Individuen reagieren sehr unterschiedlich auf energetische Herausforderungen. Im Allgemeinen steigt der Grundwert der Glukokortikoidkonzentration als Reaktion auf eine erhöhte Arbeitsbelastung an, aber die einzelnen Individuen reagieren unterschiedlich stark darauf. Eine Erklärung dafür ist, dass der Kompromiss zwischen unmittelbarem Überleben und Fitness je nach physiologischem Zustand des Individuums, z. B. der metabolischen Effizienz und dem energetischen Zustand des Organismus, unterschiedlich gelöst wird. Um zu sehen, wie sich diese energetischen Herausforderungen im "wirklichen Leben" auswirken, untersuche ich Vögel in Volieren und im Freiland, d. h. Stare, die in einem Windkanal zum Fliegen trainiert werden, Brieftauben, die frei von verschiedenen Orten nach Hause fliegen, und Kohlmeisen, die natürlichen Variationen der energetischen Anforderungen ausgesetzt sind.
Wie Umweltfaktoren den Energiestoffwechsel und die Mitochondrienfunktion eines Organismus beeinflussen, ist derzeit noch unzureichend erforscht, aber neuere Studien deuten auf die Rolle von Schilddrüsenhormonen (TH) hin. In dieser Studie hier wurde untersucht, wie sich TH in physiologischen Mengen auf das Wachstum und den mitochondrialen Stoffwechsel bei Zebrafinken-Nestlingen während der Hauptwachstumsphase nach dem Schlüpfen auswirkt. Es wurde festgestellt, dass ein Anstieg der TH-Werte zu einer maximalen Kapazität der Elektronentransportkette (ETC) der Mitochondrien führt, ohne das Körpermassenwachstum, das Skelettwachstum oder den Körperzustand eindeutig zu beeinflussen. Unseres Wissens ist dies die erste Studie, die die Regulierung der Mitochondrien durch TH während der Entwicklung in einem semi-naturalistischen Kontext charakterisiert und die Auswirkungen auf fitnessbezogene Merkmale wie das Wachstum untersucht.
Marlene Oefele, Michaela Hau, Suvi Ruuskanen and Stefania Casagrande (2024). Mitochondrial function is enhanced by thyroid hormones during zebra finch development. Royal Society Open Science 11 (7), 240417
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Die Instrumente zur Messung des Energiestoffwechsels bei frei lebenden Tieren sind begrenzt. In dieser Studie untersuchten wir die Stoffwechselrate (SR) von Geweben von Vögeln als potenziellen Stellvertreter für die SR des Organismus. Die SR des Blutes sagte die SR des gesamten Organismus besser voraus als die des Brustkorbs, des Herzens, des Gehirns und der Leber, und die SR des Blutes misst den Energiebedarf des gesamten Vogels schnell und minimal invasiv.
Stefania Casagrande, Maciej Dzialo, Lisa Trost, Kasja Malkoc, Edyta Teresa Sadowska, Michaela Hau, Barbara Pierce, Scott McWilliams, Ulf Bauchinger (2023). Mitochondrial metabolism in blood more reliably predicts whole-animal energy needs compared to other tissues. iScience
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Die Stoffwechselrate ist eine ökologische Schlüsselvariable, die den Energieaufwand quantifiziert, der für fast alle biologischen Prozesse in einem Organismus erforderlich ist. In dem Paper stellen wir eine stressfreie Methodik vor, mit der man den den Energieverbrauch frei lebender Individuen quantifizieren kann.
Kasja Malkoc, Stefania Casagrande, and Michaela Hau, "Inferring whole-organism metabolic rate from red blood cells in birds," Frontiers in Physiology 12, 691633 (2021).
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In unserem Review wird die Dynamik des mitochondrialen aeroben Stoffwechsels analysiert, einschließlich der Variation von ROS, ATP, Protonenlecks und Wärme. Dies ist der Schlüssel zum Verständnis der individuellen und innerindividuellen Variationsstrategien in Bezug auf die Fitness.
Rebecca E. Koch, Katherine L. Buchanan, Stefania Casagrande, Ondi Crino, Damian K. Dowling, Geoffrey E. Hill, Wendy R. Hood, Matthew McKenzie, Mylene M. Mariette, Daniel W. A. Noble, Alexandra Pavlova, Frank Seebacher, Paul Sunnucks, Eve Udino, Craig R. White, Karine Salin, and Antoine Stier, "Integrating mitochondrial aerobic metabolism into ecology and evolution," Trends in Ecology and Evolution 36 (4), 321-332 (2021).
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Wandernde Stare sind Hochleistungssportler. Sie fliegen lange Strecken unter Bedingungen, die sie sehr nahe an ihre körperlichen Grenzen bringen können. Um gebrauchsfertigen Treibstoff für den hohen Energiebedarf der Muskeln zu liefern, steigt während des Fluges die Menge bestimmter Stoffwechselhormone (Glukokortikoide) im Blut der Tiere an. Allerdings ist eine erhöhte Konzentration dieser Hormone auf Dauer für den Körper schädlich. Ein Team von Forscher*innen aus Seewiesen, den USA und Polen zeigt in einer Studie mit Europäischen Staren im Windkanal, dass Anthocyane, ein wichtiger Bestandteil in roten Beeren, während langer Flüge als Antioxidanzien die übermäßige Produktion von Glukokortikoiden kontrollieren. Dies liefert neue Erkenntnisse darüber, dass Anthocyane in der Nahrung wichtige Stoffwechselfunktionen haben, die auch die durch Ausdauerflüge ausgelöste hormonelle Stressreaktion dämpfen.
Stefania Casagrande, Kristen J. DeMoranville, Lisa Trost, Barbara Pierce, Amadeusz Bryla, Maciej Dzialo, Edyta T. Sadowska, Ulf Bauchinger, and Scott R. McWilliams, "Dietary antioxidants attenuate the endocrine stress response during long-duration flight of a migratory bird," Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 287 (1929), 20200744 (2020).
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Kohlmeisen-Männchen kompensieren höhere Energiekosten während der Brutzeit mit Gewichtsverlust und höheren Stresshormon-Konzentrationen im Blut. Ein Teil der Vögel produziert auch mehr von einem Enzym, das freie Radikale neutralisiert und Zellschäden vorbeugt. Diese Tiere überleben häufiger nicht den nächsten Winter.
Stefania Casagrande and Michaela Hau, "Enzymatic antioxidants but not baseline glucocorticoids mediate the reproduction-survival trade-off in a wild bird," Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 285 (1892), 2018.2141 (2018).
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