Einfluss des Geschlechts und psychoneuroimmunologischer Faktoren auf die Parasitierung von Zootieren.

Diplomarbeit

93 Seiten

Arbeitsgruppe Zoologie/Parasitologie der Ruhr-Universität Bochum (Betreuung Prof. G. A. Schaub) in Zusammenarbeit mit Zoo Wuppertal, Zoo Dortmund, Zoo Münster

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Bei verschiedenen Parasit-Wirt-Systemen beeinflussen das Geschlecht des Wirtes und psychoneuroimmunologische Faktoren die Entwicklung des Parasiten.Dies wurde bisher an sozial lebenden Labortieren untersucht, bei denen Männchen die Gruppe dominieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Säugetierarten im Zoo auf ihre Eignung zu solchen Untersuchungen überprüft. Bei Erdmännchen, bei denen ein Weibchen die Gruppe dominiert, wurden detaillierte Untersuchungen zum Verhalten, zum Stresshormontiter und zur Parasitierung bei verschieden aufgebauten Gruppen im Zoo Wuppertal, Allwetterzoo Münster und Zoo Dortmund durchgeführt.

• Basierend auf der Quantifizierung von Verhaltensweisen und dabei vor allem der aggressiven Elemente wurden die Rangordnungen der Tiere in den Gruppen identifiziert.
• Bestimmungen der Konzentrationen der  Stresshormonmetabolite im Kot über Enzyme-Immuno-Assay Kits lieferten erste Hinweise zu individuell variierenden Konzentrationen und wiesen auf Korrelationen mit der Ranghöhe hin, d.h. ranghohe Tiere besaßen höhere Stresshormontiter. Die Konzentrationen spiegelten aber nicht kurzfristige Stressphasen wider.
• Ein Parasitenbefall mit Isospora sp. wurde über die ZnCl2-Flotation und über die McMaster-Kammer quantifiziert. Die Tiere unterschieden sich fast alle signifikant in der Intensität ihres Parasitenbefalls, korrelierend mit der jeweiligen Ranghöhe innerhalb der Sozietät. Männliche Tiere wiesen fast immer höhere Befallsintensitäten auf als weibliche Tiere, und ranghohe Tiere zeigten einen niedrigeren oder gar keinen Befall. Der höchste Befall lag bei 32600 Oocysten pro Gramm Kot beim rangniederen Weibchen „Garfield“.
• Nach einer Neuzusammensetzung der Gruppen im Zoo Wuppertal änderte sich bei einigen Tieren der soziale Rang und ebenfalls die Befallsintensität. So verstärkte sich beim vorher solitär gehaltenen Männchen „Sekou“ nach Integration in eine Gruppe trotz des Erreichens einer ranghohen Position die Parasitendichte. Beim vorher rangniedersten Tier „Garfield“ reduzierte sich trotz eines weiterhin niedrigen Ranges die Anzahl der Oocysten mit der Neugruppierung in der neuen aber kleineren Gruppe.

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Aktivitätsrhythmen und Stressverhalten von Kleinkatzen in Menschenobhut.

Dr. rer. nat. Dissertation

188 Seiten

Fakultät für Biologie an der Universität Duisburg-Essen
Betreuer: Prof. Dr. Hynek Burda
Zoologischen Garten Wuppertal und Parc Zoologique et Botanique Mulhouse

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Zusammenfassung:

In dieser Arbeit wurden mit Hilfe der digitalen Videobeobachtung zum ersten Mal der Aktivitätsrhythmus und die Verteilung der Verhaltensweisen zweier Kleinkatzenarten, neun Sandkatzen (Felis margarita) und sechs Schwarzfußkatzen (Felis nigripes), in zwei verschiedenen Zoologischen Gärten, Zoo Wuppertal und Zoo Mulhouse, untersucht. Es handelt sich um zwei nachtaktive und daher aufgrund der geringen Besucherattraktivität in Zoologischen Gärten eher selten gehaltene Arten.
Beide Arten zeigten einen bimodalen Aktivitätsrhythmus mit Spitzen in den Morgen- und frühen Abendstunden beziehungsweise ein ausgeprägtes Minimum zur Mittagszeit. Bei regelmäßiger Fütterung bildeten sich zu diesen Zeiten zusätzliche Aktivitätsspitzen aus. Allerdings dominierte bei den meisten Tieren die Aktivität in der Nacht. Die Laufwege waren mit 8 bis 27 km pro Tag bei beiden Geschlechtern enorm und waren damit vergleichbar mit den nächtlichen Laufstrecken dieser Katzen in freier Wildbahn.
Die Schwarzfußkatzen waren im Schnitt aktiver als die Sandkatzen, die Verteilung der Verhaltensweisen war indes bei beiden Arten individuell sehr verschieden. Das wiederholte Ablaufen fester Wegstrecken zeigten alle Schwarzfußkatzen, wohingegen zwei von neun Sandkatzen nie bei dem sogenannten Pendeln beobachtet wurden. Auch hier pendelten die Männchen mehr als die weiblichen Tiere. Die beobachteten Paarungen verliefen bei den Schwarzfußkatzen vergleichbar wie im Freiland, bei der Aufzucht zeigte das Weibchen im Gegensatz zu ihren wilden Artgenossen indes enorme Veränderungen im Aktivitätsrhythmus. Auch der enge Kontakt zwischen Mutter und Jungtier blieb im Zooumfeld länger bestehen als bei Beobachtungen im Freiland.
Um zu überprüfen, ob die Tierhaltung Stress auslöst, wurden bei den Schwarzfußkatzen auch Stresshormonwerte aus dem Kot ermittelt. Es zeigte sich, dass unabhängig vom Alter oder Geschlecht die aktiven Tiere niedrigere Hormonwerte aufwiesen als weniger Aktive. Die Aktivität wurde durch den Belichtungswechsel, die Fütterung sowie auch durch die Tierpfleger und Artgenossen beeinflusst. Bei der Fütterung waren die meisten Tiere aktiv, wohingegen sie sich bei der Gehegereinigung zurückzogen. In der Paarhaltung waren die Männchen gegenüber der Einzelhaltung aktiver, einige Weibchen verringerten im Paar ihre Aktivität oder verschoben die Aktivitätsphasen gegenüber ihrem Partner. Aber auch bei gleichbleibender Aktivität schien es doch zu einer räumlichen Trennung zu kommen, da die Tiere nur ausnahmsweise an denselben Ruheplätzen beobachtet wurden. Management-Eingriffe, wie Transport innerhalb der Institution oder Impfung, hatten keine längerfristigen Auswirkungen auf das Verhalten und den Rhythmus der Tiere. Allerdings beeinflusste der Transport zwischen zwei Zoologi-schen Gärten das Verhalten eines Schwarzfußkaters für weitere neun Tage.
Als problematisch, mit Blick auf eine Haltung in Zoologischen Gärten beziehungsweise der damit verbundenen Besucherattraktivität, erweist sich die Tatsachen, dass der Großteil der Aktivität wie bei ihren wilden Artgenossen außerhalb der Besuchszeiten stattfindet.
Die Paar- bzw. Einzelhaltung brachte keine deutliche Veränderung an der Tagesaktivität beider Arten. Die Aufzucht von Jungtieren bietet jedoch eine natürliche Möglichkeit diese nachtaktiven Tiere auch tagsüber vermehrt aktiv zu zeigen. Auch einsehbare Ruheplätze, erweiterte Öffnungszeiten oder speziellen Abendführungen könnten dem Zoo die Möglichkeit einräumen diese faszinierenden Arten für den interessierten Zoobesucher attraktiver darzustellen.

Summary

This work presents the 24-hr activity rhythms and the distribution of different behaviour categories of two small felid species, nine sand cats (Felis margarita) and six blackfooted cats (Felis nigripes), in two different zoos, Wuppertal Zoo and Mulhouse Zoo. These species are both largely nocturnal and therefore less attractive for visitors and are thus rarely shown in zoos.

Both cat species revealed a bimodal activity pattern with peaks in the morning and early evening hours and accordingly a pronounced minimum during midday. Due to regular feeding the cats showed additional peaks around feeding time. But most animals were more active during the night. The travelled distances were enormous in both sexes and reached magnitudes (8 to 27 km per day) comparable to their wild counterparts.

On an average the black-footed cats were more active than the sandcats, the distribution of different behaviour categories however varied individually in both species. The repeated running of the same path (pacing) was shown by all of the observed blackfooted cats, whereas two of nine sandcats were never observed doing so. Also males paced more than females. The analysed copulations of black-footed cats were comparable to those in the field. In contrast, the female showed great changes in her activity rhythm during breeding, which is not observed in her wild conspecifics. Also the tight bond between mother and cub lasted longer in the zoo than in their natural surroundings.

To test whether the animal husbandry causes stress a faecal analysis of stress hormones was conducted for the black-footed cats. It was shown that apart of age or sex the more active animals had lower stress hormone levels than their less active conspecifics. The activity of the cats was influenced by the light-dark-cycle, feeding schedule, animal keeper as well as conspecifics. Most cats were active during feeding times whereas they hid during cleaning procedures. Males were more active when kept in opposite-sexpairs compared to single housing, in contrast, some females reduced their activity or switched their activity peaks slightly when kept in pairs compared to their partner. But even without modifications in their activity the cats seemed to separate spatially and were rarely seen in one common resting site. Manipulations like transfers within the institution or vaccination incidences had no long-term influence on the behaviour or the activity rhythm. However, the transport of one male black-footed cat between two zoos altered his behaviour for up to nine days.

