Archiv - Jahrbuchbeiträge des MPI für Ornithologie

Während einer guten Unterhaltung fallen wir uns typischerweise selten ins Wort. Obwohl wir oft schon wissen, was wir sagen wollen, sprechen wir erst, wenn unser Gegenüber zu Ende gesprochen hat. Wie steuert das Gehirn dieses Verhalten? Um die Mechanismen besser zu verstehen, haben wir das Rufverhalten von Zebrafinken und die ablaufenden neuronalen Prozesse untersucht. Zebrafinken koordinieren ihre Rufe abhängig von der sozialen Situation, so wie wir unsere Lautäußerungen. Dieser Interaktion beruht auf einem zeitlich koordinierten Zusammenspiel zwischen hemmenden und anregenden Nervenzellen.
 

Duettgesang ist eine soziale Interaktion zwischen zwei Individuen, die eine präzise Koordination der Lautäußerungen beider Partner verlangt. Bisher war unbekannt, wie das Gehirn dieses kooperative Verhalten steuert. Mithilfe neuartiger Miniatursender konnten wir bei freilebenden Singvögeln die Laute beider Duettpartner gleichzeitig mit der jeweiligen Gehirnaktivität aufzeichnen. So zeigte sich, dass im Vogelgehirn vorprogrammierte zeitliche Duettmuster durch die Laute des Partners verändert werden, um eine optimale Koordination zwischen den Partnern zu erzielen.

Sinnessysteme sind unser Zugang zur Welt. Dabei basieren die Interaktionen zwischen Fledermäusen und Insekten in einem evolutionären Wettrüsten als Räuber und Beute ausschließlich auf akustischer Information. Mit Mikrofonsystemen beobachten wir im Labor und Freiland, welche Informationen und sensorische Strategien Fledermäuse nutzen, um Insekten zu jagen. Manche Fledermausarten sind als Antwort auf die Verteidigungsstrategien ihrer Beute mit einer Art akustischen Tarnkappe ausgestattet, andere wiederum horchen nach den Geräuschen ihrer Beute oder hören die Jagdlaute anderer Fledermäuse ab.

Vögel gehören zu den wichtigsten Tiergruppen in der biologischen, aber auch medizinischen und pharmazeutischen Forschung. Neue Verfahren machten die Genomsequenzierung in den letzten Jahren einer breiten Basis zugänglich. Das internationale Projekt B10K hat es zum Ziel, die Genome aller Vogelarten zu sequenzieren. Vergleichende Arbeiten zur Merkmalsevolution auf genomischer Ebene werden zu besserem Verständnis der Biodiversität und einer Verknüpfung mit translationaler Forschung führen. Die Max-Planck-Forscher in Radolfzell arbeiten dazu an der vergleichenden Immunsystemevolution von Vögeln.

Die Frage, ob Vögel auf langen Nonstop-Flügen schlafen, beschäftigt die Menschheit bereits seit Jahrhunderten. Dennoch fehlte bis vor kurzem ein eindeutiger Beweis. Den Max-Planck-Forschern ist es erstmals gelungen, die Gehirnaktivität von Fregattvögeln in freier Wildbahn zu messen. So haben sie herausgefunden, dass diese während des Fluges tatsächlich schlafen, entweder jeweils nur mit einer oder mit beiden Gehirnhälften gleichzeitig. Insgesamt schliefen die Vögel jedoch weniger als eine Stunde pro Tag, ein Bruchteil der Zeit, die sie an Land schlafend verbringen.

Schädel- und Hirngröße ändern sich im ausgewachsenen Tier meist nicht mehr. Eine Ausnahme bilden Spitzmäuse (Sorex spp.): Sie schrumpfen in Erwartung des Winters und wachsen im Frühjahr wieder. Dieser Prozess hat Auswirkungen auf das Gehirn, andere wichtige Organe, die Knochen und auch kognitive Fähigkeiten. Außerdem wurde das Phänomen erstmals auch in Wieseln gefunden, welche den Spitzmäusen in vieler Hinsicht ähneln, insbesondere in ihrer hohen Stoffwechselrate. Diese Resultate sind wichtig für das Verständnis der Evolution und eröffnen Möglichkeiten für die angewandte Forschung.

Artspezifische saisonale Gesangsveränderungen, die durch Geschlechtshormone verursacht werden, können auf Unterschieden in den Genexpressionsmustern beruhen, die im Gesangskontrollsystem induziert werden. Dabei basieren die Unterschiede der Geschlechtshormonwirkung zwischen Singvogelarten auf artspezifischen genomischen Regulationsmechanismen. Trotzdem modifizieren Geschlechtshormone die neuronalen Verschaltungen im Gehirn bei Singvögeln wie bei Säugetieren zum Teil durch ähnliche zelluläre Prozesse.

