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 Verständliche
Wissenschaft : Reproduktionsmonitoring
Unter Reproduktionsmonitoring versteht man traditionell die Messung von
Hormonen, die die Fortpflanzung (Reproduktion) von Tieren regulieren.
Diese Hormone werden von speziellen Organen des Körpers gebildet, wie
z.B.von den Keimdrüsen (auch Gonaden genannt), und in das Blut abgegeben.
Über den Blutkreislauf erreichen die Hormone das sogenannte Erfolgsorgan,
wo sie Ihre Wirkung entfalten. Dabei ist die Steuerung der Fortpflanzung
unabdingbar mit den Hormonen gekoppelt. Durch die Messung der Konzentration
dieser reproduktionssteuernden Hormone im Blut im zeitlichen Verlauf (Messungen
über einen Zeitraum von Tagen und Wochen) kann man Rückschlüsse auf die
Reproduktionsaktivitäten weiblicher und männlicher Tiere ziehen. Beim
weiblichen Tier wird dazu das im Gelbkörper des Ovars gebildete Progesteron
gemessen. Dieser Gelbkörper wird in periodischen Abständen aufgelöst (Luteolyse)
sofern keine Trächtigkeit vorliegt. Es kommt anschliessend in einer Phase
niedriger Progesteronkonzentrationen (Follikelphase) zu einem Eisprung
(Ovulation). Nur in der Zeit um die Ovulation ist ein weibliches Tier
paarungsbereit. Anschliessend erfolgt eine Neubildung des Gelbkörpers.
Der Gelbkörper bleibt erhalten, wenn das Tier trächtig ist. Wenn nicht,
kommt es erneut zu einer Luteolyse. Der Abstand zwischen den einzelnen
Ovulationen ist die Zykluslänge. Sie kann folglich aus dem periodischen
Verlauf der Progesteronkonzentrationen abgeleitet werden.
Von Interesse für den Zoo- und Wiltierbiologen sind auch Messverfahren,
mit denen sich Stressereignisse in Tieren nachweisen lassen. Als Reaktion
auf einen Stress bildet die Nebenniere das Hormon Cortisol, welches unter
anderem die Funktion hat, Energie zu mobilisieren. Durch die Messung von
Cortisol kann z.B. der belastende Einfluss (Stress) eines möglicherweise
unumgänglichen Transportes von einem Zoo zu einem anderen auf das
Individuum festgestellt werden. Ein hoher Cortisolgehalt ist nicht vorbehaltlos
mit Stress gleichzusetzen, da das Hormon auch wichtige Stoffwechselfunktionen
hat (z.B. im Hungerzustand extrem ansteigt). Da eine Blutentnahme am Tier
(mit dem notwendigem Einfangen, Festhalten oder Narkose) ein Stressereignis
darstellt, ist es fast unmöglich Blutproben ohne Stress für
das Tier zu bekommen. Deshalb gewinnen sogenannte nicht-invasive
Verfahren, bei denen mit dem Urin oder Kot abgegebene Abbauprodukte
der Hormone analysiert werden, zunehmend an Bedeutung. Ingesamt ist die
Messung von Hormonen im Blut oder ihren Abbauprodukten für folgende
Fragestellungen von eminenter Wichtigkeit
- Untersuchung des saisonalen Reproduktionsverhaltens. Ein Vergleich
unter den Säugetierarten ergibt extreme Unterschiede, einige typische
Profile sind in der Abbildung schematisch dargestellt. Es gibt Tierarten,
die sich das ganze Jahr über reproduzieren (asaisonal polyöstrisch),
wie z.B. die Elefanten. Andere zeigen ein saisonales Muster der Reproduktionsaktivitäten,
wie das Przewalskipferd, welches die Wintermonate ausspart. Das einheimische
Wildschwein verlegt seine Reproduktionsaktivitäten in die Wintermonate,
mit einer möglichen zweiten Phase im Frühsommer.
Extreme Beispiele mit nur einer einzigen kurzen Reproduktionsphase im
Sommer bzw. im Frühjahr sind die sogenannten saisonal monöstrischen
Spezies Reh und Panda. Hier gibt es nur eine Chance im Jahr zur erfolgreichen
Reproduktion. Alle Stategien dienen dazu, die Geburten der Jungtiere
nach sehr unterschiedlichen Trächtigkeitsdauern in eine Jahreszeit zu
verlegen, die hohe Überlebenschancen für die Jungtiere bietet, vor allem
eine optimale Verfügbarkeit an Futter.
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Beispiele für Forschungsprojekte zum nicht-invasiven Monitoring von Hormonen:
(siehe auch: Reh-Projekt, Elefanten-Projekt,
und Panda-Projekt)
- Feststellung der Zykluslänge der weiblichen Tiere einer Art. Sie
ist extrem variabel und umfasst eine Zeitspanne von wenigen Tagen bei
Kleinsäugern (Ratten, Mäuse) bis hin zu 16 Wochen (Elefant).
- Die Reproduktionsaktivitäten der männlichen Tiere einer Art sind
in der Regel zeitlich parallel zu den weiblichen Tieren saisonal ausgeprägt.
Für die Beurteilung der männlichen Reproduktionsfunktionen wird das
Hodenhormon Testosteron oder seine Abbauprodukte in Urin oder Kot gemessen.
- Nicht immer liegt bei weiblichen Zootieren die oben gezeigte zyklische
Ovaraktivität vor, z.B. bei jungen noch nicht reproduktionsfähigen (präpuberalen)
weiblichen Tieren. Es können auch bei erwachsenen Tieren krankhafte
Störungen oder eine Fehlregulationen der Reproduktionsfunktionen auftreten.
Das Erkennen solcher Störungen ist oftmals nur durch Messung der Hormone
möglich. Ein dauernd niedriger Progesterongehalt bei einem erwachsenen
weiblichen Tier kann durch eine sogenannte Follikelcyste verursacht
werden, durch die die Anbildung eines Gelbkörpers ausbleibt und somit
keine zyklische Reproduktionsaktivität möglich ist.
- Liegen derartige Störungen vor, kann durch Gabe von entsprechenden
stimulierenden Präparaten versucht werden, die Reproduktionsaktivität
wiederherzustellen (therapeutische Massnahmen). Ob dies gelingt, kann
nur durch die Messung der Hormone beurteilt werden.
- Viele männliche Zootiere zeigen kein sexuelles Interesse an den weiblichen
Tieren, sodass eine natürliche Paarung als Voraussetzung für Nachkommen
ausbleibt. Hier bietet sich für den Zootierarzt die Möglichkeit der
künstlichen Besamung, bei dem Sperma männlicher Tiere in den Uterus
der Weibchen verbracht wird. Um den richtigen Zeitpunkt für diese sogenannte
assistierte Reproduktion herauszufinden, ist die Kenntnis des Hormonverlaufes
unbedingt notwendig, denn diese aufwendige und teure Prozedur ist nur
um den Zeitpunkt des Eisprunges erfolgversprechend.
- Einige Zootierarten wie z.B. Braunbären vermehren sich in Gefangenschaft
sehr gut, sodass in Zoos und Tierparks ein "Überschuss" an Tieren herrscht.
Um die Kastration der männlichen Tiere zu vermeiden, bietet sich als
schonende Alternative die "Anti-Baby-Pille" für die weiblichen Tiere
an. Indem in das komplizierte System der Reproduktionssteuerung durch
Gabe von gegensteuernden Hormonen eingegriffen wird, ist eine Hemmung
der zyklischen Ovaraktivität erwünscht. Ob die ganze Massnahme erfolgreich
war, ist durch Hormonmessungen festzustellen. In diesem Falle wird dann
sehnlichst gewünscht, keinen der in der Abbildung gezeigten Verläufe
nachweisen zu können.
- Ein noch mehr vom Wunschdenken der Wissenschaftler beherrschtes Gebiet
ist der Nachweis von Stress bei Zootieren. Derzeit arbeiten Wissenschaftler
mit Hochdruck daran, Verfahren zu entwickeln, mit denen die Stressbelastung
ohne Störung der Tiere gezeigt werden kann. Die Bearbeitung dieser Fragestellungen
kann in den seltensten Fällen anhand einzelner Blutproben erfolgen.
Vielmehr ist die häufige Entnahme von Blutproben notwendig, insbesondere
dann, wenn Hormonverläufe dargestellt werden sollen. Diese analytisch/endokrinen
Interessen des Wissenschaftlers stehen im Gegensatz zu denen des Wildtieres,
welches wenig Bereitschaft zur freiwilligen Blutspende zeigt. Blutproben
können folglich nur nach Ruhigstellen oder Narkose mit Medikamenten
genommen werden, was mit Gefahren für Tier und Tierarzt verbunden ist.
Einen Ausweg aus diesen Dilemma zeigen die bereits erwähnten, sogenannten
"nicht-invasiven Verfahren" auf, bei denen die Hormonabbauprodukte in
Kot oder Urin gemessen werden.
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