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Neues Modell erklärt Winterschlaf nach mathematischen Regeln

Säugetiere halten Winterschlaf um widrigen Umweltbedingugen zeitweise zu entkommen. Um auf diesem Erklärungsansatz basierende Untersuchungsergebnisse besser vergleichbar zu machen, wurde nun unter Leitung des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni ein Modell entwickelt, welches die gängige Winterschlaf-Hypothese erstmals nach mathematischen Regeln darstellt.

Säugetiere, die Winterschlaf (Torpor) halten, senken ihre Stoffwechselrate (metabolic rate; MR) und Körpertemperatur (body temperature; Tb) teils für mehrere Wochen drastisch, erwärmen ihren Körper jedoch regelmäßig und bleiben dabei für kurze Zeit in einer Phase der Normaltemperatur. Die gängige wissenschaftliche Erklärung dieses Phänomens lautet, dass durch das kurzfristige Verlassen des Winterschlafs angehäufte oder sich erschöpfende Stoffwechselprodukte wieder ins Gleichgewicht gebracht oder entstandene Zellschäden repariert werden. Jüngste Daten, die einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Dauer von Winterschlafphasen und der Stoffwechselrate während des Winterschlafs nachweisen, unterstützen diese Hypothese nachdrücklich.

In einer nun veröffentlichten Studie präsentiert ein Forschungsteam der Vetmeduni unter Beteiligung der University of New England (Armidale, New South Wales, Australien) ein neues mathematisches Modell, das solche Winterschlafmuster simuliert. Das Modell umfasst einen sogenannten Sanduhr-Prozess H (hibernation; Überwinterung), der die Akkumulation bzw. die Erschöpfung eines entscheidenden Enzyms/Metaboliten darstellt, und einen Schwellenprozess Hthr (hibernation threshold process). Das Erwachen aus dem Winterschlaf erfolgt demnach, sobald der exponentiell abnehmende Prozess H den Schwellenwert von Hthr erreicht.

Den Nutzen des neuen Modells erklärt Studien-Erstautor Thomas Ruf vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna folgendermaßen: „Mit dem von uns entwickelten Modell lassen sich mehrere bei überwinternden Säugetieren zu beobachtende Phänomene vorhersagen, etwa die lineare Beziehung zwischen der Dauer der herabgesetzten Stoffwechselrate (TMR) und der Dauer der reduzierten Temperatur (duration of torpor bouts; TBD). Zudem ist das neue Modell in der Lage, die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Dauer der reduzierten Temperatur sowie die Modulation der Erstarrungstiefe innerhalb der Winterschlafzeit abbilden.“

Zusammenfassend ist damit laut den Wissenschaftern das Zwei-Prozess-Modell der Torpor-Erwärmunszyklen – in das auch zirkadiane Rhythmen (Schlaf-Wach-Rhythmus) integriert werden können – mit einer Reihe von Phänomenen kompatibel, die bei überwinternden Säugetieren beobachtet wurden. Die bedeutendste nächste Aufgabe sehen die Forscher nun darin, die Ursachen des Sanduhr-Prozesses H zu identifizieren. Neben der Analyse von phänotypischen Unterschieden identifiziert Ruf hier vor allem die Suche nach den genetischen Grundlagen als wichtiges neues Forschungsziel.

Der Artikel „Hypothesis and Theory: A Two-Process Model of Torpor-Arousal Regulation in Hibernators“ von Thomas Ruf, Sylvain Giroud und Fritz Geiser wurde in „Frontiers in Physiology“ veröffentlicht.

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2022-07-18

Die perfekte Welle – wie Waldrappe beim Fliegen Energie sparen

Viele Vögel nützen zur Fortbewegung den Wellenflug. Phasen mit schnellen Flügelschlägen, bei denen die Vögel an Höhe gewinnen, wechseln sich mit Gleitphasen ab. Ein von der Vetmeduni (Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni Vienna sowie Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensorschung) geleitetes Forschungsteam – in Zusammenarbeit mit dem österreichischen Waldrappteam in Mutters (Tirol), der ETH Zürich, der Universität Wien und der Vetsuisse in Bern – wies nun anhand von Daten aus GPS-Sendern erstmalig nach, dass Waldrappe mit dieser Flugtechnik ihren Energiebedarf deutlich senken.

Vögel haben während ihres Fluges einen außergewöhnlich hohen Energiebedarf. Ein sichtbares Flug-Merkmal mancher Arten ist der Wechsel zwischen Flattern und Gleiten, wodurch sie Energie sparen sollen. Empirische Belege für einen energetischen Nutzen gab es bisher jedoch nicht. Um das zu ändern, statteten die Forscher:innen vom Menschen aufgezogene Waldrappe (Geronticus eremita) für ihre Wanderungsbewegung mit GPS-Datenloggern aus. Die Wissenschafter:innen überwachten damit die Position der Vögel, die Flügelschläge, die dynamische Gesamtkörperbeschleunigung und die Herzfrequenz als Maßgröße für den Energieverbrauch.

Der Waldrapp ist ein etwa gänsegroßer Ibis und war einst in Europa ein häufig verbreiteter Vogel. Durch intensive Bejagung starb er jedoch in Mitteleuropa im 17. Jahrhundert aus. Im Rahmen des Europäischen LIFE+EU-Projektes, das unter anderem vom WWF unterstützt wird, soll der Waldrapp wieder als echter Zugvogel in Mitteleuropa, Spanien und Italien angesiedelt werden.

Der Artikel „Empirical Evidence for Energy Efficiency Using Intermittent Gliding Flight in Northern Bald Ibises“ von Ortal Mizrahy-Rewald, Elisa Perinot, Johannes Fritz, Alexei L. Vyssotski, Leonida Fusani, Bernhard Voelkl und Thomas Ruf wurde in „Frontiers in Ecology and Evolution“ veröffentlicht.

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2022-07-07

 

Genanalysen zeigen extreme Bedrohung des Gepards

Mit nur noch 7.100 in freier Wildbahn lebenden Tieren zählt der Gepard zu den gefährdeten Säugetierarten, einzelne Unterarten sind sogar akut vom Aussterben bedroht. Doch es ist nicht die geringe Zahl der Individuen allein. Eine soeben veröffentlichte internationale, vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni geleitete Genanalyse unter der Leitung von Pamela Burger und Erstautor Stefan Prost zeigt, dass die genomweite Heterozygotie (Mischerbigkeit) extrem gering ist. Die in „Molecular Ecology“ veröffentlichte Studie präsentiert die bisher umfassendste genomweite Analyse der Phylogeographie und Erhaltungsgenomik von Geparden (Acinonyx jubatus) und stellt Proben aus fast der gesamten aktuellen und früheren Verbreitung zusammen. Die Wissenschafter:innen weisen nach, dass ihre Phylogeographie – also die phylogenetische und geographische Herkunft einzelner genetischer Linien – komplexer ist als bisher angenommen, und dass sich ostafrikanische Geparden  genetisch von südafrikanischen Individuen unterscheiden – was ihre Anerkennung als eigenständige Unterart rechtfertigt.

Bei den vom Aussterben bedrohten iranischen (A. j. venaticus) und nordwestafrikanischen (A. j. hecki) Unterarten stellten die Wissenschafter:innen eine hohe Inzucht fest. Insgesamt ergibt sich daraus laut Stefan Prost das folgende Bild: „Zusammen mit Schneeleoparden weisen Geparden die niedrigste genomweite Heterozygotie von allen Großkatzen auf. Das unterstreicht den kritischen Erhaltungszustand des Gepards.“

Spitzenprädatoren wie der Gepard nehmen in Ökosystemen eine wichtige Funktion ein. An der Spitze der Nahrungspyramide stehend tragen sie wesentlich dazu bei, ihren Lebensraum in Balance zu halten. Durch Biodiversitätsverlust und globale Umweltveränderungen sind viele große Fleischfresser allerdings vom Aussterben bedroht. Das kann weitreichende Auswirkungen auf Ökosysteme haben, etwa eine unkontrollierte Zunahme von Pflanzenfressern, die sich wiederum negativ auf die Regenerationsfähigkeit der Pflanzenwelt auswirkt. Der Gepard steuert auf eine ungewisse Zukunft zu. Von Lebensraumverlust, Mensch-Wildtier-Konflikten und illegalem Handel bedroht, leben nur noch etwa 7.100 Individuen in der Natur.

Der Artikel „Genomic Analyses Show Extremely Perilous Conservation Status of African and Asiatic cheetahs (Acinonyx jubatus)“ von Stefan Prost, Ana Paula Machado, Julia Zumbroich, Lisa Preier, Sarita Mahtani-Williams, Rene Meissner, Katerina Guschanski, Jaelle C. Brealey, Carlos Rodríguez Fernandes, Paul Vercammen, Luke T. B. Hunter, Alexei V. Abramov, Martin Plasil, Petr Horin, Lena Godsall-Bottriell, Paul Bottriell, Desire Lee Dalton, Antoinette Kotze und Pamela Anna Burger wurde in „Molecular Ecology“ veröffentlicht.

Wissenschaftlicher Artikel

Verbesserte Diagnose und Therapie für asiatische „Galle-Bären“

Die traditionelle Medizin in Südostasien und China setzt stark auf tierische Inhaltsstoffe. Sie verwendet zum Beispiel die Galle des asiatischen Bären (Ursus thibetanus). Dazu wird den in Gefangenschaft gehaltenen Tieren bis zu mehrmals wöchentlich Gallensaft abgezapft – eine Vorgangsweise, die häufig zu einer Gallenblasenentzündung führt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie der Vetmeduni und in Zusammenarbeit mit dem Tierschutzverein „Vier Pfoten“ untersuchte, wie sich diese Entzündung der Gallenblase bestmöglich diagnostizieren und therapieren lässt.

In Südostasien und China werden mehr als 17.000 asiatische Bären unter sehr schlechten Bedingungen wegen ihrer Galle gezüchtet, um die Nachfrage nach Produkten der traditionellen Medizin zu befriedigen. Jahre der unsterilen Entnahme von Gallenflüssigkeit verursachen neben großem Tierleid auch häufig eine chronische Gallenblasenentzündung. Bislang ist sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin der diagnostische Wert der makroskopischen Gallenuntersuchung – also der Diagnose mit dem bloßen Auge – zur Beurteilung einer Gallenblasenerkrankung unklar.

Die Wissenschafter:innen untersuchten neununddreißig erwachsene, ehemals für die Nutzung ihrer Gallenflüssigkeit gehaltenen Asiatische Schwarzbären unter Narkose und führten für die weitere Abklärung eine perkutane, ultraschallgestützte Gallenblasenpunktion durch. Dabei handelt es sich um den diagnostischen „Goldstandard“ einer Gallenblasenentzündung, der mit sehr geringen Komplikationsraten verbunden ist. Insgesamt wurden 59 Gallenproben entnommen, wobei 20 Tiere zweimal beprobt wurden, um den Therapieerfolg zu evaluieren. Alle Gallenproben wurden makroskopisch und mikroskopisch untersucht, gefolgt von der Analyse auf Bakterienkulturen und antimikrobielle Empfindlichkeit.

Eine weitere wichtige Erkenntnis betrifft laut Studien-Letztautorin Johanna Painer-Gigler vom FIWI an der Veterinärmedizinischen Universität Wien die Diagnose einer Cholezystitis bei Bären aus Gallenfarmen: „Die organoleptischen Eigenschaften der Galle sind im Gegensatz zur Gamma-Glutamyl-Transferase (GGT) und der Wanddicke der Gallenblase zuverlässige Marker für eine chronische Entzündung der Gallenblase, wobei Farbe und Trübung eine Cholestase (Gallenstauung; Anm.) anzeigen.“ Die aktuelle Studie unterstreicht die wichtige Bedeutung der Gallenblasenpunktion für die Diagnose und erfolgreiche Therapie von Gallenblasenerkrankungen und liefert erste Ergebnisse zum möglichen diagnostischen Wert einer makroskopischen Gallenuntersuchung.

Der Artikel „Chronic cholecystitis: Diagnostic and therapeutic insights from formerly bilefarmed Asiatic black bears (Ursus thibetanus)“ von Szilvia K. Kalogeropoulu, Emily J. Lloyd, Hanna Rauch, Irene Redtenbacher, Michael Häfner, Iwan A. Burgener, Johanna Painer-Gigler wurde in „PLOS ONE“ veröffentlicht.