Weibchen sind bei der Partnerwahl wählerischer als die Männchen, da sie in ihrem Leben weniger Nachkommen zeugen können. Wenn jedoch verpaarte Weibchen fremdgehen, suchen sie sich oft ältere Männchen aus, mit denen sie Nachkommen mit geringerer Fitness bekommen. Dies hat ein Forscherteam des MPI für Ornithologie an Haussperlingen herausgefunden. Ebenso haben Nachkommen älterer Weibchen eine geringere Fitness. Diese Erkenntnisse sind wichtig, da sie, begrenzt, auf den Menschen übertragbar sein könnten. Zunehmend würden ältere Eltern die Kosten an die nächste Generation weitergeben.

Umweltfaktoren können Verhalten und Physiologie stark beeinflussen. So brüten Kanarengirlitze vorzeitig, wenn ihnen trotz kurzer Tageslänge Grünpflanzen angeboten werden. Beim Zebrafink zeigen der Gesang und die ihm zugrundeliegenden Gehirnstrukturen eine geringe Erblichkeit und reagieren stark auf sich ändernde Umweltbedingungen, während die Gehirngröße von der Wechselwirkung zwischen Genen und Umwelt abhängt. So kann eine hohe genetische Variabilität aufrechterhalten werden. Diese Ergebnisse zeigen die große Bedeutung der Umweltfaktoren für Verhalten und neuronale Entwicklung beim Singvogel.

Hormone steuern durch komplexe Regelkreise die Anpassungen von Organismen an ihre Umwelt. Verändern sich diese hormonellen Regelkreise schnell genug, um mit den weltweit immer schneller werdenden Umweltveränderungen mitzuhalten? Am Hormon Kortikosteron wird bei Vögeln gezeigt, dass verschiedene Arten unterschiedliche Konzentrationen aufweisen können – je nach ihrem Fortpflanzungsaufwand. Auch innerhalb einer Art passen Kortikosteronwerte zum Fortpflanzungserfolg eines Individuums. Weitere Studien werden Selektionsdrücke, Erblichkeit und evolutionäre Veränderungen in Hormonen bestimmen.

Dass Städte als neuer Lebensraum von vielen Tieren erfolgreich besiedelt wurden, ist bekannt. Weniger wissen wir aber, welche ökologischen und evolutionären Folgen die Verstädterung von Tieren mit sich bringt. Studien am MPIO Radolfzell zeigen, dass das Stadtleben Verhalten und Physiologie der Tiere grundlegend beeinflusst und dass mikroevolutionäre Veränderungen eine Rolle spielen können. Aktuelle Studien, in denen neueste Radiotelemetrie- und Mikrologger-Technik verwendet wird, sollen den Einfluss künstlichen Stadtlichts auf die tages- und jahreszeitliche Organisation der Tiere aufdecken.

Um das Rätsel um die Entstehung menschlicher Sprache zu entschlüsseln, untersucht die Humboldt-Forschungsgruppe am MPI für Ornithologie die kognitive Komplexität von Gesten vergleichend in drei unterschiedlichen Modellgruppen: in menschlichen Kulturen, relativ nah verwandten Arten und Arten in vergleichbar komplexen Sozialsystemen. Eine erste Studie zeigte, dass Raben ihre Schnäbel ähnlich einsetzen wie Menschen ihre Hände, um Gegenstände hochzuhalten und einander zu zeigen. Diese hinweisenden Gesten scheinen verwendet zu werden, um das Interesse eines potenziellen Partners zu testen.

Eine Langzeitstudie zur genetischen Vererbung des Sexualverhaltens von Zebrafinken am MPIO wirft ein völlig neues Licht auf die Ursachen sexueller Untreue. Bislang ging man davon aus, dass weibliche Untreue nur dann entstehen kann, wenn sich dieses Verhalten für die Weibchen auch lohnt. Die gegenwärtige Studie hingegen zeigt, dass dies keine notwendige Bedingung ist. Da männliche und weibliche Untreue weitestgehend von denselben Genvarianten beeinflusst werden, kann weibliche Untreue bereits dadurch erklärt werden, dass die verantwortlichen Genvarianten den männlichen Vorfahren nützlich waren.

Forscher am MPI für Ornithologie untersuchen Vogelgesang als Modell sexuell selektierter Signale. Sie entdeckten, dass Vogelweibchen lauten Gesang bevorzugen, weil der auf eine gute Kondition schließen lässt. Durch soziale Aggression rivalisierender Männchen wird gewährleistet, dass die Lautstärke ein verlässlicher Anzeiger ist. Gleichzeitig muss der Gesang an die Erfordernisse der Signalübertragung in den jeweiligen Habitaten angepasst werden. So entsteht ein komplexes Wechselspiel zwischen natürlicher und sexueller Selektion, das zu Plastizität und speziellen Anpassungen der Signale führt.

Vögel und andere Tiere unterscheiden sich in ihrem Verhalten, so wie Menschen sich auch in ihrer Persönlichkeit unterscheiden. Bestimmte Individuen sind durchweg aggressiver, neugieriger und wagemutiger als andere Tiere der gleichen Population. Diese Unterschiede sind teilweise genetisch bedingt. Wissenschaftler der Abteilung Verhaltensökologie und Evolutionäre Genetik untersuchen individuelle Unterschiede im Verhalten wildlebender Kohlmeisenpopulationen um 1.) aufzudecken, warum sich Persönlichkeit bei Tieren entwickelt hat und 2.) zu lernen, wie diese Varianten erhalten bleiben.

Das Südpolarmeer gehört zu den vom Klimawandel am stärksten beeinflussten Meeresökosystemen. Untersuchungen an Dünnschnabel-Walvögeln, die sich in diesen weiten Meeresgebieten von Zooplankton ernähren, sollen unser Verständnis von den Veränderungen im Ökosystem fördern. Weiterhin werden Anpassungen untersucht, die es den Vögeln ermöglichen, mit den veränderten Bedingungen umzugehen, insbesondere die Flexibilität im Verhalten bei der Kükenversorgung und in der Physiologie, mit der sie Zeitabläufe und Investitionen im Brutzyklus steuern.

Die Klasse der Vögel besteht aus circa 9.800 Arten, die unterschiedlichste Lebenslaufstrategien haben. Darunter versteht man alle Verhaltensweisen eines Individuums, die als Anpassung an seine ökologischen und sozialen Lebensumstände entstanden sind, um einen möglichst hohen Fortpflanzungserfolg zu erreichen. Eine Forschergruppe am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen untersucht diese Vielfalt mit dem Ziel zu verstehen, welche Prinzipien die evolutionären und geographischen Muster von Lebenslaufmerkmalen – wie zum Beispiel Körpergrößenunterschiede oder Gelegegrößen – steuern.

Forscher am MPI für Ornithologie untersuchen Echoortung und Sinnesleistungen von Fledermäusen. Koexistierende Fledermausarten haben oft unterschiedliche sensorische Fähigkeiten. So finden sie nicht genau dieselbe Beute und vermindern Nahrungskonkurrenz. Insekten in der Vegetation sind mit Echoortung schwer zu finden. Fledermäuse nutzen für diese Aufgabe die leisen Raschelgeräusche ihrer Beute und bekommen ein Problem, wenn im Hintergrund das Schilf oder die Autobahn rauscht. Auch um neue Quartierhöhlen in Bäumen zu finden, spitzen Fledermäuse die Ohren: Rufe von Artgenossen weisen den Weg.

Die individuelle Markierung und Verfolgung von Vögeln mittels beschrifteter Fußringe, Peilsender oder anderer Methoden dient zur Ermittlung des Erfolges individueller Überlebensstrategien, demogrfhischer Eckwerte, der Erforschung des Vogelzuges mit all seinen Facetten und der Funktion von Vögeln als Vektoren für Krankheiten, dem Populationsmonitoring, der Erstellung von Modellen zu Überlebensraten, der Beobachtung der Reaktion von Vögeln auf den Klimawandel und zur Beschaffung von Basisdaten für den Artenschutz.

Das Zug- und Schlafverhalten von Singvögeln steht im Mittelpunkt der Arbeiten der Nachwuchsgruppe von Nils Rattenborg am MPI für Ornithologie. Mithilfe des modernen Windkanals in Seewiesen und neuer Messtechniken wollen die Forscher herausfinden, ob Vögel während langer Wanderflüge schlafen. Langfristig werden Techniken entwickelt, um die Gehirnaktivität kleiner Vögel während des Fliegens in freier Natur aufzeichnen zu können. Die Forschungen könnten zu neuen Erkenntnissen über die Funktion des Schlafes führen.

Farbenfrohe Ornamentierung ist häufig ein Kriterium der Partnerwahl bei Vögeln. Die Weibchen bevorzugen stets Männchen mit der höchsten Ausprägung dieser Merkmale. Dass die gelbe Schnabelfarbe verlässlich, also "ehrlich" ist im Hinblick auf Immunkompetenz und Fruchtbarkeit, konnten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Ornithologie jüngst an Stockerpeln zeigen. Sie fanden einen Abgleich (Trade-off) mit Immunfunktionen, der theoretisch die Ehrlichkeit sexueller Signale gewährleisten kann, zum einen durch Testosteron, welches die Ausprägung sexueller Merkmale fördert, aber Immunität unterdrückt, zum anderen durch Karotinoide, Farbstoffe, die in Ornamenten verwendet werden können oder Immunfunktionen unterstützen.

Kognitives Zeitabschätzen wird bisher vor allem im Bereich von Sekunden bis zu wenigen Minuten untersucht. Oft aber reichen für Individuen wichtige Zeitabstände darüber hinaus. Es fehlen allerdings sowohl Daten als auch Modellvorstellungen darüber, wie Tiere diese größeren Zeitabstände lernen können. Ein mariner Putzerfisch lieferte nun das erste Beispiel dafür, dass ein nicht-warmblütiges Wirbeltier in der Lage ist, gleichzeitig mehrere Zeitintervalle bis mindestens 15 min ohne Hilfsmittel, also kognitiv, abzuschätzen.

Zebrafinken zeigen bemerkenswerte Unterschiede in ihrem individuellen Sexualverhalten. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Ornithologie untersuchen, ob Mütter in Abhängigkeit von ihrer sozialen Umwelt die Fortpflanzungsstrategien der eigenen Nachkommen gezielt vorprogrammieren, um so deren Anpassung an das Paarungssystem zu optimieren.

Bei den meisten Tierarten wird die Brutpflege von den Weibchen geleistet, während die Männchen Ressourcen verteidigen und oft zusätzliche Weibchen zu gewinnen suchen. Bei einem sehr geringen Prozentsatz aller brutpflegenden Arten sind jedoch die Geschlechterrollen vertauscht: Die Männchen übernehmen die Brutpflege, die Weibchen verteidigen Ressourcen und verpaaren sich mit mehreren Männchen. Der Afrikanische Grillkuckuck ist die einzige bekannte Vogelart, die Nesthockertum mit diesem als ‚klassische Polyandrie’ bezeichneten Paarungssystem verbindet. Diese Vogelart steht im Mittelpunkt eines integrativen Forschungsansatzes, der mechanistische und evolutionäre Fragestellungen kombiniert. Dabei werden vor allem drei Themenschwerpunkte verfolgt: (1) Wie wird territorial aggressives Verhalten bei weiblichen Vertebraten gesteuert und was löst Fürsorgeverhalten beim Männchen aus? (2) Wie sichern männliche Grillkuckucke ihre genetische Vaterschaft und wieviel Energie und Zeit investieren sie in die jeweilige Brut? (3) Wie kam es zur Evolution von klassischer Polyandrie beim Grillkuckuck?

Menschensprache und Vogelgesang sind unabhängig voneinander entstandene Kommunikationssysteme. Ein groß angelegter Vergleich offenbarte mehr Parallelen im Erwerb und in der Funktion als erwartet. Darüber hinaus spielen zwischenartlich gelernte Elemente im Vogelgesang in der Kognitionsforschung eine zunehmend wichtigere Rolle. Als "Sonden" in den Normalgesang eingeschleust können sie helfen, die Bedeutung einzelner Elemente zu erhellen und gegebenenfalls zu prüfen, ob der Vogelgesang ein ähnlich rekursives System wie die menschliche Sprache ist, das heißt ob eine Änderung der Reihenfolge von Elementen die Bedeutung der ganzen Folge ändert. Und man kann hoffen, mit ihnen etwas über den Selektionsvorteil tradierter (von Gehirn zu Gehirn weitergegebener) Verhaltensanteile zu erfahren. Am Beispiel von fremd aufgezogen Haussperlingen legt Lucie Salwiczek vom MPI für Verhaltensphysiologie dar, wie wesentlich ein integrativer Ansatz für das Verstehen kognitiver Verhaltensleistungen ist. Er liefert neue Erkenntnisse über die neuroanatomischen Korrelate des Lernens und über die Bedeutung morphologischer Strukturen für die Wiedergabe des Gelernten.