30.03.2020, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Riesiges Erbgut des Störs entschlüsselt: Lebendes Fossil mit bewegter Genomevolution
Störe lebten schon vor 300 Millionen Jahren auf der Erde und haben sich äußerlich seitdem kaum verändert. Einem Team von Forschern aus Würzburg und Berlin ist es jetzt gelungen, ihr höchst komplexes, weil vielfach verdoppeltes, Erbgut zu entschlüsseln. Sie haben damit ein bislang fehlendes Puzzleteil zum Verständnis der Genomevolution der Wirbeltiere geliefert.
Sie werden bisweilen auch „Methusalem der Süßwasserfische“ genannt: Störe und ihre nahen Verwandten. Fossilienfunde beweisen, dass sie bereits vor 250 Millionen Jahren existierten und sich seitdem zumindest rein äußerlich nur wenig verändert haben. Kein Wunder, dass schon Charles Darwin sie als „lebende Fossilien“ bezeichnete. Aber, obwohl sie sich äußerlich nicht verändert haben, zeichnen sie sich innerlich durch fundamentale Umstrukturierungen des Genoms aus; denn sie haben ihren Chromosomensatz mehrfach verdoppelt.
Wissenschaftlern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) ist es jetzt gemeinsam mit Kollegen in Konstanz, Frankreich und Russland gelungen, das Genom einer Störart, des Sterlets (Acipenser ruthenus), zu entschlüsseln. Sie konnten zeigen, dass sich auch das Erbgut seit der Blütezeit der Dinosaurier nur wenig verändert hat. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution stellen sie die Ergebnisse ihrer Arbeit vor.
Vorfahren der Wirbeltiere
„Stör-Genome sind ein wichtiges Puzzleteil, um die Abstammung von Wirbeltieren zu verstehen. Das hat uns bisher gefehlt“, erklärt Professor Manfred Schartl die Gründe, warum sich Wissenschaftler für diese Fischart interessieren. Schartl ist Hauptautor der jetzt veröffentlichten Studie und seit diesem Jahr Gastprofessor am Lehrstuhl für Entwicklungsbiochemie der JMU. Störe gehören entwicklungsgeschichtlich zu den ältesten Lebewesen auf der Erde. Sie sind die uralten Vettern von mehr als 30.000 heute vorkommenden Knochenfischarten, und damit von mehr als 96 Prozent aller lebenden Fischarten und etwa der Hälfte aller bekannten Wirbeltierarten. Aber die Zeit scheint Störe vergessen zu haben.
Wie Schartl und seine Kollegen zeigen konnten, hat sich ihre Linie irgendwann während des Oberdevon oder der Karbonzeit vor ca. 345 Millionen Jahren von der Entwicklungslinie anderer Arten abgespalten. „Dass sie sich seitdem äußerlich nur wenig verändert haben, spiegelt sich aber gar nicht ihrem Erbgut, ihrer DNA, wider“, erklärt Dr. Du Kang, Erstautor der Studie und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Biochemie und Molekularbiologie II der JMU.
Um das zu überprüfen, mussten die Genetiker einen genauen Blick auf die Proteine werfen, die von den Genen des Sterlets kodiert werden. Tatsächlich zeigen ihre Berechnungen eine extrem langsame Geschwindigkeit dieser sogenannten Proteinevolution. „Die Rate der Proteinentwicklung des Sterlets gleicht der des Quastenflossers oder der Haie – zwei Fischarten, die ebenfalls seit mehr als 300 Millionen Jahren beinahe unverändert durch die Meere schwimmen“, so Dr. Matthias Stöck, Evolutionsbiologe am IGB.
Umfangreiche Genomveränderung vor 180 Millionen Jahren
120 Chromosomen, rund 47.500 proteinkodierende Gene, 1,8 Milliarden Basenpaare: Diese Werte konnte das Forscherteam für den Sterlet ermitteln. Was es ebenfalls zeigen konnte: Vor gut 180 Millionen Jahren hat sich sein Erbgut verdoppelt, die meisten Gene werden daher vierfach abgelesen – Störe sind in der Sprache der Wissenschaft tetraploid. Dass sich das Erbgut verdoppelt, ist eine große Überraschung: „Die Entwicklung des Genoms von Wirbeltieren wurde nur sehr selten durch solche Prozesse, dann aber extrem stark beeinflusst“, sagt Manfred Schartl. Schon unsere ganz alten Fischvorfahren erlebten im Laufe der Evolution zwei Runden von „Ganzgenom-Duplikationen“, aber moderne Fischarten machten diesen Prozess drei oder sogar vier Mal durch. Das war schon vor etwa 20 Jahren durch die Labore von Manfred Schartl in Würzburg und Axel Meyer in Konstanz gefunden worden.
Überraschend hingegen war für die Wissenschaftler die Tatsache, dass die neu entdeckte Verdopplung des Genoms bei den Stören schon so lange zurückliegt. „Bei diesem langen Zeitraum hätten wir stärkere Veränderungen des Erbguts erwartet, denn bei tetraploiden Lebewesen gehen im Laufe der Zeit häufig Genabschnitte verloren, werden stummgeschaltet oder bekommen eine neue Funktion“, sagt Professor Axel Meyer, Evolutionsbiologe an der Universität Konstanz.
Unklarheit über das Erbgut beseitigt
Überhaupt war der exakte Zustand des Störgenoms unter Wissenschaftlern lange umstritten. Während die Einen darin klar Polyploide sahen – also ein mehrfach verdoppeltes Erbgut –, interpretierten Andere den Stör als „funktionellen Diploid“, also als eine Art, die ihr Genom zunächst verdoppelt und damit tetraploid wird, anschließend aber im Laufe der Evolution den Geninhalt wieder reduziert. Die Chromosomen liegen damit zwar immer noch jeweils in zwei Paaren vor; diese teilen jedoch ihre Aufgaben unter sich auf.
Jetzt ist klar: „Wir haben herausgefunden, dass der Sterlet nicht in einen diploiden Zustand zurückgekehrt ist. Stattdessen hat er einen unerwartet hohen Grad an struktureller und funktioneller Polyploidie beibehalten“, so Manfred Schartl. Dieses „Verharren“ erklären die Wissenschaftler mit dem der extrem langsamen molekularen Evolution, der die meisten Fraktionen des Sterlet-Genoms unterliegen.
Doppeltes Erbgut: Als Laie könnte man da vermuten, das erleichtert die Forschung, weil alles in zweifacher Ausführung vorliegt. Tatsächlich stellt es die Forscher vor eine große technische Herausforderung. „Das hat das Zusammensetzen und die Zuordnung der kleinen ‚Sequenzschnippsel‘, die uns die modernen Genomsequenzierungsverfahren liefern, außerordentlich erschwert“, sagt Schartl. Durch spezielle Verfahren sei es jedoch gelungen, mit einem internationalen Konsortium „ein sehr gutes Referenzgenom und das überhaupt erste von einem urtümlichen Fisch“ zu erstellen.
Genforschung für den Artenschutz
Die Entschlüsselung des Genoms ist eine wichtige Grundlage für den Schutz der Störarten. „Wir werden in Zukunft mit genetischen Analysen das Geschlecht der Tiere bestimmen können, was die Nachzucht erheblich erleichtert. Wir können so die Fortpflanzung steuern und die Bewirtschaftung von Brutbeständen unterstützen. Das ist ein Meilenstein für unsere Bemühungen, diese uralten Arten auch im Hier und Jetzt zu erhalten“, resümiert IGB-Störexperte Dr. Jörn Gessner.
Originalpublikation:
The sterlet sturgeon genome sequence and the mechanisms of segmental rediploidization. Du Kang, Matthias Stöck, Susanne Kneitz, Christophe Klopp, Joost Woltering, Mateus Adolfi, Romain Feron, Dmitry Prokopov, Alexey Makunin, Ilya Kichigin, Cornelia Schmidt, Petra Fischer, Heiner Kuhl, Sven Wuertz, Jörn Gessner, Werner Kloas, Cedric Cabau, Carole Iampietro, Hugues Parrinello, Chad Tomlinson, Laurent Journot, John H. Postlethwait, Ingo Braasch, Vladimir Trifonov, Wesley C. Warren, Axel Meyer, Yann Guiguen and Manfred Schartl. Nature Ecology & Evolutuion, https://doi.org/10.1038/s41559-020-1166-x
30.03.2020, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Forscher warnen: Der Artenverlust in Regenwäldern hat dramatischere Folgen als gedacht
Schon das Verschwinden eines geringen Anteils großer Tierarten könnte ausreichen, um die Leistungen von Tieren im tropischen Regenwald deutlich herabzusetzen. Zu diesem Schluss kommen Senckenberg- Wissenschaftler*innen aktuell im Fachmagain „Nature Communications“ anhand einer Studie fruchtfressender Vögel. Das Team hatte simuliert, wie sich ökologische Netzwerke zwischen Vögeln und Pflanzen zukünftig entwickeln könnten und welche Auswirkungen dies für das Ökosystem hätte. Die Autoren warnen, dass die Folgen des Aussterbens großer Tierarten unterschätzt werden.
In den tropischen Regenwäldern wird es immer leerer. Verantwortlich dafür ist nicht nur das weltweite Artensterben, auch die Anzahl der Tiere einzelner Arten sinkt durch Bejagung und Zerstückelung der Lebensräume immer weiter. Besonders hart trifft es die schweren und großen Arten – diese Tiere sind besonders empfindlich gegenüber Veränderungen und gehen überproportional stark zurück. Wissenschaftler*innen des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums zeigen, dass der Trend zu kleineren Arten schwerwiegende Folgen für das Ökosystem haben könnte.
„Dass sich die Lebensgemeinschaften im wahrsten Sinne des Wortes ‘verkleinern‘, beeinträchtigt die Leistungen, die von ökologischen Netzwerken erbracht werden, dreimal stärker als deren Stabilität. Die zuerst aussterbenden Arten sind nämlich diejenigen, die einzigartige Funktionen ausfüllen und damit den Regenwald in seiner bisherigen Form am Laufen halten,” so Dr. Isabel Donoso, Alexander-von-Humboldt-Stipendiatin und Leiterin der Studie bei Senckenberg.
Donoso und ihr Team modellierten für acht Gebiete in den Anden, welche Folgen das Aussterben großer fruchtfressender Vögel hat. Grundlage ihrer Modelle sind Daten zu den Interaktionen zwischen Vogel- und Pflanzenarten, die zuvor in den Untersuchungsgebieten in jahrelanger Kleinarbeit erhoben wurden. Als Maß für die Leistung von Vögeln im Ökosystem simulierten die Forscher*innen, wie weit die Vögel die Samen gefressener Früchte ausbreiten konnten. Samenausbreitung ist eine wesentliche Leistung für das Ökosystem, denn die meisten tropischen Baumarten sind auf Tiere zur Samenausbreitung angewiesen. Die Studie quantifiziert damit als eine der Ersten, in welchem Ausmaß Ökosystemleistungen durch das Aussterben großer Tiere beeinträchtigt würden.
„Wenn die größten 10 Prozent der fruchtfressenden Vögel aussterben würden, schrumpft die Distanz, über die die Samen ausgebreitet werden können, um fast 40 Prozent. Im Gegensatz dazu verändert sich die strukturelle Stabilität eines ökologischen Netzwerks in weitaus geringerem Maße: Die Anzahl der Interaktionen zwischen Vögeln und Pflanzen ginge lediglich um etwa 10 Prozent zurück”, konkretisiert Dr. Matthias Schleuning, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum, den Befund der Studie.
Doch was passiert, wenn viele Baumsamen im Regenwald demnächst eher auf kurzem Weg statt auf der Langstrecke ausgebreitet werden? Die Samenausbreitung über große Strecken sorgt für den genetischen Austausch zwischen Waldstücken und erhöht damit dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen. Was noch wichtiger ist: Je näher ein Samen am Mutterbaum bleibt, desto geringer ist seine Chance zu keimen und zu wachsen. Da große fruchtfressende Vögel vor allem große Samen ausbreiten, dürften also vor allem Pflanzen mit solchen Samen das Nachsehen haben.
„Vermutlich werden die jetzt nachwachsenden Regenwälder anders zusammengesetzt sein als die Regenwälder von heute. Andere Studien haben bereits gezeigt, dass die Wälder der Zukunft deutlich weniger Kohlenstoff speichern könnten“, erklärt Donoso. Es wäre daher kurzsichtig, die Folgen des Aussterbens großer Tiere zu unterschätzen, appelliert Schleuning: „Wir müssen große Tierarten in Regenwäldern besser schützen. Das ist die Grundlage dafür, dass unser Klima und wir alle auch in Zukunft von der Leistung tropischer Regenwälder profitieren.“
Originalpublikation:
Donoso, I., Sorensen, M., Blendinger, P.G., Kisslinkg, D., Neuschulz, E.-L., Mueller, Th. And Schleuning, M. (2020): Downsizing of animal communities triggers stronger functional than structural decay in seed-dispersal networks. Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-020-15438-y
31.03.2020, NABU
Schneeleoparden live erleben
NABU startet Schneeleoparden-Webcam im Neunkircher Zoo
Um Naturfreunden die faszinierenden Schneeleoparden trotz derzeit geschlossener Zoos näherzubringen und auf ihre Gefährdung aufmerksam zu machen, startet der NABU am 31. März im Neunkircher Zoo drei Webcams. Die Kameras übertragen auf www.NABU.de/leos-live aus dem Außengehege und der Wurfbox das Leben des Neunkircher Schneeleoparden-Pärchens „Sagar“ und „Luisa“. Sollte „Luisa“ wie erhofft Junge bekommen, können die Tiere sogar bei der Geburt und Aufzucht ihres Nachwuchses beobachtet werden.
„Mit der Schneeleoparden-Webcam möchten wir vor allem Wissen über eine stark gefährdete, aber leider relativ unbekannte Tierart vermitteln“, erklärte Thomas Tennhardt, NABU-Direktor Internationales. „Die Zuschauer können die seltenen Schneeleoparden, die eigentlich so weit entfernt von uns leben, hautnah erleben, sie begleiten und verstehen lernen. Dies begreifen wir als Chance, über die beiden Neunkircher Schneeleoparden als Botschafter ihrer Art auf die dringliche Situation der freilebenden Schneeleoparden und ihre Schutzbedürftigkeit hinzuweisen“, so Tennhardt weiter.
Schneeleoparden gelten mit einem weltweiten Bestand von nur noch 4.000 bis 6.400 Tieren laut Roter Liste als „gefährdet“. In freier Wildbahn werden die scheuen Großkatzen, die in den kargen Hochgebirgen Asiens zuhause sind, vor allem wegen ihres schönen Fells, aber auch ihrer Knochen gejagt. Letztere sind beliebte Mittel in der Traditionellen Chinesischen Medizin. Außerdem macht der Mensch ihnen und ihren Beutetieren zunehmend den Lebensraum streitig und es kommt immer wieder zu Konflikten mit lokalen Hirten. Daneben bedroht auch der Klimawandel ihren Lebensraum. Der NABU setzt sich seit 20 Jahren erfolgreich für den Schutz von Schneeleoparden in freier Wildbahn ein und konnte bisher signifikant zu einem Rückgang der Wilderei beitragen.
Auch in Zoologischen Gärten sind Schneeleoparden relativ selten. In Deutschland gibt es insgesamt zwölf Zoos, in denen sie gehalten werden, darunter seit 2013 der Neunkircher Zoo, in dem das knapp acht Jahre alte Schneeleoparden-Pärchen lebt. „In Zeiten der Corona-Krise, in denen wir unseren Zoo erstmals über so lange Zeit schließen müssen und die Menschen viel Zeit Zuhause verbringen müssen, freuen wir uns besonders über die Möglichkeit, den Menschen das Erlebnis einer Schneeleopardenaufzucht über eine Webcam näherbringen zu können“, sagte Dr. Norbert Fritsch, Zoodirektor des Neunkircher Zoos. „Der Neunkircher Zoo ist dem Schneeleoparden-Projekt des NABU schon lange verbunden und setzt sich mit seiner Teilnahme am Europäischen Erhaltungszuchtprogramm (EEP) für Schneeleoparden ebenfalls für die Erhaltung der Art ein.“ Ziel des EEPs ist es, in Zoologischen Gärten eine Reservepopulation von mindestens 200 genetisch möglichst unterschiedlichen Schneeleoparden zu bilden. Für genetische Vielfalt bei dem dieses Jahr erhofften Schneeleoparden-Nachwuchs in Neunkirchen sorgt zumindest Luisa: Ihre Großmutter Dshamilja wurde in freier Wildbahn geboren und vom NABU als Jungtier in Kirgistan aus den Händen von Wilderern befreit. Um ihr Leben zu retten, wurde sie nach Deutschland gebracht und gesund gepflegt.
Bereits 2016 ließen der NABU und der Neunkircher Zoo Schneeleopardenfreunde an der Geburt und Aufzucht der Schneeleopardenzwillinge „Anusha“ und „Askar“ über eine Webcam teilhaben. Die Patenschaft für die beiden Schneeleoparden übernahm die damalige Bundesumweltministerin Barbara Hendricks in Gegenwart der damaligen saarländischen Ministerpräsidentin und heutigen CDU-Vorsitzenden Annegret Kramp-Karrenbauer.
Link zur Schneeleoparden-Webcam: www.NABU.de/leos-live
31.03.2020, Deutsche Wildtier Stiftung
Überlebenskünstler Osterhase
Trotz aller Widrigkeiten ist der Feldhasenbestand stabil
Ein Virus legt sich lähmend über unser Land. Covid-19 lässt uns innehalten und zeigt uns, was wichtig ist. Eine intakte Natur gehört dazu. Was macht jetzt vor Ostern eigentlich der Feldhase?
Der Überlebenskünstler ist als Osterhase ein Symbol der Fruchtbarkeit. Jetzt ist der Nachwuchs da; Junghasen wiegen knapp unter 100 Gramm und sind damit etwa so groß wie ein Überraschungs-Ei. Um den Nachwuchs zu säugen, wartet die Häsin bis es dunkel ist. Sie will nicht die Aufmerksamkeit von Füchsen, Wildschweinen und Greifvögeln erregen, damit der Nachwuchs vor den Fressfeinden sicher ist. Die Kleinen drücken sich auf den Ackerboden und sind so perfekt getarnt. „Das stabile Hoch und das trockene Wetter, das wir jetzt haben, hilft ihnen zu überleben“, sagt Dr. Andreas Kinser. Der Experte der Deutschen Wildtier Stiftung hat zum Feldhasen promoviert und weiß sehr genau, dass Junghasen witterungsanfällig sind. „Ist das Frühjahr zu nass, sinken die Überlebenschancen.“
Nach einer Tragzeit von 42 Tagen bringt die Häsin bis zu fünf Junge zur Welt, die im Gegensatz zu Kaninchen behaart sind und mit offenen Augen geboren werden. Doch erst nach drei bis vier Wochen sind sie selbstständig.
Der Start ins Leben ist hart. Im Frühjahr werden viele Junghasen beim Bestellen der Felder von landwirtschaftlichen Maschinen untergepflügt oder beim Walzen der Wiesen erdrückt. Im Sommer ist der Bewuchs oft so dicht, dass sie sich nur in den Fahrspuren der Maschinen bewegen können. Ihnen wächst quasi das Getreide über den Kopf. Auch der Speiseplan ist in der intensiven Landwirtschaft nicht so reichlich wie früher. Die Ernährung beschränkt sich im Wesentlichen auf Weizenhalme, Raps und andere Kulturpflanzen. Doch ein perfektes Feldhasen-Dinner sieht anders aus. „Feldhasen futtern am liebsten fetthaltige Kräuter“, sagt Dr. Andreas Kinser. Er bevorzugt Klee und die Halme vom Klatschmohn. Doch das Angebot an Wildkräutern ist in einer monokulturellen Agrarlandschaft dürftig. Außerdem ist ein immer dichter werdendes Straßennetz häufig des Hasen Tod.
Trotz aller Widrigkeiten: Der Feldhase ist ein Mutmacher. Sein Bestand blieb relativ stabil und lag im letzten Jahr in Deutschland bei knapp drei Millionen Tieren. „Er hat hin und wieder schlechte Jahre; doch am Ende lässt er sich nicht unterkriegen.“
31.03.2020, Forschungsverbund Berlin e.V.
Konservierung von Hodenzellen zum Erhalt gefährdeter Katzenarten
Nach Auflösung des Gewebeverbands überleben Hodenzellen die Konservierung bei minus 196°C
Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) hat eine Methode zur Isolierung von Hodenzellen und deren Gefrierkonservierung entwickelt. Ziel ist es, die Methode zur Erhaltung von Zellen des männlichen Fortpflanzungstraktes von gefährdeten und bedrohten Katzenarten zu nutzen. Diese Methode wurde vor kurzem in der Fachzeitschrift „Cryobiology“ veröffentlicht.
Die Tieftemperaturkonservierung (Gefrierkonservierung) in flüssigem Stickstoff bei -196°C ist eine gängige Methode zur Aufbewahrung von Keimzellen (Spermien und Eizellen) und Embryonen. Zunächst testete das Team zwei unterschiedliche „Gefriergeschwindigkeiten“, da das Ausmaß möglicher Gefrierschäden stark von der Geschwindigkeit der Temperaturabsenkung beim Einfrierprozess abhängt. Damit Keimzellen und Embryonen nach dem Auftauen wieder funktionsfähig sind, werden zum Einfrieren üblicherweise Gefrierschutzmittel eingesetzt. Diese müssen vor der Absenkung der Temperatur in die Zellen eindringen, um die Bildung von Eiskristallen im Innern der Zellen zu verhindern oder abzuschwächen und so Schäden zu vermeiden. Da das am häufigsten verwendete Gefrierschutzmittel in höheren Konzentrationen wie ein Zellgift wirken kann, testeten die Wissenschaftler*innen zwei verschiedene Konzentrationen für das Einfrieren.
Während das Gefrierschutzmittel in einzelne Zellen relativ schnell eindringt, werden Zellen, die sich im Inneren eines Gewebeverbands befinden, kaum von den Gefrierschutzmitteln erreicht. In dieser wissenschaftlichen Untersuchung wurde daher das Hodengewebe nicht in kleinen Stücken konserviert, sondern – nach Auflösung des Gewebeverbands – als Zellsuspension, damit das Gefrierschutzmittel schneller in die einzelnen Zellen eindringen kann. Die Methode wurde bei einigen Säugetierarten bereits erfolgreich durchgeführt und von den Wissenschaftler*innen am Leibniz-IZW für die Konservierung von Katerhodenzellen angepasst. Zur möglichst schonenden Auflösung des Gewebeverbands kombinierten die Leibniz-IZWler die mechanischen Präparationsschritte mit der Unterbrechung der Zell-Zell-Kontakte mittels eines Cocktails aus Enzymen.
„Ein besonderes Problem bei der Gefrierkonservierung von Gewebe oder daraus gewonnener Zellsuspensionen besteht in der Beurteilung der Zelleigenschaften nach dem Auftauen. Ein vollständiger Test der vollen Funktionsfähigkeit kann letztlich nur in Langzeitexperimenten zur Zellkultur erbracht werden. Um kurzfristig eine Optimierung des Gefrierverfahrens durchführen zu können, haben wir zwei Methoden zur Beurteilung der Lebensfähigkeit der Zellen angewendet“, erklärt Mohammad Bashawat, Wissenschaftler am Leibniz-IZW. Mithilfe fluoreszierender Reportermoleküle konnte eindeutig die niedrigere Konzentration an Gefrierschutzmittel in Verbindung mit einer langsamen Einfriergeschwindigkeit als vorteilhaft ermittelt werden. Etwa 45 Prozent der Hodenzellen von kastrierten Hauskatern waren nach dem Auftauen wieder vital. Vergleichbar gute Ergebnisse wurden in zwei Pilotstudien mit Hodenzellen eines Asiatischen Goldkaters sowie eines Geparden erzielt. Das Forschungsteam vom Leibniz-IZW sieht darin einen wichtigen Schritt zur Bewahrung der Keimbahn wertvoller Tiere für künftige Anwendungen im Rahmen der Erhaltung von Arten und der Vielfalt in ihrem Erbgut.
Von den 39 Katzenarten, die es auf der Welt gibt, stehen 25 auf der „Roten Liste“ der Weltnaturschutzorganisation (IUCN) als potenziell bis stark gefährdet. Maßnahmen zur Unterstützung der Fortpflanzung werden zunehmend wichtiger für den Erhalt der genetischen Vielfalt innerhalb dieser Tierarten. Zu diesen Maßnahmen gehören auch die Gefrierkonservierung von Keimzellen und die künstliche Befruchtung. Die Hoden männlicher Tiere, die versterben oder einer Einschläferung unterzogen werden müssen, bergen in ihren Hoden Stammzellen und zahlreiche unreife Vorstufen männlicher Keimzellen. Diese könnten in der Zukunft etwa im Rahmen einer Spermatogenese „im Reagenzglas“ zu fertigen Spermien ausgereift werden, wie bereits von anderen Arbeitsgruppen bei Maus und Mensch gezeigt wurde. Um Hodenzellen von Katzenartigen für solche zukünftigen Projekte zu erhalten, ist die Gefrierkonservierung die Methode der Wahl, da so eine nahezu unbegrenzte Lagerung dieser wertvollen Genreserve möglich ist („cryobanking“). Das betrifft insbesondere Individuen, von denen keine funktionsfähigen „fertigen“ Spermien gewonnen werden können, etwa aufgrund ihres Alters oder Gesundheitszustands.
Originalpublikation:
Bashawat M, Braun BC, Müller K (2020): Cell survival after cryopreservation of dissociated testicular cells from feline species. Cryobiology
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011224019305401
01.04.2020, Universität Bern
Über die Verteilung der Artenvielfalt auf unserem Planeten
In den offenen Meeren der gemässigten Klimazone machen grosse Raubfische wie Thunfische oder Haie intensiver Jagd auf Beute als in tropischen Gewässern nahe des Äquators. Mit diesem Resultat fordert eine Studie unter der Leitung von Marius Rösti von der Universität Bern eine schon lange bestehende Erklärung für die Verteilung der Artenvielfalt auf unserem Planeten neu heraus.
Seit Charles Darwin führen Biologinnen und Biologen die sogenannte «Biotic interactions»-Hypothese ins Feld um die extreme Artenvielfalt in den Tropen rund um den Äquator zu erklären. Die Hypothese untersucht den Einfluss der Interaktionsstärke zwischen Arten auf die Artenvielfalt. Sie besagt, dass Interaktionen zwischen Arten zunehmen, je näher man dem artenreichen Äquator kommt. Solche Interaktionen können langfristige Beziehungen wie diejenige zwischen Parasiten und Wirt, aber auch der kurzfristige Kontakt zwischen einem Raubfisch und dessen Beute darstellen. Die intuitiv ansprechende Hypothese lautet: Je intensiver Interaktionen zwischen Arten, desto schneller der evolutionäre Wandel, was folglich eine erhöhte Artenvielfalt hervorbringt. Ebenfalls, so denkt man, begünstigen zwischenartliche Interaktionen das Aufrechterhalten einer hohen Artenvielfalt. In der Praxis stellt es sich als äusserst schwierig heraus, diese populäre Hypothese zu testen. So gilt es doch empirisch nachzuweisen, dass sowohl die Interaktionen zwischen Arten als auch die Artenvielfalt zum Äquator hin zunehmen. Entsprechende Versuche haben in der Vergangenheit zu verschiedenen Ergebnissen geführt.
Eine neue Publikation in Nature Communications leistet nun einen wichtigen Beitrag zu dieser alten Problemstellung der biologischen Grundlagenforschung, indem sie einen weiteren Hinweis gegen die Allgemeingültigkeit der «Biotic interactions»-Hypothese liefert. Die Studie legt nahe, dass eine bestimmte, jedoch fundamentale Interaktion zwischen Arten, nämlich die Beutejagd von grossen Meeresraubfischen wie Thunfischen oder Haien, gerade nicht in Äquatornähe, sondern in der gemässigten Klimazone am häufigsten stattfindet. Gemäss der «Biotic interactions»-Hypothese müsste diese intensive Interaktion folglich mit einer höheren Vielfalt an Fischarten im selben Lebensraum einhergehen – dies ist jedoch nicht der Fall. Leiter der Studie ist Dr. Marius Rösti, der die Forschungsarbeit an der University of British Columbia in Vancouver begann und nun an der Universität Bern am Institut für Ökologie und Evolution tätig ist.
