichsweise artenarmen Wäldern Europas und Nordamerikas“, sagt Prof. Helge Bruelheide, Sprecher der Forschergruppe und Senior-Autor der Studie. „Wir können jetzt erstmals zeigen, dass solche Beziehungen in den extrem artenreichen Subtropen und Tropen einer eigenen Dynamik folgen. Dies ist wichtig zu verstehen, weil gerade diese Wälder eine große Bedeutung für globale Stoffkreisläufe und für uns Menschen haben“.
Die Ergebnisse der Studie erlauben Ableitungen auch für das Management von Wäldern unter sich verändernden Umweltbedingungen und liefern daher wichtige Grundlagendaten. Ermöglicht wurden diese Einsichten durch die langjährige Förderung der Biodiversitätsforschung und des Projektes durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).
Originalpublikation:
Schuldt A, Assmann T, Brezzi M, Buscot F, Eichenberg D, Gutknecht J, Härdtle W, He JS, Klein AM, Kühn1 P Liu X, Ma KP, Niklaus PA, Pietsch KA, Purahong W, Scherer-Lorenzen M, Schmid B, Scholten T, Staab M, Tang ZY, Trogisch S, von Oheimb G, Wirth C, Wubet T, Zhu CD, Bruelheide H (2018) Biodiversity across trophic levels drives multifunctionality in highly diverse forests. Nature Communications 9, Article number: 2989 (2018). Open. Published: 31 July 2018
DOI: 10.1038/s41467-018-05421-z
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05421-z
01.08.2018, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Was wissen die Deutschen über die Fische in Ihren Flüssen?
Bachforelle, Äsche, Barbe, Brachse und Kaulbarsch – muss man nicht kennen, kann man aber. Denn diese Fischarten sind die sogenannten Leitfische in den verschiedenen Abschnitten eines Flusses. Ihr Vorkommen steht stellvertretend für den Zustand eines Flusses. WissenschaftlerInnen vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben erstmals eine multinationale Bevölkerungsbefragung zum Thema Fische und Artenvielfalt in Flüssen durchgeführt. Mit dem Ergebnis: Die Befragten in Deutschland kennen nur wenige Fischarten, eine gute ökologische Qualität der Flüsse ist ihnen dennoch sehr wichtig.
Für die Umfrage wurden je 1000 Personen in Deutschland und drei weiteren europäischen Ländern zu ihrer Wahrnehmung der Artenvielfalt in Flüssen befragt. „Unsere Annahme, dass das Wissen über Süßwasserfische in der deutschen Bevölkerung eher begrenzt ist, hat sich in unserer Studie bestätigt. Regenbogenforelle und Bachsaibling, die im 19. Jahrhundert aus Nordamerika eingeführt wurden, werden überwiegend für heimisch gehalten, der einst heimische Atlantische Lachs hingegen von den Deutschen vornehmlich in Skandinavien und nicht mehr hierzulande verortet. Das hat uns überrascht, weil der Lachs in Artenschutzkreisen gerne als Flaggschiffart für den Fließgewässerschutz genutzt wird und sowohl im Rhein als auch in der Elbe über Besatz wiederangesiedelt wird“, berichtet die Erstautorin der Studie Dr. Sophia Kochalski, Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Integratives Angelfischereimanagement am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB).
Aus den Augen aus dem Sinn?
Das Gros der Befragten in Deutschland hat schon einmal vom Stör gehört, aber nur die Hälfte wusste, dass es sich um eine einheimische Art handelt. Durch Überfischung und Wanderhindernisse wie Dämme und Wehre gilt unser größter heimischer Süßwasserfisch seit 40 Jahren als ausgestorben und ist so – wie auch der Lachs – langsam aus dem kollektiven Gedächtnis verschwunden.
Die Verschmutzung der Flüsse wurde von den Befragten einhellig als die größte Bedrohung für deren Artenvielfalt wahrgenommen. Bedrohungen, die weniger sichtbar als die Wasserverschmutzung sind, werden von der Gesellschaft auch als weniger bedrohlich eingestuft. Dazu zählen zum Beispiel der Verlust von Lebensräumen, der Klimawandel und die Ausbreitung nichtheimischer Tiere und Pflanzen. Es sind aber gerade diese Faktoren, die die biologische Vielfalt in Flüssen besonders bedrohen.