The most striking problem in respect to the keeping in captivity and the related need for attractiveness of the animals poses the appearance of the better part of activity outside the visiting hours of the zoo.

The pair- or single-housing yielded no evident changes in the diurnal activity in both species. Breeding poses the most natural method for raising the day activity. Also visible resting sites, extended visiting hours or the offer of guided tours in the evening could help to present these fascinating animals more attractively to zoo visitors.

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Hormonhaushalt von Orang Utans bei Gehegewechsel und Vergesellschaftung mit zwei neuen Weibchen.

Masterarbeit (MSc)

60 Seiten, 5 Tabellen, 30 Abbildungen

Universität Wien, Department für Evolutionsbiologie (Betreuer: Ao. Univ.-Prof. Dr. Helmut Kratochvil) und
Tiergarten Schönbrunn (Betreuer: Dr. Harald Schwammer)

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Zusammenfassung:

Moderne, wissenschaftlich geführte Zoos setzen sich unter anderem zum Ziel, Tierunterkünfte nach den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen einzurichten (Maple & Finlay, 1989). Bei Primaten rufen eingeschränkte Umgebungen Stereotypie, Depression, Unfruchtbarkeit und Inaktivität hervor (Erwin & Deni, 1979). Neue Situationen wie ein Gehegewechsel oder neue Gehegeeinrichtung bedeuten erhöhten Stress für die betroffenen Tiere (Moberg, 2000; Pizzutto et al., 2008). Im Wiener Tiergarten Schönbrunn bezogen im Mai 2009 zwei Orang Utans eine neue, moderne Anlage, und wurden zeitgleich mit einem jungen Weibchen vergesellschaftet. Vier Monate später kam noch ein adultes Weibchen zur Gruppe.

Für diese Arbeit wurden von den Tieren Speichelproben genommen, um herauszufinden, ob und wie sehr sich der Umzug und die neuen Weibchen auf den Cortisol- bzw. Testosteronspiegel auswirken und wie schnell sich die Tiere an die neue Situation gewöhnen. Weiters wurden die Cortisolwerte mit den Besucherzahlen verglichen, ob die Anzahl der Zoobesucher sich auf den Stresslevel der Tiere auswirkt, beziehungsweise ob es Änderungen in der neuen, gut strukturierten Anlage mit Rückzugsmöglichkeiten für die Tiere gegenüber der alten Anlage gibt. Zudem wurde noch nach einer möglichen Korrelation zwischen dem Testosteron- und Cortisolspiegel des Männchens, sowie einem geschlechtsspezifischen Unterschied bei den Cortisolwerten gesucht.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Cortisolspiegel der Tiere bei der Umzugsphase stieg, aber nach ca. einem Monat Gewöhnung niedriger wurde. Bei den zwei Tieren, die in das neue Gehege umgesiedelt wurden, gab es einen signifikanten Rückgang des Cortisollevels nach der Eingewöhnungsphase. Bei Ankunft des zweiten Weibchens stieg der Cortisollevel bei den anderen beiden Weibchen signifikant an. Die Besucherzahlen schienen keinen Einfluss auf den Stresslevel der Tiere zu haben. Es konnte auch keine signifikante Korrelation zwischen Testosteron- und Cortisolspiegel des Männchens gefunden werden. Bei den geschlechtsspezifischen Untersuchungen stellte sich heraus, dass nur nach der Eingewöhnungsphase im neuen Gehege das Männchen einen signifikant höheren Cortisollevel als die Weibchen hatte.

Summary:

In modern, scientifically managed zoos, one of the basic goals is to provide species-appropriated exhibits, which are designed according to the latest scientific findings (Maple & Finlay, 1989). In primates, a limited environment may cause stereotypical behaviour, depression, infertility and inactivity (Erwin & Deni, 1979). A new situation, such as a change of the environment or a relocation in a new exhibit, causes stress to the animals concerned (Moberg, 2000; Pizzutto et al. 2008).

In May 2009, there was a relocation of two Bornean Orangutans (Pongo pygmaeus) in the Vienna Zoo. At the same time, a new female was introduced. Four months after that, another orangutan, an adult female, arrived at the zoo. In this study, saliva samples were taken to find out what effect the relocation and the new females had on the cortisol and testosterone levels of the animals and how fast they would able to cope with the new situation. Furthermore, the cortisol level was compared with the number of visitors, in order to see if there was a change in the stress level in the new exhibit, which offers more possibilities for retreat. In addition, we searched for correlations between cortisol and testosterone levels in the male orangutan, as well as a gender specific difference in the stress levels.

Results show that the cortisol level increased in the phase of dislocation, and decreased after a month of acclimatisation. In the two animals which had been relocated to the new exhibit, the cortisol level decreased significantly after acclimatisation. Upon arrival of the second female, cortisol was at times increasing significantly in the two resident females. The number of visitors seems to have no influence on the stress levels of the animals. Furthermore, there was no significant correlation between the cortisol and testosterone levels of the male. As for the gender-specific differences in stress, the male showed a significantly higher level of cortisol after acclimatisation to the new exhibit than the two females.

