Hormonvermittelte maternale Effekte beim Vogel

Das Erbgut alleine bestimmt nicht das Erscheinungsbild eines Lebewesens. Physiologie und Verhalten werden durch sogenannte epigenetische Effekte noch zusätzlich modifiziert und an die jeweilige Umweltsituation angepasst. Die Optimierung des Phänotyps sichert Fitness und Überlebenschancen eines Individuums. Überträgt die Mutter Umweltinformationen auf den sich entwickelden Organismus, erfolgen diese Anpassungsvorgänge bereits in der pränatalen Phase. Hormone sind Vermittler pränataler epigenetischer Effekte. Sie steuern die Ausprägung verschiedenster Merkmale beim sich entwickelnden Individuum. Ihre Ausschüttung und Konzentration im Körper ist Umwelteinflüssen stark unterworfen. Das Forschungsgebiet der hormon-vermittelten maternalen Effekte beim Vogel ist relativ jung (etwa 15 Jahre), expandiert aber rasch. Um pränatale Einflussmechanismen zu erforschen, sind Vogeleier besonders gute Modelle: Die Entwicklung der Embryos erfolgt außerhalb des Muterleibes im Ei, und ist daher leicht zu beobachten. Bei diversen Vogelarten verändert sich als Reaktion auf geänderte Umweltbedingungen die Menge an mütterlichen Steroidhormonen im Eidotter. Die Frage, wie Umweltbedingen die Hormonkonzentration im Ei beeinflussen können, bleibt allerdings offen. Ein physiologischer Mechanismus, der es der Vogelmutter ermöglicht, Hormonkonzentrationen im Ei zu manipulieren und zu modifizieren wurde bis dato nicht beschrieben. Wir nehmen an, dass Stresshormone beim Vogel die Bildung von Sexualhormonen beeinflussen. In der vorgestellten Studie soll daher die Wirkung von Glukokortikoiden (GCs) auf die Produktion von gonadalen Steroiden untersucht werden. Wechselwirkungen zwischen Hormonen der Stressachse und Geschlechtshormonen sind beim Vogel dokumentiert, ein Einfluss von GCs auf die Synthese von gonadalen Steroiden wurde allerdings beim Vogel noch nie untersucht. Die Tatsache, daß Stress der Vogelmutter sich auf die Küken auswirkt, Stresshormone aber nicht direkt ins Ei gelangen, unterstützt unsere Annahme. Zweck des Forschungsvorhabens ist es daher, mögliche Effekte eines längerfristig erhöhten GCspiegels auf die Verteilung und Konzentration der im Ei vorhandenen Steroidhormone (Kortikosteron, Androgene, Östrogene und deren Vorstufen) zu untersuchen. Die dafür notwendigen Methoden wurden am Institut für Biochemie bereits mehrfach erfolgreich eingesetzt. Die Auswirkungen von chronisch erhöhtem Plasmakortikosteron der Mutter auf Verhalten und Physiologie ihres Nachwuchses, sowie die Kommunikation von Umweltbedingungen von der Mutter auf die Nachkommen werden in Kooperation mit Verhaltensexperten der Universität Groningen (NL) untersucht. Von der Aufklärung des zugrundeliegenden physiologischen Mechanismus würde das rasch expandierende Forschungsfeld mit seiner funktionellen und evolutionären Orientierung sehr profitieren.

Ist die Mutter gestresst, leidet darunter auch der Nachwuchs. Auch beim Vogel beeinflusst maternaler Stress die Entwicklung der Nachkommenschaft. Bisher wurde angenommen, dass das Stresshormon Kortikosteron aus dem Blutkreislauf der Mutter während der Eibildung in das Ei gelangt, und dort auf den sich entwickelnden Vogelembryo wirkt. Neueste Untersuchungen im Rahmen eines FWF-Projektes zeigten jedoch, dass die im Eidotter vorhandenen Kortikosteronkonzentrationen irrtümlicherweise viel zu hoch eingeschätzt wurden. Eier enthalten hohe Mengen an Gestagenen, die zu den Sexualsteroiden gehören. Diese Hormone, zum Beispiel Progesteron, können ein Signal in einem Kortikosterontest auslösen, da sie den Kortikosteron-Antikörper binden. Die dadurch gemessenen, hohen Werte wurden fälschlicherweise als Kortikosteron interpretiert. In Wirklichkeit enthalten Eier nur ganz geringe Mengen Kortikosteron, die auf den Embryo vermutlich keinerlei Wirkung haben. Wie wird nun aber mütterlicher Stress an die Küken weitergegeben? In einer vom FWF geförderten Studie wurde eine mögliche indirekte Kommunikation von mütterlichem Stress auf die Jungen über Sexualsteroide untersucht. Auch beim Vogel unterdrücken Stresshormone die Produktion von Sexualsteroiden. Zwanzig Legehennen bekamen winzige Kortikosteron-Pellets implantiert, die die Konzentrationen des Stresshormons im Blut erhöhten. Diese Behandlung führte zu niedrigeren Konzentrationen der Sexualsteroide Testosteron und Progesteron in den Eierdottern dieser Hühner. Küken, die aus diesen Eiern schlüpften, waren leichter als ihre Artgenossen aus der Kontrollgruppe. Ihre Immunabwehr war reduziert und sie konnten sich schlechter gegen andere Küken durchsetzen. Aus früheren Studien ist bereits bekannt, dass Androgene (z.B. Testosteron) im Ei das Verhalten der Küken beeinflussen. Je nachdem, welche Umweltbedingungen die Küken nachdem Schlupf erwarten, passt die Mutter den Hormoncocktail an, um den Nachwuchs auf die jeweilige Umweltsituation vorzubereiten. Unklar war allerdings bisher, wie die Mutter die Hormonmengen in ihren Eiern regulieren kann. Die in einem FWF-Projekt gewonnenen Erkenntnisse legen den Schluss nahe, dass das Stresshormon Kortikosteron hierbei eine Rolle spielt. In Eiern von Hennen, die mit Kortikosteron-implantaten künstlich "gestresst" wurden, fanden sich geringere Mengen an Androgenen. Damit wird erstmals erklärt, wie sich Umweltbedingungen auf die Eizusammensetzung auswirken können. Das Stresshormon Kortikosteron spielt hier quasi den Vermittler. Gleichzeitig findet eine indirekte Übertragung von mütterlichem Stress auf die Küken über Sexualsteroide statt.