For­schung

Drittmittelprojekt: DBU, CULT-Stiftung, 81.550 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie
Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung (Hannover)

Projektdetails:
This project serves the long-term purpose of protecting the species of the yellow-bellied toad, Bombina variegata, which is highly endangered in Germany and Central Europe. In many areas, the yellow-bellied toad only occurs in secondary, i.e. anthropogenically modified, habitats such as quarries. The populations are often isolated, too small, and suffer from inbreeding and genetic impoverishment. Previous studies have also shown that yellow-bellied toads use different life cycle strategies in different habitats. These differences suggest that the species has adapted to local ecological conditions, and these adaptations are potentially manifested in the genome. The project aims to improve the genetic and ecological information available about the species in order to make practical conservation more effective. For this purpose, DNA samples from German, French and Swiss yellow-bellied toad populations, which have already been sampled in previous projects, are examined using genomic methods (RADSeq). In addition, toads in Germany will be sampled in the few natural habitats where they still occur. The genomic results are then correlated with ecological data (habitat type, local climate). The results provide evidence as to whether yellow-bellied toads are adapted to their local habitat (anthropogenic vs. natural) or to their local climate at the molecular level. The aim is to identify specific candidate genes that mediate this local adaptation. Furthermore, species distribution models based on climatic data should show where suitable habitats are for the yellow-bellied toad today and in the future - also with a view on climate change. The results obtained will be discussed with scientists and species protection specialists in a workshop. In follow-up projects, so-called genetic rescue will be used for small, isolated occurrences to stabilize them, and larger populations will be genetically upgraded. Genetic rescue projects based on genomic information are innovative since so far they have been successfully implemented in species protection in only a few countries.

Kooperationspartner:

Prof. Jean-Paul Léna, Dr. Hugo Cayuela, Benjamin Monod-Broca, University of Lyon;

Dr. Mirjam Nadjafzadeh, NABU Niedersachsen; Fabian Droppelmann, Chance 7

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Stable and consistent individual behavioral variations in animals that are generally regarded as an expression of animal personalities, and might be important drivers of ecological specialization and the evolutionary adaptive potential of species. We aim to investigate various proximate factors driving individual variations in risk-taking behavior of the grey mouse lemur (Microcebus murinus) as well as their relationship and explanatory value for physical cognitive performance. In the wild, this species lives under a very high predation pressure and risk taking decisions must therefore be taken on a daily basis and should be an important key to survival. We will study captive grey mouse lemurs with a longitudinal approach to investigate systematically the individual behavioral dynamics across time and different risk contexts. In a second step, personality differences will then be compared with the results from a test battery in the physical cognitive domain. Our findings will contribute to a better understanding of risk taking as one facet of animal personality in one of the world?s smallest primates.

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Die Erfassung und Bewertung von Emotionen bei Tieren gewinnt zunehmend an Interesse. Zum einen weil die ?-ffentlichkeit zunehmend für den Tierschutz sensibilisiert ist zum anderen da Labortiere als Modellspezies für die Entwicklung von Psychopharmaka dienen. Die zuverlässige Bewertung von Emotionen ist nach wie vor eine wissenschaftliche Herausforderung, da Emotionen nicht nur das Ergebnis automatischer physiologischer Reaktionen sind, sondern auch einer kognitiven Bewertung unterliegen (Kalat & Shiota, 2007). So kann die emotionale Wahrnehmung einer Situation von individuellen Faktoren wie der eigenen Persönlichkeit oder Erfahrung abhängen. Um Tierwohl bewerten zu können, ist es von Bedeutung verlässliche Methoden zur Erfassung des emotionalen Zustandes eines Tieres zu entwickeln. Zwar gibt es Möglichkeiten den Zustand eines Tieres über physiologische Messungen (z.B. Blutabnahme, Implantate zur Messung der Herzfrequenz) zu erfahren, jedoch sind diese Maßnahmen invasiv und geben keine Aussage über die emotionale Valenz des Zustandes (eine erhöhte Herzfrequenz tritt sowohl bei negativen als auch bei positiven Emotionen auf). Eine Alternative bieten Verhaltenstests mit denen Persönlichkeit von Tieren als auch die emotionale kognitive Bewertung einer Situation getestet werden kann. Eine Möglichkeit die kognitive Bewertung zu testen, ist die "Judgement Bias Task". Die Tiere lernen einen positiven und einen weniger positiven Stimulus zu unterscheiden und entsprechend zu reagieren. Anschließend wird ihnen ein unbekannter ambivalenter Stimulus präsentiert. An ihrer Reaktion lässt sich einschätzen, ob ein Tier "optimistisch" (wählt wie bei positivem Stimulus) oder "pessimistisch" (wählt wie beim weniger positives Stimulus) ist. Diese Erkenntnisse werden eine bessere Bewertung von Emotionen bei Tieren erlauben und können im späteren Verlauf genutzt werden, die Auswirkung verschiedener Haltungsbedingungen, Umgebungsanreicherungen oder pharmakologischer Effekte auf die Emotionen eines Tieres zu untersuchen.

Drittmittelprojekt: DAAD, 24.705 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Aposematism and crypsis are contrasting antipredator strategies. In the color polymorphic Oophaga pumilio, phylogenetic analyses have shown that populations with cryptic and aposematic coloration might have evolved independently in different islands. Two other species, O. granulifera and O. vicentei also display cryptic and aposematic color morphs in geographically isolated populations. Particularly, phylogenetic analyses of the evolution of these contrasting antipredator strategies can improve our understanding on the evolution of polymorphism in aposematic species. This project aims to uncover the molecular signatures of selection present in the genes of three Oophaga species that experienced independently evolved cryptic and aposematic phenotypes. To this effect, we look forward to elucidate the phylogenetic relationships of the genus and quantify the variation in gene expression and allelic frequencies using state-of-the-art methods.

Kooperationspartner:

Dr. Evan Towney, Goethe Universität Frankfurt, Biologicum

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie
Institut für Tierhygiene Tierschutz und Nutztierethologie

Projektdetails:
Mit Sprachassistenten wie Alexa, Siri und Cortana hat die Spracherkennungs- und Steuerungssoftware einen festen Platz in unserem Alltag gefunden. Auch Tierstimmen enthalten eine Fülle an Informationen über das Sendertier, wie beispielsweise Art, Identität, Geschlecht, Alter, Körpergröße, emotionalen Zustand, Krankheiten und Hormonstatus. Die Bioakustik ermöglicht somit die Entwicklung von non-invasiven, zeit- und kosteneffizienten, automatischen bioakustischen Überwachungssystemen von Tieren. Hierfür werden Mikrofone installiert, die die Lautäußerungen der Tiere rund um die Uhr aufzeichnen, ohne sie zu stören oder zu beeinflussen. Die Aufnahmen können mithilfe mathematischer Algorithmen automatisch analysiert werden, um spezifische Informationen zu extrahieren. Darüber hinaus können psychoakustische Werkzeuge eingesetzt werden, um gezielte positive Verhaltensweisen hervorzurufen. Solche bioakustischen Werkzeuge können sowohl zur Klarifizierung taxonomischer Fragen, Überwachung von Wildtieren als auch zur Verbesserung von Tierhaltungen eingesetzt werden und spielen somit zunehmend eine wichtige Rolle im Artenschutz und im Tiermanagement. Das Ziel dieses Projekts ist es, die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zu erkunden und bioakustische Monitoring Systeme für Artenschutz und Tiermanagement zu entwickeln.

Resultate:

van Elst T, Sgarlata GM, Schüßler D, Tiley GP, Poelstra JW, Scheumann M, Blanco MB, Aleixo-Pais IG, Rina Evasoa M, Ganzhorn JU, Goodman SM, Hasiniaina AF, Hending D, Hohenlohe PA, Ibouroi MT, Iribar A, Jan F, Kappeler PM, Le Pors B, Manzi S, Olivieri G, Rakotonanahary AN, Rakotondranary SJ, Rakotondravony R, Ralison JM, Ranaivoarisoa JF, Randrianambinina B, Rasoloarison RM, Rasoloharijaona S, Rasolondraibe E, Teixeira H, Zaonarivelo JR, Louis EE, Yoder AD, Chikhi L, Radespiel U, Salmona J (2025). Integrative taxonomy clarifies the evolution of a cryptic primate clade. Nature Ecology & Evolution, 9(1), 57-72. DOI:10.1038/s41559-024-02547-w.

 

Heseker P, Bergmann T, Liebolt M-A, Traulsen I, Kemper N, Probst J, Scheumann M (2024a). Exposing tail biters by automatic scream detection. Smart Agricultural Technology, 9. DOI:10.1016/j.atech.2024.100582.

 

Heseker P, Bergmann T, Scheumann M, Traulsen I, Kemper N, Probst J (2024b). Detecting tail biters by monitoring pig screams in weaning pigs. Scientific Report, 14(1), 4523. DOI:10.1038/s41598-024-55336-7.

 

Pfannerstill V, Balkenhol N, Bennitt E, Maboga O, Scheumann M (2023a). Assessing the potential of conspecific playbacks as a post-translocation management tool for white rhinoceros. Conservation Science and Practice, 5(9), e12996. DOI:10.1111/csp2.12996.

 

Hasiniaina AF, Radespiel U, Kessler SE, Evasoa MR, Rasoloharijaona S, Randrianambinina B, Zimmermann E+, Schmidt S, Scheumann M+ (2020). Evolutionary significance of the variation in acoustic communication of a cryptic nocturnal primate radiation (Microcebus spp.). Ecology and Evolution, 10(8), 3784-3797. DOI:10.1002/ece3.6177; + shared senior authorship

Drittmittelprojekt: DFG, 242.660 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie
Institut für Pathologie

Projektdetails:
Aposematismus ist die Assoziation zwischen einer auffälligen Warnfärbung und einem Abwehrmechanismus (z. B. Gifte) zur Vermeidung von Prädation. Die Genetik der Färbung und der Giftigkeit bei aposematischen Tieren ist noch nicht gut erforscht. In diesem Zusammenhang ist die Vielfalt der Farbmuster und der Alkaloide in der Haut, die mit Strategien zur Vermeidung von Raubtieren bei neotropischen Giftfröschen verbunden sind, eine exzellente Gelegenheit, die Konvergenz der ökologischen Anpassung zu untersuchen. Pfeilgiftfrösche unterscheiden sich in ihren Farbmustern und ihrer Toxizität zwischen den Populationen und es gibt starke Beweise dafür, dass Aposematismus adaptiv ist, wahrscheinlich angetrieben durch die Selektion von Raubtieren. Für den Erdbeerfrosch Oophaga pumilio konnten wir für Gene, die im Zusammenhang mit dem Pigment-Metabolismus stehen (z.B. Pteridingene), zeigen, dass sie zwischen Farbmorphen unterschiedlich stark exprimiert sind. Nächstes Ziel ist es, den Aufbau pigmenthaltiger Zellen (Chromatophoren), die chromatographische Charakterisierung von Farbpigmenten und Alkaloiden, Expressionsmuster von Genen, die an der Färbung und Giftigkeit beteiligt sind, für drei farbpolymorphe, neotropischer Pfeilgiftfrösche der Gattung Oophaga in Verbindung zu setzen.
Für dieses Projekt werden wir Haut- und Leberproben von acht Populationen mit entweder grüner oder roter Färbung in Panama und Costa Rica sammeln. Zusammen mit Mitarbeitern der Universidad de Costa Rica, der TiHo, der University of Cambridge und des STRI in Panama werden wir die Chromatophoren in der Haut elektronenmikroskopisch charakterisieren, die Farbpigmente und Toxine in der Haut gaschromatographisch analysieren und eine RNAseq-Analyse mit dorsaler Haut durchführen. Wir erwarten, dass die Expressionsniveaus von Genen im Pigment- (z.B. Carotinoide) und Alkaloidmetabolismus zwischen verschiedenen Farbmorphen (rot vs. grün) variieren, aber aufgrund der Konvergenz innerhalb der Farbmorphen zwischen den Arten ähnlich sind. Unsere Studie wird zu einem besseren Verständnis des Zusammenhangs zwischen Geno- und Phänotypen adaptiver Anti-Räuber-Strategien führen und die Evolution regulatorischer Mechanismen der Genexpression beleuchten.

Resultate:

Monteiro JPC, Ibáñez R, Mantzana-Oikonomaki V, Pröhl H, Rodríguez A. 2023. Genetic diversity of Oophaga vicentei (Anura: Dendrobatidae) and taxonomic position of a remarkable color morph from Panama.Salamandra 59:347-351.

Kooperationspartner:

Dr. Giselle Tamayo, UCR, Costa Rica

Dr. Beatriz Willink, UCR, Costa Rica

Dr. Nicolas Mundy, University of Cambridge, UK

Dr. Roberto Ibañéz, STRI, Panama

Drittmittelprojekt: Madagascar National Parks; Kölner Zoo, 132.620 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
The overall objective of this project is to understand the effects of forest fires on vegetation and wildlife dynamics in dry deciduous forests of western Madagascar and to model their long-term post-fire regeneration potential by applying a landscape approach. This study will build on the fire history of the last 35 years within Ankarafantsika National Park (ANP) derived from annually available remote sensing data. We aim to investigate the impact of different time spans since the last fire, fire severity and different fire intervals on forest integrity on the one hand, and on lemur population dynamics as one representative and enigmatic, forest-dependent, vertebrate group on the other hand. Lemurs are highly suitable study species in this respect, since they fulfill key ecosystem functions (e.g. pollination, seed dispersal, food-web interactions), and the presence of the complete lemur assemblage indicates intact forest habitats. This will allow a prognosis of the long-term regeneration potential of recently burnt areas. As such, this project will provide guidance for a sustainable conservation management in the region and beyond, and will help to identify preferable areas for forest restoration and therefore nature-based-solutions towards pressing environmental problems in Western Madagascar.

