Paarungsbereit zur rechten Zeit

(04.09.2014) Forscher identifizieren ein Pheromon im Urin männlicher Weißkehl-Buntbarsche, das Weibchen zur Eiablage anregt

Der Austausch von chemischen Signalen zwischen Organismen gilt als älteste Form der Kommunikation. Zu den chemischen Botenstoffen gehören auch die Pheromone, die dem Informationsaustausch innerhalb einer Art dienen, beispielsweise als Sexuallockstoffe zwischen den Geschlechtern.


Männlicher Weißkehl-Buntbarsc

Fische nutzen Pheromone zur Steuerung ihres Sozialverhaltens und zur Koordinierung der Fortpflanzungsbereitschaft von Männchen und Weibchen. Wissenschaftler des Meereswissenschaftlichen Zentrums an der Universität der Algarve in Faro, Portugal, und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben jetzt einen Signalstoff im Urin von Weißkehl-Buntbarsch-Männchen (Oreochromis mossambicus) identifiziert, der bei geschlechtsreifen Weibchen die Hormonproduktion ankurbelt und die Eireifung beschleunigt.

Der Weißkehl-Buntbarsch ist somit einer der ersten Fische, in denen die chemische Struktur der Pheromone sowie deren biologische Wirkungsweise entschlüsselt werden konnte.

Das soziale Verhalten des im südlichen Afrika beheimateten Weißkehl-Buntbarschs (Oreochromis mossambicus, auch Mosambik-Tilapia genannt) ist sehr komplex. Unter den Männchen herrscht eine strenge hierarchische Rangordnung, die in sogenannten Balzarenen ausgefochten wird.

Die Männchen graben mit ihrem Maul Vertiefungen in den Sand in der Mitte der Arena und bieten diese den angelockten Weibchen als Nester für den Laich an. Gleichzeitig versuchen sie, die erfolgreiche Paarung mit anderen Männchen zu verhindern.

Beobachtungen zeigten, dass dominante Männchen bei aggressiven Auseinandersetzungen mit männlichen Artgenossen häufiger und deutlich größere Mengen Urin ins Wasser abgeben als ihre unterlegenen Rivalen.

Der Urin enthält Pheromone, die einerseits die Aggressivität der anderen Männchen hemmen, andererseits die Weibchen zum Nest locken und derart auf ihren Hormonstatus einwirken, dass die Eireifung beschleunigt und die Eiablage ausgelöst wird. Die Laichabgabe und die externe Befruchtung werden somit zeitlich aufeinander abgestimmt und der Fortpflanzungserfolg erhöht.

Die Fische zeigen dieses Verhalten auch in Gefangenschaft, sodass sich die Art sehr gut als System für reproduzierbare biologische Experimente eignet. Die Wissenschaftlerin Tina Keller-Costa hat nun zusammen mit ihren Kollegen am Meereswissenschaftlichen Institut der Universität der Algarve in Faro, Portugal, sowie der Forschungsgruppe Biosynthese/NMR am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena die chemische Identität der Signalstoffe aufgeklärt und ihre Funktionsweise überprüft.

Sie sammelte Urinproben dominanter Männchen, reinigte sie in mehreren Schritten und  überprüfte nach jedem Schritt die biologische Aktivität als Pheromon.

Zwei Steroide als Hauptbestandteile im Urin

Dieses Verfahren führte schließlich zu zwei reinen Stoffen, deren chemische Struktur mit Hilfe der kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR) aufgeklärt und durch chemische Synthese bestätigt werden konnte: „Bei den Stoffen handelt es sich um zwei mit Glucuronsäure verbundene Spiegelbild-Isomere eines Steroids vom Pregnan-Typ“, fasst Bernd Schneider, der Leiter des NMR-Labors in Jena die Ergebnisse der Analysen zusammen.

Sowohl Männchen als auch Weibchen reagieren hochsensibel auf den Geruch dieser beiden Steroide. Während das Hormonsystem der Weibchen angeregt wird und ihre Fortpflanzungsbereitschaft deutlich steigt, scheinen die zwei Pheromon-Komponenten allein nicht auszureichen, um die Aggressionsbereitschaft konkurrierender Männchen zu vermindern.

Der Urin dominanter Männchen enthält vermutlich weitere, noch zu identifizierende Substanzen, die in einer komplexen Mischung die aggressionshemmende Wirkung erzielen.