Laut aktueller Roter Liste ist ein Drittel der Fischarten in europäischen Flüssen und Seen bedroht oder bereits ausgestorben. Zwar ist die chemische Wasserqualität dank optimierter Klärwerktechnologien immer besser geworden, die ökologische Qualität der Flüsse aber ist weiterhin stark eingeschränkt. Der Grund: Viele Flüsse wurden für den Hochwasserschutz, die Schifffahrt und die Energiegewinnung begradigt oder aufgestaut. In diesen stark verbauten Fließgewässern finden viele Fische keine geeigneten Laich- und Aufwuchsplätze. Wandernde Fischarten wie Lachse, Störe oder Aale werden von Dämmen und Stauwehren aufgehalten und so an der Fortpflanzung gehindert.
Fischkenntnis ist keine Bedingung für Flussverbundenheit
Aus anderen Studien ist bekannt, dass Umweltschutz und ein respektvoller Umgang mit der Natur einen hohen Stellenwert in Deutschland haben. Die Umfrage der IGB-WissenschaftlerInnen zeigt besonders in Bezug auf heimische Fische das gleiche Bild: Den Befragten ist es nicht wichtig, ob sie oder jemand anderes einen Fisch unmittelbar nutzen könnten. Stattdessen sind sie dafür, dass gefährdete Fischarten um ihrer selbst willen geschützt werden. Es dürfte ermutigend für die aktuell laufenden Wiederansiedlungsprojekte von Lachsen und Stören in Deutschland sein, dass die Befragten solchen Besatzmaßnahmen gegenüber generell sehr positiv eingestellt sind.
„Spezifisches ökologisches Wissen ist offenbar gar nicht so entscheidend dafür, ob die Deutschen den Schutz der Flüsse wertschätzen oder nicht. Die Befragten sind zu ihren Überzeugungen und Einstellungen über tieferliegende naturverbundene Werte gelangt. Allerdings ist der Weg von der eigenen Einstellung zum tatsächlichen Handeln weit. Für den praktischen Gewässer- und speziell den Fischartenschutz in Deutschland schlagen wir daher vor, verstärkt mit ausgewählten Akteuren, die sich bereits für Gewässer und das Leben darin begeistern, zusammenzuarbeiten. Dazu gehören zum Beispiel Angler und Wildtierbeobachter, aber auch Künstler und Historiker, die mit ihren Bildern und Texten einen Blick unter die Wasseroberfläche gewähren und so für die Sache Fisch sensibilisieren können“, leitet Sophia Kochalski einige Handlungsempfehlungen aus den Studienergebnissen ab.
Wer Menschen für die Bedrohung von Fischen sensibilisieren möchte, muss die kulturelle Einbettung der Fische berücksichtigen. In Ländern wie Norwegen, wo Flussfische wie Lachse wirtschaftlich und kulturell von großer Bedeutung und die Bedrohung der Wildfischbestände medial gut aufgearbeitet wird, ist es sinnvoll, Gewässerschutzprojekte rund um die Fische als Flaggschiffarten zu entwickeln. „Die gesellschaftliche Sensibilisierung für Gewässer- und Fischartenschutzprojekte in Ländern wie Deutschland, in denen sich die Bevölkerung eher abstrakt für eine intakte Natur interessiert und wenig ‚Fischwissen‘ aufweist, gelingt hingegen besser, wenn der Nutzen eines ökologisch gesunden Ökosystems für den Einzelnen und die Gesellschaft hervorgehoben wird. Das dafür nötige saubere Wasser und freifließende Flüsse sind am Ende auch Flusseigenschaften, die bedrohten Wanderfischen wie Lachs und Stör zugutekommen“, fasst Studienleiter Prof. Dr. Robert Arlinghaus, Fischereiwissenschaftler am IGB und der Humboldt-Universität zu Berlin, eine wesentliche Schlussfolgerung der Studie zusammen.
Anmerkungen zur Studie:
Die repräsentative Online-Umfrage wurde von MitarbeiterInnen des IGB erstellt und vom LINK Institut für Markt- und Sozialforschung (heute: Forsa) durchgeführt. Die Antworten entstammen repräsentativen Stichproben aus Deutschland, Frankreich, Norwegen und Schweden. In jedem Land wurden 1000 Menschen zwischen 16 und 74 Jahren befragt. Dabei sind Alter, Geschlecht und Bildungsniveau in der Zufallsstichprobe entsprechend der jeweiligen Gesamtbevölkerung verteilt. Details zum Auswahlverfahren: https://forsa.de/site/fragen.htm
Originalpublikation:
Kochalski, S. , Riepe, C. , Fujitani, M. , Aas, Ø. and Arlinghaus, R. (2018) Public perception of river fish biodiversity in four European countries. Conservation Biology. Accepted Author Manuscript. doi:10.1111/cobi.13180
02.08.2018, Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)
Back-to-back: Aktuelle Studien zur Langlebigkeit von Nacktmullen
Nacktmulle können um ein Vielfaches älter als andere Nagetiere wie Maus, Ratte und Meerschweinchen werden. Sie werden als langlebig bezeichnet; genau wie der Mensch mit einer maximalen Lebenserwartung von ca. 120 Jahren. Die Untersuchung der genetischen und molekularen Ausstattung langlebiger Tiere im Vergleich mit kurzlebigen Spezies sollte somit zu wichtigen Erkenntnissen auf dem Weg zu einem langen und gesunden Leben führen. Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung (FLI) haben nun zusammen mit Kollegen anderer Forschungseinrichtungen zwei aktuelle „Back-to-back“-Studien zu Fragen der Langlebigkeit von Nacktmullen in der Fachzeitschrift BMC Biology veröffentlicht.
Jena. Eine evolutionäre Theorie des Alterns, die sogenannte „Wegwerfkörpertheorie“ (Disposable Soma Theory of Aging), geht davon aus, dass jedem Organismus während seines Lebens nur begrenzte Energieressourcen zur Verfügung stehen. Diese Ressourcen müssen sowohl für die Erhaltung des Körpers als auch für die Fortpflanzung genutzt werden. Arten, die aufgrund äußerer Gefahren mit einer hohen Mortalität (Sterblichkeit) konfrontiert sind, investieren mehr Energie in die Fortpflanzung, um das Überleben ihrer Art zu sichern. Umgekehrt scheinen Arten, die niedrigeren Gefahren ausgesetzt sind, ihre Ressourcen vorwiegend zur Erhaltung des Organismus einzusetzen. Das heißt, solche Arten halten ihren Körper „gesund“, was zu einer längeren Fortpflanzungsphase während ihres langen Lebens führt.
Nacktmulle (Heterocephalus glaber) gelten als besonders langlebig unter den Nagetieren; im Vergleich zu Mäusen, Ratten und Meerschweinchen können sie mit bis zu 30 Jahren um ein Vielfaches älter werden. Dabei bleiben diese mausgroßen Tiere bis ins hohe Alter gesund und fortpflanzungsfähig. Bei der Untersuchung von solchen außergewöhnlich langlebigen Tieren stellt sich daher die Frage, welche molekularen oder genetischen Eigenschaften das lange und gesunde Leben erklären können.
Forscherteams des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena haben mit Kollegen anderer Forschungseinrichtungen die genetische und molekulare Ausstattung von Nacktmullen im Vergleich zu anderen Spezies untersucht. Diese zwei „Back-to-back“-Studien zu Fragen der Langlebigkeit von Nacktmullen wurden jetzt in der Fachzeitschrift BMC Biology veröffentlicht.
Geschlechtsreife und langes Leben
In der ersten Studie haben Forscher um Dr. Martin Bens vom Leibniz-Institut für Alternsforschung zusammen mit Wissenschaftlern vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) den Zusammenhang zwischen Fortpflanzung und Langlebigkeit von Nacktmullen untersucht. Nacktmulle leben in unterirdischen Bauten in den Halbwüsten Ostafrikas in großen eusozialen Kolonien (Staatenbildung). In einer Kolonie sorgen nur die Königin und ein bis drei Männchen für den Nachwuchs. Im Gegensatz zu eusozialen Bienenvölkern sind in den Nacktmullkolonien prinzipiell alle Tiere zur Fortpflanzung fähig. Ihre sexuelle Reifung wird jedoch durch die Anwesenheit des „Königspaares“ unterdrückt.
Zur Untersuchung der Auswirkung des Wechsels vom Arbeiter zum König bzw. zur Königin, wurden fortpflanzungsinaktive männliche und weibliche Arbeiter aus einer Kolonie entnommen und mit einem nicht verwandten Partner aus einer anderen Kolonie verpaart. Dies veranlasst die Tiere, einen neuen Staat zu gründen und sie beginnen sich fortzupflanzen. Basierend auf Transkriptomanalysen verglichen die Wissenschaftlicher anschließend die Gewebe fortpflanzungsaktiver und -inaktiver Tiere miteinander. Die gewonnenen Ergebnisse wurden dann mit denen von fortpflanzungsaktiven und -inaktiven Meerschweinchen (Caviidae) verglichen; enge Verwandte des Nacktmulls mit vergleichsweise kurzer Lebensspanne.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass zwischen Nacktmullen und Meerschweinchen mehr als die Hälfte der untersuchten Gene unterschiedlich exprimiert sind und diese Gene besondere alternsbezogene Merkmale aufweisen“, berichtet Dr. Bens. „Während bei den fortpflanzungsinaktiven Nacktmullen und Meerschweinchen in den molekularen Signaturen zwischen Weibchen und Männchen keine signifikanten Unterschiede auftraten, wiesen Nacktmulle im Verlauf der sexuellen Reifung nicht nur Veränderungen bei den Geschlechtsmerkmalen, sondern auch in den Genexpressionsprofilen ihrer Gewebe auf“, so Dr. Bens weiter.
Die Forschungsergebnisse liefern außerdem Hinweise auf eine verlängerte Lebensdauer: Wenn Nacktmulle den Prozess der sexuellen Reifung durchlaufen und somit fruchtbar werden, dann treten molekulare Signaturen auf, die mit einer verlängerten Lebens- und Gesundheitsspanne verbunden sind. Im Gegensatz dazu verringern sich bei Meerschweinchen solche molekularen Netzwerke. Dieses Ergebnis passt zur langen Lebensdauer von Nacktmull-Königinnen von bis zu 30 Jahren; trotz fortwährender Zeugung von ca. 40 Nachkommen pro Jahr.
Ja – sie altern doch!
Aktuelle Studien, die auf demographischen Profilen von Nacktmullen basierten, zeigten, dass das Sterberisiko der Tiere mit dem Alter nicht zunimmt. Dies wurde als Hinweis darauf gedeutet, dass Nacktmulle nicht altern. In der zweiten Studie in der Fachzeitschrift BMC Biology haben Forscher vom FLI zusammen mit Partnern des IZW und dem Institut für Anästhesiologische Pathophysiologie und Verfahrensentwicklung des Universitätsklinikums Ulm den Alternsprozess von Nacktmullen auf molekularer Ebene untersucht. Zur Identifizierung von Faktoren, die langlebige von kurzlebigen Spezies unterscheiden, verglichen sie die Leber von Nacktmullen mit der von Meerschweinchen.
Durch Kombination proteomischer und transkriptomischer Methoden konnten die Forscher Unterschiede in der Zusammensetzung der Mitochondrien, den „Kraftwerken der Zelle“, nachweisen. „Im Vergleich Nacktmull zu Meerschweinchen fanden wir zwischen den beiden Arten unterschiedliche Wege zur Energiegewinnung“, erklärt Dr. Alessandro Ori, Juniorgruppenleiter am FLI und Hauptautor der Studie. Nacktmulle können beispielsweise Fettsäuren besser nutzen. „Außerdem konnten wir durch Untersuchung der Leber von jungen und alten Nacktmullen alternsabhängige Veränderungen des Proteinspiegels feststellen. Für uns ein Hinweis, dass auch beim Nacktmull Alternsprozesse ablaufen“.
Interessanterweise wird beim Altern der Nacktmulle in der Leber die gleiche Gruppe von Proteinen beeinflusst, die beim Menschen für die Eliminierung toxischer Substanzen verantwortlich ist. Das weist auf einen direkten Zusammenhang zwischen den Alternsprozessen dieser beiden Spezies hin. Im Hinblick auf die These, dass Nacktmulle nicht altern, belegen die jüngsten Ergebnisse, das Nacktmulle auf molekularer Ebene doch altern, jedoch nur gering. „Nun müssen wir untersuchen, ob die beobachteten molekularen Veränderungen während des Lebens von Nacktmullen deren Gesundheit beeinflusst und ihre Lebenserwartung einschränkt, wie das etwa bei anderen Modellorganismen in der Alternsforschung, wie z.B. bei den Fadenwürmern C. elegans, der Fall ist“.
Publikationen
Naked mole-rat transcriptome signatures of socially-suppressed sexual maturation and links of reproduction to aging. Bens M, Szafranski K, Holtze S, Sahm A, Groth M, Kestler HA, Hildebrandt TB, Platzer M. BMC Biology 2018, https://doi.org/10.1186/s12915-018-0546-z.
Species comparison of liver proteomes reveals links to naked mole-rat longevity and human aging. Heinze I, Bens M, Calzia E, Holtze S, Dakhovnik O, Sahm A, Kirkpatrick J, Szafranski K, Romanov N, Holzer K, Singer S, Ermolaeva M, Platzer M, Hildebrandt TB, Ori A. BMC Biology 2018, https://doi.org/10.1186/s12915-018-0547-y
