Forschung

Forschungsauftrag

EVitA - das Forschungsprogramm des IZW

Erforschung der Vitalität und Anpassungsfähigkeit von Wildtierpopulationen bei Tierarten von herausragendem ökologischen Interesse im Spannungsfeld Tier - Mensch

1. Anpassungen: Aufklärung evolutionsökologischer Phänomene und Analyse des Anpassungswertes von Merkmalen in der Lebensgeschichte von Wildtieren

Wildtiere haben im Verlauf der Evolution viele Anpassungen entwickelt, die aufgrund ihrer Komplexität häufig wenig verstanden sind. Diese Anpassungen können jedoch maßgeblich über die Anfälligkeit einer Wildtierartgegenüber direkten und indirekten anthropogenen Herausforderungen wie zum Beispiel klimatischen Veränderungen entscheiden. Das Leistungsziel Anpassungen im Forschungsprogramm EVitA konzentriert sich deshalb auf die Analyse von Strategien der Reproduktion, der Ernährung, des Sozialverhaltens und der Auseinandersetzung mit Krankheitserregern sowie ihrer genetischen Grundlagen und Konsequenzen.

Ausgangspunkt ist der theoretische Ansatz, dass Adaptationen das Ergebnis von Selektionsdrücken sind, die oft durch bedeutsame evolutionäre Konflikte bestimmt werden. Neue Erkenntnisse im Bereich der Theorie der Evolution von Lebensgeschichten und viele empirische Daten weisen darauf hin, dass Organismen während ihrer Entwicklung (Ontogenese) entscheiden, auf welche Merkmale sie ihre Ressourcen konzentrieren. Die begrenzten körpereigenen Ressourcen und die Qualität der Ausstattung eines jeden Merkmals legen fest, in welchem Ausmaß es in Bezug auf eine bestimmte Funktion optimiert werden kann. Dabei nutzen Organismen evolutionär entstandene Verteilungsregeln, die widerstreitende Ausstattungsbedürfnisse durch gezielte Abwägung ("trade-off") von Prioritäten zwischen verschiedenen Funktionen lösen.

Arbeitschwerpunkte:

• Inter-spezifische evolutionäre Konflikte: Konkurrenz und Nischenabgrenzung innerhalb europäischer Huftiergemeinschaften (Reh, Wisent), Anpassungen an sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe (Reh, Menschenaffen);
   
• Intra-spezifische evolutionäre Konflikte: Unterschiedliche Interessen intra-spezifischer Konkurrenten im Wettbewerb um begrenzte Ressourcen, insbesondere der sexuelle Konflikt zwischen Weibchen und Männchen und den damit verbundenen Paarungstaktiken und Spermienkonkurrenz (Tüpfelhyäne, Fledermäuse);
   
• Fortpflanzungsstrategien : Physiologische und zelluläre Grundlagen der Spermatogenes e und deren Anpassungen an Fortpflanzungsaktivität, Verhaltensrhythmik sowie jahreszeitliche Umweltänderungen (Rehe, Carnivoren);
   
• Evolution und adaptiver Wert von Trächtigkeitsmustern: Anpassungswert von Trächtigkeitsdauer und Muster der Embryonalentwicklung bei Arten mit ungewöhnlich langen (Elefanten) und kurzen oder überlappenden Trächtigkeiten (Superfötation beim Hasen);
   
• Physiologische Strategien bei Nahrungserwerb und Energieallokation : Charakterisierung der Nahrungsnischen von Ernährungsspezialisten und ihrer physiologischen und morphologischen Voraussetzungen, sowie des Energiebedarfs und der physiologischen Regeln der Energieallokation in Auseinandersetzung mit vorteilhaften und unvorteilhaften Umweltbedingungen (Reh).Wo finden Projekte des IZW statt?
  

2. Krankheiten: Analyse der Ursachen, Verbreitung und evolutiven Auswirkungen von Wildtierkrankheiten

Krankheiten, insbesondere Infektionskrankheiten, beeinflussen die Vitalität von Wildtieren; im Wechselspiel mit Pathogenen evoluieren Anpassungen im Immunsystem der Wirtstiere. Eine Reihe von Krankheiten spielen sich im Spannungsfeld Wildtier – Mensch ab. Dabei kann es sich um Zoonosen, um übertragbare Krankheiten zwischen Haus- und Wildtieren oder um Krankheiten von Wildtieren in menschlicher Obhut handeln. Viele bedeutende Wildtiererkrankungen sind bis heute in ihrer Ätiologie und Pathogenese ungeklärt. Ziel ist es, die Entstehung und Verbreitung bedeutender Zoo- und Wildtiererkrankungen zu untersuchen, die Pathogenese wichtiger Krankheitsbilder unter Einbeziehung ihrer immunologischen und genetischen Grundlagen zu klären und den Einfluss von Krankheiten auf die Dynamik und Bedrohung von Wildtierpopulationen zu charakterisieren.

Arbeitsschwerpunkte:

• Mechanismen der Pathogenese und Immunantwort: Charakterisierung der Pathogenese ausgewählter Krankheiten, einschließlich der Identifikation der Erreger (Balanoposthitis beim Wisent), sowie der angeborenen Immunantwort und ihrer Evolution (Beta-Defensine bei Rinderartigen, Funktionsweise von Immunzellen bei Huftieren);
   
• Epidemiologie und Phylogenie von Pathogenen: Vorkommen und Übertragung von Viren, Bakterien und Parasiten mit Relevanz für die Populationsdynamik von Wirtstierarten oder –gemeinschaften (Hasenartige, Huftiere, Raptoren und Prädatoren), inklusive solcher mit zoonotischem Potential (transmissive spongiforme Enzephalopathien, [TSE]);
   
• Pathomorphologie und klinische Diagnostik : Pathomorphologische und klinische Untersuchungen von Krankheiten, die ihre Ursache in der Haltung von Wildtieren in menschlicher Obhut haben könnten (Infektionen, Stoffwechselstörungen, reproduktive Dysfunktionen);
   
• Krankheiten als Ökofaktor : Einfluss von Krankheiten und Pathogenen auf die Populationsdynamik von Wildtierarten (Streptokokken bei Hyänen, reproduktive Dysfunktionen bei Nashörnern, European Brown Hare Syndrome bei Feldhasen).

3. Naturschutz: Aufklärung biologischer Grundlagen und Entwicklung von Methoden für den Schutz bedrohter Wildtierarten

Das Leistungsziel Naturschutz umfasst die Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen für ein erfolgreiches und nachhaltiges Management stark bedrohter Wildtierarten in situ und ex situ. Dieses beinhaltet die Lösung einer Vielzahl von Problemen, wie die Ermittlung von Gefährdungsfaktoren (Mortalitätsursachen), das frühzeitige Erfassen genetisch bedingter Rückgangsursachen und der Dynamik kleiner Populationen, das Management der Fortpflanzung betroffener Wildtierpopulationen (assistierte Reproduktion, aber auch Fortpflanzungskontrolle) und das Management von Pathogenen und der Interaktionen von Wildtieren mit der örtlichen Bevölkerung. Ziel ist die Entwicklung von Konzepten und Methoden für die aktive Beeinflus sung von Populationsentwicklungen. Da der Kenntnisstand auf diesem Gebiet defizitär ist, beinhaltet das Leistungsziel insbesondere die Entwicklung neuer und die Verbesserung bereits existierender Methoden, die für den Schutz bedrohter Wildtierarten anwendbar sind.

Arbeitschwerpunkte:

• Genomkonservierung: Sicherung der genetischen Diversität kleiner Populationen und bedrohter Arten durch Entwicklung von Methoden zur Kryokonservierung von Spermien (Elefanten, Nashörner und Großkatzen), Eizellen und Ovargewebe sowie der Transplantation von Ovargewebe zur Reaktivierung der Reproduktion (Katzenartige);
   
• Assistierte Reproduktion: Entwicklung von Methoden der assistierten Reproduktion bei hochgefährdeten Tierarten sowie deren Optimierung und Einsatz in Erhaltungszuchtprogrammen (Elefanten, Nashörner, Katzenartige);
   
• Minimal-invasive Methoden: Entwicklung und Anpassung nicht-invasiver und minimal-invasiver Methoden (1) zur Beurteilung von Aspekten des Fortpflanzungs- und Gesundheitsstatuses anhand von Kot, Urin oder Speichelproben, oder Blut nach schonender Gewinnung mittels blutsaugender Raubwanzen, (2) zur Gewinnung von DNS aus Haar-, Biopsie- und Kotproben, (3) zum Einsatz bildgebender Verfahren für die Darstellung interner Reproduktionsorgane;
   
• Konzepte zur Fortpflanzungskontrolle: Entwicklung von Konzepten und Methoden zur Kontrazeption bei Zootieren (Bärenartige, Katzenartige) und der Bestandskontrolle einheimischer Wildtiere (Wildschwein);
   
• Landnutzungskonflikte und Wildtierpopulationen: Auswirkungen ausgewählter Formen menschlicher Landnutzung auf Verhalten, Dynamik und Struktur von Herbivoren- und Carnivorenpopulationen (Wildruhezonen, Korridore, Jagd, extensive Viehzucht);
   
• Mortalitätsursachen: Analyse der Gefährdungsursachen bedrohter Wildtierpopulationen als Handlungsgrundlage für den Artenschutz (Seeadler, Europäischer Feldhase, Fledermäuse).

Wie setzen wir das Forschungsprogramm EVitA um?

Die Leistungsziele des Forschungsprogramms definieren das Grundkonzept, aus dem sich die problemorientierten Fragestellungen des IZW ableiten. Ausgehend von der elementaren Tatsache, dass das Verhalten, die Gestalt, Funktion, Leistung, Anpassungsfähigkeit und Lebensläufe von Organismen durch ihre genetische Ausstattung und ihre komplexe Umwelt determiniert werden, strebt das IZW eine genetische und ökologische Durchdringung der ausgewählten Problemstellungen an.

