4FatQs

Die Bedeutung von über die Nahrung aufgenommenen omega-3 Fettsäuren für die Entwicklung kognitiver Fähigkeiten in freilebenden Fischen, in Bezug auf die vier Fragen von Tinbergen. Die physiologische Notwendigkeit von Tieren ihren Bedarf lebensnotwendiger Biomoleküle wie Vitamine, Aminosäuren und Fettsäuren über die Nahrung aufzunehmen, ist allgemein bekannt. Langkettige, mehrfach ungesättigte omega-3 Fettsäuren, kurz n-3 LC-PUFA, gehören zu eben jener Gruppe der lebensnotwendigen Biomoleküle und sind für das Überleben und die Reproduktion vieler Wirbeltiere, vom Fisch bis zum Menschen, von immanenter Bedeutung. Jedoch ist derzeit noch größtenteils unbekannt wie und in welchem Ausmaß die n-3 LC-PUFA die biochemische Zusammensetzung des Hirns und somit die kognitiven Eigenschaften, sowie das Verhalten beeinflussen. Genau genommen kratzen wir erst an der Oberfläche, wenn es darum geht zu verstehen, wie deutliche Unterschiede in der Verfügbarkeit von essentiellen Nährstoffen in verschiedenen Nahrungsnetzten dazu führen, dass Tiere sich über eine Vielzahl von Strategien anpassen, vom Verhalten, über neurale und physiologische Adaption, bis hin zur Anpassung ihres Lebenszyklus, nur um die spezifischen Bedürfnisse ihrer Ernährung zu befriedigen. Vorausschauend kann man davon ausgehen, dass der anthropogene Druck durch Klimaveränderung, Eutrophierung und die Einschleppung invasiver Arten die Menge von frei verfügbaren essentiellen Fettsäuren in aquatischen Ökosystemen rapide verändern wird. Diese Veränderung wird in diesen Systemen, wahrscheinlich besonders an der Spitze der Nahrungskette, etwa für Süßwasser- Salmoniden, zu erheblichen Konsequenzen führen. Deshalb ist es eine Notwendigkeit zu verstehen wie wildlebende Fische mit dem veränderten Gehalt essentieller Fettsäuren in ihrer Nahrung umgehen. Das Ziel des 4FatQs Projektes wird sein, mit Hilfe der vier Fragen des Nobel Preis Trägers Nikolass Tinbergen, die Verfügbarkeit der n-3 LC PUFA in der Ernährung und deren Auswirkungen auf Entwicklung und Evolution des Gehirnes von europäischen Süßwasser- Salmoniden in einem experimentellen System zu verstehen. Im Genauen werden wir überprüfen wie die Nahrungsqualität die Dichte der Neuronen im Fischgehirn moduliert und ob etwaige Unterschiede mit der daraus folgenden Veränderung der kognitiven Fähigkeiten und des Verhaltens von Individuen in Einklang gebracht werden kann. Außerdem werden wir die Reaktion von Individuen verschiedener Populationen beobachten, wenn sich die Verfügbarkeit essentieller Nährstoffe verändert. Das wiederum sollte uns helfen zu verstehen, wie geringfügige evolutionäre Adaptionen die Sensibilität von Individuen für Nahrungsqualität beeinflusst. Im Projekt werden Feld- und Laborexperimente kombiniert und Aspekte aus den Bereichen Biochemie, Verhaltensökologie, Neurobiologie und Evolutionsbiologie integriert. Da dies die erste Studie sein wird, die auf der Ebene der einzelnen Individuen die Verfügbarkeit von essentiellen Nährstoffen in der Nahrung mit Gehirn Biochemie, Zellzusammensetzung, ökologische Nische und kognitive Eigenschaften in Verbindung bringen wird, werden die erhaltenen Ergebnisse das Verständnis in den Disziplinen der kognitiven und ökologischen Forschung substantiell verbessern. Das erhaltene Wissen durch die Antwort fundamentaler ökologischer und evolutionärer Fragen wird auch in der Praxis Anwendung finden, zum Beispiel beim Management von wilden Fischbeständen aber auch in der Pflege von Aquakulturen.

