Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Rhythmus des arktischen Sommers

19.06.2013
Die innere circadiane Uhr reguliert bei Mensch und Tier tagtägliche Lebensvorgänge und wird von äußeren Faktoren synchronisiert, den sogenannten Zeitgebern.

Am wichtigsten ist dabei der Licht/Dunkelzyklus, der in Lebensräumen wie der Arktis während des Polarsommers nur eine schwache Wirksamkeit besitzt. Forscher vom Max-Planck-Institut für Ornithologie haben bei vier Zugvogelarten mithilfe von Mini-Sendern verschiedenartigste Aktivitätsmuster entdeckt, die durch unterschiedliche Paarungssysteme und Lebensweisen erklärt werden können. Die Studie zeigt, dass tagesrhythmisches Verhalten an die Umweltbedingungen angepaßt werden kann. Das circadiane System ist also bemerkenswert plastisch.


Das Thorshühnchen lebt polyandrisch, ein Weibchen lebt also mit mehreren Männchen zusammen. Seine Partner sucht es sich aktiv mit einem Balzflug aus. Foto: Wolfgang Forstmeier


Die Brutgebiete der Spornammer liegen in Norwegen, Schweden und dem nördlichen Russland. Im Sommer ernährt sie sich von den dann in der Tundra in Massen auftretenden Mücken, im Winter von Pflanzensamen. Foto: Wolfgang Forstmeier

Zeitliche Rhythmen sind entscheidend für die meisten Lebensvorgänge. So wird zum Beispiel die Fortpflanzungsphase masßgeblich von der Jahreszeit bestimmt. In unseren Breiten haben es die Organismen dabei recht einfach, können sie doch anhand eines ausgeprägten Tag/Nachtzyklus die länger werdenden Tage messen, und dabei ziemlich sicher sein, ab einer bestimmten Tageslänge günstige Brutbedingungen vorzufinden.

Schwieriger wird es am Äquator, dort sind die Tage über das Jahr gesehen in etwa gleich lang, so daß die Tiere zusätzliche Faktoren mit einbeziehen müssen, um Brutaktivitäten zu starten. Jedoch ist für die tägliche Synchronisierung stets ein gewisser Tag/Nachtzyklus nötig, damit dieser als sogenannter Zeitgeber die innere Uhr jeden Tag wieder neu einstellen kann.

Polarregionen stellen in dieser Hinsicht eine Extremsituation dar, da es dort während der Sonnenwenden jeweils entweder rund um die Uhr hell oder dunkel ist. Bei der Abwesenheit eines geeigneten Zeitgebers entwickeln viele Organismen einen eigenen Tagesrhythmus, der oft beträchtlich von einem 24-Stunden-Tag abweicht. Dies wurde bei Tieren und auch am Menschen unter kontrollierten Bedingungen im Experiment nachgewiesen. In extremen Lebensräumen wie der Polarregion könnten sich die Lebewesen also andere Zeitgeber als das Licht suchen, um ihre innere Uhr wieder einzustellen. Diese sind jedoch aufgrund der Komplexität der Faktoren im Freiland recht schwer zu bestimmen.

Einen Versuch, diese Faktoren zu entschlüsseln, hat nun ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für Ornithologie an vier in der Arktis in Alaska lebenden Vogelarten gestartet: an drei Watvogel-Arten, dem Sandstrandläufer, dem Graubruststrandläufer und dem Thorshühnchen, sowie an einer Singvogel-Art, der Spornammer. Sie alle besitzen jeweils unterschiedliche Paarungssysteme. Während der Sandstrandläufer streng monogam lebt, zeigt die Spornammer neben monogamer Lebensweise auch gelegentliche Polygynie, d.h. ein Männchen kann sich mit mehr als einem Weibchen gleichzeitig verpaaren, was auch den Normalfall beim Paarungssystem des Graubruststrandläufers darstellt.

Eine Besonderheit ist das Thorshühnchen, da es polyandrisch lebt, d.h. ein Weibchen besitzt mehrere Männchen. Zudem sind bei dieser Art die Geschlechterrollen vertauscht. Diese vier Arten wurden alle in einem nur zwei Quadratkilometer großen Tundraabschnitt in der Nähe der Ortschaft Barrow im Norden von Alaska untersucht. Insgesamt statteten die Forscher 142 Vögel mit Radiotelemetrie-Transmittern aus und bestimmten das tägliche Aktivitätsmuster.

Bei der Analyse der Aktivitätsdaten fanden die Forscher nahezu das gesamte Spektrum an biologischen Rhythmen. Die Spornammer zeigte einen strikten 24-Stunden-Tagesrhythmus mit einer Wach- und einer kurzen Schlafphase, während die Watvögel, abhäging vom Geschlecht und dem Brutzyklus entweder strikt rythmisch, “arhythmisch“, also konstant aktiv waren, oder einen freilaufenden Zyklus zeigten. Doch warum gibt es in einem identischen Lebensraum solch starke Unterschiede?

Die Antwort liegt in der Lebensweise der Vögel. Alle vier Arten sind zwar Zugvögel und können sich in ihren Winterquartieren an mehr oder weniger ausgeprägten Tag/Nacht-Zyklen orientieren. Da dies im arktischen Dauertag nicht funktioniert, müssen sie andere Faktoren nutzen. Die Verfügbarkeit von Futter könnte bei der Spornammer und demjenigen Geschlecht der Watvögel, das gerade die Gelege ausbrütet, für einen normalen 24-Stunden-Zyklus verantwortlich sein. Selbst im arktischen Dauertag gibt es tageszeitliche Temperaturschwankungen besonders in Bodennähe und “nachts“ stehen bei sehr kalten Temperaturen keine Insekten als Nahrung zur Verfügung. Zudem müssen die Bodengelege ständig bebrütet werden, da die Gelege sonst schnell auskühlen würden.

Graubruststrandläufer hingegen balzen und kämpfen nahezu rund um die Uhr. Dass sich dieses Verhalten lohnt, wurde in einer früheren Studie gezeigt, als diejenigen Vögel, die am wenigsten schliefen, die meisten Nachkommen hatten. Beim Sandstrandläufer wiederum synchronisierten sich beide Partner zu einem gemeinsamen freilaufenden Rhythmus der Bebrütungsphasen des Geleges. „Diese vergleichende Studie hat eine erstaunliche Plastizität des circadianen Systems bei Zugvögeln im kurzen arktischen Sommer aufgedeckt. Diese innere Uhr kann durch soziale und Umweltfaktoren eingestellt werden“, sagt Bart Kempenaers, der Leiter der Studie. (SL/HR)

Kontakt:
Prof. Dr. Bart Kempenaers
Telefon: +49 8157 932-232
E-Mail: b.kempenaers@­orn.mpg.de

Originalpublikation:

Silke S. Steiger, Mihai Valcu, Kamiel Spoelstra, Barbara Helm, Martin Wikelski and Bart Kempenaers
When the sun never sets: diverse activity rhythms under continuous daylight in free-living arctic-breeding birds

Proceedings of the Royal Society of London, 19. Juni 2013

Dr. Sabine Spehn | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7320425/biothythmus_arktis

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

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: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics