Forschung

Vögel

Über die Funktion von Mustern bei Eischalen

Über die Funktion von Mustern bei Eischalen

© Katja Rahn

Vogeleier weisen eine große Variabilität in ihrer Färbung auf. Dafür kann es unterschiedlichste Gründe geben, wie Umweltbedingungen, Prädationsdruck oder Schutz vor Sonnenlicht. Farbe und Fleckung der Schale sind eventuell auch unter Einfluss sexueller Selektion entstanden, als Indikator der Qualität von Weibchen. Im Falle von interspezifischem Brutparasitismus wurde bewiesen, dass sich die Morphologie der Eier (hauptsächlich das Farbmuster) der parasitären Art und der Wirtsart in ko-evolutionärer Weise verändern kann (Lahti and Lahti 2002; Cherry and Gosler 2010; Spottiswoode and Stevens 2010, 2011; Stoddard and Stevens 2010). Bisher gibt es noch keine eindeutigen Erkenntnisse darüber, ob Eischalenfärbung eventuell unterschiedliche Rollen in verschiedenen Arten oder Umgebungen spielt. Für Weibchen von Arten mit intraspezifischem Brutparasitismus ist die Erkennung der eigenen Eier essentiell für den Bruterfolg.

Die Lachmöwe, Chroicocephalus ridibundus ist eine langlebige, monogame Art, die am Boden in Kolonien unterschiedlichster Größe brütet. Weibchen legen sehr unterschiedliche Eier und bei einem Anteil von 10-34% kommt intraspezifischer Brutparasitismus vor (Duda et al. 2008; Lezalová-Piálková and Honza 2008). Da sie auf engem Raum brüten, haben sie eventuell Mechanismen entwickelt, um ihre eigenen Jungen, sowie ihre Eier zu erkennen.

Das Hauptziel dieser Studie ist es, zu untersuchen, ob die Eier der Weibchen individuelle Eigenschaften aufweisen (insbesondere im Farbmuster) und ob es einen Zusammenhang zwischen Status und/oder Qualität der legenden Weibchen und der Kennzeichnung ihrer Eier gibt. Korrelieren die Charakteristiken der Eier mit dem Bruterfolg? Sind Eier ein Signal der weiblichen Qualität, dass möglicherweise von dem Männchen zur Partnerwahl genutzt wird? Wir hoffen mit unserer Forschungsarbeit und der Verwendung neuer Methoden bestehende Informationen von Lachmöwenkolonien in der Region zu ergänzen, um ihre Brutökologie zu verstehen und naturschutzrelevante Fragen anzusprechen.

Mitarbeiter: M.Sc. Katja Rahn, Dr. Angela Schmitz-Ornés

Rahn K. & Schmitz Ornés A. (2020) Individuality in egg colouration of Blackheaded Gulls Chroicocephalus ridibundus across the years confirmed through DNA analyses. Ardea, 108(1) : 1-14

Auswirkungen verschiedener Stressoren auf den Reproduktionserfolg Eurasischer Kraniche (Grus grus)

Auswirkungen verschiedener Stressoren auf den Reproduktionserfolg Eurasischer Kraniche (Grus grus)

© Isabel Barwisch
© Universität Greifswald

Seit Ende des 19. Jhd. zeigt der Eurasische Kranich (Grus grus) europaweit eine positive Bestandsentwicklung, einhergehend mit einer Ausweitung des Verbreitungsgebietes in südlicher und westlicher Richtung, trotz intensiver land- und forstwirtschaftlicher Nutzungen (Leito et al. 2003; Boldt 2015). Aktuelle Untersuchungen verweisen jedoch auf einen rückläufigen Reproduktionserfolg in Gebieten hoher Siedlungsdichten, wie beispielsweise Mecklenburg-Vorpommern und Brandenburg (Mewes 2014). Dichteabhängige Rückgänge des Reproduktionserfolgs, als Folge verstärkter Konkurrenz um geeignete Brut- und Nahrungshabitate (Fernandez et al. 1998), wurden bereits bei andere Arten wie dem Höckerschwan (Cygnus olor) und der Weißwangengans (Branta leucopsis) nachgewiesen (Nummi & Saari 2003; Larsson & Forslund 1994). Wohingegen Mitte der 90er Jahre lediglich 8 % der Kranichpopulation in Mecklenburg-Vorpommern und Brandenburg in den, als suboptimal empfundenen, Agrarlandschaften brüteten, nutzten 2010 bereits über 30 % Habitate in der Feldflur zur Brut, Tendenz steigend (Mewes 2010). Aufgrund seiner scheinbar guten Anpassungsfähigkeit stellt sich die Frage, welche Faktoren tatsächlich für den Reproduktionserfolg des Kranichs von Bedeutung sind.

Die Hauptziele dieses Forschungsprojektes sind die räumliche Analyse der aktuellen Brutpopulation des Kranichs in Mecklenburg-Vorpommern, sowie die Untersuchung des Einflusses verschiedener Faktoren auf dessen Reproduktionserfolg.

Den Auswirkungen unterschiedlicher Siedlungsdichten und dem Einfluss der gegebenen Landschaftskomponenten möchten wir nicht nur aus ökologischer oder verhaltensbiologischer Sicht auf den Grund gehen, sondern auch aus einer physiologischen Perspektive, mit Hilfe der Untersuchung einer potenziellen Belastung durch Schwermetalle. Generell könnten hohe Siedlungsdichten und ein steigender Prädationsdruck, einhergehend mit steigendem Konkurrenzdruck um geeignete Bruthabitate und Nahrungsflächen, ebenso größeren Stress für die Individuen bedeuten. Hierbei könnte das Alter ebenfalls eine Rolle spielen, da ältere beziehungsweise erfahrenere Individuen womöglich besser mit derartigen Situationen umgehen können.

Mit Hilfe dieses Forschungsprojektes möchten wir genauere Erkenntnisse in Bezug auf die Bedürfnisse des Kranichs an seine Umgebung gewinnen, um eine Basis für die Erarbeitung spezifischer naturschutzrelevanter Maßnahmen zu schaffen.

Mitarbeiter: M.Sc. Isabel Barwisch, Dr. Angela Schmitz Ornés

Habitat use and segregation of rails of the genus Porzana

Habitat use and segregation of rails of the genus Porzana

Kleines Sumpfhuhn Porzana parva

All seven species of rail occur on the restored and re-wetted areas in the valley of the river Peene. This includes the three species of Porzana, P. porzana, P. parva and P. pusilla. The latter was thought to be extinct in Germany. We are interested in the habitat requirements of these three species during the breeding season in order to understand how these closely related species can co-exist. We investigate abiotic and biotic characteristics of habitats as well as spatial and temporal use of territories, intra- and interspecific territorial behavior, and social interactions. In this context, we have an additional focus on the more common Water Rail, which probably also interacts with the Porzana species. These investigations are also complemented by molecular approaches in order to answer population genetic and demographic questions. The ultimate goal is the elaboration of conservation and management measures aiming at the permanent establishment of these rail populations.

Scientists involved: Dipl.-Biol. Alexander Eilers, Dr. Angela Schmitz, Dipl.-Biol. Benjamin Herold, Dr. Martin Haase
Financing:Brehm Fonds für den internationalen Vogelschutz, Bonn

Färbung des Gefieders in phylogenetischen und evolutionären Analysen

Färbung des Gefieders in phylogenetischen und evolutionären Analysen

Die Färbung des Gefieders von Vögeln spielt bei vielen Arten eine maßgebliche Rolle bei der Partnerwahl und steht somit unter sexueller Selektion. Die Gefiederfärbung hat daher bei der Artbildung eine wichtige Funktion, was seinen Niederschlag auch in der Taxonomie findet. So wichtig das Gefieder in der Unterscheidung von Arten ist, so schwierig war es bisher, diesen Merkmalskomplex für die phylogenetische Analyse heranzuziehen. Dr. Angela Schmitz hat eine Methode entwickelt, objektiv gemessene Farbspektraldaten für kladistische Analysen zu kodieren. Moderne phylogenetische Analysen beruhen heute maßgeblich auf genetischen Daten. Allerdings stellte es sich bei zahlreichen Vogelgruppen heraus, dass genetische Standard-Marker wie mitochondrielle Gene nur wenig zwischenartliche Variabilität zeigen und daher für die Ermittlung von Verwandtschaftsverhältnissen auf dem Artniveau nur bedingt brauchbar sind. V.a. für Gruppen, bei denen die Gefiederfärbung offensichtlich eine bedeutende Rolle in der Speziation spielt, könnten daher Farbspektraldaten eine wichtige Ergänzung zu genetischen Daten darstellen. Dies wird anhand von Analysen von genetischen und Farbspektraldaten von Kolibris untersucht.