Über 900 Millionen Mal «hat einer zugebissen»
Um die Intensität der Interaktion grosser Raubfische mit kleineren Beutefischen zu messen, analysierten die Forschenden vier grosse Datensätze der Langleinenfischerei aus allen vier offenen Weltmeeren (Ost- und Westpazifik, Atlantik, Indischer Ozean). Diesen Daten kann entnommen werden, wie viele Raubfische pro Köder (einer natürlichen Beute wie Makrele oder Sardine) an Langleinen gefangen wurden. Ein Raubfisch-Fang wurde von den Forschenden jeweils als eine Attacke eines Raubfisches auf einen Beutefisch und dementsprechend als eine Interaktion zwischen zwei Arten gewertet. «Möglich wurde diese Untersuchung überhaupt erst dank diesem aussergewöhnlichen Datensatz. Die Daten umspannen den ganzen Planeten und verzeichnen während eines Zeitraums von 55 Jahren insgesamt über 900 Millionen Fänge von grossen Raubfischen mittels Langleinen», kommentiert Marius Rösti. Die Forschenden untersuchten, auf welchen Breitengraden grosse Raubfische im Verhältnis am häufigsten zubissen und verglichen diese Resultate mit der Vielfalt an Fischarten.
Raubfische attackieren am häufigsten in der gemässigten Zone
Die Studie stellte fest, dass der Beutefang grosser Raubfische in Breitengraden der gemässigten Klimazone und nicht etwa in der Nähe des Äquators am intensivsten ist. «Jene Breitengrade mit der relativ grössten Anzahl gefangener Raubfische liegen in oder nahe der gemässigten Klimazone und nicht in Äquatornähe. Dieses Resultat trifft generell für alle Ozeanbecken und den gesamten untersuchten Zeitraum zu», sagt Rösti. In Richtung der Pole nahmen die Raubfisch-Beute-Interaktionen dann wieder ab. Im Weiteren zeigt sich in den gemässigten Breiten die Anzahl Fischarten nicht etwa als besonders hoch, sondern eher als relativ gering.
Interaktionen von Raubfischen und deren Beute scheinen also nicht im äquatorialen Klima der Tropen, sondern in der gemässigten Zone am häufigsten zu sein. Trotzdem ist die Vielfalt an Fischarten nicht dort, sondern am Äquator am höchsten. Dieses Resultat widerspricht, jedenfalls für Fische und gemessen an der essentiellen Interaktion von Jäger und Beute, der allgemeinen Aussage der «Biotic interactions»-Hypothese.
Originalpublikation:
Angaben zur Publikation:
Roesti, M. et. al. 31 March 2020. Pelagic fish predation is stronger at temperate latitudes than near the equator. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-020-15335-4
02.04.2020, Friedrich-Loeffler-Institut, Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit
Neues Coronavirus SARS-CoV-2: Flughunde und Frettchen sind empfänglich, Schweine und Hühner nicht
Das neue Coronavirus SARS-CoV-2 stammt ursprünglich vermutlich aus Fledermäusen und führte zu einer Pandemie. Ob es auch andere Tierarten infizieren kann, wird weltweit von verschiedenen Forschungsinstituten untersucht. Das Friedrich-Loeffler-Institut (FLI) begann vor wenigen Wochen mit Infektionsstudien in Schweinen, Hühnern, Flughunden und Frettchen. Erste Ergebnisse zeigen, dass Flughunde und Frettchen empfänglich für eine SARS-CoV-2 Infektion sind, Schweine und Hühner hingegen nicht. Insbesondere die Empfänglichkeit von Frettchen ist ein wichtiger Befund, da sie als Modelltiere für die Infektion des Menschen zur Erprobung von Impfstoffen oder Medikamenten eingesetzt werden könnten.
In den Infektionsstudien wurde den Tieren SARS-CoV-2 in die Nase verabreicht, um den natürlichen Infektionsweg beim Menschen über den Nasen-Rachenraum nachzuahmen. Nilflughunde, die zu den Fledertieren gehören, wurden getestet, um Kenntnisse über die vermutete Reservoirfunktion von Fledermäusen zu erlangen. Diese Tiere konnten zwar infiziert werden, zeigten aber keine Krankheitssymptome und steckten Artgenossen nicht effizient an.
Frettchen sind bei anderen Atemwegs-Infektionen, insbesondere durch Grippeviren, ein gutes Modell für den Menschen. Da SARS-CoV-2 sich vor allem im Atmungstrakt vermehrt, könnten Frettchen sich als Modell auch für diese Infektion eignen. Nach solch einem Tiermodell, das die Infektion des Menschen widerspiegelt, wird derzeit weltweit dringend gesucht. Die Versuche des FLI zeigen, dass sich Frettchen effizient mit SARS-CoV-2 infizieren lassen, das Virus gut vermehren und es auf Artgenossen übertragen. Die Tiere vermehrten das Virus hauptsächlich in den oberen Bereichen des Atmungstraktes, zeigten dabei aber keine Krankheitssymptome. Damit steht ein Infektionsmodell zur Verfügung, das bei der Erprobung von Impfstoffen und Medikamenten gegen SARS-CoV-2 helfen könnte.
Nutztiere sind besonders in Kontakt mit dem Menschen. Daher wurden Schweine und Hühner auf Empfänglichkeit für SARS-CoV-2 getestet. Es wurde untersucht, ob die Tiere infiziert werden, den Erreger vermehren und Krankheitssymptome zeigen. Weiterhin wurde getestet, ob sie den Erreger wieder ausscheiden und damit eine potenzielle Gefahr für den Menschen darstellen könnten. Unter den Versuchsbedingungen zeigten sich weder Schweine noch Hühner als empfänglich für eine Infektion mit SARS-CoV-2. Nach jetzigem Kenntnisstand sind sie also von dem Virus nicht betroffen und stellen demnach kein potentielles Risiko für den Menschen dar.
Die komplette Auswertung aller Versuchsreihen wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen, mit den Endergebnissen ist Anfang Mai zu rechnen.
02.04.2020, Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns
Mehr Vielfalt: Öko-Landwirtschaft bietet Heimat für 60% mehr Schmetterlingsarten
Begriffe wie „Artenschwund“ und „Insektensterben“ sind derzeit in der Gesellschaft angekommen. Breit angelegte wissenschaftliche Untersuchungen und Langzeitmessungen zur Auswirkung der Landnutzung auf Insektendiversität fehlen jedoch bisher. Mit freundlicher Unterstützung der Fa. HIPP und des Bayerischen Pakts für Forschung und Innovation („SNSB-innovativ“) haben Forscher der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) die Insektenvorkommen auf ökologisch sowie konventionell bewirtschafteten landwirtschaftlichen Flächen untersucht und verglichen. Die Ergebnisse einer Pilotstudie wurden nun in der Fachzeitschrift Ecology and Evolution veröffentlicht.
Für die Vergleichsstudie installierten die Forscher Insektenfallen auf einem ökologisch und einem konventionell betriebenen Hof. Die Ergebnisse sind eindeutig: In Bezug auf Biomasse, Artenvielfalt, Vorkommen stark gefährdeter und vom Aussterben bedrohter Arten bietet die ökologisch bewirtschaftete Fläche klare Vorteile für die Insektenfauna.
Insgesamt konnten in beiden Untersuchungsgebieten knapp 4.000 Arthropoden-Arten und 604 Schmetterlingsarten nachgewiesen werden. Allein bei den Schmetterlingen enthielten die Fallen des Öko-Bauernhofes circa 60% mehr Arten als die des Vergleichs-Hofes. Zudem fand sich auf den ökologisch bewirtschafteten Flächen mit 30 Arten die doppelte Menge an gefährdeten Schmetterlingsarten der Roten Liste wieder. Der Vergleich der insgesamt gesammelten Biomasse auf beiden Höfen ergab für den Ökohof die 2,6-fache Menge.
Möglich wurde die schnelle und alle Arten umfassende Durchführung des Projekts durch die Anwendung moderner genetischer Artbestimmungs-Methoden an der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM). ZSM-Forscher erstellen bereits seit vielen Jahren eine DNA-Referenz-Bibliothek (www.barcoding-zsm.de) aller bayerischen Insekten, durch die eine schnelle und zuverlässige Bestimmung von Insektenarten möglich ist. In kurzer Zeit lassen sich damit große Insektenbestände charakterisieren, wobei auch diejenigen Artengruppen erfasst werden, für die bisher keine Experten zur Verfügung standen und die daher vernachlässigt werden mussten. „Wir konnten somit die Auswirkungen verschiedener Landnutzungsformen auf den Insektenbestand erstmals auf breiter Basis untersuchen“, erklärt Axel Hausmann, Leiter der Sektion für Schmetterlinge an der Zoologischen Staatssammlung München.
Eine Fortsetzung und Ausweitung des Projekts mit der Firma HIPP läuft derzeit im Rahmen eines auf 5 Jahre angelegten Forschungsprogramms. Bereits jetzt stützt diese Untersuchung die Vermutung, dass ökologischer Anbau dazu beiträgt, den Artenverlust in landwirtschaftlich geprägten Gegenden zu verringern.
Originalpublikation:
Hausmann A, Segerer AH, Greifenstein T, Knubben J, Morinière J, Bozicevic V, Doczkal D, Günter A, Ulrich W & JC Habel (2020) Towards a standardized quantitative and qualitative insect monitoring scheme. Ecology and Evolution
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.6166
03.04.2020, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Schlafen Stadt-Fische schlechter? Lichtverschmutzung unterdrückt Melatoninbildung bei Barschen
Melatonin taktet die innere Uhr, dank eines hohen Melatoninspiegels werden Menschen abends müde. Melatonin ist auch bei Tieren wichtig für den Biorhythmus. Künstliches Licht bei Nacht – Lichtverschmutzung – kann die Bildung von Melatonin bei Fischen schon bei sehr niedrigen Lichtintensitäten unterdrücken, fanden Forschende des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) heraus.
Melatonin prägt den Tag-Nacht-Rhythmus beim Menschen und bei Wirbeltieren. Organe, Gewebe und Zellen stellen abhängig von der Konzentration dieses Hormons ihre innere Uhr. Dadurch steuert Melatonin auch Prozesse wie Fortpflanzung und Wachstum. Über Lichtrezeptoren, beispielsweise auf der Netzhaut im Auge, nehmen Wirbeltiere und der Mensch Unterschiede in der Helligkeit ihrer Umgebung wahr. Wenn viel Licht auf die Rezeptoren trifft, wird die Bildung von Melatonin unterdrückt, bei Dunkelheit hingegen wird viel Melatonin gebildet. Künstliches Licht bei Nacht kann den Melatoninhaushalt stören.