Kooperationspartner:

Dr. Harison Rabarison, University of Antananarivo, Madagascar

Dr. Hanta Razafindraibe, University of Antananarivo, Madagascar

Dr. Romule Rakotondravony, Universitity of Mahajanga, Madagascar

Dominik Schüßler, MSc, Universität Hildesheim

Drittmittelprojekt: DFG Zi 345/27-1, 328.407 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Ziel des Projekts ist es, erstmals einen Beitrag zur Aufklärung der vokalen Flexibilität eines vokal aktiven und stammesgeschichtlich basalen Primaten während der Entwicklung zu leisten. Unsere bisherigen Forschungsergebnisse an der basalen Primatenart Mausmaki deuten auf eine unerwartet hohe vokale Flexibilität in der frühen Ontogenese, die in der weiteren Entwicklung abnimmt. Zu ihrer Untersuchung schlagen wir drei verschiedene, miteinander verzahnte Arbeitsprogramme vor. Die Präsenz und Rolle von Brabbeln (babbling) und vokalem Austausch (vocal-turn taking) während der Entwicklung sowie potentielle Determinanten, die zu entwicklungsbedingten Veränderungen in der vokalen Struktur führen, wollen wir durch standardisierte bioakustische und videografische verhaltensbiologische Untersuchungen an einem Datensatz von insgesamt 26 Kindern währen der Entwicklung und ihren 13 Müttern erfassen. Über Maschinenlernansätze, die auch selbst-organisierende neurale Netze einschließen, wollen wir die Dynamik der Veränderungen während der Entwicklung automatisiert quantifizieren und mögliche, zu Grunde liegende Regeln ableiten. Über Larnyxexperimente, verbunden mit histologischen und MikroCT-Untersuchungen des Vokaltrakts sowie über Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen von Mund- und Zungenbewegungen während des Vokalisierens, wollen wir einen ersten Einblick in die Mechanik der Lautproduktion eines basalen Primaten erhalten und mögliche biomechanische Zwänge der vokalen Flexibilität erfassen. Die integrative Bearbeitung der verschiedenen Datensets wird eine Validierung der eingesetzten Methoden erlauben. Das Vorhaben stellt eine wichtige empirische Grundlage für die vergleichende akustische Kommunikationsforschung bei Säugetieren dar und trägt dazu bei, die stammesgeschichtlichen Wurzeln der vokalen Flexibilität in der Primatenkommunikation als wichtigen Baustein für die Evolution von Sprache zu verstehen.

Resultate:

e.g.,

 

Langehennig-Peristenidou A, Scheumann M (2024). Sex differences in the impact of social relationships on individual vocal signatures in grey mouse lemurs (Microcebus murinus). Philosophical Transaction of the Royal Society B, 379, 20230193. DOI:10.1098/rstb.2023.0193.

 

Langehennig-Peristenidou, A.; Romero-Mujalli, D.; Bergmann, T.; Scheumann, M. (2023). Features of animal babbling in the vocal ontogeny of the gray mouse lemur (Microcebus murinus). Scientific reports, 13(1), 21384.

 

Romero-Mujalli, D.; Bergmann, T.; Zimmermann, A.; & Scheumann, M. (2021). Utilizing DeepSqueak for automatic detection and classification of mammalian vocalizations: a case study on primate vocalizations. Scientific reports, 11(1), 1-15.

 

Scheumann, M.; Linn, S.; Zimmermann, E. (2017). Vocal greeting during mother-infant reunions in a nocturnal primate, the gray mouse lemur (Microcebus murinus). Scientific Reports 7: 10321. DOI: 10.1038/s41598-017-10417-8.

