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2.1: Eichhörnchenfisch - Biologie

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Die Fischarten Holocentrus adscensionis, auch bekannt als Eichhörnchen oder Soldatenfisch, kommt in der Familie vor Holocentriden. Es gibt rund 70 verschiedene Arten des tropischen Riff-Eichhörnchens. Eichhörnchen werden in den warmen tropischen Gewässern des Atlantischen Ozeans um die Karibik, Bahamas, Florida, Bermuda, Turks- und Caicosinseln und den Golf von Mexiko verteilt gefunden, wo sie normalerweise in Tiefen von 1,2 bis 12 m bleiben, wo das Wasser noch warm ist kann aber bis zu etwa 250 Meter tief gehen.

Eichhörnchen haben alle fünf Flossen, eine durchsichtige Brustflosse, ventrale, anale und verlängerte Rücken- und Schwanzflossen. Sie haben auch Flossenstacheln entlang ihrer Wirbelsäule mit horizontal gestreiften weißen Linien entlang ihres Rückens darunter. Bei einigen Eichhörnchenarten haben sie giftige Stacheln auf ihren Kiemendeckeln, die sie zum Selbstschutz verwenden. Wenn die Eichhörnchen juvenil sind, haben sie mehr Iridophore, Zellen, die Licht reflektieren, was ihnen einen silbrigen Schimmer verleiht. Wenn sie in Erwachsene übergehen, sind die roten Pigmente der Chromatophoren stärker ausgeprägt, um die Jungen von den Erwachsenen zu unterscheiden. Die rot-orange Farbe hilft ihnen, sich mit den Korallen zu vermischen, in denen sie tagsüber schlafen. Die Rote Liste der IUNC hat Eichhörnchen weltweit als am wenigsten besorgniserregende Art eingestuft, als sie im Januar 2013 bewertet wurden, aber die globale Erwärmung könnte diesen Trend geändert haben, da die Korallen aufgrund des Stresses infolge der Erwärmung des Ozeanwassers gebleicht werden.

Eichhörnchen sind nachtaktive fleischfressende Fische, die sich tagsüber in Spalten der Korallenriffe verstecken, um Raubtieren zu vermeiden. Nachts schwimmen sie durch die Riffe durch Seegraswiesen und jagen Meroplankton, Larven und kleine Krebstiere mit gelegentlich kleinen Fischen. Wenn diese Fische jung sind, neigen sie dazu, sich miteinander zu gruppieren, was beim Schutz und bei der Jagd hilft, während Erwachsene es vorziehen, ihr eigenes Territorium zu errichten und allein zu sein. Sie sind auch in der Lage, intraspezifisch zu kommunizieren, indem sie mit ihrer Schwimmblase Geräusche erzeugen. Sie machen diese Geräusche durch Vibrationen, um Raubtiere zu warnen oder ihr Territorium zu definieren.


Stichlinge liefern eine genetische Roadmap für eine schnelle Evolution

Drei dreistachelige Stichlinge, jeder etwa 2 1/2 Zoll lang, die 2010 im Rahmen einer drei Jahrzehnte dauernden Studie über ihre Entwicklung von Seefischen zu Süßwasserfischen aus einem See in Alaska gefangen wurden. Bildnachweis: Michael Bell

Was passiert, wenn Sie einen Ozeanfisch in einen Süßwassersee werfen?

Dieses Experiment wurde im Laufe von Millionen von Jahren auf natürliche Weise Zehntausende Male durchgeführt, als seefahrende Dreistachelige Stichlinge – die wie Lachse Flüsse hinauf wandern, um zu laichen – in Seen gestrandet sind und sich zu dauerhaften Bewohnern von Süßwasser entwickeln mussten.

Michael Bell, derzeit wissenschaftlicher Mitarbeiter am Museum of Paleontology der University of California an der UC Berkeley, stolperte 1990 in Alaska über ein solches Naturexperiment und untersucht seither die physischen Veränderungen, die diese Fische während ihrer Entwicklung durchlaufen, und die genetischen Grundlagen dafür diese Veränderungen. Er hat sogar eigene Experimente erstellt und 2009, 2011 und 2019 drei Seen in Alaska mit ozeanischen Stichlingen ausgesät, um deren Entwicklung vom Ozeanfisch zum Süßwasserseefisch zu verfolgen. Dieser Prozess scheint innerhalb von Jahrzehnten abzulaufen – ganz anders als die langsame Evolution, die Charles Darwin sich vorgestellt hatte – und bietet Wissenschaftlern eine einzigartige Gelegenheit, die Anpassung von Wirbeltieren in der Natur tatsächlich zu beobachten.

Das Ergebnis dieser 31 Jahre Forschung ist eine Studie, die am Freitag, den 18. Juni, in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Fortschritte, das detailliert die genomischen Veränderungen beschreibt, die die schnelle Evolution der Stichlinge vorantreiben. Die von Bell, Krishna Veeramah von der Stony Brook University und David Kingsley von der Stanford University geleitete Studie beleuchtet, welche genetischen Veränderungen der evolutionären Reaktion auf die natürliche Selektion bei anderen Arten zugrunde liegen können.

„Unser Papier identifiziert spezifische genetische Varianten – DNA-Sequenzen –, die in Meerespopulationen des Dreistacheligen Stichlings mit geringer Häufigkeit vorkommen und durch die natürliche Selektion begünstigt werden, wenn sie Süßwasser besiedeln, was sie in den letzten 10 Millionen Jahren mindestens unzählige Male getan haben “, sagte Glocke.

Bell und seine Kollegen sammelten jedes Jahr Dreistachelstichlinge (Gasterosteus aculeatus) aus drei Seen Alaskas und führten eine vollständige Genomsequenzierung durch, um zu verfolgen, wie sich ihre DNA während der Anpassung an Süßwasser entwickelt hat. Sie fanden Hunderte von zugrunde liegenden genomischen Veränderungen, die die Grundlage für ihre schnelle Anpassung bilden.

„Wir haben gezeigt, dass die genomischen Merkmale, die als wichtig für die schnelle Evolution der Stichlinge identifiziert wurden, tatsächlich verwendet werden können, um die genomische Position der natürlichen Selektion bei anderen Arten des Lebensbaums, wie zum Beispiel Darwinfinken, vorherzusagen“, sagte Veeramah. "Dies zeigt, dass die genomischen Mechanismen, die die Evolution von Süßwasserstichlingen steuern, der Anpassung bei Arten im Allgemeinen zugrunde liegen."

„Ältere Gene sind größer als jüngere, und die größeren, älteren Gene neigen dazu, sich schneller zu entwickeln als die jüngeren, kleineren“, sagte Bell, der 40 Jahre lang an der Stony Brook University lehrte und forschte, bevor er sich nach Kalifornien zurückzog. "Wir haben ähnliche Trends bei anderen Arten festgestellt."

Obwohl die Vorhersagbarkeit der Evolution keine exakte Wissenschaft ist, glauben die Autoren, dass ihr Verständnis davon, wie der Stichling Süßwasser kolonisiert, wichtige Einblicke in die Genomik der Wirbeltierevolution bietet und Einblicke bietet, wie die Evolution in Zukunft artenweit ablaufen könnte.

Bell ist seit dem Sommer nach seinem ersten Jahr an der UC San Diego in die Stichlinge verliebt, als er in Nevada fossile Stichlinge sammelte. Er schrieb seinen UCLA Ph.D. über die Evolution der Fische und beschäftigt sich seitdem mit fossilen und lebenden Stichlingen. Es war eine Reise nach Cook's Inlet in Alaska im Jahr 1990, die zu der aktuellen Zeitung führte.

"Ich stolperte über die 35-jährige Bevölkerung im Loberger See während der Probenahme für eine andere Studie im Jahr 1990. Es war ein Unfall, aber ich erkannte, dass eine schnelle Entwicklung stattfinden muss, also habe ich im nächsten Jahr und jedes Jahr danach nachgesehen." er sagte. "In gewisser Weise ist dies (Forschungsprojekt) mein Baby und ein einzigartiges evolutionäres Genomik-Papier."


