Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Anpassung durch Veränderung: Beutefang zwischen zwei Welten

27.11.2013
Molche jagen sowohl an Land als auch im Wasser

Bei Wirbeltieren unterscheiden sich Nahrungsaufnahme-Strategien zwischen land- und wasserbewohnenden Formen fundamental. Mit diesem Problem sind amphibisch lebende Tiere konfrontiert, die Nahrungsquellen aus beiden Welten – Land und Wasser – erschließen wollen.


Der Bergmolch "Ichthyosaura alpestris (Salamandridae)" jagt zu Wasser und zu Lande - mit unterschiedlichen Techniken.
Egon Heiss

Eine Forschergruppe um Egon Heiss vom Department für Integrative Zoologie der Universität Wien veröffentlichte jetzt eine Studie über das Beutefang-Verhalten des Bergmolches, der dieses Problem mit Bravour meistert und das möglicherweise Einblicke in die frühe Evolution der Landwirbeltiere erlaubt.

Um potenzielle Beute überlisten zu können, muss ein Beutefangmechanismus schnell und koordiniert ablaufen. Aquatische Jäger saugen in der Regel ihre Beute blitzschnell ein, indem sie durch eine schnelle Volumenerweiterung des Mund-Rachenraumes einen Druckabfall erzeugen, der seinerseits durch einen schnellen Wassereinstrom über das geöffnete Maul ausgeglichen wird.

An Land allerdings würde das Saugschnappen wegen der geringen Dichte und Viskosität von Luft nicht funktionieren. Demzufolge mussten Wirbeltiere im Laufe ihrer terrestrischen Evolution auf Alternativen zurückgreifen. Während die ersten Landwirbeltiere ihre Beute noch mit ihren kräftigen Kiefern erbeuteten, gewann in weiterer Folge bei Amphibien und Reptilien ein neues Organ, die bewegliche Zunge, an Bedeutung. Energetisch vorteilhaft wird nicht der gesamte Körper zum Beutetier hin beschleunigt, sondern lediglich die Zunge aus dem Mund herausgeschleudert, um ein Beuteobjekt zu ergreifen und in den Mund zu ziehen.

Die Mechanismen des Saugschnappens und des Ergreifens der Beute mit der Zunge sind hocheffiziente Anpassungen an die Nahrungsaufnahme im jeweiligen Medium, beruhen aber auf spezielle strukturelle und funktionelle Anpassungen des gesamten Nahrungsaufnahme-Systems. Diese Mechanismen schließen sich daher gegenseitig aus, und amphibisch lebende Tiere können entweder die eine- oder andere Nahrungsaufnahme-Strategie verfolgen, aber nicht beide. Theoretisch.

"Dieses starre Dogma muss neu überdacht werden", erklärt der Zoologe Egon Heiss von der Universität Wien. In Kooperation mit Wissenschaftern der Universitäten Antwerpen und Gent untersuchte Heiss das Beutefangverhalten beim Bergmolch, einem Amphibium, das sich durch eine spezielle Lebensweise, dem "multiphasischen Lebenszyklus", auszeichnet.

Der multiphasische Lebenszyklus des Bergmolches
Bergmolche sind quirlige kleine Vertreter der Familie der Salamander und können bei Bergwanderungen in fast ganz Europa von Frühjahr bis Sommer in Pfützen und Teichen beobachtet werden. Im Spätsommer und Herbst hingegen sucht man sie dort vergebens. Der Grund dafür: Der Bergmolch verlässt gegen Spätsommer seine Laichgewässer und wandert in die nahe gelegenen Wälder und Wiesen ab, um von nun an ein terrestrisches Leben zu führen. Im kommenden Frühjahr allerdings sucht der Bergmolch wieder seine Laichgewässer auf, was seinen multiphasischen Lebenszyklus, ein saisonbedingter Wechsel zwischen einer aquatischen und einer terrestrischen Lebensphase, schließt.
Beutefang zwischen zwei Welten
Um die Dynamik des Beutefangmechanismus und den Einfluss des multiphasischen Lebenszyklus zu analysieren, filmte Egon Heiss Bergmolche im Labor bei der Nahrungsaufnahme mit einer High-Speed Kamera. Zunächst wurden sie in ihrer aquatischen Phase unter Wasser beobachtet, wobei die Tiere wie erwartet einen stereotypen Saugschnappmechanismus verwendet haben, um die Beute – eine Fliegenmade – blitzschnell einzusaugen. Als die Bergmolche allerdings Wochen später in die terrestrische Phase wechselten und an Land gingen, veränderte sich auch ihr Beutefangverhalten fundamental, und die Molche verwendeten plötzlich ihre Zunge, die aus dem Mund geschleudert wurde, um eine Fliegenmade zu fangen. "Das erstaunte uns sehr, da bisher angenommen wurde, dass sich die Mechanismen des Saugschnappens und Zungenschleuderns gegenseitig ausschließen", so Heiss.

Aber wie schnell können Bergmolche zwischen den zwei verschiedenen Beutefangmechanismen wechseln? Um diese Frage zu beantworten, wurden die Tiere zusätzlich in ihrer aquatischen Phase an Land gefüttert und in ihrer terrestrischen Phase auch unter Wasser. Überraschenderweise lernten die Tiere sofort, dass ein Zungenschleuder-Mechanismus unter Wasser ineffizient ist und alle Bergmolche verwendeten ohne Zögern denselben Saugschnappmechanismus wie in der aquatischen Phase, obwohl sie sich in der terrestrischen Phase befanden.

Interessanterweise konnten die Molche umgekehrt nicht sofort in den Zungenschleuder-Modus schalten, wenn sie in ihrer aquatischen Phase an Land gefüttert wurden und verwendeten ihre Kiefer um die Beute zu schnappen mit einem Bewegungsprofil, das irgendwo zwischen dem Zungenschleuder- und dem Saugschnappmechanismus liegt.

Diese Erkenntnisse legen den Schluss nahe, dass der aquatische Beutefangmechanismus, also das Saugschnappen, für die Molche ursprünglich ist und dass der Zungenschleuder-Mechanismus sekundär entstanden ist. Für diese Theorie spricht auch, dass bei einer genaueren Analyse der Zungenschleuder-Bewegungsdynamik ersichtlich wird, dass sich die einzelnen Bewegungsmuster vom aquatischen Saugschnapp-Bewegungsmuster ableiten lassen.

Eine stufenweise Veränderung eines ursprünglichen aquatischen Bewegungsmusters könnte aber nicht nur die schnellen Wasser-Land-Übergänge der Molche erklären, sondern u.U. auch ein grundlegendes Muster von stufenweisen Veränderungen erkennen lassen, welches den frühen Landwirbeltieren vor ca. 400 Millionen Jahren erlaubte, neue terrestrische Nahrungsquellen zu erschließen und damit das Land als neuen Lebensraum zu besiedeln.

Publikation im "Journal of Experimental Biology"
Egon Heiss, Peter Aerts, Sam Van Wassenbergh. Masters of change: seasonal plasticity in the prey-capture behaviour of the Alpine newt Ichthyosaura alpestris (Salamandridae).
The Journal of Experimental Biology, Online veröffentlicht am 22. November 2013
doi: 10.1242/jeb.091991
Wissenschaftlicher Kontakt
Mag. Dr. Egon Heiss
Department für Integrative Zoologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14
T +43-1-4277-763 14
egon.heiss@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Alexandra Frey | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise