RSS-Feed VBIO http://www.vbio.de/ Aktuelle News de_DE VBIO Wed, 08 Feb 2023 13:25:45 +0100 Wed, 08 Feb 2023 13:25:45 +0100 News news-23098 Wed, 08 Feb 2023 11:43:29 +0100 Schildkröten-Invasion im Ländle https://www.vbio.de/aktuelles/schildkroeten-invasion-im-laendle Erstmals nachgewiesen: Drei nordamerikanische Schildkrötenarten pflanzen sich selbständig in deutschen Gewässern fort. Ein Forschungsteam mit Dr. Melita Vamberger von den Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen Dresden sowie Benno Tietz und Dr. Johannes Penner von der Universität Freiburg konnte erstmals zeigen, dass drei ursprünglich in Nordamerika beheimatete Schildkrötenarten sich in Deutschland in der Natur fortpflanzen – so weit im Norden wie nie zuvor nachgewiesen. Genetische Untersuchungen der Tiere legen nahe, dass dies in den betreffenden Populationen regelmäßig geschieht – die gepanzerten Reptilien haben sich in ihrem neuen Lebensraum in Baden-Württemberg etabliert. In ihrer nun in der Fachzeitschrift „NeoBiota“ erschienene Studie weisen die Forschenden auf mögliche Gefahren hin, welche die invasiven Schildkröten für bedrohte heimische Arten und Ökosysteme darstellen können, schlagen Präventionsmöglichkeiten vor und fordern Untersuchungen zum konkreten Einfluss der nun heimisch gewordenen Arten.

Invasive Tierarten verursachen weltweit wirtschaftliche Schäden in Milliardenhöhe. Sie sind zu einem großen Anteil mitverantwortlich für das fortschreitende globale Artensterben – und ihre Zahl wächst kontinuierlich. Auch exotische Reptilien geraten in Deutschland regelmäßig in die Natur. Am häufigsten handelt es sich dabei um Tiere, die von ihren Besitzer*innen ausgesetzt werden. Die Nordamerikanische Buchstaben-Schmuckschildkröte (Trachemys scripta) – in den Achtziger- und Neunzigerjahren in großer Zahl als Haustier in die Europäische Union importiert – wurde so weltweit zu einer der meistverbreiteten und schädlichsten invasiven Reptilienarten. 1997 wurde ihr Import von der EU verboten, 2016 auch der Verkauf hier geborener Exemplare untersagt.
Im Tierhandel haben seitdem andere Süßwasser-Schildkrötenarten Trachemys scripta ersetzt und in der Folge ihren Weg auch in heimische Gewässer gefunden. Zwei davon – die Gewöhnliche Schmuckschildkröte (Pseudemys concinna) und die Falsche Landkarten-Höckerschildkröte (Graptemys pseudogeographica) – sowie die Nordamerikanische Buchstaben-Schmuckschildkröte selbst, haben die Wissenschaftler*innen nun in Seen in Freiburg im Breisgau und Kehl, in denen größere Populationen gesichtet wurden, untersucht.
„Wir wollten herausfinden, ob die Schildkrötenarten als invasiv anzusehen sind – also ob sie sich hier selbständig und regelmäßig in der Natur fortpflanzen“, erläutert Dr. Melita Vamberger, Wissenschaftlerin an den Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen Dresden und fährt fort: „Für alle drei Arten konnten wir das nun erstmals zeigen: Sie sind in Baden-Württemberg heimisch geworden. Das ist der erste Nachweis erfolgreicher Fortpflanzung nicht-heimischer Schildkrötenarten in Deutschland.“ Die Wissenschaftler*innen untersuchten insgesamt knapp 200 Tiere verschiedenen Alters und führten genetische Analysen durch. „Überraschend ist, dass sich die invasiven Arten so weit im Norden etabliert haben“, so Benno Tietz, Erstautor der Studie, und weiter: „Erfolgreiche Fortpflanzung und sich selbst erhaltende Populationen von Trachemys scripta waren in Europa bisher aus den Mittelmeerregionen und der kontinentalen Klimazone Sloweniens bekannt. Bis vor kurzem ist man davon ausgegangen, dass sich diese Schildkröten in Mitteleuropa insbesondere wegen des kühleren Klimas nicht fortpflanzen können. Gerade die Falsche Landkarten-Höckerschildkröte ist eigentlich eher kälteempfindlich.“