Leitbild für die praktische Forschungstätigkeit des IZW ist die kausale Analyse relevanter Probleme in der evolutionären Wildtierkunde unter dem Aspekt ihrer genetischen und ökologischen Bedingtheit und damit verbunden die Zusammenführung einzeldisziplinärer Erkenntnisse und Expertisen zu einer interdisziplinären Problembearbeitung und -lösung. Dazu konzentrieren wir uns auf folgende Vorgehensweisen:

• disziplinäre Beschreibung und Abgrenzung der Fragestellungen auf der Grundlage von originären und umfassenden Datensammlungen und ihrer biomathematischen Bearbeitung;
   
• Identifizierung ökologischer und genetischer Ursachen oder Einflussfaktoren als Arbeitshypothesen für interdisziplinäre Lösungsansätze.

Um den besonderen Umständen der Wildtierforschung gerecht zu werden, bedeutet dies praktisch:

• Kombinierte, langfristig angelegte Freiland- und Laboruntersuchungen an geeigneten Modellsystemen ökologischer Schlüsselarten;
   
• experimentelle Untersuchungen im Labor, unter natürlichen Bedingungen und auf der Feldforschungsstation des IZW;
   
• vergleichende Untersuchungen (z.B. der Anpassungswert wichtiger Merkmale, besondere Aspekte kleiner Populationen, Pathogenesestudien);
   
• Entwicklung und Weiterentwicklung minimal- und nicht-invasiver Methoden zur Erfassung des Verhaltens und des physiologischen Status von Wildtieren, insbesondere Belastung, Gesundheits- und Fortpflanzungsstatus;
   
• Untersuchung von Landnutzungskonflikten mit einem transdisziplinären Forschungsansatz (s.u.) im Bereich Wildtiernutzung und Naturschutz, ihrer Effekte und ökologischen Konsequenzen.
   

Zur Umsetzung des Forschungsprogramms ist das IZW in fünf flexible Forschungsgruppen gegliedert. Mit dem jetzigen Forschungsprogramm und seiner starken programmatischen und interdisziplinären Verflechtung sind die Forschungsgruppen die Orte konzeptioneller und methodisch-technischer Kompetenz, die aufgrund ihrer jeweils spezifischen Fachkenntnis und -kompetenz zur Lösung bestimmter Fragestellungen beitragen. In den Forschungsgruppen werden fachliche Erkenntnisfortschritte sowie konzeptionelle und methodische Weiterentwicklungen erarbeitet. Die Kooperation zwischen den Forschungsgruppen erfolgt durch den Austausch von Konzepten und Vorgehensweisen, so dass synergistische Effekte zur gemeinsamen Lösung besonderer und komplexer Fragestellungen führen.

Nationale und internationale Kooperation

Das IZW pflegt intensive Beziehungen und führt gemeinsame Projekte mit Hochschulen und außeruniversitären wissenschaftlichen Instituten, naturschutzorientierten Partnern, sowie Schutzgebieten und Schutzeinrichtungen durch:

• Beteiligung an und aktive Gestaltung von institutsübergreifenden Forschungsverbünden (Beispiel: "Kompetenzverbund Biodiversität" in der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de);
• Durchführung vielfältiger Kooperationsvereinbarungen und Forschungsprojekte mit dem Fachbereich Veterinärmedizin der Freien Universität Berlin, sowie mit anderen deutschen und internationalen Universitäten;
• Beteiligung an Forschung und Lehre im Graduiertenkolleg "Evolutionäre Transformationen und faunistische Übergänge" zusammen mit dem Museum für Naturkunde an der Humboldt-Universität Berlin
• Vernetzung (Cluster) zum Forschungsschwerpunkt Infektionsbiologie und Immunität mit dem Institut für Biologie der HU Berlin, Charité, FU Berlin Bereich Veterinärmedizin, Deutsches Rheumaforschungszentrum, Robert-Koch-Institut und Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie im Zentrum für Infektionsbiologie und Immunität (ZIBI);
• Durchführung gemeinsamer Forschungsprojekte und Veranstaltungen mit internationalen Forschungsinstituten in Frankreich, Polen, Österreich, Schweden, Finnland, Russland, Großbritannien, China, Mongolei, Thailand und den USA;
• Durchführung von Forschungsprojekten im Rahmen des Europäischen Erhaltungszuchtprogrammes EEP (www.eaza.net);
• Kooperation mit Schutzeinrichtungen, Nationalparks und Entwicklungszusammenarbeitsprojekten (EZ-Projekte) in Berlin, Brandenburg, Polen, Tansania und Namibia;
• Kooperationsprojekte mit Zoos in Deutschland, Österreich, Schweiz, Niederlande, Tschechische Republik, Russland, Frankreich, Großbritannien und USA;