Bisher sind nur ganz wenige Fisch-Pheromone chemisch bestimmt worden. „Unsere Entdeckung ist eine grundlegende Voraussetzung für weiterführende Studien, wie zum Beispiel zu den Mechanismen der Wahrnehmung und Verarbeitung dieser chemischen Signale im Gehirn der Fische, die letztendlich Eireifung und Verhaltensänderungen auslösen“, so Tina Keller-Costa, die die Untersuchungen im Rahmen ihrer Doktorarbeit durchgeführt hat.

Kontrolle invasiver Fischarten und Nutzen für die Aquakultur

Tilapia-Buntbarsche gehören neben Karpfenfischen zu den wichtigsten in Aquakultur gehaltenen Speisefischen. Ihre Haltung in vielen tropischen und subtropischen Gewässern hat jedoch zu einer unkontrollierten Ausbreitung geführt.

Die Pheromone könnten nicht nur dazu beitragen, die Aquakultur von Tilapia-Arten zu verbessern, indem sie die Fruchtbarkeit der Weibchen erhöhen und die Konflikte rivalisierender Männchen abmildern. Sie könnten auch für die Kontrolle des invasiven Verhaltens dieser Fischart eine wichtige Rolle spielen, wenn sie das natürliche ökologische Gleichgewicht stören.



Artikel kommentieren

Weitere Meldungen

Dorschlarven; Bildquelle: Flemming Dahlke

Klimaflüchtling Kabeljau

Hohe Wahrscheinlichkeit für Verlust von Laichgebieten bei mehr als 1,5 Grad Erwärmung
Weiterlesen

Dr. Jens-Eike Täubert bei der Untersuchung einer Forelle.; Bildquelle: Lehrstuhl für Zoologie / TUM

Das „Bachforellen-Sterben“ wird durch ein bisher unbekanntes Virus ausgelöst

Jeden Sommer gehen in Süddeutschland, Österreich und der Schweiz massenhaft Bachforellen zugrunde
Weiterlesen

Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Woran erkennt ein Fisch einen Artgenossen?

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried zeigen, dass Zebrafische bereits einen virtuellen Punkt als Schwarmpartner erkennen - vorausgesetzt, der Punkt bewegt sich wie ein Fisch
Weiterlesen

Der Elefantenrüsselfisch erzeugt kurze schwache Spannungspulse, mit deren Hilfe er seine Umgebung wahrnimmt. Dabei besitzen unterschiedliche Objekte verschiedene "elektrische Farben".; Bildquelle: Martin Gottwald/Uni Bonn

Fisch erkennt seine Beute an elektrischen Farben

Der afrikanische Elefantenrüsselfisch erzeugt schwache elektrische Pulse, um sich in seiner Umgebung zurecht zu finden. Dieser Ortungs-Sinn weist augenscheinlich eine erstaunliche Parallele zum Sehen auf, wie nun eine Studie der Universität Bonn zeigt
Weiterlesen

Öko-Institut e. V. - Institut für angewandte Ökologie

Mehr Fisch aus nachhaltiger Aquakultur auf den Teller!

Fisch und Fischprodukte sind Bestandteile einer ausgewogenen und gesunden Ernährung. In Deutschland kommen jährlich mehr als eine Million Tonnen Fisch und Fischprodukte auf deutsche Teller
Weiterlesen

Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)

Fische schwimmen im Modell

Kern der Arbeit ist die Entwicklung, Kalibrierung und Validierung eines individuenbasierten Modells, mit dessen Hilfe das Verhalten von aufwärts wandernden Fischen auf räumlichen Skalen von Dezimetern und zeitlichen Skalen von Sekunden simuliert werden kann
Weiterlesen

Forscher studieren die molekularen Prozesse, mit denen Fische sich an die rauhen Bedingungen in Salzwasser anpassen können; Bildquelle: Y. Nagata / MPI-P

Wie Fische in Salzwasser überleben: Forscher untersuchen Wechselwirkung von Molekülen

Für Seetiere ist es wichtig, dass der Druck in ihren Zellen – der sogenannte osmotische Druck – dem äußeren Wasserdruck entgegenwirkt, damit sie in Salzwasser überleben können
Weiterlesen

Bei den Fütterungsversuchen von Stéphanie Michl variierte der Anteil pflanzlicher Rohstoffe im Futter zwischen 0, 50 und 90 Prozent.; Bildquelle: Dr. Johann Torno

Dr. Stéphanie Michl erhielt Förderpreis des VDFF

Kieler Aquakultur-Forscherin erhielt den mit 2.000 Euro dotierten Preis für ihre Doktorarbeit
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen