Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

13.02.2024, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Wüstenameisen: Das Magnetfeld kalibriert das Navi
Wüstenameisen finden während einer frühen Lernphase mithilfe des Magnetfelds der Erde ihren Weg. Der damit verbundene Lernprozess hinterlässt in ihrem Nervensystem deutliche Spuren. Das zeigt eine neue Studie eines Würzburger Forschungsteams.
Sie sind nur wenige Zentimeter groß, und ihr Gehirn ist mit weniger als einer Million Neuronen vergleichsweise einfach strukturiert. Dennoch besitzen Wüstenameisen vom Typ Cataglyphis Fähigkeiten, die sie von vielen anderen Lebewesen unterscheiden: Die Tiere sind dazu in der Lage, sich am Magnetfeld der Erde zu orientieren.
Sichtbare Veränderungen im Nervensystem
Das hat ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg bereits vor einigen Jahren herausgefunden. Unbekannt war bislang allerdings, wo im Gehirn der Ameisen die Magnet-Informationen verarbeitet werden. Das hat sich nun geändert: In einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift PNAS – Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigt das Team, dass Informationen über das Erdmagnetfeld in erster Linie im internen Kompass der Ameisen, dem sogenannten zentralen Komplex, und in den Pilzkörpern, den Lern- und Gedächtniszentren der Tiere, verarbeitet werden.
Verantwortlich für diese Studie waren Professor Wolfgang Rössler, Inhaber des Lehrstuhls für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), Dr. Pauline Fleischmann, ehemalige Wissenschaftlerin am Lehrstuhl für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie und jetzt Mitglied der Arbeitsgruppe Neurosensorik / Animal Navigation der Universität Oldenburg, sowie Dr. Robin Grob, der von Rösslers Lehrstuhl mittlerweile an die Norwegian University of Science and Technology in Trondheim gewechselt ist.
Erste Erkundungsgänge zum Kalibrieren
„Bevor eine Ameise zum ersten Mal ihr unterirdisches Nest verlässt und sich auf Futtersuche begibt, muss sie ihr Navigationssystem kalibrieren“, erklärt Pauline Fleischmann den Hintergrund der Arbeit. Bei sogenannten Lernläufen erkunden die Tiere dann die nähere Umgebung rund um den Nesteingang und drehen wiederholt Pirouetten um die eigene Körperachse mit kurzen Zwischenstopps. Während dieser Pausen blicken sie immer exakt in Richtung des Nesteingangs zurück, obwohl sie diesen – ein winziges Loch im Boden – nicht sehen können.
Dank ihrer Feldstudien in Südgriechenland, wo Cataglyphis-Ameisen heimisch sind, konnte Fleischmann zusammen mit ihren Kollegen damals nachweisen, dass sich Wüstenameisen in der Phase der Lernläufe am Magnetfeld der Erde orientieren. Auch jetzt waren Pauline Fleischmann und Robin Grob wieder vor Ort in Griechenland. Diesmal untersuchten sie allerdings nicht nur das Orientierungsverhalten der Ameisen, während das Magnetfeld manipuliert wurde, sondern suchten parallel nach Veränderungen im Nervensystem von Cataglyphis als Ausdruck des neu erlernten Wissens.
Ein fehlerhaftes Magnetfeld stört den Lernprozess
Dabei konzentrierten sich die Zoologen auf junge Arbeiterinnen, die noch keine Lernläufe unternommen hatten. Erst im Rahmen der präzise durchgeplanten Experimente durften sich die Tiere auf den Weg machen – mal unter natürlichen Bedingungen, mal in einem permanent manipulierten Magnetfeld, das zum Beispiel chaotische Richtungen anzeigte oder keine horizontale Orientierung ermöglichte. Mit diesen fehlerhaften Richtungsinformationen war es nicht als zuverlässiges Referenzsystem für das Verhalten der Ameisen geeignet, während der Lernläufe zum Nesteingang zurückzublicken.
Das Ergebnis: „Unsere neuroanatomischen Gehirnanalysen zeigen, dass Ameisen, die einem veränderten Magnetfeld ausgesetzt waren, ein geringeres Volumen und weniger synaptische Komplexe in einem Gehirnareal aufweisen, das für die Integration visueller Informationen und das Lernen zuständig ist, dem sogenannten Pilzkörper“, erklären Fleischmann und Grob. Im Zentralkomplex, der Region des Ameisenhirns, in der die räumliche Orientierung verankert ist, zeigte sich unter bestimmten Bedingungen derselbe Befund.
Die Zahl der synaptischen Verbindungen steigt
Wüstenameisen, die ihre ersten Ausflüge unter natürlichen Bedingungen machen durften, unterschieden sich davon deutlich. Ihre sensorischen Erfahrungen, eine Kombination aus Informationen über das Magnetfeld, den Verlauf des Sonnenstands und die visuelle Umgebung, stießen einen Lernprozess an, der mit strukturellen Veränderungen der Neuronen und einer Zunahme der synaptischen Verbindungen in den erwähnten Gehirnregionen einherging.
Dies lässt nach Ansicht der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Schluss zu, dass die magnetische Information nicht nur als Kompass für die Navigation dient, sondern auch als globales Referenzsystem, das für die Bildung des räumlichen Gedächtnisses entscheidend ist.
Auf der Suche nach dem Sinnesorgan
Die Ergebnisse ihrer Experimente beweisen, „dass Ameisen einen funktionsfähigen Magnetkompass während ihrer Lernläufe brauchen, um ihren visuellen Kompass zu kalibrieren und gleichzeitig Bilder der Nestumgebung im Langzeitgedächtnis abzuspeichern“, wie Pauline Fleischmann und Robin Grob sagen. Zugleich strahlen sie weit über das Gebiet der Kompass-Kalibrierung bei Ameisen hinaus. Wolfgang Rössler betont, „dass die Ergebnisse wertvolle Hinweise liefern, wie multisensorische Reize neuronale Plastizität von Gehirnschaltkreisen für Navigation in einer kritischen Phase der Gehirnreifung beeinflussen können.“
In einem nächsten Schritt will das Team nun untersuchen, in welchem Sinnesorgan die Wüstenameise die Magnetinformation empfängt und über welche Sinnesbahnen diese weitergeleitet und verarbeitet werden. Dies sei bis jetzt bei noch keiner Tierart gelungen, die sich am Magnetfeld der Erde orientiert. Aufgrund ihres überschaubaren und relativ kleinen Nervensystems bieten Insekten, zu denen Cataglyphis gehört, eine einzigartige Gelegenheit, die neuronalen Grundlagen der magnetischen Orientierung auf allen Ebenen zu erforschen.
Originalpublikation:
Importance of Magnetic Information for Neuronal Plasticity in Desert Ants. Robin Grob, Valentin L. Müller, Kornelia Grübel, Wolfgang Rössler, Pauline N. Fleischmann. PNAS Online-Publikation vom 12.02.2024, https://doi.org/10.1073/pnas.2320764121 Weiterlesen

