Forschungsgruppe 1: Evolutionäre Ökologie
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Physiologische Strategien bei Nahrungserwerb und Nahrungsverarbeitung

Die Verfügbarkeit, Assimilation und Bereitstellung von Nahrung und/oder Energie ist von vitaler Bedeutung für viele Aspekte in der Biologie und Lebensgeschichte von Tieren wie z.B. Besiedelung extremer Lebensräume und Nischenabgrenzung, Populationsdynamik und Sozialsystem, Aktivität und Raumnutzung, Wachstum und Reproduktion. Das IZW untersucht an ausgewählten Säugetierspezies physiologische Strategien und Verhaltensanpassungen zum Nahrungserwerb und Energieallokation.

Dabei dient insbesondere das Europäische Reh (Capreolus capreolus) als Modell-Spezies und ist Gegenstand umfassender Untersuchungen zur Nahrungsökologie, Energieallokation und Physiologie (Verdauungs- und Stoffwechselphysiologie) im Freiland und unter den kontrollierten Bedingungen in der Feldforschungsstation des IZW.

 

Projekte:

 

Ernährungsphysiologisches Labor

 

Energieallokation beim Europäischen Reh

Sylvia Albrecht, Frank Göritz und Sylvia Ortmann

 

An diesem interdisziplinären Projekt sind neben der oben genannten Doktorandin und den Projektleitern Biologen und Tierärzte aller fünf Forschungsgruppen beteiligt.

Das Reh (Capreolus capreolus) ist eine außerordentlich erfolgreiche Spezies, die nahezu überall in Europa bis hin zum Ural und die Türkei anzutreffen ist und sowohl Laub- als auch Nadelwälder, Busch- und Kulturland sowie Moore besiedelt. Es fehlt lediglich in hochalpinen Lagen jenseits der Baumgrenze und in offenen Steppen. Rehe gehören mit einem Körpergewicht von 20-30 kg zu den eher kleinen Wiederkäuern und weisen aufgrund ihres Oberflächen/Volumen-Verhältnisses einen relativ hohen Erhaltungs-Energiebedarf auf. Sie sind Nahrungsspezialisten und werden dem Ernährungstyp der Konzentratselektierer zugeordnet.

Die Reproduktion der monoöstrischen Rehe erfolgt streng saisonal. Nach einer Brunftzeit Ende Juli/Mitte August werden Ende Mai/Anfang Juni im Mittel zwei bis drei Kitze gesetzt. Rehe haben als einzige Vertreter der Ordnung Artiodactyla eine obligate, saisonale Diapause, d.h. einen temporären Stillstand der Embryogenese von August bis Ende Dezember, entwickelt. Diese Diapause erlaubt es Rehen, ihre Investition in die Reproduktion und die Anzahl und Qualität der Kitze zu verschiedenen Zeitpunkten im Jahr und in Abhängigkeit von der verfügbaren Nahrungsenergie zu beeinflussen. Damit sind sie ein ausgezeichnetes Modell, um die Allokation d.h. die Verteilung der dem Organismus zur Verfügung stehenden Energie auf die verschiedenen Parameter des Energiehaushalts (Erhaltung, Reproduktion, Immunsystem) und die damit verbundenen potentiellen "Trade-offs" zu untersuchen.

Durch Fütterungsexperimente wollen wir untersuchen:

  • mit welcher Priorität die verfügbare Energie auf die Bedürfnisse Erhaltung, Reproduktion und Immunsystem verteilt wird, wenn das Nahrungsangebot knapp wird,
  • welche Taktiken Rehe verfolgen, um bei Nahrungsknappheit ihre Energiekosten zu verringern (Aktivität, Energieumsatz),
  • ob und in welchem Ausmaß sie ihre Verdauungseffizienz steigern können, um den Effekt eines verringerten Nahrungsangebots auszugleichen oder zu mildern (Verdauungsphysiologie),
  • welchen Effekt eine energetische Unterversorgung auf den Reproduktionsoutput von Rehen (Fertilität Ricken/Böcke, Wurfgröße, Qualität der Kitze) hat
  • und ob und auf welcher Ebene Rehe ihre Wurfgröße dem aktuellen Nahrungsangebot (Ovulation, Implantation, Resorption) anpassen?

Wir untersuchen Rehe, die in der Feldforschungsstation in Niederfinow unter naturnahen Bedingungen gehaltenen werden und erfassen das Verhalten, die Hormone, Wärmeabgabe, Verdauungseffizienz und Reproduktionsparameter (Abbildung 2).

Kooperationspartner: Dr. C. Metges, Forschungsinstitut für Landwirtschaftliche Nutztiere, Dummerstorf; Prof. Dr. H. Sauerwein, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität, Bonn

 

 

 

Populationsdynamik und Ressourcenallokation freilebender Rehe im Nationalpark Bialowieza

Anne Berger und Sylvia Ortmann

In einer Kooperation mit dem Mammal Research Institute (MRI) der polnischen Akademie der Wissenschaften (Wlodzimierz Jedrzejewski) soll untersucht werden, welchen Einfluss die Habitatqualität und der Prädatorendruck auf die Kondition, Raumnutzung und den Reproduktions-Output freilebender Europäischer Rehe (Capreolus capreolus) im Nationalpark Bialowieza (Polen) hat?

Dazu werden in drei Untersuchungsgebieten (geschlossener Tiefland-Urwald, Waldrand, Feld), die sich bezüglich ihrer Nahrungsqualität und des Prädatorendrucks unterscheiden und zu vier Jahreszeiten folgende Parameter untersucht:

pflanzliche Biomasse und Pflanzenqualität, Nahrungszusammensetzung, Körperkonstitution der Rehe, Populationsdichte und -dynamik, Raumnutzung, Prädatorendruck.

 

 

 

 

 

 

 

Verdauungsphysiologie wiederkäuender und nicht-wiederkäuender Vormagenfermentierer

Angela Schwarm und Sylvia Ortmann

Reine Pflanzenfresser werden nach der anatomischen Lage der Fermentationskammer in Dickdarm- und Vormagenfermentierer eingeteilt, wobei man unter den Vormagenfermentierern noch zwischen Wiederkäuern und Nichtwiederkäuern unterscheiden kann. Die pflanzliche und vor allem die Faser-reiche Nahrung stellt Pflanzenfresser vor das Problem, wie sie mit großen Futterpartikel umgehen sollen, die aufgrund ihres ungünstigen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses und der geringen Energie-Ausbeute eher störenden Ballast darstellen können. Zur Lösung dieses Problems wurden verschiedene morphologische und physiologische Anpassungen evolviert; so können Wiederkäuer z.B. große Futterpartikel erneut kauen und somit zu kleineren, leichter verdaulichen Partikeln verarbeiten. Dickdarmfermentierer, wie z.B. Nagetiere, scheiden große Futterpartikel selektiv und schneller aus als kleine Partikel. In diesem Projekt wird untersucht, ob nichtwiederkäuende Vormagenfermentierer große Partikel auch schneller oder gleich schnell wie kleine Partikeln ausscheiden und damit trotz ihrer anatomischen Gemeinsamkeiten mit den wiederkäuenden Vormagenfermentierern physiologisch eher den Dickdarmfermentierern gleichen.

 

Wir führen Fütterungsuntersuchungen in Zoologischen Gärten mit dem Zwergflusspferd, Roten Riesenkänguru und Halsbandpekari  als Vertreter der nichtwiederkäuende Vormagenfermentierer und dem Banteng-Wildrind und dem Wasserschwein als Vertreter der Wiederkäuer bzw. Dickdarmfermentierer durch. Die Retentionszeit von kleinen und großen Partikeln und von Flüssigkeit wird mittels Passagemarker bestimmt. Ein weiterer Ansatz ist die Untersuchung der Partikelgrößenverteilung im Verdauungstrakt von Wallabies und Pekaris.

 

 

 

 

 

 

Als Referenz werden Kotproben freilebender Tiere der genannten Arten auf Partikelgröße und Makronährstoffe hin untersucht. Da wir auch die Nährstoffverdaulichkeit und Assimilationsleistungen bei den verschiedenen Tierarten bestimmen können wir Aussagen zur Energie- und Nährstoffversorgung der untersuchten Spezies treffen und versprechen uns praktische Konsequenzen für die Haltung und Fütterung der Zootiere.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Finanzierung: DFG (OR 86/1-1), NaFöG-Stipendium der Freien Universität Berlin

Kooperationspartner: Abteilung für Zoo-, Heim- und Wildtiere, Vetsuisse-Fakultät, Universität Zürich, Schweiz; Hahn-Meitner Institut (HMI), Berlin; Zoologischer Garten, Berlin; Zoologischer Garten, Halle; Zoologischer Garten, Krefeld; Wilhelma, Stuttgart; Whipsnade Wild Animal Park, UK

 

 

Nahrungsökologie von Menschenaffen

Sylvia Ortmann

In einen vergleichenden und interdisziplinären Ansatz soll die Bedeutung der Nahrungsökologie und der Habitatqualität für das regionale Vorkommen einzelner Menschenaffenarten (Bonobo, Schimpanse, Gorilla), die Koexistenz verschiedener Arten und die Ausprägung und Variabilität ihrer Sozialsysteme untersucht werden. Erstmals wird dabei unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Evolutionäre Ökologie in Leipzig (Dr. Gottfried Hohmann) in verschiedenen Untersuchungsgebieten Afrikas (Elfenbeinküste, Nigeria, Demokratische Republik Kongo, Uganda) nach einem einheitlichen Protokoll gearbeitet und alle gesammelten Proben werden im Ernährungsphysiologischen Labor des IZW analysiert. Neben der Nahrungsverfügbarkeit werden auch Nahrungsqualität (Nährstoffe, sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe) und Nahrungszusammensetzung, die Bedeutung tierischer Nahrung für den Speiseplan der Menschenaffen, Gruppengröße und verhaltensökologische Parameter erfasst.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ernährungsphysiologisches Labor

Heidrun Barleben und Sylvia Ortmann

Das Ernährungsphysiologische Labor verfügt über gängige Standard-Methoden zur Nährstoff-Analyse von Pflanzen- und Kotproben, zur Bestimmung der Nahrungszusammensetzung, Mineralstoffanalyse.

Nährstoffanalyse:
Rohprotein, Rohfett, Kohlenhydrate (Stärke, Glukose, Fruktose, Saccharose), Faseranalytik nach Van Soest, Energie

Nahrungszusammensetzung:
Fäzesanalyse (visuell), Analyse von n-Alkanen (GC), Partikelgröße durch Nasssiebung

Mineralstoffanalyse:
Co und Cr z.B. zur Bestimmung der Darm-Passage-Zeit, Mg, Fe, Ca, Cu (Atom-Absorptions-Spektroskopie)

Außerdem:
Tannin-Bindungs-Assay
Bestimmung flüchtiger Fettsäuren