Mitarbeiter: Dr. Angela Schmitz, Dr. Martin Haase
Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft; Alexander Koenig Foundation, Bonn; Brehm Fonds für den internationalen Vogelschutz, Bonn; Short-Term visitor appointment, Smithsonian Institution, Washington DC; Collections’ Study Grant, American Museum of Natural History, New York; Jessup Grant, Academy of Natzral Sciences, Philadelphia; SYNTHESYS (the European Union-funded Integrated Infrastructure Initiative grant)

Schnecken

Quantifizierung genetischer und ökologischer Effekte der Anpassung an unterschiedliche Habitate bei der morphologisch variablen Neuseeländischen Zwergdeckelschnecke, Potamopyrgus antipodarum

Quantifizierung genetischer und ökologischer Effekte der Anpassung an unterschiedliche Habitate bei der morphologisch variablen Neuseeländischen Zwergdeckelschnecke, Potamopyrgus antipodarum

© Lisa Männer

Umweltveränderungen, hervorgerufen durch den Einfluss des Menschen, haben einen immer größer werdenden Einfluss auf die Erde und auf die auf ihr lebenden Organismen. Allgemein können Organismen auf drei Arten auf Umweltveränderungen in ihrem Habitat reagieren: sie können aussterben, aus dem sich verändernden Habitat auswandern und sich anpassen. Ist es ihnen nicht möglich, auszuwandern oder sich anzupassen, steigt ihr Risiko auszusterben. Andere Organismen sind hoch anpassungsfähig und kommen leicht mit neuen und sich verändernden Umgebungen zurecht. Invasive Arten, beispielsweise, besiedeln neue Habitate mit wenigen Individuen und müssten eigentlich an der Verringerung ihrer genetischen Diversität aufgrund des Gründereffekts leiden. Viele invasive Arten, wie die Neuseeländische Zwergdeckelschnecke, Potamopyrgus antipodarum, sind jedoch in der Lage, gut mit verschiedenen Umweltbedingungen und Stress umzugehen und sich erfolgreich zu vermehren. Zudem zeigen einige der Organismen Merkmale, die sich sehr unterschiedlich in verschiedenen Habitaten ausprägen. Sogar innerhalb eines Genotyps kann man unterschiedliche Phänotypen unter verschiedenen Umweltbedingungen beobachten (Phänotypische Plastizität). Die Gehäuse von P. antipodarum zeigen eine hohe, lebensraumabhängige Variabilität und die Gehäusemorphologie ist adaptiv und sowohl genetisch, als auch phänotypisch hoch plastisch. In ihrem heimischen Lebensraum, Neuseeland, vermehrt sich diese Art diploid sexuell oder polyploid sexuell via Parthenogenese. In befallenen Regionen, wie Australien, Japan, Chile, USA und vielen europäischen Ländern, finden sich nur polyploide, also sich asexuell fortpflanzende Linien.

Wir haben vor, genetische und ökologische Effekte sowohl in Common Garden Experimenten als auch in Transplantationsexperimenten zu entwirren. In den Common Garden Experimenten werden wir die Heritabilität der Variabilität der Gehäusemorphologie von P. antipodarum mit der Hilfe von geometrischer Morphometrie ermitteln. Mit den reziproken Transplantationsexperimenten planen wir, die Reaktionen der Schnecken auf sich verändernde Habitate unter den natürlichst möglichen Bedingungen zu untersuchen. Da Phänotypische Plastizität offenbar sehr wichtig für P. antipodarum ist, um zahlreiche, unterschiedliche Habitate zu besiedeln, beabsichtigen wir außerdem, Genom-weite Methylierungsmuster von einheimischen und invasiven Individuen von verschiedenen Habitaten mit der Nanopore Technologie in Zusammenarbeit mit Bernhard Misof und Lars Podsiadlowski (Bonn) zu analysieren und die Methylierungsmuster sowohl auf Habitat- und Klimavariablen, aber auch auf die Gehäusemorphologie zu beziehen. Um Gene zu identifizieren, werden wir unsere Daten gegen das Genom von P. antipodarum, das zurzeit von unserer Projektpartnerin Maurine Neiman (Iowa) annotiert wird, kartieren.