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2022-07-06

 

Anna Sickmueller gewinnt einen Undergraduate Student Oral Presentation Award

Unsere Diplomandin Anna Sickmueller hat bei der diesjährigen "Zoo and Wildlife Health Conference" den "Undergraduate Student Oral Presentation Award" gewonnen

Ihre Diplomarbeit ist betreut von Friederike Pohlin und Johanna Painer-Gigler (Vetmeduni Vienna), Ursina Rusch (Black Rhino Range Expansion Project) und KollegInnen aus Südafrika (Universität Pretoria)und untersucht die Auswirkungen von Transport Stress auf trächtige Spitz- und Breitmaulnashörner.

Es freut uns, dass die Arbeitsgruppe Wildtiermedizin der Vetmeduni Vienna bei der Konferenz stark vertreten war.

  • Johanna Painer-Gigler (Vetmeduni Vienna) hat zusammen mit Imke Lüders (GEOlifes) den "Use it or Lose it - Veterinary Role in Proactive Reproduction Management" workshop geleitet.

 

Beiträge unserer Vets, DoktorandInnen, DiplomandInnen und PraktikantInnen:

  • Friederike Pohlin: Electroencephalogram-based indices for depth-of-anaesthesia monitoring in white rhinoceroses (Ceratotherium simum) immobilised with different etorphine-based combinations
  • Ursula Teubenbacher: Intrastromal indocyanine green photothermal therapy for chronic recurrent keratitis in an adult female captive red deer (Cervus elaphus)
  • Hanna Rauch: Cystocentesis: an essential tool for felid standard health checks
  • Julia Bohner: Etorphine-free immobilization of captive Przewalski horses –temporary solution or reasonable alternative?
  • Szilvia Kalogeropoulu: Diagnosis and treatment of chronic cholecystitis in formerly bile-farmed Asiatic black bears (Ursus thibetanus)
  • Anna Sickmueller: Investigating consequences of translocation-stress in pregnant black (Diceros bicornis) and white (Ceratotherium simum) rhinoceroses
  •  Myriam Mugnier: Comparison of three sedation protocols to improve analgesia in isoflurane anaesthetised garden dormice undergoing laparotomy

 

Weitere Informationen zur Konferenz 

2022-06-02

Armenisch-österreichisches Projekt zur Verbesserung der Biokontrolle

Die Auswirkungen des Klimawandels auf Arten und Ökosysteme sind bereits sichtbar. Eine alarmierende Situation für die Biokontrolle ist das Potenzial für Krankheitserreger und gebietsfremde Arten, ihre Verbreitung, ihre Wirte und ihre Virulenz als Folge des Klimawandels zu ändern. Molekularbiologie, Next-Generation-Sequencing und Bioinformatik sind die wichtigsten Werkzeuge der Biosicherheitsüberwachung gegen gebietsfremde Arten und die Verbreitung von Krankheitserregern. Der Kapazitätsaufbau in der Biosicherheit in Armenien hat aufgrund der Lage Armeniens an der Kreuzung zwischen Europa und Asien, im Korridor zwischen dem Kaspischen Meer und dem Schwarzen Meer, nicht nur national, sondern auch regional große Auswirkungen. Das Hauptziel des Projekts „Strengthening Genetic Biocontrol Capacities under Climate Change in Armenia (ArmBioClimate)“ ist die Untersuchung der Herausforderungen für den erfolgreichen Einsatz der genetischen Biokontrolle und die Verbesserung der erforderlichen Kapazitäten in armenischen Forschungseinrichtungen.

Am 18. Mai besuchte das Team des armenisch-österreichischen Projekts , koordiniert von der Staatlichen Universität Eriwan, A. Takhtajyan Botanikinstitut NAS RA. Projektpartner sind auch das A. Takhtajyan Institut für Botanik, die Universität für Bodenkultur (BOKU) und die Medizinische Universität Wien.

In Begleitung des stellvertretenden Direktors A. Ghukasyan machten die österreichischen Kolleg:innen, unter ihnen auch die Genetikerin Pamela Burger vom Forschungsinstitut für Wildtierkunde und Ökologie, einen Rundgang durch den Botanischen Garten Eriwan, um die Infrastruktur des Instituts kennenzulernen. An einem darauf folgenden Workshop wurde der Fortschritt des Projekts, Perspektiven der Erweiterung, und die weitere Einbindung des Instituts für Botanik in das Programm besprochen.

Das Projekt wurde aus Mitteln des APPEAR (Austrian Partnership Programme in Higher Education & Research for Development) Programms der Agentur für Bildung und Internationalisierung (OeAD) gefördert.

2022-05-30