Für einheimische Arten wie die Europäische Sumpfschildkröte (Emys orbicularis), die in vielen europäischen Ländern unter Schutz steht und in Deutschland nur noch in Teilen von Brandenburg zu finden ist, könnten die invasiven Artgenossen zum Problem werden. „Im Versuchsaufbau kam es bei Europäischen Sumpfschildkröten, die gemeinsam mit Trachemys scripta gehalten wurden, zu Gewichtsverlust und einer hohen Sterblichkeit“, berichtet Dr. Johannes Penner von der Universität Freiburg und fährt fort: „Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass die größeren gebietsfremden Arten die kleineren einheimischen von den Sonnenplätzen verdrängen, so dass letztere unter einer suboptimalen Thermoregulation leiden. Möglicherweise haben sie auch Vorteile beim Nahrungserwerb.“
Darüber hinaus können Wasserschildkröten als Wirte von Viren und Parasiten eine Rolle bei der Übertragung von Krankheiten spielen. In Gewässern stehen sie am oberen Ende der Nahrungskette und könnten durch ihr nahezu omnivores Fressverhalten auch einen erheblichen und potenziell schädlichen Einfluss auf andere Teile des Ökosystems wie Amphibien, Fische oder Wasserpflanzen haben. Auf der anderen Seite geben die Forschenden in ihrer Studie zu bedenken, dass die nicht-heimischen Arten möglicherweise Ökosystemleistungen in geschädigten Ökosystemen übernehmen könnten, in denen sie andernfalls fehlen.
„Alle diese Fragen müssen dringend weiter erforscht werden“, schließt Vamberger und betont: „Gleichzeitig brauchen wir eine breite Aufklärung der Bevölkerung, damit künftig keine Tiere – egal welcher Art – mehr ausgesetzt werden. Es wäre auch sinnvoll, verpflichtende Schulungen für das Halten bestimmter Tiere nach dem Prinzip des ‚Sachkundenachweises‘ anzubieten. Wir müssen die Menschen darüber aufklären, dass es notwendig ist, gefährdete heimische Arten und ganze Ökosysteme vor den sich immer weiter ausbreitenden invasiven Arten zu schützen!“

Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen


Originalpublikation:

Tietz B, Penner J, Vamberger M (2023) Chelonian challenge: three alien species from North America are moving their reproductive boundaries in Central Europe. NeoBiota
https://doi.org/10.3897/neobiota.82.87264

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Wissenschaft Baden-Württemberg
news-23095 Wed, 08 Feb 2023 11:38:23 +0100 Röteln-Verwandter: Rustrela-Virus verursacht gefährliche Katzenkrankheit https://www.vbio.de/aktuelles/roeteln-verwandter-rustrela-virus-verursacht-gefaehrliche-katzenkrankheit Für Freigängerkatzen ist die „Staggering Disease“ (Feline Meningoencephalomyelitis) eine lebensbedrohliche Krankheit. Die Gehirn- und Rückenmarksentzündung von Europäischen Hauskatzen (Felis catus) wurde erstmals in den 1970er Jahren in Schweden beschrieben. Ein internationales Forschungsteam konnte nun endlich – rund 50 Jahre nach Entdeckung der Krankheit und unter maßgeblicher Beteiligung der Veterinärmedizinischen Universität Wien – mit dem Rustrela-Virus die Ursache identifizieren. Lange Zeit galt das die Röteln des Menschen verursachende Rubellavirus als einziger Vertreter der Gattung der Rubiviren. Erst kürzlich wurden bei Tieren zwei weitere Rubiviren entdeckt, was vermuten lässt, dass das Rubellavirus – wie SARS-CoV-2 – als Zoonose zum Menschen fand.