Mitarbeiter: M.Sc. Lisa Männer, Dr. Martin Haase

Gewinner in einer sich verändernden Welt - Rekonstruktion der globalen Expansion und invasiven Routen der Neuseeländischen Zwergdeckelschnecke Potamopyrgus antipodarum und Rolle der Schalenmorphologie

Gewinner in einer sich verändernden Welt - Rekonstruktion der globalen Expansion und invasiven Routen der Neuseeländischen Zwergdeckelschnecke Potamopyrgus antipodarum und Rolle der Schalenmorphologie

© Lisa Männer

Das RESPONSE-Programm strebt an, biologische Reaktionen auf Umweltveränderungen zu verstehen und konzentriert sich in einem seiner 12 Projekte (A1) auf die Anpassungsfähigkeit der morphologischen Vielfalt der ovoviviparen Neuseeländischen Zwergdeckelschnecke Potamopyrgus antipodarum (Gray, 1843). Sie gilt als eine der 100 schlimmsten invasiven Arten Europas und ist ein Modellorganismus für die Erforschung sexueller und asexueller Fortpflanzung, morphologischer Anpassung, phänotypischer Plastizität, Invasivität und Ökotoxikologie. In ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet treten diploide, sich sexuell fortpflanzende Tiere zusammen mit meist triploiden, parthenogenetischen Linien auf, die fast ausschließlich weiblich sind. Letztere sind auch in andere Teile der Welt invasiv, darunter - abgesehen von Europa - Australien, USA, Japan und Chile. In Zeiten des vom Menschen verursachten Klimawandels ist P. antipodarum aufgrund seiner geringen genetischen Vielfalt in invasiven Lebensräumen eine ideale Tierart, um körperliche Veränderungen auf neue Umgebungen zu untersuchen, indem ihre Anpassungen auf die neuen Lebensräume in Betracht gezogen werden. In der ersten RESPONSE Kohorte untersuchte Gerlien Verhaegen das Verhältnis zwischen Schalenmorphologie und Fertilität, sowie ihre Abhängigkeit vom Lebensraum, sowohl in ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet Neuseeland, als auch in europäischen Populationen. Als Datengrundlage dienten Proben, welche vor Ort gesammelt wurden (Verhaegen et al. 2018a, b). Darüber hinaus analysierte sie die Wechselwirkung von Strömung und Schalenmorphologie experimentell und durch computerbasierten Fluiddynamikberechnungen (Verhaegen et al. 2019). In der zweiten Kohorte untersuchte Lisa Männer Reaktionsnormen und Heritabilität der Schalenmorphologie in einem ‘common garden’ Experiment (in Vorbereitung). Des Weiteren untersuchte sie genomweite Muster der DNA-Methylierung - ein Mechanismus der phänotypischen Plastizität - bei Weichtieren (im Besonderen an P. antipodarum) auf der Grundlage veröffentlichter transkriptomischer und genomischer Daten (Männer et al. 2020), unter Anwendung der ‘Oxford Nanopore Long-Read'-Sequenzierungstechnologie (in Vorbereitung).

Als Teil der letzten RESPONSE-Kohorte habe ich im Rahmen von A1 vier Ziele: (1) Die Rekonstruktion einer Phylogeographie des heimischen Ausbreitungsgebietes, basierend auf Genomdaten in Verbindung mit der Fragestellung, ob die Ausbreitung mit der Schalenmorphologie zusammenhängt. (2) Die Rekonstruktion der weltweiten Invasionsroute von P. antipodarum aufbauend auf der Arbeit von Donne et al. (2020) unter Verwendung von SNP-Daten. Neben bereits ermittelten Daten werden wir in zuvor nicht untersuchten Gebieten auf der Nord- und Südinseln Neuseelands Proben nehmen und Material von neuen invasiven Ländern von unseren Kooperationspartnern Adrian Dusting (Australien), Gonzalo Andrés Collado Inzulza (Chile) und Gerlien Verhaegen (Japan) erhalten. (3) Die Rekonstruktion der Europäischen Invasionsroute basierend auf Erstfunden von P. antipodarum (früher bekannt unter dem Synonym P. jenkinsi Smith, 1889) in der Literatur. (4) Eine Vorhersage über zukünftige Änderungen des Verbreitungsgebiets auf Grundlage der zuvor genannten Projekte und aktueller Klimaprognosen.

Mitarbeiter: M.Sc. Peter Schächinger, PD Dr. Martin Haase