Merkmalsanpassungen an brutparasitäre Reproduktion

Obligate Brutparasiten kümmern sich nicht selbst um ihre Nachkommen, sondern wälzen diese kostspielige Aufgabe auf ihre Wirte ab. Das verursacht meist hohe Kosten für die Wirtsarten und zwingt diese dazu, Abwehrmechanismen zu entwickeln. Diese Abwehrmechanismen wiederum erzwingen eine Weiterentwicklung der parasitischen Fertigkeiten der Brutparasiten. Dieses Wechselspiel führt letztendlich in einen Wettlauf um Anpassungen, der auch als evolutionäres Wettrüsten bezeichnet wird. Die meisten obligaten Brutparasiten innerhalb der Vertebraten sind Vögel und der Parasitismus hat sich dort aus der Jungenfürsorge entwickelt. Die Fragen, ob die Entwicklung hin zur brutparasitischen Fortpflanzung über innerartliche fakultative Zwischenschritte erfolgte und welche ökologischen Gegebenheiten solch eine Entwicklung fördern können, wurden bislang nicht umfassend geklärt. Alle bisherigen Studien zu diesem Thema wurden an brutparasitischen Vögeln durchgeführt, und der Blick in ein alternatives Studiensystem könnte helfen, Fragen über der Wichtigkeit von ökologischen Rahmenbedingungen bei der Entwicklung von brutparasitischen Verhaltensweisen in einem generellen Rahmen zu beantworten. Zu diesem Zweck verwendet die vorliegende Studie den einzig bekannten obligaten Brutparasiten außerhalb der Vögel, den Kuckuckswels Synodontis multipunctatus. Brutpflege ist in der Gattung Synodontis nicht bekannt, und daher ist S. multipunctatus ein ideales Beispiel um zu beleuchten, welche speziellen Anpassungen für die brutparasitische Fortpflanzung wichtig sind, wenn sich der Parasitismus nicht von brutpflegenden Vorläufern ableitet. Kuckuckswelse parasitieren maulbrütende Buntbarsche im Tanganjikasee. Für das Projekt werden in Feldarbeit am Tanganjikasee, Sambia, verschiedene Synodontis Arten gefangen und bezüglich ihrer präferierten Habitate, ihrer Position in der Nahrungskette und ihrer bevorzugten Nahrung erforscht. Zusätzlich werden Aquarienversuche die Nahrungspräferenzen ausgewählter Arten genauer beleuchten. Diese Arten werden in der Folge auch im Aquarium nachgezüchtet, um Unterschiede in ihrer Fortpflanzungsbiologie (z.B. Färbung der Eier und Frequenz der Fortpflanzungsbereitschaft) zu ergründen. Aquarienexperimente werden zeigen, wie wichtig diese Fortpflanzungscharakteristika für den Erfolg von Brutparasitismus sind. Der für die Eifärbung verantwortliche Carotinoidgehalt der Eier verschiedener Synodontis Arten wird ermittelt und die Eier werden auf ihre antioxidative Kapazität hin getestet um mögliche positive Effekte auf die Embryonalentwicklung aufzuzeigen. Letztlich wird ein statistischer Modelansatz zeigen, welche Umwelt- und Fortpflanzungsfaktoren, beziehungsweise welche spezielle Kombination ebendieser, Voraussetzung für erfolgreichen Brutparasitismus sind. Damit wird es möglich, das Wissen um nötige Voraussetzungen für eine brutparasitische Fortpflanzung auf eine breitere Basis zu stellen.

Obligate Brutparasiten kümmern sich nicht selbst um ihren Nachwuchs, sondern übertragen die kostspieligen elterlichen Aufgaben auf ihre Wirte. Diese Studie nutzte den einzigen bekannten obligatorischen Wirbeltierbrutparasiten außerhalb der Vögel, den Kuckuckswels Synodontis multipunctatus, um wichtige ökologische und lebensgeschichtliche Merkmale für die Evolution und den Erhalt von brutparasitischer Fortpflanzung abseits der bisherigen Vogelmodellsysteme zu untersuchen. Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen, dass spezielle Kombinationen von ökologischen und lebensgeschichtlichen Merkmalen notwendig sind, damit sich Brutparasitismus bei einer Art entwickeln kann, die in ihrer evolutionären Vergangenheit keine elterliche Fürsorge betreibt. Es liefert zudem wertvolle Einblicke in die Radiation der Gattung Synodontis im Tanganjikasee in Afrika. Der Kuckuckswels nutzt das Maulbrutverhalten mehrerer Buntbarscharten im See aus, und kontrastiert mit den bisher untersuchten brutparasitischen Vogelsystemen, da er sich innerhalb einer Gattung entwickelt hat, in der keine elterliche Fürsorge bekannt ist. Die Vorhersage, dass das brutparasitische Verhalten des Kuckuckswelses als Folge einer Nahrungsspezialisierung auf Buntbarscheier entstanden sein könnte, konnte nach einem Vergleich der Ernährung und der trophischen Position der Synodontis-Arten des Tanganjikasees verworfen werden. S. multipunctatus ist eine generalistische Art, ähnlich wie S. petricola, während andere Arten mehr Spezialisierung an ihre jeweilige ökologische Nische aufweisen. Eine Vorliebe für Buntbarsch-Eier konnte nicht bestätigt werden, und ob Eiprädation entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung des Brutparasitismus genommen hat, bleibt unklar. Eine Analyse der Gonadenstrukturen ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen den Arten. S. irsacae zeigte Anzeichen für reproduktive Saisonalität, während alle anderen Arten kontinuierlich reproduzieren. Mehrere Fortpflanzungsmerkmale (Eifärbung, Eigröße, Eiklebrigkeit, Häufigkeit der Gametenreifung) wurden zwischen den Arten untersucht, um ihre Bedeutung für den Brutparasitismus zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigten, dass S. multipunctatus größere und weniger klebrige Eier im Vergleich zu anderen Synodontis-Arten im Tanganjikasee hat. Diese Merkmale werden mit S. granulosus (einer Art, die in tieferen Gewässern vorkommt) geteilt und stellen potenziell Voranpassungen dar. Die Eier des Kuckuckswelses sind leuchtend gelb im Vergleich zu den eher blassen und farblos wirkenden Eiern anderer Arten. Dies deutet auf eine Anpassung hin, um die Akzeptanz der Parasiteneier durch die Wirte zu erhöhen, welche von carotinoidbasierten Farben wie Gelb angezogen werden. Die Häufigkeit der Gametenreifung war bei S. multipunctatus hoch, möglicherweise als Anpassung an das räumlich sowie zeitlich unvorhersehbare Ablaichen ihrer Wirte. Eine Verhaltensstudie zeigte, dass das brutparasitische Verhalten des Kuckuckswelses nicht angeboren ist, sondern dass Kuckuckswelse erst lernen müssen, wie sie ihre Wirte effektiv parasitieren können. Ein Laborexperiment, das die Brutpflege von mehrfach parasitierten maulbrütenden Buntbarschen simulierte, zeigte, dass Kannibalismus unter den räuberischen Kuckuckswelsembryos keine Standardstrategie zur Erhöhung der Überlebensrate darstellt. Eine Elternschaftsanalyse in Kuckuckswelsgelegen, die im natürlichen Lebensraum gesammelt wurden, zeigte, dass die Kuckuckswelse in Gruppen bei Laichvorgängen der Wirte eindringen, und überraschend vielfältige Paarungsformen aufweisen.