Quastenflosser können fast ein Jahrhundert leben, fünfmal länger als von Forschern erwartet

Erwachsenen Quastenflosser Schuppen. Bildnachweis: Laurent Ballesta

Einst für ausgestorben gehalten, sind Quastenflosser riesige Fische, die tief im Ozean leben. Jetzt berichten Forscher in der Zeitschrift Aktuelle Biologie am 17. Juni haben Beweise dafür, dass Quastenflosser neben ihrer beeindruckenden Größe auch beeindruckend lange leben können – vielleicht fast ein Jahrhundert.

Die Forscher fanden heraus, dass ihr ältestes Exemplar 84 Jahre alt war. Sie berichten auch, dass Quastenflosser auf andere Weise extrem langsam leben, etwa im Alter von 55 Jahren ausgewachsen sind und ihre Nachkommen fünf Jahre lang tragen.

„Unser wichtigstes Ergebnis ist, dass das Alter des Quastenflossers um den Faktor fünf unterschätzt wurde“, sagt Kélig Mahé von der IFREMER Channel and North Sea Fisheries Research Unit in Boulogne-sur-mer, Frankreich. „Unsere neue Altersschätzung ermöglichte es uns, das Körperwachstum des Quastenflossers, der zufällig einer der langsamsten unter den Meeresfischen ähnlicher Größe ist, sowie andere lebensgeschichtliche Merkmale neu zu bewerten, was zeigt, dass die Lebensgeschichte des Quastenflossers tatsächlich eine von ist der langsamste aller Fische."

Frühere Studien versuchten, Quastenflosser durch direkte Beobachtung von Wachstumsringen auf den Schuppen einer kleinen Stichprobe von 12 Exemplaren zu altern. Diese Studien führten zu der Annahme, dass der Fisch nicht länger als 20 Jahre lebte. Wenn dies der Fall wäre, würden Quastenflosser aufgrund ihrer Größe zu den am schnellsten wachsenden Fischen gehören. Das schien überraschend, wenn man bedenkt, dass die anderen bekannten biologischen und ökologischen Merkmale des Quastenflossers, einschließlich langsamer Stoffwechsel und geringe Fruchtbarkeit, eher für Fische mit langsamer Lebensgeschichte und langsamem Wachstum wie die meisten anderen Tiefseearten typisch waren.

In der neuen Studie nutzte Mahé zusammen mit den Co-Autoren Bruno Ernande und Marc Herbin die Tatsache, dass das französische Nationalmuseum für Naturgeschichte (Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris, MNHN) eine der größten Sammlungen von Quastenflosser der Welt, von Embryonen in utero bis hin zu Individuen von fast zwei Metern. Sie konnten insgesamt 27 Exemplare untersuchen. Sie verwendeten auch neue Methoden, darunter Polarisationslichtmikroskopie und Skaleninterpretationstechnologie, die im Sklerochronologiezentrum von IFREMER in Boulogne-sur-mer, Frankreich, gemeistert wurden, um das Alter und das Körperwachstum von Personen genauer als zuvor zu schätzen.

Während sich frühere Studien auf leichter sichtbare verkalkte Strukturen, die Makro-Zirkel genannt wurden, stützten, um die Quastenflosser zu altern, ähnlich wie das Zählen von Jahresringen einen Baum altern lässt, ermöglichten die neuen Ansätze den Forschern, viel kleinere und kaum wahrnehmbare Zirkel auf den Schuppen zu erkennen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Quastenflosser tatsächlich etwa fünfmal älter sind als bisher angenommen.

Ein Quastenflosserembryo mit Dottersack aus der MNHN-Sammlung. Bildnachweis: MNHN

„Wir haben gezeigt, dass diese Circuli tatsächlich jährliche Wachstumsmarken waren, während die zuvor beobachteten Makro-Circuli es nicht waren“, sagt Mahé. "Dies bedeutete, dass die maximale Lebensdauer von Quastenflosser fünfmal länger war als bisher angenommen, also etwa ein Jahrhundert."

Ihre Untersuchung von zwei Embryonen zeigte, dass sie beide ungefähr fünf Jahre alt waren. Unter Verwendung eines Wachstumsmodells zur Rückberechnung der Schwangerschaftsdauer basierend auf der Größe der Nachkommen bei der Geburt erhielten die Forscher die gleiche Antwort. Sie glauben jetzt, dass Quastenflosser-Nachkommen vor der Geburt fünf Jahre lang in ihren Müttern wachsen und sich entwickeln.

"Coelacanth scheint eine der, wenn nicht sogar die langsamste Lebensgeschichte unter Meeresfischen zu haben und ähnelt der von Tiefseehaien und Roughies", sagt Mahé.

Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse Auswirkungen auf den Schutz und die Zukunft des Quastenflossers haben. Sie stellen fest, dass der afrikanische Quastenflosser in der Roten Liste gefährdeter Arten der IUCN als vom Aussterben bedroht eingestuft wird.

"Langlebige Arten, die sich durch eine langsame Lebensgeschichte und eine relativ geringe Fruchtbarkeit auszeichnen, sind aufgrund ihrer sehr geringen Ersatzrate als extrem anfällig für Störungen natürlicher oder anthropischer Natur", sagt Mahé. "Unsere Ergebnisse deuten daher darauf hin, dass er aufgrund seiner besonderen Lebensgeschichte möglicherweise noch stärker bedroht ist als erwartet. Folglich sind diese neuen Informationen über die Biologie und Lebensgeschichte von Quastenflossern für die Erhaltung und das Management dieser Art von entscheidender Bedeutung."

In zukünftigen Studien planen sie, mikrochemische Analysen auf Quastenflosser-Maßstäben durchzuführen, um herauszufinden, ob das Wachstum eines Quastenflossers mit der Temperatur zusammenhängt. Die Antwort wird einen Einblick in die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf diese gefährdete Art geben.


Wenn sich deine Adern mit Eis füllen

Die meisten Tiere hassen die Kälte. Wenn der Winter kommt, graben sich viele Arten unter die Erde, um zu überwintern oder wandern in niedrigere Breiten, wo die Bedingungen wärmer sind.

Aber ein paar seltsame Kreaturen tun das Gegenteil. Sie umarmen tatsächlich die Gefrierbedingungen.

Wir lüften immer noch die Geheimnisse dieser erstaunlichen Tiere, die einfrieren. Insbesondere für eine Art könnte dies von Bedeutung sein. Mehrere Wissenschaftler versuchen herauszufinden, wie das arktische Erdhörnchen (Spermophilus parryii) wurde das einzige bekannte warmblütige Säugetier, das Körpertemperaturen unter Null vertragen konnte. Die Lösung des Rätsels könnte der Schlüssel zum Einfrieren menschlicher Organe für die Transplantation sein, ohne sie zu beschädigen.

Es könnte sogar dem umstrittenen Gebiet der Kryonik Auftrieb geben, in dem menschliche Leichen tiefgefroren werden, in der Hoffnung, dass sie mit zukünftigen medizinischen Fortschritten wieder zum Leben erweckt werden können.

Minustemperaturen sind für alle Lebewesen ein Problem, da sich Wasser beim Gefrieren zu Eis ausdehnt. &bdquoWenn das Wasser in den Zellen eines Tieres gefriert, dehnen sich die Eiskristalle aus und reißen die Zelle physikalisch auf, was zum Tod führt&rdquo erklärt David Denlinger, Entomologe an der Ohio State University in Columbus. Um die eisigen Temperaturen zu überleben, müssen Tiere einen Weg finden, die Bildung von Eis in ihren Zellen zu verhindern.

Kälteschutzmittel, ähnlich wie das Frostschutzmittel, das Sie in Ihren Autokühler geben, verhindern die Eisbildung, indem sie den Gefrierpunkt von Wasser senken

Die bekannteste frosttolerante Art ist wohl der Waldfrosch (Rana sylvatica), die subarktische Temperaturen wochenlang überleben können.