Das Team vom IGB untersuchte die Melatoninbildung von Europäischen Flussbarschen. Tagsüber herrschte für alle Tiere Tageslicht, nachts variierte die Beleuchtung je nach Gruppe: Die Kontrollgruppe verbrachte die Nacht in vollkommener Dunkelheit, die anderen drei Gruppen waren Lichtintensitäten von 0,01, 0,1 und 1 Lux ausgesetzt. Nach 10 Tagen bestimmten die Forschenden die Melatoninkonzentrationen im Abstand von drei Stunden über 24 Stunden hinweg. Das Ergebnis: Schon die geringste Beleuchtungsintensität von 0,01 Lux verringerte die Melatoninbildung, bei den höheren Beleuchtungsintensitäten reduzierte sich Melatonin stufenweise immer stärker.
Dazu im Vergleich die Beleuchtungsstärken, die Lebewesen in der Nacht erfahren: In einer sternenklaren Nacht liegt die Beleuchtungsstärke bei weniger als 0,001 Lux. In einer Vollmondnacht erreicht sie ein Maximum von 0,3 Lux. Die Lichtglocke einer Stadt kann Beleuchtungsstärken bis zu 1 Lux und mehr, eine Straßenbeleuchtung sogar bis zu 150 Lux erreichen.
Schon die nächtliche Lichtglocke von Städten unterdrückt die Melatoninbildung:
„Das Erstaunliche ist, dass die Intensitäten der Lichtglocke einer Stadt ausreichen, um die Melatoninbildung bei Fischen zu unterdrücken“, sagt Erstautorin Franziska Kupprat vom IGB. Von dieser Art Lichtverschmutzung sind weltweit große Areale betroffen. Denn das Licht von künstlicher Beleuchtung strahlt in den Himmel und wird an Wolken und Partikeln reflektiert, wodurch eine große Lichtglocke entsteht, die über den eigentlichen Beleuchtungsradius der Lichtquelle hinausgeht.
Auf die Rhythmik der Melatoninbildung hatte die Beleuchtungsintensität keinen Einfluss. Bei allen Tieren stieg die Melatoninbildung im Laufe des Nachmittags an und erreichte ihren Maximalwert in der Nacht. „Frühere Studien haben gezeigt, dass höhere Intensitäten von nächtlicher Beleuchtung wie 10 und 100 Lux auch die Melatoninrhythmik der Flussbarsche beeinflussen, da das nachts gebildete Melatonin so stark reduziert wurde, dass kein Unterschied mehr zu den niedrigen Tageswerten messbar war“, erläutert Dr. Franz Hölker vom IGB.
Fische verschlafen einen Großteil ihres Lebens, man sieht es nur nicht, da sie keine Augenlider haben. Wie auch bei anderen Lebewesen dient ihnen der Schlaf zur Regeneration. Studienleiter Professor Werner Kloas vom IGB erläutert die Auswirkungen eines gestörten Melatoninhaushalts: „Ob Stadt-Fische durch Lichtverschmutzung unter einem Schlafdefizit leiden, können wir mit unseren bisherigen wissenschaftlichen Methoden nicht bewerten. Wir vermuten es allerdings, da Melatonin ein wichtiger Einflussfaktor für den Schlaf von Wirbeltieren ist, auch von Fischen. Sicher ist, dass andere Körperfunktionen wie die Immunabwehr, das Wachstum und die Fortpflanzung durch eine veränderte Melatoninbildung gestört werden können.“
Originalpublikation:
Franziska Kupprat, Franz Hölker, Werner Kloas (2020). Can skyglow reduce nocturnal melatonin concentrations in Eurasian perch? Environmental Pollution, Volume 262 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114324
03.04.2020, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Von der TiHo beschriebene Tierart unter Top Ten der neu entdeckten marinen Tierarten des Jahres 2019
TiHo-Forscherteam entdeckte im Mittelmeer das Plattentier Polyplacotoma mediterranea
Der Weltverband WoRMS (World Register of Marine Species) wählt jedes Jahr die Top Ten der bemerkenswertesten marinen Neuentdeckungen. Zu den diesjährigen Top Ten gehört das einfach gebaute Plattentier Polyplacotoma mediterranea. Professor Dr. Bernd Schierwater, Dr. Hans-Jürgen Osigus und Dr. Heike Hadrys entdeckten es mit ihrem Team aus dem Institut für Tierökologie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo) im Jahr 2019 im Mittelmeer an der Grenze zwischen Norditalien und Südfrankreich in einer Brandungszone. In die Top Ten wählt WoRMS Tierarten, die eine besondere Bedeutung für die Wissenschaft haben und sich von dem bisher Bekannten eindrucksvoll unterscheiden.
Polyplacotoma mediterranea gehört zum Tierstamm der Plattentiere (Placozoen). Plattentiere sind strukturell sehr einfach gebaute Vielzellige Tiere. Sie besitzen eine einfache Scheibe als Körper und werden nur wenige Millimeter groß. Bislang waren nur zwei Gattungen mit je einer Art bekannt.
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts für Tierökologie suchen seit Jahren verschiedene Meeresküsten in Europa, Australien und Nordamerika nach neuen Placozoen-Arten ab. Die erfahrenen Taucherinnen Sarah Rolfes und Rebecca Herzog, beide Doktorandinnen im Institut für Tierökologie, fanden das Tier in einer Zone mit starkem Wellenschlag. Polyplacotoma, die „Vielverzweigte”, hat keine einfache Scheibe als Körper, sondern besteht aus zahlreichen „Ästen”, die sie in den kleinen Ritzen und Spalten im Gestein verankert, sodass sie selbst einer starken Brandung standhalten kann. Die Körper aller zuvor bekannten Plattentiere würden in dem Lebensraum zerrissen werden.
Die Pressemitteilung des World Register of Marine Species: www.marinespecies.org/news.php?p=show&id=8287
Die Originalpublikation zu der Entdeckung 2019
Polyplacotoma mediterranea is a new ramified placozoan species
Hans-Jürgen Osigus, Sarah Rolfes, Rebecca Herzog, Kai Kamm, Bernd Schierwater (2019)
Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2019.01.068