Alle Tiere - von Fischen bis hin zu Menschen - sind auf essenzielle Nährstoffe in ihrer Nahrung angewiesen, darunter Vitamine, Aminosäuren und bestimmte Fettsäuren. Unter diesen spielen Omega3Fettsäuren eine besonders wichtige Rolle für die Entwicklung und Funktion des Gehirns. Allerdings liefern nicht alle Nahrungsquellen die gleichen Mengen dieser Nährstoffe. In natürlichen Ökosystemen sind einige Nahrungen reich an Omega3Fettsäuren, während andere vergleichsweise arm sind, sodass Tiere ihr Fressverhalten und ihre Physiologie anpassen müssen, um ihren Bedarf zu decken. Das Projekt 4FatQs untersuchte, wie Unterschiede in der Aufnahme von Omega3Fettsäuren über die Nahrung das Gehirn und Verhalten von Süßwasserfischen beeinflussen, mit besonderem Fokus auf die Bachforelle. Die zentrale Idee ist, dass die Ernährung beeinflussen kann, wie sich das Gehirn entwickelt, wie Fische denken und lernen und wie sie sich in der Natur verhalten. Diese Verhaltensweisen - darunter Kühnheit, Aktivität und Explorationsverhalten - können letztlich Überleben und Fortpflanzungserfolg bestimmen. Um diese Fragen zu beantworten, kombinierte das Projekt Laborexperimente, kontrollierte Freilandstudien und Untersuchungen in natürlichen Gewässern. Dabei wurden Fischdiäten mithilfe chemischer Markierungen verfolgt, Gehirnmerkmale gemessen sowie Verhalten und Leistungsfähigkeit analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Omega3Fettsäuren in der Nahrung einen starken Einfluss auf die Gehirnentwicklung und die kognitiven Fähigkeiten von Salmoniden haben. In Laborexperimenten entwickelten Forellen, die eine omega3arme Ernährung erhielten, kleinere Gehirne, was vermutlich ihre kognitiven Fähigkeiten beeinträchtigte. Dieser Effekt wurde in mehreren Experimenten konsistent beobachtet. So schnitten Fische mit geringer Omega3Aufnahme bei einfachen Aufgaben, etwa beim Navigieren durch ein Labyrinth, schlechter ab. Zudem waren sie weniger erfolgreich im Lernen aus sozialen Interaktionen, was dazu führte, dass sie mehr Zeit und Energie in direkte Auseinandersetzungen mit Artgenossen investierten. Infolgedessen nahmen sie niedrigere Rangpositionen in sozialen Hierarchien ein und wuchsen langsamer. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fische mit unzureichender Omega3Versorgung geringere Überlebens und Fortpflanzungschancen in der Natur haben, was die Bedeutung dieser Nährstoffe für die Fitness der Bachforelle unterstreicht. Das Projekt untersuchte diese Zusammenhänge auch im Freiland. In einer Studie in Schottland zeigte sich, dass Forellen, die in Seen und ins Meer wandern, eine geringere Fähigkeit besitzen, Omega3Fettsäuren selbst zu synthetisieren, und daher stärker auf die Aufnahme über die Nahrung angewiesen sind als Forellen, die in ihren OberlaufHabitaten verbleiben. Dies entspricht der Tatsache, dass Beute in Seen und Meeren reichhaltiger an Omega3Fettsäuren ist als Beute in Fließgewässern. Darüber hinaus wurde die Bedeutung von Omega3Fettsäuren für die Fortpflanzung verschiedener BachforellenLinien in österreichischen Bächen untersucht. Während sich eingeführte atlantische und domestizierte donauländische Linien nicht in der Aufnahme von omega3reicher Nahrung vor dem Laichen unterschieden, nahmen Weibchen beider Linien mehr omega3reiche Nahrung auf als Männchen. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass Weibchen diese essenziellen Nährstoffe für die gesunde Entwicklung ihrer Eier benötigen.