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Ethophysiologische Untersuchung zu haltungsbedingten Einflüssen auf das Verhalten und die Stresssituation von Westlichen Flachlandgorillas (Gorilla g. gorilla), Sumatra Orang-Utans (Pongo abelii) und Bonobos (Pan paniscus) unter Zoobedingungen.

Dissertation

544 Seiten, Tabellen, 390 Abbildungen, 3 Anhänge

Institut für Tierphysiologie der Justus-Liebig-Universität Gießen (Betreuer: Prof. Dr. W. Clauss), und
Zoologischer Garten Frankfurt (Direktor: Prof. Dr. M. Niekisch)

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Zusammenfassung:

Im Lauf der vergangenen Jahrzehnte hat sich die Einstellung des Menschen gegenüber der Haltung exotischer Tiere dahingehend gewandelt, dass diese nicht mehr zur reinen Belustigung und dem Wohlbefinden des Menschen dienen sollen. Vielmehr steht heute das Wohlbefinden der Tiere in einem für sie adäquaten Haltungssystem im Vordergrund. Die Bewertung von Haltungssystemen und die Beurteilung des Wohlbefindens der Tiere spielen eine immer bedeutungsvollere Rolle. Die Tiere im Zoo sollen sich möglichst natürlich verhalten, was aufgrund der Haltung in mancher Hinsicht jedoch nicht bewerkstelligt werden kann. Um einer Routine und Verhaltensauffälligkeiten entgegenzuwirken, wird in den meisten Zoos eine Tierbeschäftigung – das Environmental Enrichment durchgeführt. Um das Wohlbefinden der Tiere beurteilen zu können sind reine Verhaltensbeobachtungen unter Umständen nicht ausreichend und endokrine Aspekte können diese vervollständigen. Die vorliegende Studie behandelt den Einfluss der Haltungsbedingungen und der Beschäftigung auf das Tages- und Sozialverhalten von Westlichen Flachlandgorillas, Bonobos und Sumatra Orang-Utans. Zur Unterstützung der gewonnen Verhaltensdaten wurden Speichelproben gesammelt und hinsichtlich ihrer immunreaktiven Cortisolkonzentration ausgewertet.

Ziel der Studie war es, Verhaltensänderungen nach dem Transfer von alten in ein neues Gehege oder nach Einbringen von Beschäftigungen im Zoo Frankfurt, zu dokumentieren und mithilfe der Speichelproben bewerten zu können. Für die Nutzung der Speichelproben wurde in dieser Untersuchung eine chemische und eine biologische Validierung für die Analyse von Cortisol und Cortison im Speichel der drei gehaltenen Menschenaffenarten ermöglicht.

Verhaltensweisen und Speichelproben wurden von den drei im Zoo Frankfurt gehaltenen Menschenaffenarten dokumentiert und gesammelt und mit dem bisherigen Wissenstand von Freiland- und Zoo-Publikationen abgeglichen. Der gesamte Beobachtungszeitraum wurde in vier Phasen, bei den Gorillas in fünf Phasen, aufgeteilt. Es wurden die Verhaltensweisen und immunreaktiven Cortisolkonzentrationen im alten Menschenaffenhaus, mit der Zeit vor dem Umzug, dem Umzug selbst und im neunen Menschenaffenhaus verglichen. Hinzu kam ein Vergleich von einem Zeitraum mit und ohne Beschäftigung im alten Menschenaffenhaus. Bei den Gorillas wurde als fünfter Zeitraum die Integration eines Schwarzrückens, nach dem Tod des Silberrückens, in die bestehende Gorilla-Gruppe, aufgenommen.

Die Resultate ergaben, dass sich die Verhaltensweisen aller drei Menschenaffenarten in den gebildeten Phasen unterschieden. In Verbindung mit dem Umzug konnte eine engere Gruppenbindung bei den Gorillas und Bonobos nachgewiesen werden, bei den Gorillas war dies außerdem bei der Integration des jungen Männchens beobachtet worden. Des Weiteren förderte das neue Gehege bei allen drei Arten das Erkundungsverhalten. Auf das Spielverhalten wirkten sich sowohl der Umzug bei allen drei Arten wie auch die Integration des Schwarzrückens bei den Gorillas negativ aus. Jedoch hielt diese Reduktion des Spielens nur über einen kurzen Zeitraum an. Für die Sumatra Orang-Utan Gruppe konnten die meisten positiven Verhaltensänderungen dokumentiert werden. Das neue Gehege bot ein größeres Raumangebot und vor allem auch eine auf die Höhe ausgelegte Kletterstruktur. Aufgrund dessen hielten sich die Tiere weniger am Boden auf, wie es für diese Art typisch ist. Außerdem konnten die Orang-Utans den unmittelbaren Kontakt mit Artgenossen vermeiden, was zu einer Reduktion von Auseinandersetzungen führte. Bei der Gorilla-Gruppe führte der Umzug, das Verscheiden des Silberrückens und die Integration eines neuen Männchens zu einer stetigen Veränderung. In diesem Kontext konnte auch eine ungewöhnliche hohe Aktivität bei den Gorillas nachgewiesen werden.

