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In welchen Situationen steht ein Tier unter Stress und wie beeinflusst Stress dessen Wohlbefinden? Dies sind die Kernfragen, mit denen Zoos konfrontiert sind, wenn es darum geht, den Bedürfnissen ihrer Tiere gerecht zu werden. Die Beantwortung dieser Fragen ist jedoch angesichts der großen individuellen Variabilität des Inputs, der Stress hervorrufen kann,und des Outputs, der das Wohlbefinden bestimmt, eine Herausforderung. Um diese Herausforderung zu meistern, brauchen Zoos Kenntnisse darüber, welche Haltungsbedingungen und Managementsituationen Verhaltens-, physiologische oder emotionale Veränderungen hervorrufen, sowohl positive als auch negative. Dies trifft insbesondere auf Arten zu, die aufgrund ihrer Biologie und des großen öffentlichen Interesses große Anforderungen an das Management in Menschenobhut stellen, wie den Afrikanischen Elefanten. Die vorliegende Arbeit hatte daher das Ziel, unter Berücksichtigung der individuellen Variation die Auswirkungen bestimmter Managementsituationen auf physiologischen Stress und das Wohlbefinden der Tiere zu evaluieren.
Für diese Arbeit wurden zehn Afrikanische Elefanten aus drei Zoos im Rahmen eines Experiments in 2016 und 2017 mehrmals untersucht. Dieses Experiment umfasste zum einen die Messung von physiologischem Stress auf der Basis der Konzentration des „Stresshormons“ Cortisol im Speichel der Elefanten. Zu diesem Zweck wurden an bestimmten Tagen und zu folgenden Zeitpunkten Speichelproben entnommen: morgens, nachmittags vor und mehrmals nach einer von zwei Managementsituationen (positives Verstärkungstraining [PRT] und neuartiges Enrichmentobjekt [NOV]). Zum anderen diente die Exposition gegenüber dem neuartigen Enrichmentobjekt als sogenannter Novel Object Test. Dieser Standardtest der Persönlichkeitsforschung bei Tieren deckte bei anderen Arten konsistente Verhaltensunterschiede zwischen Individuen auf. Um zu untersuchen, ob dies auch auf Afrikanische Elefanten zutrifft, wurden die individuellen Verhaltensreaktionen auf das neuartige Objekt aufgezeichnet. Darüber hinaus wurden unabhängig von dem Experiment vor und nach einem Transport jeweils morgens und nachmittags Speichelproben von dem transferierten Tier und von zwei Tieren im Bestimmungszoo gesammelt, um den Effekt dieses potenziellen Stressors auf die individuellen Cortisolspiegel zu untersuchen.
Publikation A zeigt, dass die Elefanten unter den Bedingungen des Routinemanagements (das heißt dem routinemäßigen Tagesablauf der Tierpflege) am Morgen signifikant höhere Cortisolwerte im Speichel aufwiesen als am Nachmittag. Diese diurnale Variation der Cortisolsekretion ist typisch für tagaktive Arten und wurde daher auch für die untersuchten Elefanten erwartet. Unter Stressbedingungen wurde weder ein signifikanter Unterschied zwischen den Cortisolspiegeln vor und nach dem Transport noch zwischen den Cortisolwerten am Morgen und am Nachmittag festgestellt. Der prozentuale Unterschied zwischen dem morgendlichen und nachmittäglichen Cortisolspiegel war jedoch beim transferierten Tier nach dem Transport wesentlich geringer als vor dem Transport, was möglicherweise auf eine Stressreaktion auf den Transport und die Eingewöhnung im neuen Zoo hindeutet. Darüber hinaus zeigten sich deutliche Cortisolanstiege unmittelbar nach der ersten Zusammenführung des transferierten Tiers mit dem Bullen im neuen Zoo. Dieses Ergebnis demonstriert zum einen, dass Cortisol physiologischen Stress widerspiegelt. Zum anderen zeigt es die Notwendigkeit, zeitnah nach einem Stressor Speichelproben zu entnehmen, was nach dem Transport nicht möglich war.
Die Studie in Manuskript B zeigt unterschiedliche durchschnittliche Zeitverläufe der Cortisolantworten im Speichel auf die Managementsituationen PRT und NOV. PRT könnte aufgrund des beobachteten cortisolsenkenden und damit potenziell stresspuffernden Effekts förderlich für das Wohlbefinden sein. NOV induzierte im Mittel eine moderate, kurzfristige Cortisolantwort. Dies deutet darauf hin, dass die Tiere geringem physiologischem Stress ausgesetzt waren, mit dem sie jedoch erfolgreich umgehen konnten. Außerdem bestand eine bemerkenswerte individuelle Variation in den Cortisolverläufen in derselben Situation. Die Unterschiede im Cortisolspiegel zwischen den Tieren hingen mit dem Alter (bei NOV) und dem Zoo (bei PRT) zusammen. Der Effekt des Geschlechts und des Haltungssystems auf den Cortisolspiegel war hingegen variabel. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die individuelle Variation der Cortisolsekretion unbedingt berücksichtigt werden muss, um physiologischen Stress zuverlässig zu erkennen.
