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From ecology to neurobiology: spatial cognition in rainforest frogs

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Geschlechtsspezifsche Unterschiede und Orientierungsvermögen bei Amphibien

Wie komplexe Verhaltensmuster von Giftfröschen zeigen, sind geschlechtsspezifische Unterschiede beim Orientierungsvermögen kein unbedingtes Anpassungsmerkmal. Wodurch räumliches Vorstellungs- und Orientierungsvermögen von Fröschen geprägt werden, untersuchte nun ein EU-finanziertes Projekt.

Grundlagenforschung

Studien zu Geschlechtsunterschieden und Orientierungsvermögen erfolgten bislang meist nur im Labor an Modellen einiger weniger Säugetierarten. Um jedoch die Evolution des räumlichen Vorstellungsvermögens bei Tieren erklären zu können, müssen verschiedenste Tiergruppen in ihrer natürlichen Umgebung untersucht werden. „Bei Amphibien sind Fortpflanzungsverhalten und Fürsorge der Elterntiere sehr unterschiedlich ausgeprägt“, erläutert Andrius Pašukonis, Koordinator des EU-finanzierten Projekts FrogsInSpace. Bei bestimmten Arten etwa betreibt das Männchen die Brutpflege, während das Weibchen auf Partnersuche geht. „Aufgrund unterschiedlicher Lebensweise selbst eng verwandter Amphibienarten konnten wir nun gegensätzliche Thesen zur Evolution von Orientierungsfähigkeit und geschlechts- und artspezifischer Differenzierung testen.“

Neue Forschungsergebnisse zu Amphibien widerlegen bisherige Thesen

Unterstützt durch ein Einzelstipendium im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen lag der Schwerpunkt für Pašukonis auf Giftfröschen – einer Gruppe kleiner Regenwaldfrösche mit komplexem Brutpflegeverhalten und hervorragendem Orientierungsvermögen. So entdeckte der Forscher bei den Fröschen komplexe Zusammenhänge zwischen Geschlechtsunterschieden und Bewegungsmustern sowie dem Brutpflegeverhalten. Froscharten, bei denen die Brutpflege dem Männchen obliegt, zeigen auch ein ausgeprägteres männliches Bewegungsverhalten, da Männchen die Kaulquappen transportieren und verteilen. Bei Arten jedoch, die Weibchen die Brutpflege überlassen, bewegen sich diese in relativ großen Territorien und auf komplexeren Strecken als Männchen. Um das Orientierungsvermögen von Männchen und Weibchen zu vergleichen, setzte der Marie-Curie-Stipendiat die Frösche entfernt von ihrem heimatlichen Territorium aus und beobachtete, wie sie ihren Weg zurück fanden. „Unsere Studienergebnisse stellen die bisherige Lehrmeinung in Frage, dass geschlechtsspezifische Unterschiede bei der Fortpflanzung auch für das Orientierungsvermögen gelten. Wir fanden heraus, dass bei Giftfröschen nicht vom elterlichen Brutpflegeverhalten auf geschlechtsspezifisch unterschiedliches Orientierungsvermögen geschlossen werden kann“, erklärt Pašukonis. Prägend für elterliches Verhalten und Bewegungsmuster ist offenbar eher das Brutpflegeverhalten. Dies wiederum ist wichtig, um Anpassung und Interaktion von Tieren mit ihrer Umwelt zu erklären. „Ebenso wie bei Säugetieren wird auch das Orientierungsverhalten von Amphibien wesentlich durch Sexualhormone beeinflusst“, ergänzt Pašukonis. „Starker Erkundungsdrang und bessere Orientierung könnten ein Nebeneffekt höherer Testosteronspiegel sein.“

Molekulare Mechanismen des Orientierungsverhaltens

Obwohl die Amphibienforschung bereits wichtige Rückschlüsse zur Evolution des Orientierungsverhaltens bei Wirbeltieren lieferte, sind dessen neuronale Mechanismen noch ungeklärt. „Wir fanden heraus, dass die Hirnrinde, die die räumliche Wahrnehmung bei Säugetieren steuert, auch bei Giftfröschen aktiviert wird, wenn sie eine neue Laborumgebung erkunden“, betont Pašukonis. Allerdings wurden bei Fröschen im Labor und unter natürlichen Bedingungen jeweils unterschiedliche Areale des Vorderhirns aktiviert, um den Weg zurück zu finden. Dem Forscher zufolge legen diese ersten Ergebnisse nahe, dass Frösche und Säugetiere offenbar gleiche neuronale Mechanismen zur Orientierung nutzen, obwohl beide nur sehr entfernt miteinander verwandt sind. Die neuronalen Mechanismen für die komplexe Orientierung über weitere Strecken in freier Wildbahn könnten jedoch amphibienspezifisch sein und sich unabhängig voneinander entwickelt haben. „Wir zeigten zudem, dass Giftfrösche genau wie Säugetiere zur Orientierung ein flexibles räumliches Gedächtnis brauchen. Diese kognitiven Fähigkeiten wurden bislang nur Säugetieren und Vögeln zugesprochen, sodass unsere Ergebnisse die bisherige Lehrmeinung in Frage stellen“, vermerkt Pašukonis. „Nur wenn geklärt ist, wie kognitive Flexibilität und mentale Fähigkeiten von Tieren durch ihre Umwelt geformt werden, sind genauere Prognosen zur Anpassungsfähigkeit von Tieren an ihre Umwelt möglich.“

Schlüsselbegriffe

FrogsInSpace, Orientierung, geschlechtsspezifisch, Amphibien, Giftfrösche, räumliche Vorstellung

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26 Mai 2021