Multimodale Signalgebung bei Anuren

Ziel des Projektes ist es, Selektionsfaktoren divergenter und konvergenter Evolution der multimodalen Signalgebung bei vier "Winkerfrosch"-Arten (Staurois tuberilinguis, S. guttatus, Hylodes dactylocinus, and Micrixalus saxicolus) aus Asien und Südamerika zu untersuchen. Die Froscharten bewohnen geräuschvolle Bäche und kommunizieren mittels visueller (Winken mit den Hinterbeinen) und akustischer Signale (hochfrequente Rufe). Die Verwendung zweier Kommunikationskanäle macht sie zu idealen Modellorganismen für die Erforschung multimodaler Signaleigenschaften und deren Einfluss auf die Signaleffektivität. Umwelteinflüsse (z.B. Hintergrundgeräusche) gestalten das Signaldesign zur Steigerung der Effektivität und beeinflussen Microhabitat-Präferenzen. Natürliche Selektion favorisiert Signale, die Signalabschwächung minimieren und das Signal-Rausch-Verhältnis maximieren. Die Maskierung der Empfängerwahrnehmung und Erkennung in einem Kommunikationskanal kann durch die Verwendung einer anderen Signalmodalität kompensiert werde. Um die evolutionäre Beziehung zwischen Signalstruktur und Verhaltenseigenschaften zu erfassen, werden wir ein elektromechanisches Froschmodell (EMF) verwenden, welches sowohl akustische und visuelle Signalstimuli integriert. Es werden uni- oder bimodale visuelle und akustische Signale vom EMF angeboten und Empfängerantworten quantifiziert, um Hypothesen zu testen, die Aufschluss über die Funktion der Multimodalität in der Evolution audiovisueller Signale geben soll. Weiters soll untersucht werden wie "sensory drive" die Habitatwahl und die Signalstruktur nah verwandter und sympatrisch vorkommender Arten beeinflusst. Um divergente Signalevolution im optischen Kanal zu verstehen, werden die Lichtverhältnisse der Froschhabitate und Reflexionsspektren der interdigitalen Schwimmhäute der Frösche gemessen und mittels Mikrospektrophotometrie Daten über das visuelle System erlangt. Das einzigartige an dem Projekt ist die Möglichkeit eine Gruppe entfernt verwandter Arten zu untersuchen, bei denen sich bimodale Signale auf unterschiedlichen Kontinenten unter ähnlichen Umwelteinflüssen konvergent entwickelt haben. Zusätzlich können Aussagen über zwei nah verwandte sympatrische Arten getroffen werden, die unterschiedliche Microhabitate entlang desselben Flusses nutzen. Dieses Projekt wird uns ein besseres Verständnis geben, wie verschiedene Selektionsfaktoren die Evolution multimodaler Signalanordnungen beeinflussen.

Frösche kommunizieren vorwiegend mit akustischen Signalen, allerdings verwenden einige Arten multimodale (akustische und visuelle) Signale während der intra-spezifischen Kommunikation. Visuelle Signale können in geräuschvoller Umgebung eine zusätzliche oder ergänzende Kommunikationsweise ermöglichen. Das Beinwinken (foot flagging) eine auffällige Form von visuellem Signalverhalten hat sich in mindestens 16 Arten aus 5 verschiedenen Familien entwickelt. Die Vielzahl dieser Arten lebt und reproduziert entlang schnellfließender Bergbäche, die ein kontinuierliches Hintergrundrauschen generieren. Um die Funktion des Beinwinkens als multimodale Signalkomponente besser zu verstehen, haben wir drei asiatische Arten aus zwei Familien untersucht und die akustischen und visuellen Signale in Feldexperimenten getestet.Die auf Borneo heimischen Arten Staurois parvus und S. guttatus verwenden hochfrequente Rufe und reduzieren dadurch akustische Interferenzen vom umgebenden Bachrauschen und benutzen zusätzliche visuelle Signale, um die Verteidigungsbereitschaft eines Rufstandort anzuzeigen. Interessanter Weise kann dieses Verhalten bereits bei juvenilen Tieren, die im Wiener Tiergarten Schönbrunn gezüchtet wurden, beobachtet werden.Micrixalus saxicola aus den Western Ghats (Indien) bewohnt weniger geräuschvolle Bäche, welche die akustische Kommunikation nicht einschränken. Die akustischen Signale können jedoch von arteigenen Rufchören maskiert werden. Die Männchen verwenden visuelle Signale, wie Beinwinken und Beinheben während agonistischen Interaktionen. Reaktionen auf akustische oder multimodale Signalstimuli zeigen, dass die Schallblase als zusätzliches visuelles Hinweissignal fungiert. Gegenüberstellungen von Reaktionen auf akustische, visuelle und multimodale Stimuli und Analysen der Signalhelligkeit der Schwimmhäute von M. saxicola und S. parvus, verdeutlichen die Unterschiede in Ausmaß und Stellenwert des Signalverhaltens der jeweiligen Art. Wir schließen daraus, dass sich das Beinwinken aus einer Wegstoßbewegung entwickelt hat um physische Attacken zu minimieren. Die Verhaltensunterschiede zwischen den beobachteten Arten repräsentieren vermutlich ein Kontinuum in der Evolution des visuellen Signalverhaltens resultierend aus ökologischen Unterschieden und sexueller Selektion, wobei die Signale von M. saxicola die ursprünglichere Form darstellen. Zusammengefasst ermöglichen diese Untersuchungen Schlussfolgerungen über die Funktion und Wirksamkeit der visuellen Signale in der Kommunikation von Fröschen.