Flexibles Verhalten bei Fröschen

Studien über flexibles Verhalten betrachten vorwiegend sogenannte "höhere" Wirbeltiere, wie Säugetiere, Vögel und Fische. Amphibien wurden traditionell als stark Instinkt-gebunden angesehen, mit stereotypem Verhalten. Über kognitive Prozesse bei Amphibien, z.B. strategische Planung und Verhaltensflexibilität, ist wenig bekannt. In diesem Projekt möchte ich flexibles Verhalten bei Fröschen untersuchen. Zu diesem Zweck werde ich mit zwei Frosch-Modellarten eine Reihe von Feld- und Laborexperimenten durchführen. Der anschließende Vergleich der Ergebnisse über verschiedene Taxa soll wichtigen Einblick in die Evolution von flexiblem Verhalten hinsichtlich Brutpflege und sexueller Selektion geben, nicht nur bei Amphibien, sondern auch bei Wirbeltieren im Allgemeinen. Pfeilgiftfrösche (Dendrobatidae) zeigen eine enorme Vielfalt in ihrem Brutpflege-Verhalten, und aktuelle Studien haben für einzelne Arten auch Plastizität hinsichtlich des Kaulquappentransportes nachgewiesen. Die Art Allobates femoralis hat sich zu einem Modellorganismus für Verhaltensbiologie, Populationsgenetik, Ökologie und Evolution etabliert. Beobachtungen im Feld und Vorversuche im Labor deuten darauf hin, dass A. femoralis Weibchen flexibles Verhalten bei der Brutpflege zeigen. Obwohl der Transport der Kaulquappen zu Wasserstellen fast ausschließlich von Männchen durchgeführt wird, übernehmen die Weibchen diese Aufgabe im Fall der Abwesenheit des Männchens. In diesem Projekt möchte ich die zugrunde liegenden Mechanismen untersuchen, die weibliches Brutpflegeverhalten auslösen, z.B. akustische oder räumliche Parameter des männlichen Anzeigerufes. Dies wäre der erste Nachweis für Verhaltensflexibilität in einer uni-parentalen Art mit generell geschlechtsspezifischer Brutpflege. Im Gegensatz dazu zeigen A. femoralis Männchen wahrscheinlich ein fixiertes Handlungsmuster, indem sie alle Gelege innerhalb ihres Territoriums zu Wasserstellen tragen, unabhängig davon, ob sie der tatsächliche genetische Vater sind oder nicht. Änderungen in der Umgebung zu erkennen, zu identifizieren und entsprechend zu reagieren, ist eine der Grundvoraussetzungen für flexibles Verhalten. Untersuchungen an Säugetieren, einschließlich Menschen haben gezeigt, dass stereotypes bzw. flexibles Verhalten in unterschiedlichen Regionen des Gehirns abgebildet wird und auch unterschiedliche Aktivierungspotentiale in den entsprechenden Hirnarealen auslösen. In der Froschart Rana (Lithobates) pipiens möchte ich mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) Unterschiede in der metabolischen Aktivität des Gehirns bei der Verarbeitung von bekannten und neuartigen (akustischen und visuellen) Reizen einerseits lokali sieren aber auch quantifizieren. Funktionelle Gehirnstudien wurden bisher noch bei keiner Amphib ienart durchgeführt, und dies wäre die erste Untersuchung über die Verarbeitung von neuen (ni cht-bekannten) Reizen in einem Wirbeltier abseits von Primaten. Nachdem Amphibien die basalste Wirbeltiergruppe darstellen, werden meine Ergebnisse wichtige Erkenntnisse über jene neurona len Strukturen liefern, die Voraussetzung für die Entwicklung von flexiblem Verhalten sind.

FWF Hertha-Firnberg-Programm 2018

Messerli Forschungsinstitut für Mensch-Tier-Beziehung