Eines dieser zwei Rubiviren konnte nun ein internationales Forschungsteam – unter maßgeblicher Beteiligung der Institute für Pathologie (Herbert Weissenböck, Christiane Weissenbacher-Lang, Julia Matt) und Virologie (Norbert Nowotny, Jolanta Kolodziejek, Pia Weidinger) der Vetmeduni – in Katzen nachweisen und damit ein rund 50 Jahre altes wissenschaftliches Rätsel lösen. Die Wissenschafter:innen aus Deutschland, Schweden und Österreich klären mit dieser Entdeckung die Ursache der „Staggering Disease“, einer in diesen Ländern vorkommenden Gehirn- und Rückenmarksentzündung von Katzen.

Genanalyse identifiziert Rustrela-Virus als Krankheitserreger

Als Erreger wurde das Rustrela-Virus identifiziert, ein Verwandter des menschlichen Röteln-Virus. Dieses bis vor kurzem völlig unbekannte Virus erwies sich schon zuvor als Verursacher von Enzephalitisfällen bei Zootieren in Norddeutschland. „Mittels Next-Generation-Sequencing gelang es uns, virale Signaturen in Gewebeproben von erkrankten Katzen zu finden und anschließend die viralen Genome vollständig zu entschlüsseln. Außerdem konnten wir mit speziellen Nachweismethoden zeigen, dass sich die Viren in Nervenzellen der betroffenen Tiere vermehrten und dadurch die krankheitsursächliche Entzündungsreaktion auslösten“, beschreibt Studien-Coautor Herbert Weissenböck, Leiter des Instituts für Pathologie der Vetmeduni, wie die Forscher:innen dem Virus auf die Schliche kamen.

Infektionsgefahr für Freigängerkatzen

Laut anderen Studien scheinen Rustrela-Viren ihr natürliches Reservoir in Gelbhalsmäusen und Waldmäusen zu haben. Dadurch können sich Freigängerkatzen leicht infizieren. Zur dadurch verursachten „Staggering Disease“ haben Herbert Weissenböck und Norbert Nowotny eine spezielle Beziehung. Vor nunmehr 30 Jahren veröffentlichten sie gemeinsam mit dem Tierarzt Josef Zoher die erste Beschreibung von Staggering Disease in Österreich. „Aufgrund der pathologischen Veränderungen war uns bereits damals klar, dass es sich um eine Virusinfektion handeln muss. Allerdings waren die wissenschaftlichen Methoden damals noch nicht ausreichend, um diese Vermutung zu bestätigen“, so Studien-Coautor Norbert Nowotny vom Institut für Virologie der Vetmeduni.

In Schweden verbreitet, in Österreich derzeit keine Krankheitsfälle

Als eigenständige Krankheit wurde die Staggering Disease das erste Mal vor 50 Jahren in Schweden beschrieben, wo sie bis heute vorkommt. Die betroffenen Katzen zeigen Verhaltensänderungen und Bewegungsstörungen, die sich vor allem in Ataxien – daher die Bezeichnung Staggering disease („Taumelkrankheit“) – und in weiterer Folge Paresen und Paralysen der hinteren Extremitäten manifestieren.

In Österreich wurde die Krankheit ausschließlich im Marchfeld (Niederösterreich) mit einer auffällig hohen Inzidenz in den 1990er Jahren festgestellt. Danach ist die Krankheit immer seltener geworden und seit gut zehn Jahren wurden keine weiteren Fälle festgestellt. Die Gründe dafür sind unklar.

Veterinärmedizinische Universität Wien


Originalpublikation:

Matiasek, K., Pfaff, F., Weissenböck, H. et al. Mystery of fatal ‘staggering disease’ unravelled: novel rustrela virus causes severe meningoencephalomyelitis in domestic cats. Nat Commun 14, 624 (2023). doi.org/10.1038/s41467-023-36204-w