Die Studie in Manuskript C ergab, dass sich die untersuchten Tiere im Novel Object Test konsistent in ihrem Verhalten gegenüber einem neuartigen Objekt unterschieden. Dieses Ergebnis zeigt, dass der Novel Object Test auch bei Elefanten genutzt werden kann, um die Persönlichkeit der Tiere zu untersuchen...
Zur Evolution der Hirnmorphologie und Anpassungen an Extremhabitate im Taxon Poecilia (Teleostei)
(2020)
Diese Dissertation befasst sich mit den Auswirkungen kontrastierender Umweltbedingungen auf die Gehirnmorphologie von neotropischen Fischen der Gattung Poecilia, welche unterschiedlichen abiotischen sowie biotischen Stressoren ausgesetzt sind. Da das Gehirn der Teleostei ein energetisch kostspieliges Organ und viel plastischer ist als z. B. bei Säugetieren, stellt sich die Frage, wie die Gehirnanatomie durch divergierende ökologische Faktoren in verschiedenen Umgebungen geformt wird, die ´extreme´, ´ressourcenbeschränkte und günstige´ Umgebungen repräsentieren. Zur Beantwortung dieser Frage wurden intraspezifische Studien an freilebenden und Laborindividuen von Poecilia-Arten durchgeführt, um die evolutionäre und ökologische Formgebung des Gehirns besser verstehen zu lernen. Im ersten Teil der Arbeit wurden Gehirnvolumina verglichen zwischen reproduktiv isolierten Populationen des neotropischen Fisches Poecilia mexicana (Ntotal = 95), die in Dunkelheit leben (Cueva Luna Azufre), in einem nahegelegenen Oberflächenhabitat (El Azufre), welcher giftigen Schwefelwasserstoff enthält und einer Kombination aus beiden Stressoren Dunkelheit und H2S (Cueva del Azufre). In einer zweiten Studie wurde auf anatomische („konvergente“) Veränderungen im Teleost-Gehirn entlang eines natürlichen Gradienten von Sulfidkonzentrationen getestet. Hierfür wurden Gehirne (Ntotal = 100) von P. mexicana verglichen, die in drei Flusssystemen im Süden Mexikos unabhängig voneinander eine erhöhte Toleranz gegenüber Schwefelwasserstoff (H2S) entwickelt haben. Dazu gehörten eine phylogenetisch alte H2S-adaptierte Form (P. sulphuraria) und zwei P. mexicana Formen, welche frühere Stufen der Anpassung an H2S darstellen. Zur Überprüfung des Einflusses anderer abiotischer und biotischer Faktoren auf die Morphologie der Gehirnregionen wurde eine weitere Studie durchgeführt. Hierbei wurden die phänotypischen Variationen der Gehirnregionen und der Körpermorphologie von Poecilia vivipara-Populationen (Ntotal = 211) aus Lagunen des Restinga de Jurubatiba Nationalpark untersucht, die sich in abiotischen Umgebungsbedingungen, insbesondere in Salzgehalt, Wassertransparenz, Phosphat und Nitrat sowie biotischen Faktoren wie Prädatorendichte unterschieden. Die erste Studie zeigte lebensraumabhängige Unterschiede bei freilebenden Fischen. Bei Fischen, die in Dunkelheit ohne H2S (LA) oder in Oberflächenhabitaten mit H2S lebten, wurden vergrößerte telenzephale Lappen, kleinere Augen und optische Tekta gefunden. Fische aus der sulfidischen Höhle (CA) zeigten zusätzlich vergrößerte Corpus cerebelli. Der Vergleich mit den Gehirnen von Labor aufgezogenen weiblichen Fischen (Ntotal = 25) zeigt eine allgemeine Verringerung der Gehirngröße sowie eine geringe Abweichung der Gehirngröße zwischen Labor aufgezogenen und freilebenden Fischen. Auch in der zweiten Studie zeigten alle in H2S-haltigen Lebensräumen lebenden Fische kleinere Augen, ein kleineres optisches Tektum und ein kleineres Gehirnvolumen, jedoch größere Corpus cerebelli und Hypothalamusvolumen als Fische aus nicht-sulfidischen Lebensräumen. Flusssystem-spezifische Effekte wurden für die telenzephalen Lappen, das gesamte Gehirn und die Augengröße festgestellt, da die Geschlechter je nach Quelle des Flusssystems unterschiedlich auf das Vorhandensein von H2S reagierten. Die dritte Studie zeigt auch, dass andere Umwelteinflüsse bemerkenswerte Verschiebungen im Gehirn und in den Gehirnregionen verursachen können. Fische, die im Süßwasser leben, zeigten eine verringerte Gesamthirngröße, telenzephale Lappen, Corpus cerebelli und Hypothalamusvolumen. Darüber hinaus zeigten Fische aus Salzwasserlagunen (hypersalin), ein verringertes Volumen des optischen Tektum, während telenzephale Lappen, Corpus cerebelli und Hypothalamusvolumen im Vergleich zu Süßwasserfischen vergrößert waren. Im Brackwasser lebende Fische wiesen im Vergleich zu Süß- und Salzwasserfischen die größten Gehirnregion-Volumen auf. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse über die Lagunen hinweg auch Unterschiede in der Morphologie der Kopf- und Augendurchmesser. Bei Augengröße, Kopfgröße, optischem Tektum Volumen, Hypothalamusvolumen und dem Gesamthirnvolumen wurde ein sexueller Dimorphismus beobachtet. Die dargestellten Ergebnisse verdeutlichen, dass die gefundenen Muster nahezu mit denen von H2S-Fischen identisch sind. Die ausgeprägten Unterschiede in den Hirnregionen zwischen freilebenden Fischen können als Teil der Mosaikentwicklung interpretiert werden. Die Ergebnisse der Laborpopulation zeigen jedoch eine hohe phänotypische Plastizität. Diese Studie unterstreicht damit die Bedeutung der Kombination der Untersuchung von freilebenden mit im Labor lebenden Individuen zur Beantwortung von Fragen der Gehirnentwicklung. Kleinere Augen und ein kleineres optisches Tektum, aber größere telenzephale Lappen wurden auch bei Fischen aus einem sulfidischen Oberflächenhabitat in der Nähe einer der Höhlen gefunden und sind den Ergebnissen zufolge das Resultat begrenzter Sehkraft in trüben sulfidischen Lebensräumen.
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Schistosomiasis is a severe neglected tropical disease caused by trematodes and transmitted by freshwater snails. Snails are known to be highly tolerant to agricultural pesticides. However, little attention has been paid to the ecological consequences of pesticide pollution in areas endemic for schistosomiasis, where people live in close contact with non-sanitized freshwaters. In complementary laboratory and field studies on Kenyan inland areas along Lake Victoria, we show that pesticide pollution is a major driver in increasing the occurrence of host snails and thus the risk of schistosomiasis transmission. In the laboratory, snails showed higher insecticide tolerance to commonly found pesticides than associated invertebrates, in particular to the neonicotinoid Imidacloprid and the organophosphate Diazinon. In the field, we demonstrated at 48 sites that snails were present exclusively in habitats characterized by pesticide pollution and eutrophication. Our analysis revealed that insensitive snails dominated over their less tolerant competitors. The study shows for the first time that in the field, pesticide concentrations considered “safe” in environmental risk assessment have indirect effects on human health. Thus we conclude there is a need for rethinking the environmental risk of low pesticide concentrations and of integrating agricultural mitigation measures in the control of schistosomiasis.
Currently, the genus Polypedates comprises 26 species distributed in South, Southeast, and East Asia. Because of their relatively low dispersal capability and intolerance to seawater, this genus is ideal for the study of terrestrial range evolution that extends into the island archipelagos of southeastern Asia. In this study, based on data compiled for Polypedates from previous studies and partial mitochondrial and nuclear genes collected in this study, we performed systematic biogeographical analysis. We confirmed a Sundaland origin for the extant genus and showed northward dispersal into mainland Southeast Asia and Asia, which coincided with the timing of paleoclimatic change from the Oligocene to Middle Miocene. Climate fluctuations had a profound impact on species diversification within the genus Polypedates. Furthermore, the Red River did not mediate species exchange between Southeast Asia and mainland Asia until the end of the Miocene, with the sudden onset of northward dispersal in several clades independently at that time. Alternatively, the lineage of widespread insular P. leucomystax strongly supports the hypothesis of terrestrial connection between island archipelagos of Southeast Asia during the Mid-Pleistocene paleoclimate fluctuations. Our biogeographical analysis also supports the recent introduction of P. leucomystax to the Philippines and Ryukyus, as previously suggested.
Au Tchad, à cause de ses retombées financières une attention particulière est prêtée aux arbres à karité (Vitella- ria paradoxa C.F.Gaertn.). Cependant, cette culture est menacée par les plantes vasculaires parasites de la famille des Lo- ranthaceae. La présente étude a été effectuée dans 3 sites dans la région du Mandoul pour évaluer l’ampleur des attaques de Loranthaceae (gui africain) sur des arbres en fonction des classes de circonférence du tronc à 1,5 cm du sol. Elle a consisté à dénombrer sur une de surface, les arbres à karité infestés et les touffes de parasites rencontrées sur ces arbres, afin de dé- terminer leur taux et leur intensité d’infestation. Les résultats obtenus montrent que Tapinanthus dodoneifolus (DC) Danser a été trouvée comme la seule espèce de Loranthaceae qui parasite les arbres karité étudiés dans la zone d’étude. Le taux moyen d’infestation estimé à 73% augmente avec l’âge des arbres karité. La moyenne d’intensité de l’infestation/arbre (2,75 touffes à Békôh, 2,27 à Yomi and 2,04 à Bébopen) montre que Tapinanthus dodoneifolus constitue une réelle menace pour les peu- plements de karité dans la zone d’étude. Il reste à rechercher le seuil d’infestation qui provoque une réduction significative de la fructification. Pour l’instant, bien que pénible à cause de la hauteur des arbres adultes, la lutte mécanique contre les Ta- pinanthus par la coupe systématique des branches infestées est urgente dans les parcs à karité dans cette zone d’étude.
The oomycete genus Ectrogella currently comprises a rather heterogeneous group of obligate endoparasitoids, mostly of diatoms and algae. Despite their widespread occurrence, little is known regarding the phylogenetic affinities of these bizarre organisms. Traditionally, the genus was included within the Saprolegniales, based on zoospore diplanetism and a saprolegnia/achlya-like zoospore discharge. The genus has undergone multiple re-definitions in the past, and has often been used largely indiscriminately for oomycetes forming sausage-like thalli in diatoms. While the phylogenetic affinity of the polyphyletic genus Olpidiopsis has recently been partially resolved, taxonomic placement of the genus Ectrogella remained unresolved, as no sequence data were available for species of this genus. In this study, we report the phylogenetic placement of Ectrogella bacillariacearum infecting the freshwater diatom Nitzschia sigmoidea. The phylogenetic reconstruction shows that Ectrogella bacillariacearum is grouped among the early diverging lineages of the Saprolegniomycetes with high support, and is unrelated to the monophyletic diatom-infecting olpidiopsis-like species. As these species are neither related to Ectrogella, nor to the early diverging lineages of Olpidiopsis s. str. and Miracula, they are placed in a new genus, Diatomophthora, in the present study.
In recent years, reports of elephants causing damage in rural villages by destroying houses and foraging on stored food have been increasing, but little is known about the determinants and magnitude of this damage. In this study, we have examined the extent of property damage by elephants (Loxodonta africana and Elephas maximus), in one African and two Asian study areas over a six‐year period. A total of 1,172 damaged constructions were observed on site, involving detailed damage assessment by trained enumerators and standardized interviews with witnesses. Depending on the study area, between 67.1 and 86.4% of damage events were attributed to single, individual elephants or pairs of males. The majority of properties were damaged in search for food (62.5–76.7% respectively). Property damage caused higher mean losses than crop damage on farmland in all study areas. Results suggest that property damage by elephants has been largely underestimated and needs to form a focus in future human–elephant conflict research. We suggest a need to reduce the attractiveness of villages by storing food in locked and safe places, away from sleeping areas and to foster the development of elephant safe stores, appropriate to the particular cultural background of the target area.
Tsetse flies are the transmitting vector of trypanosomes causing human sleeping sickness and animal trypanosomiasis in sub-saharan Africa. 3-alkylphenols are used as attractants in tsetse fly traps to reduce the spread of the disease. Here we present an inexpensive production method for 3-ethylphenol (3-EP) and 3-propylphenol (3-PP) by microbial fermentation of sugars. Heterologous expression in the yeast Saccharomyces cerevisiae of phosphopantetheinyltransferase-activated 6-methylsalicylic acid (6-MSA) synthase (MSAS) and 6-MSA decarboxylase converted acetyl-CoA as a priming unit via 6-MSA into 3-methylphenol (3-MP). We exploited the substrate promiscuity of MSAS to utilize propionyl-CoA and butyryl-CoA as alternative priming units and the substrate promiscuity of 6-MSA decarboxylase to produce 3-EP and 3-PP in yeast fermentations. Increasing the formation of propionyl-CoA by expression of a bacterial propionyl-CoA synthetase, feeding of propionate and blocking propionyl-CoA degradation led to the production of up to 12.5 mg/L 3-EP. Introduction of a heterologous ‘reverse ß-oxidation’ pathway provided enough butyryl-CoA for the production of 3-PP, reaching titers of up to 2.6 mg/L. As the concentrations of 3-alkylphenols are close to the range of the concentrations deployed in tsetse fly traps, the yeast broths might become promising and inexpensive sources for attractants, producible on site by rural communities in Africa.