Fitnessfaktoren bei Arten mit komplexen Lebenszyklen

"Komplexer Lebenszyklus" beschreibt das Vorliegen von mindestens zwei Phasen im Leben eines Organismus, in denen unterschiedliche ökologische Nischen besetzt werden. Amphibien sind die einzige Wirbeltiergruppe, in der praktisch alle Mitglieder einen komplexen Lebenszyklus mit zwei völlig unterschiedlichen, freilebenden Lebensstadien aufweisen. Im vorliegenden Projekt wollen wir untersuchen, wie sich elterliche Verwandtschaft, elterliches Investment und räumliches Verhalten auf den Fortpflanzungserfolg und das Überleben in verschiedenen Phasen des Lebenszyklus, und somit auf die individuelle Fitness, bei der Pfeilgiftfroschart Allobates femoralis auswirken. Außerdem sollen die damit verbundenen Muster der Raumnutzung erforscht werden. Zu diesem Zweck wird eine experimentelle A. femoralis Population auf einer ~5 ha großen Flussinsel etabliert werden, die sich ~200 m von einer seit 2008 intensiv studierten Population am Festland befindet. Begleitend dazu werden wir Paarungs- und Verhaltensversuche in einer Laborpopulation an der Universität Wien durchführen. Die Integration der Ergebnisse beider Ansätze soll dazu dienen, Fragen über den Einfluss der elterlichen Verwandtschaft auf den Befruchtungserfolg sowie das Überleben der Larven im Gelege und der metamorphisierten Jungtiere zu beantworten. Gleichzeitig wollen wir das Ausbreitungsverhalten der Jungtiere und die Bewegungsmuster der Adulttiere studieren um zu erfassen, welche räumlichen, optischen und akustischen Reize das Brutpflegeverhalten und die Raumnutzung beeinflussen. Die im gesamten Amazonasgebiet verbreitete Art Allobates femoralis eignet sich bestens für genetische, demographische und räumliche Studien auf individueller als auch auf Populationsebene. Während der langen Fortpflanzungszeit sind die Männchen stark territorial und zeigen dies durch ihren Werbungsruf an. Die Weibchen sind iteropar und ebenfalls standorttreu. Balz und Eiablage finden im Territorium des Männchens statt. In der Regel erledigen Männchen den Kaulquappentransport, jedoch übernimmt in Ausnahmefällen auch das Weibchen diese Aufgabe. Bisherige Analysen zeigten ein äußerst promiskes Paarungsverhalten beider Geschlechter, die zu gleichen Anteilen zur Nachkommengeneration beitragen. In einer jüngsten Studie wurden Hinweise auf das Vorliegen einer optimalen genetischen Verwandtschaft der Eltern gefunden. Die Besonderheit unseres Projekts liegt in der einzigartigen Möglichkeit, eine freilebende Froschpopulation im Zuge einer kontrollierten Aussetzung auf einer Insel in ihrem natürlichen Habitat zu studieren. Dieser Ansatz, welcher sich bereits im Studium von Säugetieren, Vögeln und Echsen bewährt hat, wurde noch nie mit Amphibien angewendet. Die möglichen Risiken bei der Durchführung dieses anspruchsvollen Vorhabens werden durch die Festlandpopulation, die auch als Kontroll-Population fungiert, sowie durch die Laborpopulation abgesichert.

In dem Projekt "Fitnessfaktoren bei Arten mit komplexen Lebenszyklen" haben wir untersucht, wie sexuelle und natürliche Selektion das Fortpflanzungsverhalten des Neotropischen Frosches Allobates femoralis beeinflussen. Zu diesem Zweck haben wir Versuchspopulationen sowohl in-situ auf einer Flussinsel in Französisch Guyana als auch ex- situ an der Universität Wien etabliert, wo wir verschiedenste Fragestellungen experimentell auf Populations- als auch auf individueller Ebene untersuchen konnten. Die kontrollierte Besiedlung der Insel durch 1800 genetisch beprobte Kaulquappen ermöglichte es uns, die Eignung des genetischen Fingerabdrucks für Fang-Wiederfang- Studien an Amphibien zu testen. Wir konnten zeigen, dass man mithilfe dieser Methode tatsächlich einzelne Kaulquappen über die Metamorphose hinweg bis zur Geschlechtsreife effizient verfolgen kann. Wir sind überzeugt, dass dieser Ansatz großes Potential für zukünftige Studien zur Populationsökologie und Verhaltensbiologie von Amphibien, als auch in Artenschutzprojekten hat. Durch molekulare Elternschaftsanalysen von Kaulquappen konnten wir verschiedene Fragestellungen hinsichtlich Motivation und Strategien in der Brutpflege und der damit verbundenen Raumnutzung untersuchen. Wir haben festgestellt, dass Männchen ihre Kaulquappen über mehrere Tümpel verteilen, vermutlich um das Risiko eines Totalverlustes zu minimieren. Weiters fanden wir heraus, dass Weibchen flexibel die Brutpflege übernehmen, wenn der Vater nicht verfügbar ist. Männchen und Weibchen folgen beim Erkennen des eigenen Nachwuchses unterschiedlichen Strategien, die zu einem Wechselspiel zwischen fürsorglichem und aggressivem (kannibalistischem) Verhalten führen. Diese Ergebnisse zeigen eindrucksvoll, dass Pfeilgiftfrösche während der Brutpflege flexibel und strategisch handeln. Die Kombination des isolierten Insel- Setups mit der experimentellen Manipulation von Ressourcen zur Fortpflanzung, und der individuellenBeobachtung und Verfolgung,ermöglichten es uns weiter, Orientierungsfähigkeiten und Heimfindevermögen bei A. femoralis zu untersuchen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Pfeilgiftfrösche räumliches Lernen nutzen, um sich besser in ihrem Umfeld zurecht zu finden, und dabei möglicherweise auch auf ihren Geruchssinn zurückgreifen, um neue Ressourcen zu entdecken. Ein Experiment mit künstlichen Wasserstellen zeigte, dass geeignete Gewässer für die Entwicklung der Kaulquappen eine knappe Ressource für A. femoralis darstellen. Nach der Installation der Becken beobachteten wir eine Verdopplung der Populationsgröße. Diese Erkenntnisse sind von großer Umweltschutzrelevanz da sie die Bedeutung von nicht- trophischen Beziehungen zwischen Arten hervorheben und Interventionsmöglichkeiten im Zusammenhang mit der globalen Bedrohung von Amphibien aufzeigen.