Kooperationspartner:

Prof. Coen Elemans (Institute of Biology, University of Southern Denmark, Odense, Denmark)

Prof. Tecumseh Fitch and Christian Herbst, PhD (Department of Cognitive Biology, University of Vienna, Vienna, Austria)

Prof. Axel Zimmermann (University of Aalen, Aalen, Germany)

Dr. Roland Frey (Leibniz Institut für Zoo- und Wildtierforschung, Berlin, Germany)

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Ein vokales Repertoire enthält eine artspezifische Liste von Lautäußerungen, die von den Tieren produziert werden. Diese Listen bilden die methodische und theoretische Grundlage für eine Reihe von Forschungsfragen verschiedener Forschungsdisziplinen. Dennoch gibt es keine Einigkeit darüber, wie ein vokales Repertoire zu erstellen ist oder wie Ruftypen zu definieren sind. In den meisten Studien wurden die Ruftypen durch visuelle Klassifizierung anhand von Spektrogrammen bestimmt, die durch statistische Analysen auf der Grundlage der gemessenen akustischen Merkmale einer Vokalisation bestätigt wurden. In neueren Veröffentlichungen wurden objektivere mathematische Ansätze wie "supervised" oder "unsupervised" Clustering-Algorithmen entwickelt. Allerdings erfordern auch diese Algorithmen oft eine Vorklassifizierung des Beobachters, entweder, weil eine Anzahl von erwarteten Clustern bestimmt werden muss, oder, weil das Clustering-Ergebnis auf seine biologische Plausibilität hin überprüft werden muss. Beide Methoden können zu einer Überschätzung der Anzahl von Ruftypen führen, insbesondere bei Arten mit sehr variablen Vokalisationen oder bei Ruftypen mit graduellen Übergängen. Eine akustische Variation allein reicht also nicht aus, um eine Verhaltensrelevanz widerzuspiegeln. Dies erfordert auch eine Kontextspezifität der Rufe und die Fähigkeit des Gehirns, die akustische Variationen wahrzunehmen und verarbeiten zu können. In diesem Projekt erstellen wir vokal Repertoire, indem wir die mathematische Klassifizierung der Vokalisationen mit den Verhaltenskontexten, in denen die Rufe produziert wurden, sowie mit den physikalischen Hörfähigkeiten (z. B. Hörbereich, Zeit- und Frequenzauflösung) der jeweiligen Art kombinieren. Wir verwenden diesen Ansatz für zwei kleine Säugetierarten: die mongolische Wüstenrennmaus, ein wichtiges Tiermodell in der Hörforschung, und die Etruskerspitzmaus, die aufgrund ihres kleinen Trommelfells, der basalen Gehörknöchelchen und des einfachen und dünnen Kortex ein vielversprechendes Modell für das Gehör basaler Säugetiere darstellt.

Resultate:

Langehennig-Peristenidou A, Felmy F, Scheumann M (2024). Graded calls of the smallest terrestrial mammal, the Etruscan shrew, living in a closed habitat. iScience, 27(12), 111297. DOI:10.1016/j.isci.2024.111297

 

Silberstein Y, Büntge J, Felmy F, Scheumann M (2024). Context or arousal? Function of drumming in Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus). Frontiers in Zoology, 21(1), 22. DOI:10.1186/s12983-024-00542-2

 

Silberstein Y, Felmy F, Scheumann M (2023). Encoding of arousal and physical characteristics in audible and ultrasonic vocalizations of Mongolian gerbil pups testing common rules for mammals. Animals (Basel), 13(16), 2553. DOI:10.3390/ani13162553

Kooperationspartner:

Prof. Dr. A. Kral, VIANNA, Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde

Dr. Wiebke Konerding, VIANNA, Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde

Kliniken/Institute:
Institut für Zoologie

Projektdetails:
Kooperation festigt die Kohäsion zwischen Tieren und ist damit ein prägender Faktor von Sozialsystemen. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, wie individualisierte Beziehungen, die sich in der Art und dem Umfang soziopositiver Interaktionen zwischen Dyaden widerspiegeln, das Sozialsystem bei einem Fledermausmodell, Carollia perspicillata, formen. Zunächst werden die Effekte der interagierenden Individuen, sowie des Geschlechts, auf das kooperative Verhalten von Fledermäusen innerhalb ihrer stabilen sozialen Gruppe untersucht. Der Effekt von Vertrautheit auf die Kooperation steht im Zentrum des zweiten Projektteils. Dazu werden Verhaltensexperimente zur sozialen Körperpflege, sowie zum Futterbetteln und -teilen durchgeführt. Es werden Unterschiede in der Art, Häufigkeit und Dauer von Interaktionen und der begleitenden vokalen Kommunikation zwischen miteinander vertrauten Individuen der gleichen sozialen Gruppe und einander unbekannten Individuen erwartet. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, unser Verständnis für die Rolle der Kooperation zwischen Individuen für die Evolution von Sozialsystemen bei Fledermäusen zu vertiefen.

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Gerald Kerth,, Zoology and Nature conservation, Zoologisches Institut und Museum, Universität Greifswald