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Wissenschaft International
news-23092 Wed, 08 Feb 2023 11:24:21 +0100 Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt im Kampf gegen tödliche Hefeinfektionen https://www.vbio.de/aktuelles/forschungsteam-gelingt-wichtiger-schritt-im-kampf-gegen-toedliche-hefeinfektionen Insbesondere bei immunschwachen Menschen können durch bestimmte Hefen Infektionen ausgelöst werden, die oft tödlich enden. Die Entwicklung wirksamer Medikamente ist schwierig, da Hefezellen menschlichen Zellen sehr ähnlich sind – es gibt also wenig Stellen, an denen Wirkstoffe nur die Hefe ausschalten können und nicht noch menschliche Zellen „mitschädigen“. Einem Forschungsteam um die Mikrobiologin Karin Römisch von der Universität des Saarlandes ist es nun gelungen, einen dieser ganz seltenen Angriffspunkte zu finden und auch auszuschalten. Damit könnten sie einen Ausgangspunkt für neue, hochwirksame Medikamente gefunden haben. Hefepilze spielen eine große Rolle im Leben von uns Menschen. Sie geben uns zu essen, vom herzhaften Pizzateig bis zum süßen Hefezopf, sie ermöglichen es uns, Bier zu brauen, Wein zu keltern oder helfen uns im Kampf gegen Krankheiten als wichtiger Bestandteil von Medikamenten.

Und sie können uns umbringen.

Wie zum Beispiel Cryptococcus neoformans. Der weit verbreitete Hefepilz kommt unter anderem in Vogelmist vor und gelangt über die Atmung in den menschlichen Körper. „Für gesunde Menschen ist das kein Problem. Hier richtet Cryptococcus keinen Schaden an“, berichtet Karin Römisch, Professorin für Mikrobiologie an der Universität des Saarlandes. „Bei immungeschwächten Menschen jedoch kann Cryptococcus schwere Krankheiten auslösen, zum Beispiel eine Hirnhautentzündung“, erklärt die Expertin. Insbesondere HIV-Patienten sterben häufig an den Folgeerkrankungen nach Cryptococcus-Infektion. Von einer Million Erkrankten im Jahr sterben rund 700.000, berichtet die Biologin. Problematisch ist das insbesondere in wärmeren Weltregionen mit einem hohen Anteil von HIV-Infizierten, beispielsweise im Subsahara-Afrika.

Karin Römisch hat nun eine Studie veröffentlicht, in der sie gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen zeigt, wie man Cryptococcus neoformans unschädlich machen kann. Bildlich gesprochen: Sie montieren den Türgriff der Tür ab, durch die die krankheitserregenden Bestandteile der Hefezelle ihren Weg ins menschliche Gewebe nehmen. Der Türgriff ist dabei ein Protein namens Sbh1. Diese Eiweißstruktur ist Teil des Eintritts-Kanals in den „sekretorischen Weg“, der Weg vom Zellinneren zur Zelloberfläche und den extrazellulären Raum. In Hefen wie Cryptococcus neoformans werden bestimmte Enzyme, Melanin-Körnchen und eine Kapsel aus Zuckerpolymeren durch diesen „sekretorischen Weg“ zur Zelloberfläche transportiert. Diese drei Faktoren sind notwendig, damit Cryptococcus in den immungeschwächten Befallenen wachsen und die schweren Krankheiten auslösen kann.

Römisch und ihre Kolleginnen und Kollegen haben nun die Hefe genetisch so verändert, dass sie Sbh1 nicht mehr herstellen kann, also „der Türgriff abmontiert“ wird, um im Bild zu bleiben. Die krankheitsauslösenden Enzyme, Melanin-Körnchen und die Kapsel gelangen nicht mehr an die Hefeoberfläche und ins menschliche Gewebe. In der Folge konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Karin Römisch eine wegweisende Beobachtung machen: „Unter Infektionsbedingungen, bei 37 Grad Celsius, wie sie im menschlichen Körper herrschen, war die genetisch modifizierte Hefe ohne Sbh1 komplett harmlos.“

Karin Römisch und ihr Team haben die Menge der unveränderten Wildtyp-Hefe mit Sbh1 und der genetisch veränderten Zellen ohne Sbh1 im Lungen- und Hirngewebe von infizierten Mäusen gemessen; an diesen Stellen lösen sie im menschlichen Körper schwere Krankheiten aus. Das Ergebnis hätte nicht eindeutiger sein können: „Die Mutante hat sich in keinem Fall weiter vermehrt und die Tiere blieben gesund, während sich der Wildtyp in den Tieren stark vermehrt hat und zur Erkrankung der Tiere führte“, so die Wissenschaftlerin. „Cryptococcus neoformans ohne Sbh1 ist damit komplett avirulent“, sagt Karin Römisch.

Die Erkenntnisse aus dieser Studie sind umso bedeutender, wenn man zweierlei Probleme bedenkt, die miteinander zusammenhängen. Erstens gibt es gegen wenige Hefe-Infektionen wirksame Medikamente. Das hängt mit Problem Nummer zwei zusammen: Hefezellen ähneln im Aufbau sehr stark menschlichen Zellen. Man läuft also schnell Gefahr, dass ein Wirkstoff nicht nur die schädlichen Hefen angreift, sondern auch die umliegenden menschlichen Zellen. Der Versuch, ein wirksames Medikament gegen einen Hefepilz zu finden, ähnelt also in gewisser Weise dem Versuch, ein nasses Stück Seife in der Dusche aufzuheben: Es gibt kaum gute Angriffspunkte. „Das Protein Sbh1 ist nun eines der ganz wenigen spezifischen Targets in der Hefezelle , das wir angreifen können, da es beim Menschen anders aussieht. Das macht die Erkenntnis aus unseren Experimenten so bedeutsam“, erklärt Karin Römisch.

Ihre Hoffnung ist es, dass auf Basis ihrer Grundlagenforschung wirksame Medikamente gegen eine Cryptococcus-Infektion entwickelt werden könnten, um jedes Jahr hunderttausende Menschenleben zu retten.

Universität Saarland


Originalpublikation:

Felipe H. Santiago-Tirado, Thomas Hurtaux, Jennifer Geddes-McAlister, Duy Nguyen, Volkhard Helms, Tamara L. Doering, Karin Römisch: The ER protein translocation channel subunit Sbh1 controls virulence of Cryptococcus neoformans, mBio, https://doi.org/10.1128/mbio.03384-22

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Wissenschaft Biobusiness Saarland
news-23089 Wed, 08 Feb 2023 11:14:53 +0100 Fischschwärme funktionieren ähnlich wie das Gehirn https://www.vbio.de/aktuelles/fischschwaerme-funktionieren-aehnlich-wie-das-gehirn Wie es biologischen Systemen wie dem Gehirn oder Tierschwärmen gelingt, die Vielzahl an Einzelinformationen aus verschiedenen Quellen optimal zusammenzuführen, ist wenig bekannt. Es gibt die Hypothese, dass das größte Leistungspotenzial des Gehirns an der Grenze zwischen Ordnung und Chaos liegt, im Zustand der sogenannten Kritikalität. Nun konnte diese Hypothese an einem riesigen Fischschwarm von Forschenden des Exzellenzclusters „Science of Intelligence" der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), der Technischen Universität Berlin (TU) und des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) nachgewiesen werden. „Es geht bei Schwarmverhalten ja darum, dass sich Informationen lawinenartig ausbreiten. In diesem Zustand reagieren die Individuen maximal schnell auf externe Reize mit einer maximal effektiven Informationsweitergabe. Wir konnten an großen Fischschwärmen zeigen, dass die Gesetzmäßigkeit der Kritikalität, die man schon für neuronale Netzwerke nachweisen konnte, diesen Zustand beschreibt“, erläutert Studienleiter Pawel Romanczuk, Professor am Institut für Biologie der HU und Forscher im Exzellenzcluster.

Kritikalität: An der Schwelle von Ordnung zum Chaos arbeitet das Gehirn am effektivsten:

Die Informationsverarbeitung im Gehirn basiert auf einem Netzwerk von rund 86 Milliarden Neuronen. Sie leiten Informationen in Form von Spannungsimpulsen weiter. Nach einer These der Neurobiologie, der so genannten „Kritikalität des Gehirns“ (the critical brain hypothesis) ist unser Gehirn deshalb so effizient in der Informationsverarbeitung, weil es sich permanent an einem kritischen Punkt zwischen zwei dynamischen Zuständen befindet, nämlich Ordnung und Chaos – wobei Ordnung bedeutet, dass die Neuronen hochsynchron aktiv sind, wie in einem neuronaler Gleitschritt, und Chaos bedeutet, dass die Zellen unabhängig voneinander Impulse aussenden. Im Zwischenzustand, der Kritikalität, ist das Gehirn maximal erregbar und schon kleine Reize bringen plötzlich eine Vielzahl von Neuronen zum Feuern, Informationen breiten sich lawinenartig aus und können besonders leicht übertragen werden, auch in weit voneinander entfernte Hirnareale.

La-Ola-Welle für die höchstmögliche Alarmbereitschaft:

Schwefelmollys sind Fische die in Schwefelquellen in Mexiko leben. Sie schwimmen zu Hunderttausenden im Schwarm und zeigen dabei ein typisches und ungewöhnliches Verhalten: Sie tauchen in Wellen auf und ab – aus der Vogelperspektive wirkt es wie eine riesige La-Ola-Welle, die sich mannigfaltig wiederholt. Wie das Forschungsteam bereits in einer früheren Studie gezeigt hat, nutzen die kleinen Fische das Wellenverhalten zunächst, um angreifende Vögel erfolgreich zu verwirren. Dieses Verhalten könnte aber auch eine andere Funktion haben: Es könnte den Schwarm in einen Zustand optimaler Alarmbereitschaft versetzen – in einer Weise, die dem oben beschriebenen Zustand der Kritikalität des Gehirns sehr ähnlich ist. Diese Wachsamkeit ist notwendig, weil die Tiere einem hohen Fraßdruck durch Vögel ausgesetzt sind – wer also nicht wachsam genug ist, wird gefressen.

Die Fische machen nämlich auch eine Wellenbewegung, wenn gar keine Vögel angreifen. „Wir wollten also herausfinden, ob diese Wellenbewegung eine Analogie zur Informationsverarbeitung des Gehirns sein könnte: wenige Oberflächenwellen, wenn keine Vögel angreifen; stärkere und mehr Wellen, wenn Vögel angreifen. Damit würde sich auch der Schwarm bei der kollektiven Tauchbewegung im Stadium der Kritikalität bewegen – mit der höchstmöglichen Alarmbereitschaft“, erläutert Erstautor Luis Gómez-Nava, Forscher im Exzellenzcluster.

Die Forschenden kombinierten empirische Daten aus Verhaltensstudien im Feld mit mathematischen Modellen und konnten so zeigen, dass die räumlich-zeitliche kollektive Dynamik großer Schwärme von Schwefelmollys tatsächlich einem erregbaren System im Stadium der Kritikalität entspricht – ähnlich eines Gehirns.

Maximale Unterscheidungsfähigkeit von Umweltreizen und hohe Reichweite:

Das Verhalten an einem kritischen Punkt ermöglicht es den Schwefelmollyschwärmen, ständig auf Störungen in der Umwelt zu achten und Informationen über die Intensität des Hinweises auch über weite Strecken weiterzugeben. Dies konnte in Zusammenarbeit mit weiteren Mitgliedern des Exzellenzclusters aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, Robert Lange und Professor Henning Sprekeler, gezeigt werden. Sie nutzten modernste Algorithmen des maschinellen Lernens, um die Reaktion des Schwarms auf unterschiedliche Intensitäten von Störungen in der Umgebung zu testen, und kamen zu dem Schluss, dass der Schwarm tatsächlich in der Lage ist, die Informationen über äußere Reize – wie angreifende Vögel – effizient für sich zu nutzen.

„Im Falle der Schwefelmollys korreliert die Intensität der Hinweise mit der Gefahr, da jagende Vögel oft mit dem Körper ins Wasser eindringen, was zu hochintensiven visuellen, akustischen und hydrodynamischen Hinweisen führt, während Vögel im Überflug nur einige visuelle Hinweise geben. Daher ist die Information über die Intensität des Hinweises für Fische sehr wichtig, um angemessene Reaktionen zu koordinieren, zu denen auch wiederholtes Tauchen über mehrere Minuten gehört. Darüber hinaus können diese Informationen über weite Entfernungen übermittelt werden, sodass die Fische Vorsorgemaßnahmen ergreifen können, auch wenn sie sich nicht im direkten Gefahrenbereich befinden“, sagt Koautor David Bierbach. Der Forscher im Exzellencluster hat bereits viele Verhaltensstudien mit Schwefelmollys durchgeführt.

Unterschiede Schwarm und Gehirn: Individuelles Verhalten der Tiere:

Natürlich gibt es auch wichtige Unterschiede zwischen dem Fischschwarm und neuronalen Systemen. In neuronalen Systemen ändert sich die Struktur des Interaktionsnetzwerks zwischen den einzelnen Elementen auf einer viel langsameren Zeitskala als das dynamische Verhalten im Fischschwarm.

„Die dynamische Gruppenstruktur und individuelle Verhaltensparameter wie die individuelle Geschwindigkeit oder die Aufmerksamkeit gegenüber Artgenossen haben starke Auswirkungen auf das kollektive Verhalten, was zu alternativen Mechanismen der Selbstorganisation in Richtung Kritikalität durch Modulation des individuellen Verhaltens führen kann. Es gibt hier noch viele offene Fragen an denen wir weiterforschen“, sagt Jens Krause, Professor an der HU und im Exzellenzcluster sowie Leiter einer Forschungsabteilung am IGB.

Die Ähnlichkeit zwischen dem Tauchverhalten von Fischen als „kollektivem Verstand“ und der neuronalen Aktivität im Gehirn hilft, kollektive Systeme in der Natur besser zu verstehen.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei


Originalpublikation:

Gómez-Nava, L., Lange, R.T., Klamser, P.P. et al. Fish shoals resemble a stochastic excitable system driven by environmental perturbations. Nat. Phys. (2023). https://doi.org/10.1038/s41567-022-01916-1

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Wissenschaft Berlin
news-23082 Tue, 07 Feb 2023 11:07:21 +0100 Pflanzenvielfalt nach Landwirtschaft: keine vollständige Erholung ohne Hilfe https://www.vbio.de/aktuelles/pflanzenvielfalt-nach-landwirtschaft-keine-vollstaendige-erholung-ohne-hilfe Die Landwirtschaft gilt als einer der wesentlichen Störfaktoren ökologischer Systeme – und es kann lange dauern, bis sich ehemals landwirtschaftlich genutzte Flächen wieder erholen. Ohne aktive Renaturierungsmaßnahmen kann sich diese Erholung noch weiter herauszögern und ist zudem häufig unvollständig, zeigt ein Forschungsteam unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv). In ihrer Studie im Journal of Ecology beleuchten sie, wie sich ehemals landwirtschaftlich genutzte Flächen auf verschiedenen Ebenen erholen, und zeigen konkrete Renaturierungsmaßnahmen auf, die der Biodiversität helfen können sich zu regenerieren. Landnutzung, unter anderem die Umwandlung natürlicher Lebensräume in landwirtschaftliche Flächen, ist weltweit der wichtigste Treiber für den Verlust der Biodiversität. Jedoch sollte man meinen, dass sich nach einer ausreichenden Zeit ohne wesentliche anthropogene Störfaktoren die Biodiversität wieder erholt. Die Regeneration gestörter Ökosysteme, deren Anleitung und Vorantreiben sind Gegenstand der Renaturierungsökologie. Entsprechend Ziel 2 des Rahmenprogramms für die biologische Vielfalt der UN-Biodiversitätskonvention sollen sich bis 2030 mindestens 30 % degradierter Fläche an Land, in Binnengewässern sowie in Küsten- und Meeresökosystemen im Prozess einer effektiven Renaturierung befinden.

Um mehr über diesen Prozess auf ehemaligen Landwirtschaftsflächen zu erfahren, untersuchte ein Forschungsteam unter der Leitung von iDiv, MLU und UFZ, wie sich die Biodiversität und die Zusammensetzung der Arten in 17 gemäßigten Graslandflächen in Minnesota (USA) erholt. Diese Flächen wurden in der Vergangenheit gepflügt und landwirtschaftlich genutzt, die Nutzung wurde jedoch zwischen 1927 und 2015 eingestellt, so dass einer Rückeroberung durch die Natur und eine Erholung der Vegetation erfolgen konnten. Die Forschenden verglichen diese stillgelegten Flächen mit Grasland, das nie beackert worden war und als Referenz für ein natürliches System diente. „Wir wollten herausfinden, wie schnell und wie vollständig die landwirtschaftlich genutzten Flächen ihre ursprüngliche Biodiversität zurückgewinnen. Wenn wir diesen Prozess besser verstehen, können wir auch besser einschätzen, wie wir ihn mit Renaturierungsmaßnahmen unterstützen und beschleunigen können“, sagt Erstautorin Emma Ladouceur von iDiv, der Universität Leipzig (UL) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), die zudem als Gastwissenschaftlerin am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) forscht.

Nach 80 Jahren immer noch geringerer Artenreichtum

Die Forschenden fanden heraus, dass sich die stillgelegten Felder selbst nach 80 Jahren noch nicht erholt hatten. Im Vergleich zu den unberührten Flächen lag die Zahl der Arten im Durchschnitt bei 65 %. Zudem erholte sich mit der Zeit zwar die Zusammensetzung der Pflanzenarten, aber eben nicht vollständig. Kurz nach der Stilllegung siedelten auf den alten Feldern vor allem Unkrautpflanzen und andere, wenig störungsanfällige Arten an. Nach und nach kamen auch solche Pflanzen wieder vor, die typischerweise auf den unberührten Flächen zu finden waren; ihre Zahl erhöhte sich mit der Zeit. Allerdings gab es auch 63 einheimische Arten, die ausschließlich im unberührten Grasland zu finden waren und sich nicht wieder auf den Renaturierungsflächen ansiedelten. Dort kamen hingegen deutlich mehr fremde Arten wie Gräser und Unkräuter vor, die typisch für ehemalige Nutzflächen sind.

In ihrer Studie konzentrierten sich die Forschenden darauf, wie sich ehemals landwirtschaftlich genutzte Felder ohne aktive Renaturierungsmaßnahmen erholen. Mithilfe ihrer Erkenntnisse könnten entsprechende Maßnahmen ausgearbeitet werden, die diesen Prozess noch besser unterstützen. „Indem wir uns genau anschauen, wie sich die Artenzusammensetzung in verschiedenen Größenordnungen erholt, bekommen wir ein besseres Verständnis davon, welche Arten im Fokus von Renaturierungen stehen könnten und wie wir den Ökosystemen helfen können, sich zu erholen“, erklärt Coautor Stan Harpole, Professor an der MLU und Leiter des Departments Physiologische Diversität am UFZ und iDiv. „Das könnte zum Beispiel durch Aussäen oder Pflanzen von Arten geschehen, von denen wir wissen, dass sie sich auf den alten Feldern nicht von allein ansiedeln, und durch das Management exotischer Arten, um den Wettbewerb mit den einheimischen Pflanzen zu reduzieren.“

Sachkundige Beratung für politische Entscheidungen

„Für unsere Studie haben wir wertvolle seltene und über einen langen Zeitraum gesammelte Daten genutzt, um wichtige räumlich abhängige Muster abzuleiten. Daraus können wir wiederum praktische Schlussfolgerungen ziehen, die auch für die Politik relevant sind. Unsere Ergebnisse können zum Beispiel helfen, die Ziele für Renaturierungen besser einzuordnen, wie sie bei internationalen Plattformen wie kürzlich auf der Biodiversitätskonferenz der UN (COP15) diskutiert werden“, sagt Letztautor Jonathan Chase, Professor an der MLU und Leiter der Arbeitsgruppe Biodiversitätssynthese am iDiv.

Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung


Originalpublikation:

Ladouceur, Emma; Forest, Isbell; Clark, Adam; Harpole, W. Stanley; Reich, Peter; Tilman, David; Chase, Jonathan (2022); The recovery of plant community composition following passive restoration across spatial scales. Journal of Ecology, DOI: 10.1111/1365-2745.14063, https://doi.org/10.1111/1365-2745.14063

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Nachhaltigkeit/Klima Sachsen