Tracy, C. R., K. E. Nussear, T. C. Esque, K. Dean-Bradley, C. R. Tracy, L. A. DeFalco, K. T. Castle, L. C. Zimmerman, R. E. Espinoza & A. M. Barber (2006): The importance of physiological ecology in conservation biology. – Integrative and Comparative Biology 46 (6): 1191-1205.

Die Wichtigkeit der Ökophysiologie für den Naturschutz (Arterhaltung)

Vielen der Gefährdungen, die sich auf die Existenz und Persistenz von Populationen empfindlicher Spezies auswirken, liegen physiologische oder pathologische Mechanismen zugrunde und genau diese Mechanismen werden am besten erfasst durch den durchweg integrativen Ansatz der Disziplin: Ökophysiologie oder Physiologischen Ökologie. Die Wüstenschildkröte (Gopherschildkröte) wurde im Endangered Species Act (US-Amerikanische Liste der Gefährdeten Arten) gelistet, da sich die Erkenntnis durchsetzte, als man feststellte, dass es sich bei der Gefährdung um eine neue Infektionserkrankung der oberen Atemwege handelte, die zu hohen Sterberaten bei den Individuen führte und für einen massiven Rückgang der Populationen verantwortlich war. Zahlreiche Hypothesen bezüglich der Ursachen für die Gefährdung der Existenz von Wüstenschildkrötenpopulationen wurden diskutiert, einschließlich der Nahrungsverfügbarkeit und dem Nahrungsaufnahmeverhalten in Bezug zu Stress und dessen Assoziation mit der Erkrankung. Eine dieser Hypothesen ist die Nutritional Wisdom Hypothese (Wissen um die Nahrungsbeschaffenheit-Hypothese), die davon ausgeht, dass Tiere nicht nach bestimmten Nahrungsformen (z. B. Pflanzen) selektieren, sondern die Nahrung nach bestimmten Nährstoffen (Nahrungsbestandteilen) selektieren z. B. Calcium und Phosphat zur Knochenbildung. Die Optimal Foraging Hypothesis (Optimale Nahrungsnutzungshypothese) geht davon aus, dass sich die Schildkröten unter Bedingungen des Nahrungsüberflusses (z. B. Regenzeit) als Nahrungsspezialisten darstellen und die Nahrung selektieren, die ihnen eine maximale Aufnahme von Energie garantiert (z. B. Anfressen von Reserven). Die Optimal Digestion Hypothesis (Optimale Nahrungsverwertungshypothese) besagt, dass die Schildkröten die Nahrung auf eine Art prozessieren (aufnehmen und/oder verdauen), die es erlaubt die Assimilationsrate zu regeln (zu Deutsch den besten Gewinn aus der Nahrung zu ziehen). Letztendlich besagt die Cost-of-Switching Hypothesis (Preis für den Nahrungswechsel-Hypothese) für Herbivore wie Wüstenschildkröten, dass die Tiere einen Wechsel der Nahrung (Futterpflanzen) vermeiden sollten, um zu verhindern, dass sich durch den Nahrungswechsel negative Auswirkungen für die Gemeinschaft der Darmmikroben (Gleichgewichtsverschiebung der Darmflora) ergeben, die ja für die Nahrungsfermentierung und damit für Energie und Nährstoffgewinn verantwortlich zu machen sind. Die Kombination dieser unterschiedlichen Hypothesen führte zur Formulierung einer Resource Acquisition Theory (Ressourcen-Beschaffungstheorie), die zu neuen Vorhersagen führte, die im Wesentlichen durch die wissenschaftlichen Datenlage unterstützt wurde. Das Testen von Hypothesen und die Synthese der Testergebnisse zu einer Theorie stellen eine deutlich bessere Alternative dar zu dem doch sehr populären Gebrauch ungetesteter Hypothesen und kaum genau analysierter Daten, die zur Abschätzung der Bedürfnisse einer Spezies oftmals herangezogen werden. Der zukünftige wissenschaftliche Fokus sollte sich auf Hypothesen beziehen, die sich mit anthropogenen (durch Menschen verursachte) Umweltveränderungen beschäftigen. Insbesondere auf Umwelteinflüsse, die sich auf physiologische Prozesse auswirken, welche letztendlich für Populationsphänomene verantwortlich sind. Wir zeigen hier Messungen dazu, wie Einflüsse von Nährstoffmangel (Fehlen bestimmter Nahrungsbestandteile z. B. Kalzium oder Protein) physiologischen Stress verursachen können und wir zeigen dass die endokrinen Mechanismen, die zur Stresskaskade gehören, krankheitsauslösend wirken. Letztendlich erbringt unsere neue synthetische Betrachtung (ökophysiologischer Ansatz) Anhaltspunkte zur Formulierung einer neuen Hypothese: Freie Moleküle des Stresshormons Corticosteron können zur Hemmung der Immunität führen und dabei wird die Menge der freien Corticosteronmoleküle im Blut (also die wirksame Fraktion des Stresshormons) über ihre Bindung an Hormonbindungsproteine (Globuline) geregelt. Ebenso bindet das Sexhormon Testosteron an dasselbe Hormonbindungsglobulin. Somit können erhöhte Testosteronspiegel im Blut, z. B. während der Paarungszeit, die Hormonbindungsglobuline besetzen, wenn dann bei zu dichten Populationen Stress hinzu kommt und die freien Corticosteronspiegel überdurchschnittlich ansteigen – da das Bindungsglobulin durch Testosteron besetzt ist, kann das zur Immunschwäche führen. Die Sequenz dieses Zyklus kann zu physiologischen und pathologischen Phänomenen führen, die zu Populationszyklen führen, deren Periodizität bei freilebenden Wüstenschildkrötenpopulationen so gut wie nie zu beobachten und zu erfassen wären. Solche Zyklen können aber die Ursachen für vom Menschen verursachte Populationsfluktuationen verschleiern.

Kommentar von H.-J. Bidmon

Eine Arbeit, die wirklich Potential hat und allen klar machen sollte, dass sowohl für Arterhaltungs- und Managementprojekte als auch für die praktische Terraristik und Tierhaltung ökophysiologische Daten eine wesentliche Grundvoraussetzung für den Erfolg darstellen. Etwas, das auch von den für meinen Geschmack noch immer zu sehr taxonomisch orientierten herpetologischen Interessensverbänden zur Kenntnis genommen und berücksichtigt werden sollte (siehe dazu Acierno et al. (2006): American Journal of Veterinary Research 67 (12): 2046-2049 und Kommentar oder Abstract-Archiv). Nun, erst einmal zur Erklärung, warum in der Schlussaussage behauptet wird, dass sich solch physiologisch-pathologische Zyklen bei wild lebenden Wüstenschildkröten so gut wie nie beobachten ließen, das würde ja der neuen Hypothese deutlich widersprechen. Das lässt sich in einem Abstract nicht komplett erklären, weil Schildkröten generell lange Lebens- und Reproduktionszyklen (Jahrzehnte) haben. (Deshalb lassen sie sich nicht so gut erfassen, wie das wohl allen geläufige Schulbeispiel für ökologische Zyklen: Dass in einem mäusereichen Jahr die Fuchspopulation hochschnellt und ein oder zwei Jahre später die Mäusepopulation zusammenbricht, weil die Zahl der Beutegreifer zu hoch ist und danach bricht dann die Fuchspopulation aus Nahrungsmangel zusammen und es stellt sich erst danach für einige Zeit wieder ein Gleichgewicht ein). Viele unserer oft als Langzeitstudien angepriesenen Projekte umfassen ja meist nicht einmal ein Jahrzehnt und was wäre eine Dekade in Bezug auf Schildkröten, die 12-20 Jahre bis zum Erreichen der Geschlechtsreife brauchen. Die hier vorgestellte Studie beinhaltet aber indirekt mehr als den vorgestellten Populationsstress während der Balz, der durchaus vom Menschen verursacht sein kann, wenn man die Tiere auf zu kleine Schutzgebiete begrenzt oder die dort lebenden Populationen durch Umsiedlungsmaßnahmen so aufstockt, dass es zur Überpopulation kommt. Hier wird explizit deutlich, dass die Menge der Hormonbindungsproteine die freie Stresshormonkonzentration regelt. Das heißt aber, dass Unterversorgung zum Beispiel bei Gruppen- bzw. Massenhaltung von Schildkröten, bei denen nie ausgeschlossen werden kann, dass schwächere Tiere ins stressfördernde Abseits gedrängt werden, eventuell bei Nahrungsmangel (Proteinmangel) und bei zudem ansteigenden Stresshormonspiegel auch immun-suppressiv reagieren können und aufgrund der Immunschwäche erkranken. Auch Bindungs- bzw. Transportproteine für Mineralien sind bekannt und deren Spiegel dürfte auch bei Nahrungs- bzw. Proteinmangel gerade bei noch schnellwachsenden Jungtieren absinken, daraus ließe sich auch erklären, wie Stress und Weichwerden miteinander einhergehen könnten, wobei heute schon klar ist, dass Corticosteron die Kollagensynthese und damit die Bildung der Knochenmatrix hemmt (siehe Jennemann et al. 2006 oder Abstract-Archiv und Wright 2005 oder kommentierte Zusammenfassung in Schildkröten im Fokus 1/2006), insbesondere wenn durch den Stress und die gleichzeitige Immunschwäche Infektionen hinzukämen.

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