&bdquoGefriertolerante Organismen verwenden verschiedene „Tricks“, um die Schäden zu begrenzen, die auftreten, wenn sich Eis im Gewebe bildet“, erklärt Jon Costanzo vom Labor für ökophysiologische Kryobiologie an der Miami University in Ohio. &bdquoUnser Team war das erste, das die extreme Frosttoleranz bei Waldfröschen im subarktischen Alaska untersuchte&ldquo, sagt er. &bdquoDiese Frösche haben alle das Einfrieren bis -14C überlebt!&rdquo

Die Frösche sind in der Lage, Gefriertemperaturen zu bewältigen, indem sie „Kryoschutzmittel&rdquo &ndash Substanzen produzieren, die die Bildung von Eiskristallen in ihren Zellen verhindern.

Kälteschutzmittel, ähnlich wie das Frostschutzmittel, das Sie in Ihren Autokühler geben, verhindern die Eisbildung, indem sie den Gefrierpunkt von Wasser senken.

&bdquoKryoschutzmittel wirken, indem sie den Gefrierpunkt des Körpers senken und verhindern, dass Wasser bei Temperaturen deutlich unter 0 °C gefriert&rdquo, erklärt Denlinger. Wenn sich eine Kälteschutzchemikalie in Wasser auflöst, geht sie starke Bindungen mit Wassermolekülen ein. An das Kryoschutzmittel gebundene Wassermoleküle können sich nicht mehr mit anderen Wassermolekülen zu Eis verbinden, sodass das Wasser ohne Gefrieren auf Minustemperaturen abgekühlt werden kann.

Waldfrösche produzieren Harnstoff, Glukose und Glykogen, um als Reaktion auf Minustemperaturen als Kryoschutzmittel zu wirken, und Forscher haben nun frostinduzierte Gene identifiziert, die für den Transport von Glukose in die Zellen verantwortlich sind.

Der Rote Flachborkenkäfer aus Alaska kann seine Körperflüssigkeiten auf -50 ° C unterkühlen

Einfrierende Wirbeltiere und Insekten produzieren auch Frostschutzproteine, die an Eiskristalle binden und deren Wachstum verhindern. Eine Verbindung, Frostschutz-Glykolipid (AFGL), wird als Frostschutzmittel in Organismen von Pflanzen bis Käfern verwendet, und im Jahr 2014 identifizierten Wissenschaftler dasselbe Glykolipid als Frostschutzmittel im Waldfrosch.

Am beeindruckendsten unter den frierenden Tieren können die Wirbellosen sein. Eine Vielzahl von Arthropoden, von Kakerlaken bis Raupen, können tagelang Minustemperaturen vertragen.

Viele dieser Arten verwenden Kryoschutzmittel und Frostschutzproteine, um ihre Zellen zu schützen, und Denlinger sagt, dass Gefrierpunkte von Körperflüssigkeiten (auch als Unterkühlungspunkte bezeichnet) von -25 ° C keine Seltenheit sind.

Ein wirklich bemerkenswerter Käfer, der Rote Flachborkenkäfer (Cucujus clavipes puniceus) aus Alaska, kann seine Körperflüssigkeiten auf -50 °C unterkühlen. Aber es gibt große Unterschiede zwischen den Individuen und einige können Körpertemperaturen von bis zu -100 ° C tolerieren.

Antarktische Mücken sind in der Lage, Temperaturen von bis zu -20 ° C zu überleben, indem sie sich selbst austrocknen

Diese tief unterkühlten Käfer haben einen höheren Gehalt an Frostschutzproteinen und Kryoschutzmitteln wie Glycerin, die ihnen helfen, die Eisbildung selbst bei solch extremen Temperaturen zu minimieren.

Aber diese bemerkenswerten Anpassungen erklären nicht die eisigen Leistungen des Erdhörnchens. Arktische Erdhörnchen verwenden Kryoschutzmittel, um ihre Zellen zu schützen, und in ihrem Blut wurden keine Frostschutzmittel identifiziert.

&bdquoSäugetiere überfluten ihren Körper nicht mit Kryoschutzmitteln&rdquo, sagt Brian Barnes vom Institute of Arctic Biology der University of Alaska Fairbanks, der seit über zwei Jahrzehnten den Winterschlaf des arktischen Ziesel untersucht. Etwas anderes geht in den Körpern der Eichhörnchen vor.

Die Antarktische Mücke (Belgica Antarktis) hat eine alternative Lösung gefunden, um mit Minusgraden fertig zu werden. &bdquoDie Antarktische Mücke stellt weder Kryoschutzmittel noch Frostschutzproteine ​​her&bdquo, sagt Denlinger. &bdquoStattdessen wird es einfach sein Körperwasser los.&ldquo

Wenn es kein Wasser gibt, kann es kein Eis geben

Die meisten Insekten können überleben, wenn sie 20-30% ihres Wassers verlieren, aber die Antarktische Mücke kann bis zu 70% verlieren und trotzdem überleben, sagt er. Indem sie sich selbst austrocknen, können antarktische Mücken Temperaturen von bis zu -20 ° C überleben.

Im gefrorenen Zustand stoppt ihr Stoffwechsel und sie erscheinen leblos. &ldquoWenn es so viel Wasser verloren hat, scheint es nicht mehr zu leben&ldquo, sagt Denlinger, &ldquoaber wenn man Wasser hinzufügt, wird es schnell wieder vollständig hydratisiert und geht seinen fröhlichen Weg weiter.&ldquo

&bdquoDie Mücke hat die Fähigkeit zur kryoprotektiven Austrocknung“, sagt Shin Goto, der Tierphysiologie an der Osaka City University in Japan studiert. Er erklärt, dass wenn ihr Lebensraum gefriert, das umgebende Eis den hochdurchlässigen Körpern der Mücken Wasser entzieht & so verhindert, dass Eis aus bilden sich in ihrem empfindlichen Gewebe.

Dehydration ist ein wirksames Mittel, um Eisbildung zu verhindern. Wenn kein Wasser vorhanden ist, kann es auch kein Eis geben. Aber kein Säugetier kann solch eine extreme Dehydrierung überleben. Kryoprotektive Dehydration erklärt definitiv das Geheimnis des supercoolen Stunts des antarktischen Erdhörnchens.

Vorbeugung ist nicht die einzige Möglichkeit, mit Eis umzugehen. Ein weiterer Trick von Waldfröschen und anderen frosttoleranten Tieren besteht darin, Substanzen herzustellen, die als Eiskeimbildner bekannt sind und die Eisbildung aktiv fördern.

Obwohl kontraintuitiv, sorgen an der richtigen Stelle produzierte eiskeimende Verbindungen dafür, dass sich Eis zwischen den Zellen bildet, nicht in ihnen. Dieses &lsquoextrazelluläre Eis&rsquo ist weniger schädlich, da seine scharfen Kristalle von empfindlichen Maschinen im Inneren der Zelle ferngehalten werden.

Diese gefrorenen Tiere haben Anpassungen entwickelt, um einen Sauerstoffmangel zu überleben

Ein Eiskeimbildner kann fast alles sein: ein Staubkorn oder sogar eine Bakterienzelle. In frosttoleranten Organismen werden sie als Proteine ​​oder Fette angesehen, obwohl Wissenschaftler diese natürlichen Eiskeimbildner noch im Labor isolieren müssen.

&bdquoEiskeimbildner sind molekulare Nachahmungen von Eis&rdquo, sagt Barnes. Sie haben eine ähnliche Struktur wie Eiskristalle und können daher als Keim für den Prozess der Eiskristallbildung fungieren. Waldfroschblut enthält eiskeimende Proteine, und Eiskeimbildner wurden in Insekten, Weichtieren und sogar Pflanzen identifiziert.

Wenn sie gefroren sind, sind Waldfrösche und andere frosttolerante Wirbeltiere gezwungen, ihre Systeme herunterzufahren und haben keinen Herzschlag oder keine Atmung. Diese gefrorenen Tiere haben sich nicht nur an das Eis im Körper angepasst, sondern auch Anpassungen entwickelt, um einen Sauerstoffmangel, bekannt als Anoxie, zu überleben.

