Behavioural Cost Minimisation and Minimal Invasive Blood-Sampling in Meerkats (S. suricatta, Herpestidae).
Dissertation
112 Seiten, 27 Abbildungen, 8 Tabellen, Anhang
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Köln (Betreuung: Prof. Dr. Peter Kloppenburg)
in Zusammenarbeit mit dem Kölner Zoo (Betreuung: Prof Dr. Gunther Nogge)
Zusammenfassung:
Erdmännchen (S. suricatta) sind tagaktive, gruppenlebende Mungoartige die in semiariden Habitaten Südafrikas leben. Physiologisch weisen sie einige deutliche Anpassungen an die Wüste auf, nutzen aber auch einen großen Anteil an Verhalten für die Thermoregulation. Diese Studie hat untersucht inwieweit die physiologischen Kosten der Thermoregulation durch Verhalten minimiert werden können. Im ersten Teil wurden Verhaltensbeobachtungen aus 230 Beobachtungsstunden am “Kalahari Meerkat Project” in Südafrika mit Umgebungsfaktoren wie Außentemperatur, Radiation, Luftfeuchtigkeit und Wind korreliert.
Es konnte gezeigt werden, dass Temperatur den bedeutendsten Einfluss auf die Verteilung der Daten hatte. Besonders die untere und obere kritische Temperatur der Tiere, Literaturwerte die im Labor gemessen wurden, waren besonders wichtig um zu erklären, wie viel Zeit in der Sonne, im Schatten und in den Höhlen verbracht wurde, aber auch wie viel Zeit mit thermoregulations-assoziierten Verhaltensweisen wie Liegen im Flächenkontakt, Sonnenbaden und Piloerektion verbracht wurde. Der Einfluss von Radiation baute auf dem der Temperatur auf, da die Tiere Sonnenstrahlung bei kühleren Temperaturen nutzen, um sich aufzuheizen und Sonnenstrahlung vermieden, wenn es warm war. Luftfeuchtigkeit und Wind schienen nur einen geringen Einfluss auf das Verhalten der Tiere auszuüben. Es wurde deutlich, das Verhalten einen wichtigen Anteil an der Minimierung der energetischen Kosten hat. Wenn man aus Literaturdaten extrapoliert kann man errechnen, dass schon eine einzelne Verhaltensweise die Energieausgaben um 18 % verringern kann.
Im zweiten Teil wurde eine minimal invasive Methode der Blutentnahme an Zootieren präsentiert, die sich auch für den Einsatz an Wildtieren eignet. Zum ersten Mal wurden mit Tsetse-Fliegen G. brevipalpis Blutproben von Zootieren im Außengehege entnommen. Die Insekten waren in einer Box eingeschlossen, die mittels eines Halsbandes an den Tieren angebracht wurde. Mit diesen Blutproben konnte der Energiestoffwechsel mit der Doubly-Labelled-Water (DLW) Methode, aber auch Hormontiter bestimmt werden.
Anders als bei bisherigen Arbeiten wurden die Tiere dabei nicht in ihrer Mobilität beschränkt und konnten sich währen der Blutentnahme frei bewegen. Da die Insekten mit Hilfe einer Box an der Tieren befestigt waren, können mit dieser Methode Blutproben zu einem genau bestimmbaren Zeitpunkt entnommen werden, obwohl das Anbringen der Box wohl eine gewisse Habituation der Wildtiere an den Menschen voraussetzt.
Zum ersten Mal wurden in dieser Arbeit Dipteren als Werkzeug zur minimal invasiven Blutentnahme benutzt, vorherige Arbeiten hatten sich auf den Gebrauch zweier südamerikansicher Reduviiden-Arten beschränkt. Für den Einsatz der Technik auf dem südamerikanischen Kontinent konnte gezeigt werden, dass diese Reduviiden sehr einfach durch Röntgenstrahlung sterilisiert werden können, um potentielle Gefahren für die Umwelt zu vermeiden. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass außer den momentan beliebten Reduviiden auch die hier benutzen Tse-tse Fliegen besonders vorteilhafte Eigenschaften besitzen, um die als Werkzeuge zur Blutentnahme einzusetzen. Bis auf die relativ geringe Blutmenge, die entnommen werden kann, erscheinen sie sogar besser für die Methode geeignet: Sie sind im Hinblick auf die Häufigkeit der Probenentnahme zuverlässiger und erscheinen weniger empfindlich im Bezug auf kühle Außentemperaturen, beides wichtige Vorteile beim Einsatz in freier Wildbahn.
Eine bisher nicht für diese Technik benutze, afrikanische Blutparasitenart wurde in dieser Arbeit vorgestellt um minimal invasiv Blutproben von Wildtieren zu entnehmen. Ein aus dieser Arbeit abgeleitetes Langzeitziel könnte daher sein, für jedes Habitat heimische Insekten mit ähnlich vorteilhaften Eigenschaften zu finden. Der Einsatz minimal invasiver Blutproben ist für die Freilandforschung von großem Interesse und um potentielle Gefahren für Ökosysteme auszuschließen empfiehlt es sich, heimische Insekten zu benutzen.
Abstract:
Meerkats (S. suricatta) are social mongooses inhabiting semiarid habitats in southern Africa. They are physiologically desert-adapted, but also utilise a high proportion of behavioural thermoregulation. This study investigated how thermoregulation by behaviour can aid to minimise the physiological costs of thermoregulation. In a first part, behavioural observations derived from 230 observation hours at the “Kalahari Meerkat Project” in South Africa were correlated to ambient factors such as temperature, radiation, humidity and wind speed.
It could be shown that temperature had the most significant influence on the distribution of the behavioural data. Especially the meerkats' upper and lower critical temperatures, literature data obtained in the lab, could aid at explaining the proportions of time spent in sun, shadow and below, as well as the proportion of times spent with thermoregulatory behaviours (contact lying, sunbathing and piloerection). The influence of radiation added on the effect of temperature, as the animals utilised solar radiation to heat up at low ambient temperatures (TA) and avoided it at high TA. Influences of humidity and wind speed were of minor importance. It is evident, that meerkats utilise a high proportion of behaviour to minimise energetic costs. Extrapolating from physiological literature data, it can be assumed that this minimization can amount up to 18% by a single behaviour.
In a second part, a minimal invasive method of blood sampling was presented for zoo animals, also suitable for wild animals. For the fist time, this study could sample blood using tsetse G. brevipalpis in zoo animals on an outside enclosure. Insects were attached to the zoo animals in a box on a collar. These blood samples could be used to obtain data on energy expenditure with the “Doubly-Labelled -Water” (DLW) method and data on hormone levels.
In contrast to previous works, study animals were not restricted in their mobility and could move freely during the blood sampling period. As insects were attached to the meerkats with a box, this technique allowed to derive blood samples at defined points of time, although the use may be limited to species habituated to close human presence. For the first time, this thesis presents a dipteran species that can be used as a tool for minimally invasive blood sampling, unlike previous works, that have been working with South American reduviid species. When planning to work in a South American environment, it was shown that these commonly used reduviids can easily be sterilized with ionising radiation to minimise potential risks to the environment. It could be presented that not only reduviids posses beneficial properties as blood-sampling tools, but except for the obtained blood volumes, tsetse seem to be even more applicable as they were more reliable (in terms of feeding motivation) and less temperature-sensitive, both important criteria when working in the field.
Introducing a so far unimplemented, African blood parasitic species to obtain minimal invasive blood samples, a long term goal derived from this work could be to find suitable insect candidates in every environment where field studies could benefit from minimally invasive blood sampling.
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