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Portrait: Fuchskusu

Unterklasse: Beuteltiere (Marsupialia)
Überordnung: Australidelphia
Ordnung: Diprotodontia
Familie: Kletterbeutler (Phalangeridae)
Gattung: Kusus (Trichosurus)
Art: Fuchskusu (Trichosurus vulpecula)

Fuchskusu (Naturkundemuseum Coburg)

Der Fuchskusu ist circa 35 bis 55 cm groß und hat einen 25 bis 40 cm langen Schwanz. Das Männchen wiegt bis 4,5 kg, die Weibchen nur 1,5–3,5 kg. Aufgrund des großen Verbreitungsgebietes ist die Färbung variabel. Die meisten Exemplare sind grau und der körperferne Abschnitt des buschigen Schwanzes ist schwarz. Die Unterseite des letzten Schwanzdrittels ist haarlos und kann zum Greifen verwendet werden. Die Fuchskusus im Süden von Tasmanien und die in Neuseeland eingeführten Tiere haben ein längeres, dickeres Fell. Unter ihnen treten oft Exemplare mit sehr dunklem, fast schwarzem Fell auf. Von allen anderen Kusuarten kann der Fuchskusu leicht durch seine großen Ohren unterschieden werden. Weiterlesen

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Portrait: Roter Apollo

Klasse: Insekten (Insecta)
Ordnung: Schmetterlinge (Lepidoptera)
Familie: Ritterfalter (Papilionidae)
Unterfamilie: Parnassiinae
Gattung: Parnassius
Art: Roter Apollo (Parnassius apollo)

Roter Apollo (Jacob Hübner)

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Portrait: Pelikanaal

Kohorte: Elopomorpha
Ordnung: Aalartige (Anguilliformes)
Unterordnung: Pelikanaalartige (Saccopharyngoidei)
Familie: Eurypharyngidae
Gattung: Pelikanaale
Art: Pelikanaal (Eurypharynx pelecanoides)

Der Pelikanaal lebt in allen gemäßigten und tropischen Weltmeeren in Tiefen von 500 bis 7500 Metern. Die meisten der über 250 bisher gefangenen Tiere kamen aus dem tropischen Atlantik, aus einer Tiefe von 1400 bis 2800 Meter. Der bis zu einem Meter lang werdende Pelikanaal ist die einzige bekannte Art in der Familie Eurypharyngidae. Weiterlesen

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Kraniche

Grauhals-Kronenkranich
Jungfernkranich
Weißnackenkranich

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Geier

Gänsegeier
Mönchsgeier
Schmutzgeier

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Entenvögel

Hausente
Hausgans
Hühnergans

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Blauer Pfau

Blauer Pfau

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Eulen

Bartkauz
Schnee-Eule
Waldkauz

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Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

04.02.2024, Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) im Forschungsverbund Berlin e.V.
Das infektiöse Gibbon-Affen-Leukämie-Viren kolonisiert das Genom eines Nagetiers in Neuguinea
Ein Forschungsteam beobachtet einen seltenen, aktuellen Fall von Retrovirus-Integration. Retroviren sind Viren, die sich vermehren, indem sie ihr genetisches Material in das Erbgut einer Wirtszelle einbauen. Ist die infizierte Zelle eine Keimzelle, kann das Retrovirus anschließend als „endogenes“ Retrovirus (ERV) an Nachkommen weitergegeben werden und sich als Teil des Wirtsgenoms in einer Art verbreiten. In Wirbeltieren sind ERVs allgegenwärtig und machen bis zu 10% des Wirtserbgutes aus. Die meisten Retrovirus-Integrationen sind sehr alt, teilweise abgebaut und inaktiv – ihre anfänglichen Auswirkungen auf die Gesundheit des Wirts sind durch Millionen von Jahren der Evolution nivelliert.
Ein Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) entdeckte nun einen aktuell ablaufenden Fall der Retrovirus-Kolonisation in einem Nagetier aus Neuguinea, der Weißbauch-Mosaikschwanzratte. In der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ beschreiben sie diesen Fall als ein neues Modell für die Virus-Integration in Wirts-Erbgüter. Mit den dabei gemachten Beobachtungen können wir in Zukunft besser verstehen, wie Retroviren die Wirtsgenome umprogrammieren.
Retroviren, wie der Erreger von AIDS (HIV-1), integrieren sich während ihres Lebenszyklus in das Genom derjenigen Wirtszellen, die sie infizieren. Geschieht dies in der Keimbahn (Eizellen oder Zellen, die Spermien produzieren), kann das Retrovirus auf diesem Wege tatsächlich selbst ein Gen des Wirts werden. Dieser Prozess kommt offensichtlich häufig vor, da bis zu 10 Prozent der Genome der meisten Wirbeltiere aus den Überresten solcher uralten Infektionen bestehen. Eines der am besten untersuchten Modelle dieses Prozesses ist das Koala-Retrovirus (KoRV), das derzeit das Genom des Koalas kolonisiert. „Was mit dem Virus und dem Wirt während dieses Prozesses der Genomkolonisierung geschieht, wissen wir nicht genau, da die meisten derartigen Ereignisse vor Millionen von Jahren stattfanden und wir nur die übriggebliebenen ‚Fossilien‘ der alten Retroviren sehen“, erklärt Prof. Alex Greenwood, Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten am Leibniz-IZW. „Auch wissen wir nicht, was der Wirt während des Übergangsprozesses gesundheitlich erlitten hat. Das Koala-Retrovirus (KoRV) ist ein Modell für diesen Prozess, der in Echtzeit abläuft und bei dem wir beobachten können, welche Auswirkungen die Genomkolonisierung für das Wirtstier hat.“
Es gibt nun einige Hinweise darauf, dass mit KoRV verwandte Viren in Nagetieren und Fledermäusen in Papua-Neuguinea und Indonesien zirkulieren. Eine Gruppe unter Leitung von Greenwood und Dr. Saba Mottaghinia, ehemalige Doktorandin in der Abteilung von Greenwood am Leibniz-IZW, untersuchte 278 Proben von sieben Fledermaus- und einer Nagetierfamilie, die nur in Australien und Neuguinea vorkommen, also dort endemisch sind. Die Forschenden haben ein Retrovirus entdeckt, das aktuell das Genom eines endemischen Nagetiers aus Neuguinea besiedelt, die Weißbauch-Mosaikschwanzratte (Melomys leucogaster). Dies ist nach KoRV erst das zweite Beispiel aus dieser Region für ein Retrovirus, das ein Genom kolonisiert und dabei weiterhin einen funktionellen viralen Lebenszyklus beibehält.
Die Gibbon-Affen-Leukämie-Viren (GALV), eine Gruppe von Viren, die in den 1960er Jahren in Gibbons und Wollaffen in einer Forschungseinrichtung in Thailand entdeckt wurden, sind sehr eng mit KoRV verwandt. Dies ist eine überraschende Verwandtschaft, da eine geografische Barriere, die so genannte Wallace-Linie, die Tierwelt Südostasiens von der Tierwelt Indonesiens, Papua-Neuguineas und Australiens trennt. Es gab jedoch Hinweise darauf, dass die Gibbons und Wollaffen in der Forschungseinrichtung mit Viren aus Papua-Neuguinea infiziert wurden. „Die Entdeckung von GALV-ähnlichen Viren bei Nagetieren und Fledermäusen in indonesischen und australischen Nagetieren und Fledermäusen aus Neuguinea deutet darauf hin, dass diese Viren und möglicherweise auch KoRV ihren Ursprung in Neuguinea haben“, sagt Greenwood, der das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierte Forschungsprojekt initiierte.
Das Leibniz-IZW-Team untersuchte gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Charité, des Robert-Koch-Instituts, des Max Delbrück Center, der Universität Nikosia, der California State University Fullerton, des South Australian Museum und des Museums Victoria 278 Fledermaus- und Nagetierproben aus Australien und Neuguinea auf KoRV und GALV-ähnliche Viren. Sie entdeckten ein GALV, das Woolly Monkey Virus (WMV) in einer Population der in Neuguinea heimischen Weißbauch-Mosaikschwanzratte (Melomys leucogaster). Bei fünf der Ratten aus zwei Sammelstellen Neuguineas war das WMV an der gleichen Stelle in das Genom integriert, was darauf hindeutet, dass es sich als Gen und nicht durch Infektion verbreitet hat. Es ist also bereits Teil des Genoms der Art geworden. In anderen Weißbauch-Mosaikschwanzratten-Populationen fehlte das Virus jedoch, ähnlich wie bei KoRV bei Koalas, wo alle im nördlichen Australien lebenden Koalas KoRV in ihrem Genom haben, während es im Süden Australiens Koalas gibt, die kein intaktes KoRV aufweisen. Das Virus, das nun als „complete Melomys Woolly Monkey Virus“ (cMWMV) bezeichnet wird, konnte in Labor-Experimenten Zelllinien infizieren, neue virale Nachkommen produzieren und war elektronenmikroskopisch als Viruspartikel sichtbar, die sich von der Zellmembran lösten. Das Virus war sogar empfindlich gegenüber dem antiretroviralen Medikament AZT.
„Das Virus weist alle Merkmale eines exogenen infektiösen Retrovirus auf, ist aber endogen. Es handelt sich wahrscheinlich um ein sehr junges Kolonisierungsereignis, viel jünger noch als KoRV“, sagt Mottaghinia, die Hauptautorin des Aufsatzes in den „Proceedings of the National Academy of Sciences“. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass cMWMV ein neues Modell für die retrovirale Besiedlung des Wirtsgenoms ist, die wie bei KoRV gegenwärtig in Echtzeit erfolgt. Die Forschungsergebnisse legen außerdem nahe, dass GALVs wie WMV ihren Ursprung in der vielfältigen Fauna Neuguineas haben. Die Entdeckungen in Neuguinea sind mit Sicherheit noch nicht erschöpft. „Es gibt Hunderte von Arten aus dieser Region, die noch nicht untersucht wurden, was darauf hindeutet, dass noch viel mehr Viren und mögliche Modelle der Virenintegration in dieser Region existieren“, so Greenwood.
Das Autorenteam widmet die Studie Ken P. Aplin vom South Australian Museum, der leider im Laufe des Projekts verstorben ist.
Originalpublikation:
Mottaghinia S, Stenzel S, Tsangaras K, Nikolaidis N, Laue M, Müller K, Hölscher H, Löber U, McEwen GK, Donnellan SC, Rowe KC, Aplin KP, Goffinet C, Greenwood AD (2024): A Recent Gibbon Ape Leukemia Virus Germline Integration in a Rodent from New Guinea. Proceedings of the National Academy of Sciences 121 (6) e2220392121. DOI: 10.1073/pnas.222039212 Weiterlesen

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