Gemalte Schildkröte (Chrysemys picta marginata) Jungtiere produzieren Antioxidantien und Proteine, die Eisen binden - ein Teil der üblichen Reaktion des Körpers auf Sauerstoffmangel und als Reaktion auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Eine 2015 veröffentlichte Studie bestätigte einen ähnlichen Abwehrmechanismus wie Anoxie bei dehydrierten antarktischen Mücken, deren Larven im gefrorenen Zustand die Expression von Antioxidantien erhöhen.

Das arktische Erdhörnchen kann Körpertemperaturen bis -3 ° C überleben, aber sie frieren nicht

Aber wie die kryoprotektive Dehydration ist die Eisnukleation keine Strategie, die für Erdhörnchen funktionieren würde. Während Wirbellose wie die Antarktische Mücke und kaltblütige Tiere wie der Waldfrosch sich so entwickelt haben, dass sie etwas Einfrieren in ihrem Körper tolerieren, ist dies für Säugetiere einfach keine Möglichkeit.

Tatsächlich ist gerade das Fehlen von Eiskeimern der Schlüssel zu den einzigartigen Fähigkeiten des Eichhörnchens.

&bdquoArktische Erdhörnchen reinigen ihre Körper von Eiskeimern, bevor sie in den Winterschlaf eintreten&ldquo, sagt Barnes. Obwohl der genaue Mechanismus ein Rätsel bleibt, legen Barnes' Forschungen nahe, dass die Erdhörnchen dies erreichen können, indem sie Maskierungsmittel produzieren, die Eiskeimbildner neutralisieren, bevor sich Eis um sie herum bilden kann.

&bdquoDas arktische Erdhörnchen kann Körpertemperaturen bis -3C überleben, aber es frieren nicht&rdquo, erklärt er. &bdquoStattdessen treten Körperflüssigkeiten im arktischen Erdhörnchen in einen &ldquounterkühlten&rsquo Zustand&rdquo ein.

Ohne wirksame Nukleatoren, um die Eiskristalle in Gang zu setzen, kann Wasser im Blut des Eichhörnchens einfach gefrieren.

Was auch immer die Strategie ist, um Körpertemperaturen unter Null zu tolerieren, die Belastung dieser physiologischen Leistung ist offensichtlich. Die meisten frosttoleranten Arten können den Trick nur einmal im Jahr schaffen. Bei Tests im Frühjahr konnten Waldfrösche nur Temperaturen von bis zu -5 ° C vertragen, immer noch beeindruckend, aber nichts im Vergleich zu ihren herbstlichen Leistungen.

&bdquoWir verstehen nicht ganz, warum die Gefriertoleranz im Frühjahr so ​​abrupt reduziert wird, aber es geht wahrscheinlich um eine begrenzte Kapazität für die Produktion von Kryoprotektiva&rdquo, erklärt Costanzo. &bdquoBeide wichtigen Kryoschutzmittel, Glukose und Harnstoff, sind bei Frühlingsfröschen auf niedrigeren Niveaus&ldquo &ndash und diese Frühlingsfrösche erleiden auch mehr Eisschäden, wenn sie künstlich eingefroren werden.

Das Verständnis dieser Prozesse könnte uns helfen, neue Techniken zu entwickeln, um menschliche Organe für die Lagerung vor der Transplantation einzufrieren

Dies kann ein häufiges Problem sein. Eine Studie ergab, dass vier Froscharten mit Frosttoleranz im Frühjahr alle den gleichen Verlust an Frosttoleranz zeigten, was mit einer verringerten Fähigkeit zur Produktion von Kryoschutzmitteln verbunden ist.

Tatsächlich profitieren die meisten frosttoleranten Arten von einer zumindest kurzen Akklimatisationszeit an einen bevorstehenden Frost. Plötzliche Temperaturabfälle können selbst für die widerstandsfähigsten Arten eine schlechte Nachricht sein.

Die Isabella-Tigermotte (Pyrrharctia isabella) lebt in der Arktis und produziert Raupen, die Lufttemperaturen von bis zu -20 ° C überleben können und ihre Körperflüssigkeiten bis auf -10 ° C unterkühlen. Bei diesen Raupen reduzierte eine 12-wöchige Akklimatisation den Gefrierpunkt ihrer Körperflüssigkeiten um fast 2 °C. Es gab ihnen Zeit, sich physiologisch anzupassen, indem sie Glycerin, Prolin und Aminosäuren produzierten, die als Kryoschutzmittel wirken.

Das arktische Ziesel kommt auch in den Wintermonaten viel besser mit der Kälte zurecht. &bdquoBlutproben von Tieren im Winterschlaf können im Sommer auf viel niedrigere Werte unterkühlen als Blutproben von Tieren&ldquo, sagt Barnes, obwohl der genaue Mechanismus ein Rätsel bleibt.

Er vermutet, dass es mit größeren saisonalen Veränderungen bei den Eichhörnchen zusammenhängen könnte. &bdquoWir untersuchen derzeit, wie sie ihre jährlichen Winterschlafzyklen planen.&rdquo Er sagt, diese werden durch einen internen &bdquo-Kalender&rdquo im Gehirn bestimmt, der den Zeitpunkt der physiologischen Veränderungen festlegt, die sie an die Wintermonate anpassen.

Im gesamten Tierreich haben Lebewesen in den kältesten Teilen der Welt Anpassungen entwickelt, um mit eisigen Bedingungen fertig zu werden. Das Verständnis dieser Prozesse könnte uns helfen, neue Techniken zu entwickeln, um menschliche Organe für die Lagerung vor der Transplantation einzufrieren. Darüber hinaus kann das Erlernen des Einfrierens von Tieren der Schlüssel zur Verwirklichung der Kryokonservierung beim Menschen sein.

Wenn wir menschliche Zellen erfolgreich kryokonservieren wollen, müssen wir verstehen, wie warmblütige Organismen wie das Eichhörnchen damit umgehen

Derzeit werden Organe für die Transplantation gekühlt, aber nicht eingefroren. Das heißt, sie sind nur wenige Stunden lebensfähig, und so kann ein lebensrettendes Organ immer rechtzeitig beim Patienten ankommen. Die Erhöhung der Lebensfähigkeit von transplantierten Organen durch Einfrieren könnte die Organtransplantation revolutionieren und kältetolerante Tiere wie das arktische Erdhörnchen könnten die Geheimnisse dafür bergen, dies möglich zu machen.

Tatsächlich liefert die Erforschung der Frosttoleranz bereits Ergebnisse.

In Fischen und Insekten identifizierte Frostschutzproteine ​​sind ein offensichtliches Ziel zur Verbesserung von Kryokonservierungstechniken Herzen für 21 Stunden. Diese Herzen wurden dann erfolgreich in Empfängerratten transplantiert, wo sie mindestens 24 Stunden lang weiter schlugen.

Unternehmen zur Gewebekonservierung untersuchen nun, ob wirksamere Frostschutzproteine ​​von Insekten als potenzielle Kryoschutzmittel für die Konservierung menschlicher Organe dienen könnten.

Was wir über das Einfrieren von Menschen von Insekten und Fröschen lernen können, wird jedoch von dem, was uns das arktische Erdhörnchen lehren kann, in den Schatten gestellt. Das Einfrieren eines Insekts oder einer Amphibie ist eine Sache, aber wenn wir menschliche Zellen erfolgreich kryokonservieren wollen, müssen wir verstehen, wie warmblütige Organismen wie das Eichhörnchen mit Minustemperaturen zurechtkommen.

Selbst die beeindruckendsten Tiere können nur Temperaturen bis zu etwa -50 ° C ertragen

Wenn wir die Technik des Erdhörnchens zum Entfernen von Eiskeimen identifizieren und auf den Menschen anwenden könnten, könnten wir Zellen und Organe unterkühlen, ohne dass sich auch nur ein einziger Eiskristall darin bildet.