Ein weiterer Aspekt der Studie hatte sich auf die Beschäftigung der drei Menschenaffenarten konzentriert. Alle drei getesteten Beschäftigungsvarianten waren von den Menschenaffen angenommen worden. Dabei konnten inter- als auch intraartliche Präferenzen festgestellt werden. Diese hingen auch unter anderem vom Alter des jeweiligen Tieres ab. Ein Ergebnis war, dass neben besonders leckeren großen Futtermitteln auch kleinere Nahrungsmittel in den Beschäftigungen anzubieten waren, um den Anreiz über einen längeren Zeitraum konstant zu halten. Die Bonobos bevorzugten die Tennisbälle und die Gorillas die Beschäftigung mit dem Kistensystem. Die Orang-Utans waren die Art mit der geringsten Präferenzausprägung und den meisten verschiedenen Herangehensweisen an die angebotenen Beschäftigungen. Im Zusammenhang mit der Beschäftigungsvariante Kistensystem 1 konnte bei allen drei Arten der Einsatz von Werkzeugen nachgewiesen werden.

Ein dritter Aspekt wurde durch die Messung von Cortisol und Cortison im Speichel der drei Menschenaffenarten gebildet. Im Rahmen dieser Untersuchung konnte sowohl eine chemische als auch eine biologische Validierung durchgeführt werden. Die Ergebnisse zeigten, dass es artspezifische Unterschiede gab. Auch führten unterschiedliche Stressparameter bei den Tieren zu erhöhten immunreaktiven Cortisolkonzentrationen. Bei allen drei Arten wurde ein circadianer Rhythmus für das immunreaktive Cortisol im Speichel nachgewiesen. Die gemessenen Cortisolkonzentrationen gingen mit aufgezeichneten Stressverhaltensweisen einher, und konnten daher zur Bewertung der Stresssituation der untersuchten Menschenaffen herangezogen werden. Außerdem wurde ebenfalls bei allen drei Arten eine deutlich höhere Menge von Cortison als Cortisol im Speichel gefunden, wie auch eine Korrelation der beiden Hormone.

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, wie unterschiedlich die drei Menschenaffenarten auf Veränderungen in ihrer unmittelbaren Umwelt reagieren. Die Studie könnte Impulse liefern, welche Gehegestrukturen von Vorteil für die Tiere sind und welche Besonderheiten bedacht werden sollten. Die Sammlung von Speichelproben kann nicht auf Untersuchungen im Feld übertragen werden, jedoch können Einblicke in das Wohlbefinden der Tiere gewonnen werden.

Summary:

In the last decades the keeping of exotic animals had changed. Zoological parks were initially built to suit human needs. Focus nowadays is on the welfare and the keeping conditions of animals. The evaluation of welfare and keeping becomes more and more important. Animals should behave as naturally as possible, but in zoos a lot of animal times is spent in routines. Environmental enrichment can be used to prevent routines and abnormal behavior and to improve welfare. To measure the welfare of the animal collecting behavioral data is often not enough and endocrine measurements can be used to complement them.

The main aspects of this study were to find out, if keeping conditions and enrichment influenced the daily- and social behavior of western lowland gorillas, Sumatran orangutans and bonobos. To support the behavioral data, saliva samples were collected and analyzed for immunoreactive Cortisol concentration. Behaviour and saliva samples were collected in different but enriched environments: the new and the old great ape house Frankfurt Zoo. Furthermore, a chemical as well as a biological validation for cortisol and cortisone in the saliva of these three apes species was conducted. Behavioral data as well as saliva were sampled in three ape species and examined in the light of the existing literature whether on captive groups or from wild animals. The observation time was divided in four parts for orangutans and bonobos, and in five parts for the gorillas. Behavioral data and saliva samples were sampled at the old great ape house, without enrichment and then with enriched condition, during the transfer and in the new great ape house. For the gorilla-group a fifth phase was established during the integration of a blackback male after the death of a silverback in the existing group.

The results of this study suggest that the behavior of all three species was influenced by the four holding conditions. An increase of group cohesion was found in gorillas and bonobos during and after the transfer. Also a strong group cohesion was documented for the gorillas during the integration of the new male. Moreover an increase in the exploration behavior was observed in the new environment for all three species. Also in all three species the play behavior decreased for a short period of time after the transfer. In gorillas the same decrease in play behavior was seen after the integration of the blackback male. The most changes in positive behavior were observed in the Sumatran orangutan group. In the new environment more space was available and a high climbing structure was provided. In the new enclosure, orangutans were less often on the ground as seen in wild animals. They avoided close contact with other group members, and a decrease in aggression behavior was observed. The behavior of the gorilla group was unstable, due to the transfer, the dead of the silverback and the integration of the new male. During this time the activity of all gorillas increased.

Another aspect of this study was the environmental enrichment. All three enrichments were used in every species. Inter- and intraspecific differences were found. Most often it depended on the age of the animal. One important result for a longer use of the enrichment was that beside from the main food pieces small food pieces should also be provided. The bonobos preferred the tennis balls and the gorillas the box puzzle feeder (K1). For orangutans no preference was found but they exhibited more diversity in the way they used enrichments. For all three species the box puzzle feeder provoked tool use abilities.

The third aspect was the measurement of cortisol and cortisone in the saliva of the three species. A chemical as well as a biological validation was conducted. The results of the hormones showed species-specific differences. Also different stress responses to events were found. In all three species a circadian rhythm was detected. Furthermore, the cortisol concentration correlated with the behavioral data. In all species a higher amount of cortisone than cortisol was found in saliva. And there was a correlation between cortisone and cortisol’s concentrations.

The study showed how the environment could influence the behavior of great apes in keeping conditions. The results could be used as advice for enclosure structure or enrichment options. The saliva measurement may not be used directly in field studies but remains complementary to understand and improve the welfare of zoo kept animals.

25.07.2014

Ergänzende Publikation:

Behringer, V. (2013)

Messung von alpha Amylase und Cortisol im Speichel von nicht menschlichen Primaten zum Vergleich von verschiedenen Arten und Geschlechtsunterschieden innerhalb einer Art.

Measurements of salivary alpha amylase and salivary cortisol in hominoid primates to compare within-species consistency and between-species differences

Research project im Rahmen eines Postdocs Projektes = resultierte in einer Publiaktion

Behringer V, Borchers C, Deschner T, Mo¨ stl E, Selzer D, et al. (2013) Measurements of Salivary Alpha Amylase and Salivary Cortisol in Hominoid Primates Reveal Within-Species Consistency and Between-Species Differences. PLoS ONE 8(4): e60773. doi:10.1371/journal.pone.0060773 8 Seiten, 7 Tabellen, 2 Abbildungen

1 Department of Primatology, Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, Leipzig, Germany, 2 Department of Biomedical Sciences / Biochemistry, University of Veterinary Medicine, Vienna, Austria, 3 Working Group for Wildlife Biology, Justus- Liebig-University Gießen, Gießen, Germany
Zoo Nordhorn

Zusammenfassung:
Das häufigste Enzym im Speichel ist die alpha amylase (sAA). Beim Menschen konnte gezeigt werden, dass sie enzymatische Aktivität variierte in Abhängigkeit von der Anzahl der Loki für Speichelamylase (AM1), welches wiederrum auf die Menge an Stärke zurückgeführt werden konnte, welche von den Menschen konsumiert wird. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass die sAA Aktivität sich mit dem
sozialen Stress veränderte. Auch bei einer dem Menschen nahen verwandten Art, dem Bonobo, konnten wir in einer vorangegangenen Studie einen solchen Zusammenhang nachweisen. In dieser Studie untersuchten wir die sAA Aktivität in Bonobos, Schimpansen, Gorillas und Orangutans um zu erforschen (a) ob die Variation die wir in der sAA Aktivität der Bonobos gefunden hatten typisch ist für
nicht menschliche Primaten, und (b) ob es Unterschiede in der sAA Aktivität zwischen den Arten gibt. Die Ergebnisse zeigten, dass Gorillas und Orangutans eine höhere sAA Aktivität haben als die beiden Pan Arten. Um zu beurteilen welchen Effekt Stress auf die sAA Aktivität hat, wurde in den Speichelproben auch das Cortisol gemessen. Orangutans und Gorillas hatten die niedrigsten   Speichelcortisolkonzentrationen, und die höchsten Werte wurden im Speichel männlicher Bonobos nachgewiesen, die Gruppe, die auch die höchste sAA Aktivität aufwies. Unter Berücksichtigung bereits publizierter Ergebnisse, bestätigen unsere Ergebnisse, dass die sAA Aktivität mit der Anzahl der AMY1 Genabschnitte und der natürlichen Ernährung der einzelnen Arten korrespondiert. Studien mit sAA Aktivität
haben das Potential molekulare Untersuchungen zu komplementieren und vielleicht können sie auch die Erforschung der Nahrung und Ernährung unterstützen.

Summary:
Salivary alpha amylase (sAA) is the most abundant enzyme in saliva. Studies in humans found variation in enzymatic activity of sAA across populations that could be linked to the copy number of loci for salivary amylase (AMY1), which was seen as an adaptive response to the intake of dietary starch. In addition to diet dependent variation, differences in sAA activity have been related to social stress. In a previous study, we found evidence for stress-induced variation in sAA activity in the bonobos, a hominoid primate that is closely related to humans. In this study, we explored patterns of variation in sAA activity in bonobos and three other hominoid primates, chimpanzee, gorilla, and orangutan to (a) examine if within-species differences in sAA activity found in bonobos are characteristic for hominoids and (b) assess the extent of variation in sAA activity between different species. The results revealed species-differences in sAA activity with gorillas and orangutans having higher basal sAA activity when compared to Pan. To assess the impact of stress, sAA values were related to cortisol levels measured in the same saliva samples. Gorillas and orangutans had low salivary cortisol concentrations and the highest cortisol
concentration was found in samples from male bonobos, the group that also showed the highest sAA activity. Considering published information, the differences in sAA activity correspond with differences in AMY1 copy numbers and match with general features of natural diet. Studies on sAA activity have the potential to complementmolecular studies and may contribute to research on feeding ecology and nutrition.

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Paradoxer Schlaf als Parameter zur Messung der Stressbelastung bei Giraffen (Giraffa camelopardalis).

Paradoxical sleep as parameter to measure stress in Giraffes (Giraffa camelopardalis).

Dissertation

267 Seiten

Neurobiologie Circadianer Rhythmen, Prof. Dr. G. Fleissner
Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt
Opel-Zoo Kronberg

Voller Text

Zusammenfassung:

Das Wohlbefinden von Tieren zu schützen ist im Grundgesetz der Bundesrepublik Deutschland festgeschrieben. Das Wohlbefinden eines Tieres wissenschaftlich zu bewerten ist jedoch eine bislang ungelöste Herausforderung. Die Biologie nähert sich dem Problem, subjektive Empfindungen eines Tieres objektiv darzustellen, vorrangig über die Messung der Stressbelastung. Die Stressantwort eines Organismus setzt sich allgemein aus einer Kombination von vier Systemen zusammen: einer Verhaltensreaktion, einer Antwort des vegetativen Nervensystems, einer neuroendokrinen Antwort und einer Immunantwort. Der in Zoologischen Garten am häufigsten untersuchte Parameter zur Messung der Stressbelastung ist die Analyse der Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot der Tiere. Da jedoch nicht in jeder Stresssituation das „Stresshormon“ Cortisol ausgeschüttet wird, ist es für eine exakte Bewertung der Stressbelastung notwendig, weitere Systeme der Stressantwort wie beispielsweise das Verhalten zu erfassen. Die Chronoethologie verfolgt diesen Ansatz, indem sie Änderungen des Zeitmusters im Verhalten eines Tieres als Antwort auf Veränderungen in der Umwelt oder eines endogenen Faktors erfasst und diese nach Kriterien derBefindlichkeit bewertet. Hier konnte zukünftig das Schlafverhalten eine herausragende Stellung einnehmen, da es von allen vier oben genannten Stressantwortsystemen beeinflusst wird. Zudem wird aus der medizinischen Schlafforschung berichtet, dass sich insbesondere die Dauer, die ein Organismus im Paradoxen Schlaf (PS) verbringt, durch Stress verändert. Dennoch fand das Schlafverhalten zur Messung der Stressbelastung bei Zoo- und Wildtieren bislang kaum Beachtung.

Ziel dieser Arbeit war es daher, die Anwendbarkeit des Paradoxen Schlafs als Parameter zur Messung der Stressbelastung bei Zoo- und Wildtieren zu erforschen, um letztlich die Beurteilung des Wohlbefindens von Tieren weiter zu objektivieren. Aufgrund ihrer einzigartigen Schlafstellung während des PS sowie ihrer hohen Sensibilität gegenüber Umweltveränderungen wurde die Giraffe (Giraffa camelopardalis) als Modelltier für diesen non-invasiven Forschungsansatz gewählt. Im Rahmen der Arbeit wurde in 9.675 nächtlichen Beobachtungsstunden (645 Nachten) das Schlafverhalten von 17 Giraffen unterschiedlichen Alters und Geschlechts beobachtet und analysiert. Um stressbedingte Veränderungen im PS-Muster erkennen zu können, wurden die Giraffen zunächst unter „Normalbedingungen“ beobachtet, um hieraus Referenzwerte zu generieren. Anschließend wurden unterschiedliche als stressintensiv einzustufende Situationen wie Nahrungsmangel, Transport, Veränderungen in der Herdenstruktur, Auswirkungen einer Geburt auf das Muttertier sowie verschiedene singuläre Ereignisse hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf das PS-Muster der Giraffen untersucht und den Referenzwerten gegenübergestellt.

Um die Methode der Schlafbeobachtung als Parameter der Stressbelastung zu validieren, wurde zusätzlich ein bei Wiederkauern etablierter, bereits genannter Stress-Parameter eingesetzt: die Messung der Cortisolmetaboliten Konzentration im Kot mit Hilfe eines Enzymimmunoassays. Diese Methode wurde hier erstmalig an Giraffen angewendet. Durchschnittlich hielt eine Giraffe unter Normalbedingungen 27 Minuten pro Nacht paradoxen Schlaf. Dabei war die nächtliche PS-Dauer in hohem Maße vom Alter abhängig. Während juvenile Giraffen im Mittel 63 Minuten PS pro Nacht aufwiesen, verbrachten gealterte Giraffen nur 4,5 Minuten pro Nacht in der PS-Stellung. Infolge eines Stressors veränderte sich die PS-Dauer der Tiere: So zeigten alle vier transportierten Giraffen in den ersten Nachten nach ihrem Transport keinen PS oder stark reduzierte PS-Zeiten. Parallel erhöhte sich nach dem Transport die Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot aller Giraffen für mehrere Tage. Auch die untersuchten Veränderungen in der Herdenstruktur hatten in den meisten Fällen signifikante Veränderungen der PS-Dauer zur Folge. Die stärkste im Rahmen dieser Arbeit beobachtete Veränderung des Schlafverhaltens bewirkte der Tod eines Giraffenbullen: Die adulte Giraffenkuh Jaqueline hielt in der Folge für eine Dauer von 21 Tagen keinen paradoxen Schlaf mehr. Ihre Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot stieg nach dem Tod des Bullen hingegen nicht an. Die beobachteten Giraffenmutter zeigten nach der Geburt ihrer jeweiligen Jungtiere ebenfalls eine reduzierte PS-Dauer. Hingegen hatten neugeborene Giraffen, die an Nahrungsmangel litten und innerhalb weniger Tage verstarben, eine höchst signifikant längere PS-Dauer als gleichalte Jungtiere, die überlebten. Wahrend bei Nahrungsknappheit eine erhöhte PS-Dauer, wie sie bei den im folgenden verstorbenen Jungtieren beobachtet wurde, helfen kann Energie zu sparen, ist eine Reduktion der PS-Dauer, wie sie als Antwort auf die meisten anderen Stressoren beobachtet wurde, als Resultat erhöhter Aufmerksamkeit zu interpretieren, wie sie im Zuge der Feindvermeidung in Stress-Situationen sinnvoll ist. Zusammenfassend lasst sich feststellen, dass die PS-Dauer im Gegensatz zur Cortisolmetaboliten-Konzentration von allen beobachteten Stressoren beeinflusst wurde. Dabei veränderte sich die PS-Dauer in Abhängigkeit des jeweiligen Stressors graduell unterschiedlich, was Ruckschlusse auf die Intensität des Stressors ermöglicht. Weiterhin wird eine hohe Sensibilität des Parameters PS-Dauer durch dessen in Folge eines Stressors beobachtete bi-direktionale Veränderlichkeit begünstigt.

Der Paradoxe Schlaf ist infolge dieser Ergebnisse hervorragend als Parameter zur Messung der Stressbelastung bei Giraffen geeignet. Die Analyse des Paradoxen Schlafs kann dabei helfen, die Auswirkungen von subjektiv als stressintensiv oder stressarm eingestuften Situationen auf das Wohlbefinden eines Tieres objektiv zu bewerten. Darüber hinaus ermöglicht die kontinuierliche Überwachung des PS-Musters, z.B. mit Hilfe moderner Videosoftware, Beeinträchtigungen des Wohlbefindens, wie sie beispielsweise durch Unterernährung, Verletzung oder Krankheit hervorgerufen werden, frühzeitig zu erkennen, was ein zeitnahes Eingreifen zum Wohle des Tieres möglich macht.

Abstract:

The well-being of animals is established in the German constitution. To evaluate well-being of an animal scientifically is a not yet solved challenge. The biology tries to solve this problem by describing subjective perceptions of an animal objective while measuring stress. The stress reaction of an organism is composed of four systems: behavioral reaction, response of autonomic nervous system, neuroendocrine response and immune reaction. In often in zoo used parameter to measure stress is the analysis of Cortisol-metabolite concentration in animal feces. Not each stressful situation causes the release of the stress hormone Cortisol. For an accurate evaluation of stress it is necessary to acquire additional data of the other stress reaction systems, for example behavior. Chronoethology traces this approach, while changes of the behavioral pattern caused by changes in environment or endogenous factors were recorded and evaluated according to criteria of well-being. The sleeping behavior could be of outstanding importance, because it is influenced by all four stress response systems. Furthermore there are reports from the medical sleep research that an organism reduces the duration of paradoxical sleep (PS) when it is stressed. 

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