Einige hoffen auch, dass uns die Gefriertechnologie eines Tages helfen kann, ganze Menschen zu erhalten. Tatsächlich werden Kryonikmethoden bereits durch unser Verständnis der Schutzmechanismen von frosttoleranten Tieren beeinflusst.

Einige Kryonikunternehmen dehydrieren beispielsweise Körper, ersetzen das Blut durch eine Lösung von Kryoschutzmitteln wie Glycerin und Dimethylsulfoxid und frieren sie schließlich tief ein, in der Hoffnung, dadurch das menschliche Gewebe zu schädigen oder eine Reanimation in Zukunft zu verhindern.

Aber selbst die beeindruckendsten Tiere vertragen nur Temperaturen bis etwa -50 °C, bei weitem nicht die Tiefkühltemperaturen, die bei der Ganzkörper-Kryokonservierung verwendet werden.

Shin Goto sieht Potenzial für die Erforschung von Kryoschutzmitteln für Insekten und Frostschutzproteinen, um die Kryokonservierung von menschlichen Zellen, Geweben und Organen zu verbessern. Aber er sagt, er bezweifle, dass wir jemals ganze Menschen einfrieren und auftauen können. &bdquoEin Mensch ist zu groß zum Einfrieren und Auftauen&ldquo, sagt er.

David Denlinger stimmt dem zu und sagt: &bdquoIch halte das für ziemlich unwahrscheinlich, aber ich hege die Hoffnung, menschliches Gewebe einzufrieren und aufzutauen&rdquo.

Zu lernen, wie Tiere einfrieren, kann der Schlüssel zur Verwirklichung der Kryokonservierung beim Menschen sein

&bdquoWenn wir wirklich verstehen würden, wie [die Mücke] dies tut, könnten wir möglicherweise solche Mechanismen anwenden, um menschliches Gewebe und menschliche Organe zu speichern&rdquo, sagt er.

Drei Jahrzehnte Forschung an frosttoleranten Fischen, Fröschen und Insekten haben uns viel darüber gelehrt, wie man Minustemperaturen übersteht. Aber viele Geheimnisse bleiben.

Das arktische Erdhörnchen, das einzige Säugetier, das über einen längeren Zeitraum Temperaturen unter Null überlebt, könnte unsere beste Chance bieten, sicher in die Welt der Gewebekonservierung unter Null einzusteigen. Es ist fast möglich, dass eines Tages ein Eichhörnchen Ihr Leben retten könnte.


Biologie von Flossen- und Schalentieren

Sie verstreuen ihre Eier einfach in der Umwelt und haben keine spezialisierten Fortpflanzungsstrukturen. Diese Gruppe wird weiter in zwei Kategorien unterteilt.

1. Pelagische Spawner

Diese werden als Pelagophile bezeichnet. Sie laichen in offenen Gewässern und diese Strategie wird von vielen Fischschwärmen wie Sardinen, Makrelen und Thunfischen gezeigt. Neben pelagischen Fischen setzen einige der demersalen benthischen Fische auch pelagische Eier frei. Diese pelagischen Eier sind schwimmfähig und planktonisch. Eier enthalten Ölkügelchen und viel Wasser, um das Aufschwimmen zu gewährleisten.

Aber diese pelagischen Laicher haben einige Nachteile.

2. Benthische Spawner

Diese Fische legen die Eier auf dem Substrat ab und die Eier sind klebrig. Sie setzen ihre Eier auf bekanntem Gebiet frei und sie sind Massenlaicher und es gibt kein Balzverhalten und sie kümmern sich auch nicht um Eier und Junge. Sie legen Eier in langen Schnüren oder dicken Fäden. Die benthischen Spawner werden grob in 3 Kategorien eingeteilt.


Biologie und Populationsdynamik der Süßwasserkugelfische, Tetraodon lineatus (Linnaeus, 1758), vom Nil, Assuan, Ägypten

Ein Süßwasser-Kugelfisch Tetraodon lineatus in Ägypten liegen nur begrenzte Informationen vor. Insgesamt wurden monatlich 350 Exemplare aus dem Nil in Assuan gesammelt (2019). Die Proben hatten eine Gesamtlänge von 13,5–38,5 cm mit einem Durchschnitt von 22,16 ± 5,02 cm und ein Gesamtgewicht von 61,7–1456 g mit einem Durchschnitt von 339,86 ± 248,85 g. Die Länge-Gewichts-Beziehung zeigte ein negatives allometrisches Wachstum, und sowohl die absoluten als auch die relativen Bedingungen nahmen von März bis September ab, was die Laichzeit darstellt. Das Geschlechterverhältnis von 1 Mann zu 1,28 Frauen zeigte im Jahresverlauf die Dominanz der Frauen (56,23 %) gegenüber den Männern (43,77 %). In den ersten Längenklassen von 14–19 cm dominierten die Männchen. Der gonadosomatische Index (GSI) war von April bis August erhöht, mit seinem höchsten Höchststand im Juni, und die unimodale Kurve zeigte einmal pro Jahr ein Laichen an. Der hepatosomatische Index zeigte einen gegenläufigen Trend gegenüber dem Anstieg des GSI. Die Länge bei der Reife betrug 18,7 cm für die Männchen und 18,2 cm für die Weibchen. Die Lebensdauer der Fische wurde durch das Zählen der Wachstumsringe der Wirbel Nr. 3 bestimmt, betrug fünf Jahre für beide Geschlechter bei mittleren Längen von 14,5, 21,2, 26,3, 31,2 und 34,2 cm für den 1., 2., 3., 4. und 5. Jahre bzw. Altersgruppe III war die häufigste, gefolgt von Altersgruppe II. Die asymptotische Länge betrug 46,29 cm, die Bedingung 0,242 Jahre -1 und tÖ betrug −0,609 Jahr −1 , die Wachstumsleistung 2,71 und die Langlebigkeit 11,78 Jahre. Unsere Ergebnisse gehören zu den ersten Daten zur Biologie und Populationsdynamik von Süßwasserkugelfischen in Ägypten und zeigen eine zufriedenstellende Wachstumsrate und die Fähigkeit, länger zu leben als ihr Alter bei der Reife. Diese Daten könnten als Grundlage für wissenschaftliche Studien zur Physiologie und Toxikologie verwendet werden und für die weitere Behandlung nützlich sein.


Nahrungskette im Ökosystem (mit Diagrammen erklärt)

Damit ein Ökosystem funktioniert, muss es einen Energiefluss in ihm geben. Die Organismen des Ökosystems benötigen Energie in Form von Nahrung.

Die ultimative Quelle dieser Energie ist die Sonne. Produzenten wie grüne Pflanzen fangen Sonnenenergie ein und wandeln sie in die chemische Energie der Nahrung um. Wenn ein Primärverbraucher den Erzeuger verzehrt, wird ein Teil dieser Energie an ihn weitergegeben.

Der Primärkonsument wird dann von einem Sekundärkonsumenten gefressen. Und der Sekundärkonsument kann von einem Tertiärkonsumenten gegessen werden und so weiter. Auf diese Weise wird Energie von einem Verbraucher zum nächsthöheren Verbraucher übertragen. Eine Reihe von Organismen, durch die Nahrungsenergie in einem Ökosystem fließt, wird als Nahrungskette bezeichnet. Es kann auch wie folgt definiert werden.

Eine Nahrungskette in einem Ökosystem ist eine Reihe von Organismen, in denen sich jeder Organismus von dem darunter liegenden in der Reihe ernährt.

In a forest ecosystem, grass is eaten by a deer, which in turn is eaten by a tiger. The grass, deer and tiger form a food chain (Figure 8.2). In this food chain, energy flows from the grass (producer) to the deer (primary consumer) to the tiger (secondary consumer).

A food chain in a grassland ecosystem may consist of grasses and other plants, grasshoppers, frogs, snakes and hawks (Figure 8.3).

In a freshwater aquatic ecosystem like a pond, the organisms in the food chain include algae, small animals, insects and their larvae, small fish, big fish and a fish-eating bird or animal (Figure 8.4).

A food chain always begins with producers. Herbivores (plant-eaters) come next in the chain. They are consumed by carnivores (flesh-eaters). A few food chains can be long and may extend to the fourth, fifth or even sixth order of consumers.


Centropomus undecimalis

Common Snook. Foto © George Burgess

These golden yellow fish have a very distinct black lateral line, sloping forehead, and protruding lower jaw. They are a very popular game fish that prefer near-shore vegetative habitats like river mouths and salt marshes, growing to over 40 inches long at times. These hermaphrodites change from male to female as they mature and their pelvic and caudal fins are noticeably more yellow during spawn.

– Perciformes . bestellen Family – Centropomidae Gattung – Centropomus Spezies – undecimalis

Gebräuchliche Namen

The English language common names for this species are common snook, linesiders, pike, sargeant fish, snook and thin snook. Other common names include chyk (Russian), alimindelig robalo (Danish), almindelig snook (Danish), bicudo (Portuguese), cambriacu (Portuguese), camburiacu (Portuguese), camorim (Portuguese), camorim-acu (Portuguese), camuri (Portuguese), camurim (Portuguese), camurim branco (Portuguese), camurim-acu (Portuguese), camuri-cabo-de-machado (Portuguese), camurim-preto (Portuguese), camurimpema (Portuguese), camuripeba (Portuguese), camuripema (Portuguese), cangoropeba (Portuguese), canjurupeba (Portuguese), esalho (Portuguese), falso-robalo-branco (Portuguese), rabalão, robalo (Portuguese), rabalo-bicudo (Portuguese), robalo-branco (Portuguese), robalo-camurim (Portuguese), robalo-de-galha (Portuguese), robalo-estoque (Portuguese), robalo-flecha (Portuguese), robalo-flexa (Portuguese), rolão (Portuguese), bima (Papiamento), sapat’i solda (Papiamento), snoekoe (Papiamento), binnensnoek (Dutch), snoek (Dutch), brochet (French), brochet de mer (French), crossie blanc (French), loubine (French), kamuli (Galibi), loubin gran lanmè (Creole, French), lubi (Palicur), pakiyau (Wayana), quéquere (Spanish), robalito (Spanish), róbalo (Spanish), robalo (Spanish), robalo blanco (Spanish), róbalo blanco (Spanish), róbalo común (Spanish), robalo (Swedish), signokou (Djuka), snoek (Sranan), snoekoe (Sranan), snook (German) and zuchwiak (Polish).

Bedeutung für den Menschen

Common snook is a hugely popular recreational fish in the Gulf Coast due to its fighting ability and culinary value. The commercial harvest of common snook is prohibited throughout Texas and Florida (USA).

Erhaltungsstatus

Common snook are commercially exploited throughout most of their range except in Texas and Florida were they support a large recreational fishery. The Florida state legislation declared common snook a gamefish in 1957 and prohibited its sale. There has been no legal commercial harvest of common snook in Florida since this piece of legislation was enacted. Common snook is also commercially protected in Texas. In January 1999, the Florida Fish and Wildlife Conservation Commission implemented a slot limit, which means fish can only be recreationally harvested between the sizes of 26 to 34 inches (66 to 86 cm) in order to protect the larger breeding females. Common snook fishing is closed between December 15 and January 31 statewide in Florida and a bag limit of 1 or 2 fish per person per day depending on the area is strictly enforced (FWC fishing regulations). The common snook is not listed on the IUCN Red list.

Geografische Verteilung

World distribution map for the snook

Common snook are the most widely distributed species within the Centropomus genus and have been reported as far north as New York (USA) and throughout the Gulf of Mexico. Common snook are abundant along the Atlantic coast of Florida from Cape Canaveral south through the Keys and Dry Tortugas, and north to Cedar Key on the gulf coast. Common snook occur infrequently along the coast of Texas to Galveston and then more or less continuously south to Rio de Janeiro, Brazil.

Lebensraum

Juvenile common snook are generally restricted to the protection of riverine and estuary environments. These environments offer shallow water and an overhanging vegetative shoreline. Juvenile common snook can survive in waters with lower oxygen levels than adults. Adult common snook inhabit many environments including mangrove forests, beaches, river mouths, nearshore reefs, salt marshes and sea grass meadows. Adult common snook appear to be less sensitive to cold water temperatures than larvae or small juveniles. The lower lethal limit of water temperature is 48.2°-57.2° F (9°-14° C) for juveniles and 42.8°-53.6° F (6°-12° C) for adults.

Biologie

Common snook. Photo courtesy National Park Service

Distinctive Features
Common snook have a slender body and a distinct lateral line. The dorsal fins are high and divided and the anal spines are relatively short. The common snook has a sloping forehead with a large mouth and a protruding lower jaw. Adult common snook can grow to over 47.24 inches (120 cm) in total length , which is larger than any other species in this family.

Färbung
Coloration of the common snook is golden yellow with a distinct black lateral line and pale yellow pelvic fins.

Dentition
The common snook lacks teeth on the maxillae. There is a band of fine teeth located on the premaillae and the dentaries. The palatine bone has a narrow band of teeth on it and the ectopterygoid bone located behind the palate may or may not have a tooth patch associated with it.

Size, Age & Growth
Common snook on the Atlantic coast of Florida commonly grow to larger sizes than common snook on the gulf coast of Florida. The largest observed sizes for females on the Atlantic and gulf coasts are 43.5 inches and 40.6 inches (110.5 and 103.2 cm) respectively. The world record for a common snook caught on hook and line is a 53-pound 10-ounce (24.28 kg) in Parismina Ranch, Costa Rica.

Theoretical longevity estimates from age and growth studies suggest that common snook can live to about twenty years old. On the Atlantic coast, the oldest sampled common snook was an eighteen-year-old female and the oldest male was fifteen. On the gulf coast, the oldest common snook sampled was a fifteen year old female and the oldest male was twelve.

Essgewohnheiten
Larval and small common snook eat mainly copepods and microcrustaceans. As common snook grow larger they eat fish, shrimp, crabs and zooplankton. This change in food habits occurs at around 1.8 inches (4.5 cm) standard length and continues throughout adulthood.

Common snook in an aquarium. Foto mit freundlicher Genehmigung von NOAA

Reproduktion
Common snook are protandric hermaphrodites, changing from male to female after maturation. This transition is identified by the presence of both male and female sex cells in the gonads and takes place when they grow to between 9.4-2.4 inches (24.0-82.4 cm) fork length which corresponds to 1-7 years of age. A study conducted in 2000, indicated that the sex ratios for common snook ages 0 – 2 are significantly skewed between the east and west coasts of Florida (USA) due to protrandry and differences in growth and mortality rates. The majority of small common snook are male and most large snook are female. Males reach sexual maturity during their first year at 5.9-7.9 inches (15.0-20.0 cm) fork length. Research shows that female gonads mature directly from the mature male gonads shortly after spawning. The probability that a common snook of a particular size will be a female increases with length or age.

Raubtiere
The common snook are preyed upon by dolphins, birds including osprey and heron, and larger fish.

Parasiten
Three species of myxosporeans [Myxobolus centropomi (trophozoites in gill, psuedobranch and under scales), Ceratomyxa choleospora (trophozoites and spores in gallbladder, spores in fecal casts) and Fabespora sp. (spores released in feces)] have been found to parasitize common snook in Florida.

Taxonomie

Bloch first described Centropomus undecimalis in 1792 in Jamaica. Synonyms include Sciaena undecimalis Bloch 1792, Centropomus undecim-radiatus Lacèpéde 1802, Perca loubina Lacèpéde 1802, Sphyraena aureoviridis Lacèpéde 1803, Centropomus appedniculatus Poey 1860 and Centropomus argenteus Regan 1904. The genus name Centropomus is derived from the Greek word “kentron” meaning to sting and the Greek “poma, -atos” meaning cover, operculum.


Allopatrische Spezies

A geographically continuous population has a gene pool that is relatively homogeneous. Gene flow, the movement of alleles across a species’ range, is relatively free because individuals can move and then mate with individuals in their new location. Thus, an allele’s frequency at one end of a distribution will be similar to the allele’s frequency at the other end. When populations become geographically discontinuous, it prevents alleles’ free-flow. When that separation lasts for a period of time, the two populations are able to evolve along different trajectories. Thus, their allele frequencies at numerous genetic loci gradually become increasingly different as new alleles independently arise by mutation in each population. Typically, environmental conditions, such as climate, resources, predators, and competitors for the two populations will differ causing natural selection to favor divergent adaptations in each group.

Isolation of populations leading to allopatric speciation can occur in a variety of ways: a river forming a new branch, erosion creating a new valley, a group of organisms traveling to a new location without the ability to return, or seeds floating over the ocean to an island. The nature of the geographic separation necessary to isolate populations depends entirely on the organism’s biology and its potential for dispersal. If two flying insect populations took up residence in separate nearby valleys, chances are, individuals from each population would fly back and forth continuing gene flow. However, if a new lake divided two rodent populations continued gene flow would be unlikely therefore, speciation would be more likely.

Biologists group allopatric processes into two categories: dispersal and vicariance. Dispersal is when a few members of a species move to a new geographical area, and vicariance is when a natural situation arises to physically divide organisms.

Figure 2. The northern spotted owl and the Mexican spotted owl inhabit geographically separate locations with different climates and ecosystems. The owl is an example of allopatric speciation. (credit “northern spotted owl”: modification of work by John and Karen Hollingsworth credit “Mexican spotted owl”: modification of work by Bill Radke)

Scientists have documented numerous cases of allopatric speciation taking place. For example, along the west coast of the United States, two separate spotted owl subspecies exist. The northern spotted owl has genetic and phenotypic differences from its close relative: the Mexican spotted owl, which lives in the south (Figure 2).

Additionally, scientists have found that the further the distance between two groups that once were the same species, the more likely it is that speciation will occur. This seems logical because as the distance increases, the various environmental factors would likely have less in common than locations in close proximity. Consider the two owls: in the north, the climate is cooler than in the south. The types of organisms in each ecosystem differ, as do their behaviors and habits. Also, the hunting habits and prey choices of the southern owls vary from the northern owls. These variances can lead to evolved differences in the owls, and speciation likely will occur.

Adaptive Radiation

In some cases, a population of one species disperses throughout an area, and each finds a distinct niche or isolated habitat. Over time, the varied demands of their new lifestyles lead to multiple speciation events originating from a single species. We call this adaptive radiation because many adaptations evolve from a single point of origin thus, causing the species to radiate into several new ones. Island archipelagos like the Hawaiian Islands provide an ideal context for adaptive radiation events because water surrounds each island which leads to geographical isolation for many organisms. The Hawaiian honeycreeper illustrates one example of adaptive radiation. From a single species, the founder species, numerous species have evolved, including the six in Figure 3.

Figure 3. The honeycreeper birds illustrate adaptive radiation. From one original species of bird, multiple others evolved, each with its own distinctive characteristics.

Notice the differences in the species’ beaks in Figure 3. Evolution in response to natural selection based on specific food sources in each new habitat led to evolution of a different beak suited to the specific food source. The seed-eating bird has a thicker, stronger beak which is suited to break hard nuts. The nectar-eating birds have long beaks to dip into flowers to reach the nectar. The insect-eating birds have beaks like swords, appropriate for stabbing and impaling insects. Darwin’s finches are another example of adaptive radiation in an archipelago.

Watch this video to see how scientists use evidence to understand how birds evolved.

Can divergence occur if no physical barriers are in place to separate individuals who continue to live and reproduce in the same habitat? Die Antwort ist ja. We call the process of speciation within the same space sympatric. The prefix “sym” means same, so “sympatric” means “same homeland” in contrast to “allopatric” meaning “other homeland.” Scientists have proposed and studied many mechanisms.

One form of sympatric speciation can begin with a serious chromosomal error during cell division. In a normal cell division event chromosomes replicate, pair up, and then separate so that each new cell has the same number of chromosomes. However, sometimes the pairs separate and the end cell product has too many or too few individual chromosomes in a condition that we call aneuploidy (Figur 4).

Figure 4. Aneuploidy results when the gametes have too many or too few chromosomes due to nondisjunction during meiosis. In the example shown here, the resulting offspring will have 2n+1 or 2n−1 chromosomes

Übungsfrage

In Figure 4, which is most likely to survive, offspring with 2n+1 chromosomes or offspring with 2n-1 chromosomes?

Polyploidy is a condition in which a cell or organism has an extra set, or sets, of chromosomes. Scientists have identified two main types of polyploidy that can lead to reproductive isolation of an individual in the polyploidy state. Reproductive isolation is the inability to interbreed. In some cases, a polyploid individual will have two or more complete sets of chromosomes from its own species in a condition that we call autopolyploidy (Abbildung 5). The prefix “auto-” means “self,” so the term means multiple chromosomes from one’s own species. Polyploidy results from an error in meiosis in which all of the chromosomes move into one cell instead of separating.

Figure 5. Autopolyploidy results when mitosis is not followed by cytokinesis.

For example, if a plant species with 2n = 6 produces autopolyploid gametes that are also diploid (2n = 6, when they should be n = 3), the gametes now have twice as many chromosomes as they should have. These new gametes will be incompatible with the normal gametes that this plant species produces. However, they could either self-pollinate or reproduce with other autopolyploid plants with gametes having the same diploid number. In this way, sympatric speciation can occur quickly by forming offspring with 4n that we call a tetraploid. These individuals would immediately be able to reproduce only with those of this new kind and not those of the ancestral species.

The other form of polyploidy occurs when individuals of two different species reproduce to form a viable offspring called an allopolyploid. The prefix “allo-” means “other” (recall from allopatric): therefore, an allopolyploid occurs when gametes from two different species combine. Figure 6 illustrates one possible way an allopolyploid can form. Notice how it takes two generations, or two reproductive acts, before the viable fertile hybrid results.

Figure 6. Alloploidy results when two species mate to produce viable offspring. In the example shown, a normal gamete from one species fuses with a polyploidy gamete from another. Two matings are necessary to produce viable offspring.

The cultivated forms of wheat, cotton, and tobacco plants are all allopolyploids. Although polyploidy occurs occasionally in animals, it takes place most commonly in plants. (Animals with any of the types of chromosomal aberrations that we describe here are unlikely to survive and produce normal offspring.) Scientists have discovered more than half of all plant species studied relate back to a species evolved through polyploidy. With such a high rate of polyploidy in plants, some scientists hypothesize that this mechanism takes place more as an adaptation than as an error.


Outdoor Annual

The Texas Parks and Wildlife Outdoor Annual includes regulations for recreational freshwater and saltwater fishing and hunting in Texas. While Texas Parks and Wildlife Department (TPWD) strives to provide accurate information in the Outdoor Annual, hunting and fishing regulations may change due to legislative or Texas Parks and Wildlife Commission actions. The Outdoor Annual Mobile App may automatically update to reflect published changes upon establishment of a data connection, but users should independently check the associated statutes and regulations to verify their accuracy. For commercial fishing regulations, see the "Commercial Fishing Guide". For more detailed information on game and fish regulations, contact the Texas Parks and Wildlife Law Enforcement offices, or the Texas Parks and Wildlife Department at 800-792-1112 or 512-389-4800 (Mon–Fri 8AM – 5PM).

TPWD receives funds from the USFWS. TPWD prohibits discrimination on the basis of race, color, religion, national origin, disability, age, and gender, pursuant to state and federal law. To request an accommodation or obtain information in an alternative format, please contact TPWD on a Text Telephone (TTY) at 512-389-8915 or by Relay Texas at 7-1-1 or 800-735-2989 or by email at [email protected] If you believe you have been discriminated against by TPWD, please contact TPWD, 4200 Smith School Road, Austin, TX 78744, or the U.S. Fish and Wildlife Service, Office for Diversity and Workforce Management, 5275 Leesburg Pike, Falls Church, VA 22041.


Resultate und Diskussionen

Prior to starting the experiments, the focal fish swam around the tank and showed no unusual reactions to the covered mirror. Immediately after initial exposure to the mirror, seven of 10 fish responded aggressively to their reflection, attacking it and exhibiting mouth fighting (Fig 1 and S1 Video [45,46]), suggesting that the focal fish viewed the reflection as a conspecific rival. The frequency of mouth fighting was highest on day 1 and decreased rapidly thereafter, with zero occurrences by day 7 and almost no aggression throughout the remainder of the experimental period (Fig 1A cf. a similar decrease in aggression seen in chimpanzees and shown in Figure 2 of [1]). This initially high and subsequently decreasing aggression is consistent with phase (i) of the mark test as reported in other taxa.

As mouth fighting towards the mirror reflection decreased, the incidence of atypical behaviours (e.g., swimming upside-down, a highly unusual behaviour typically never observed in cleaner wrasse Table 1 and S2 and S3 Videos) significantly increased and was highest on days 3 to 5 (Fig 1A). On days 3 and 4, the estimated average frequency of these atypical behaviours across the seven individuals was extremely high—36 times per hour. Each of these atypical behaviours was of short duration (≤1 s), often consisting of rapid actions with sudden onset within 5 cm of the mirror, and could be loosely grouped into five types (Table 1). While it is possible to interpret these behaviours as a different form of aggression or social communication, they have not been recorded in any previous studies of social behaviour in this species [46] and were not likely to be part of a courtship display because all of the subject fish were females. Moreover, we did not observe these behaviours in our own control experiments when presenting a conspecific across a clear divide (Fig 1C), further demonstrating they were unlikely to be forms of social communication.

These atypical behaviours were individually specific, with each fish performing one or two types of behaviour (Table 1 Fisher’s exact probability test for count data with simulated P value based on 2,000 replicates of P = 0.0005). Crucially, these behaviours occurred only upon exposure to the mirror and were not observed in the absence of the mirror (i.e., before mirror presentation) or during conspecific controls. Almost all of the behaviours ceased by day 10 (Fig 1A) and were rarely observed thereafter. These behaviours were different from the previously documented contingency-testing behaviours of great apes, elephants, and magpies [1,4,7], but given the taxonomic distance between them, this could hardly be otherwise. While primates and elephants may perform more anthropomorphic behaviours such as changing facial expression or moving the hands, legs, or trunk in front of the mirror, wrasse and other fishes cannot perform behaviours that are so easily interpreted by a human observer. Nevertheless, behaviours such as upside-down swimming are indeed unusual for a healthy fish and could represent alternative indices of contingency that are within the behavioural repertoire of the study species. Moreover, the atypical movements observed in cleaner wrasse were consistent with behaviour previously interpreted as contingency testing in other species [1,4,5,7] in that these behaviours were atypical and idiosyncratic, repetitive, displayed only in front of the mirror, absent in the absence of a mirror, shown after a phase of initial social (here aggressive) behaviour, displayed over a short period of time, and distinct from aggressive behaviour. Although we reserve judgement as to whether these behaviours should unequivocally be interpreted as evidence that these fish are examining and perceiving the reflection as a representation of self, we nevertheless argue that on an objective basis, these behaviours fulfil the criteria as presented for contingency testing and are consistent with phase (ii) of MSR as presented for other taxa [1,4,5,7].

In phase (iii), species that pass the mark test increase the amount of time spent in front of the mirror in nonaggressive postures, apparently visually exploring their own bodies [1,4,5,7]. This interpretation is again rife with pitfalls because it requires an assessment of the intentionality of nonhuman animal behaviour. An agnostic approach is to simply measure the amount of time animals spend in postures that could reflect the body in the mirror [2], giving an upper measurement of the time in which animals could observe their reflection while making no inferences about the intentionality of the act. We observed an increase in the amount of time spent in nonaggressive postures while close to the mirror (distance of <5 cm), peaking on day 5 after mirror presentation and remaining consistently higher than days 1 to 4 (Wilcoxon sign-ranked test, T = 36, P = 0.008 Fig 1A). Although we did not observe directed viewing behaviour as seen in chimpanzees and elephants, this would in any case be difficult given challenges of assessing gaze direction in animals like fish (although see [45] for a recent technological solution). We therefore consider that in terms of time spent in postures that would facilitate viewing the mirror reflection, this behaviour was consistent with phase (iii) of MSR.

Species with MSR distinguish their own reflection from real animals viewed behind glass [e.g., 29]. When we exposed naïve cleaner wrasse to conspecifics behind glass, we observed fundamentally different responses towards their mirror image (S1 Text). Aggressive behaviour frequency towards real fish was generally low yet did not diminish appreciably during the 2-wk testing period (Fig 1C). Time spent within 5 cm of the glass in the presence of conspecifics was also higher than that in the presence of the mirror. Importantly, no atypical or idiosyncratic behaviour (that might be considered contingency testing) was exhibited towards conspecifics. These behaviours were only observed upon exposure to the mirror. Similar to many previous MSR studies [1,4,5,7], not all individuals we tested passed through every phase of the test. After the initial presentation of the mirror, three fish showed low levels of aggression and rarely performed atypical behaviours during period E1 (Fig 1B). Instead, these three individuals spent relatively longer periods in front of the mirror, as is typically observed during phase (iii), and we conclude these fish failed the test (but see S1 Text for an alternative explanation).

In the second part of the experiment, we used a modified standard mark test protocol to assess reactions to visible (pigmented) or sham (transparent) marks. We used subcutaneously injected elastomer (see Materials and methods) to apply a small amount of colour below the skin surface, a widely used procedure that has been repeatedly shown not to affect fish behaviour [51–54, Northwest Marine Technology]. Moreover, the combined use of coloured and transparent sham marks provided an internal control for the effects of application, including irritation or tactile sensations around the marking site. Nevertheless, the procedure certainly resulted in higher tactile stimulation than, e.g., paint marks on elephant skin, necessarily so because of the requirements of provisioning marks in the aquatic environment and on animals covered in a protective mucus coating. We must therefore consider recent studies showing that visual–somatosensory training induced self-directed behaviour in rhesus monkeys [10,11] that could not be achieved through visual stimuli alone. Our study differs in that we do not provide direct somatic stimulation during the mark test and that we observed no response during our sham-mark phases, which also used a subcutaneous injection. However, given the nature of the mark application, we cannot rule out that a combination of visual and tactile cues produces the behavioural responses we describe, and our test might therefore be considered more similar to the modified tactile–visual mark test than the original mark test.

Fish were marked at night while under anaesthesia, and they swam normally the next morning in the no-mirror condition. After the initial settlement period ‘E1’ (i.e., the initial 2 wk of phases i–iii), we evaluated behaviour during periods ‘E2’ (no mark), ‘E3’ (injection with transparent sham mark), ‘E4’ (injection with coloured mark with no mirror present), and ‘E5’ (coloured mark with mirror present) during a subsequent 2-wk period. The sham and coloured marks were applied on the right side of the head of two fish, on the left side of the head of two other fish, and under the throat in a further four fish these areas were only visible in the mirror. Each mark was in the form of a small brown mark with the intention of mimicking a natural ectoparasite in colour, size, and shape.

We first examined whether fish assumed postures in front of the mirror that would reflect the marked site by categorising all body postures performed within 5 cm of the mirror into three categories: postures exposing the right side of the head to the mirror, postures exposing the left side of the head, and frontal–vertical postures exposing the head, throat, and underside to the mirror. These postures would reflect the right face mark, the left face mark, and the throat mark, respectively. We predicted that if fish were attempting to observe the coloured marks on body parts reflected in the mirror, they would assume postures that facilitated this observation of the mark significantly more frequently during E5 (mirror, colour mark) than in E2 (mirror, no mark) or E3 (mirror, transparent sham mark). Two independent analyses of the videos were conducted (by MK and JA), as well as two further blind analyses by unrelated researchers of a subset (15%) of the videos the frequencies were highly correlated between the analyses (R = 0.988).