Auf den Galapagosinseln schneiden Stadtfinken besser gegen Vampirfliegen ab

Wissenschaftler arbeiten hart daran, eine blutsaugende Fliege zu vereiteln, die die Populationen der charismatischen Finken dezimiert, die Charles Darwin bei der Formulierung der Evolutionstheorie halfen.

In einer vielversprechenden neuen Studie unter der Leitung von UConn-Forschern stellen sie fest, dass in städtischen Umgebungen lebende Finkenpopulationen die schädlichen Auswirkungen des invasiven Parasiten mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben, was Hoffnung auf Schutzbemühungen gibt. Die Ergebnisse sind veröffentlicht In Biologie des globalen Wandels.

Die Vogelvampirfliege Philornis downsi, die auf dem südamerikanischen Festland beheimatet ist, wurde erstmals in den 1950er Jahren auf den Galapagosinseln gefunden und 1997 als erhebliches Problem erkannt, sagt Sarah, Co-Erstautorin der Studie und außerordentliche Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der UConn Knutie.

Obwohl sich die erwachsenen Fliegen von verrottendem organischem Material ernähren und nicht parasitär sind, legen sie ihre Eier in die Nester von Vögeln, wo sich die Larven nach dem Schlüpfen vom Blut der Jungvögel ernähren, was oft verheerende Folgen hat. Mittlerweile gibt es die Fliege auf fast allen Inseln des Archipels, und Wissenschaftler haben daran gearbeitet, herauszufinden, welche langfristigen Auswirkungen dies auf die einheimischen Vogelpopulationen haben wird.

„Fast jede einzelne Studie hat einen signifikanten Einfluss der Fliege auf das Überleben der Nestlinge festgestellt und diese Fliege kann in einem bestimmten Jahr bis zu 100 % der Nestlinge der Darwinfinken töten“, sagt Knutie. „Diese Nestlinge sterben im Wesentlichen durch Ausbluten, was bedeutet, dass die Larven das gesamte Blut aussaugen, daher der Name ‚Vogel-Vampirfliege‘.“

Angesichts solch hoher Sterblichkeitsraten ist das Überleben der Darwinfinken fraglich, und herauszufinden, wie man mit der Fliege umgeht, ist nicht nur für die Forscher, die mit den Vögeln arbeiten, sondern auch für den Galapagos-Nationalpark ein wichtiges Naturschutzanliegen.

„Die Fliege betrifft nicht alle Vogelarten auf den Galapagosinseln gleichermaßen“, sagt Knutie. „Einige Vogelarten wie die Galapagos-Spottdrosseln sind besser gegen die Fliegen verteidigt als Darwinfinken, und wir vermuten, dass das daran liegt, dass die Spottdrosseln den Energieverlust des Parasiten dadurch ausgleichen, dass die Eltern die Nestlinge im Parasitenfall mehr füttern als im Fall der Parasiten.“ „sind nicht parasitiert.“

Knutie begann über mögliche Unterschiede in der Art und Weise nachzudenken, wie die Fliegen die Populationen der Darwinfinken beeinflussen, und bemerkte außerdem, dass sich frühere Studien auf Finken konzentrierten, die in natürlichen, nichtstädtischen Umgebungen leben, was nicht das vollständige Bild aller Finkenpopulationen vermittelt.

„Wir wissen, dass es in städtischen Gebieten eine unterschiedliche Nahrungsverfügbarkeit für Tiere gibt, daher begann ich mich zu fragen, ob Stadtfinken unterschiedlich betroffen waren oder vielleicht besser gegen die Fliegen verteidigt wurden, weil sie Zugang zu unterschiedlicher Nahrung hatten“, sagt sie. „Diese städtischen Gebiete unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, nicht nur in Bezug auf die Nahrungsverfügbarkeit, sondern ich habe auch damit begonnen, weil ich wusste, dass die Spottdrosseln besser verteidigt werden können, weil sie ihre Nestlinge besser füttern können.“

Die Studie fand auf der Insel San Cristobal statt, auf der sich eine große Stadt, Puerto Baquerizo Moreno, mit etwa 8.000 Einwohnern befindet. Die Forscher manipulierten experimentell den Parasiten in Nestern in städtischen und nichtstädtischen Gebieten, indem sie die Parasiten aus einigen Nestern entfernten. Anschließend verfolgten sie die Gesundheit und das Überleben der Finken und entnahmen eine Blutprobe, um den Blutverlust zu verfolgen und die Genexpression und Immunreaktionen zu untersuchen.

„Wir haben herausgefunden, dass sich die Überlebensrate der Nestlinge zwischen den städtischen und nichtstädtischen Gebieten nicht unterschied, wenn die Nester nicht mit Parasiten befallen waren, so dass die Urbanisierung selbst keinen Einfluss auf die Überlebensrate hatte. Wenn die Nester mit Parasiten befallen waren, war die Überlebensrate in 2016 mehr als sechsmal höher.“ „Städtische Nestlinge im Vergleich zu nichtstädtischen Nestlingen, deren Überleben nahezu Null war“, sagt Knutie.

Um den Überlebensunterschieden zwischen verschiedenen Umgebungen auf den Grund zu gehen, wählten die Forscher einen transkriptomischen Ansatz.

Cynthia Webster, Co-Erstautorin und Doktorandin im zweiten Jahr. Student im Labor der Mitarbeiterin und außerordentlichen Professorin Jill Wegrzyn, hatte die Aufgabe, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die dahinterstecken, wie Parasitismus und Urbanisierung die Ergebnisse für die Finken beeinflussen, einschließlich der unterschiedlichen Expression von Immungenen.

„Dieser transkriptomische Ansatz bietet eine ganzheitlichere Sicht auf unser System“, sagt Webster. „Es ist wertvoll, die molekularen Mechanismen hinter dem, was wir sehen, zu verstehen, und hier verleiht diese Omics-basierte Analyse unserer Studie eine zusätzliche Ebene.“

Webster führte eine Genexpressionsanalyse durch und untersuchte dabei die RNA-Sequenzdaten, um herauszufinden, was zum Zeitpunkt der Probenentnahme aktiv exprimiert wurde. Dabei verglich er insbesondere städtische und nichtstädtische Standorte, parasitierte und nicht parasitierte Individuen und ob der Vogel starb oder überlebte.

„Allein anhand der Immunpfade sehen wir, dass viele Unterschiede zwischen parasitierten städtischen und parasitierten nichtstädtischen Fiches in Resistenz- und Toleranzmechanismen liegen. Wir haben uns die parasitierten städtischen Nestlinge genauer angesehen und festgestellt, dass unterschiedlich exprimierte Gene in die Pfade fielen.“ „Es ist eher mit Toleranz und angeborener Immunabwehr verbunden. Unterdessen zeigten die nichtstädtischen Nestlinge eine stärkere adaptive Immunabwehr“, sagt Webster.

Sie fanden heraus, dass der Erfolg des Flüggewerdens bei Stadtvögeln im Allgemeinen mit einer entzündungsfördernden Reaktion verbunden war, die ihrer Meinung nach dazu beitragen könnte, die Nahrungsaufnahme der Parasiten zu verhindern. Die nicht-städtischen Vögel zeigten zwar Immunmechanismen, aber sie glauben, dass es ein letzter verzweifelter Versuch gewesen sein könnte, sich gegen die Fliege zu verteidigen, aber dieser war wirkungslos, da die meisten Vögel trotzdem starben. Sie fanden auch heraus, dass Stadtvögel wahrscheinlich mehr Protein konsumierten, was die Ernährungsunterschiede zwischen städtischen und nichtstädtischen Populationen bestätigte.

Die Ergebnisse sind ermutigend, aber Knutie möchte klarstellen, dass sie nicht vorschlagen, die Galapagos-Inseln zu urbanisieren; Die Ergebnisse geben jedoch Anlass zur Hoffnung, dass es etwas an der städtischen Finkenpopulation gibt, das ihre Ergebnisse verbessert.

„Wenn wir herausfinden können, ob es an der Entwicklung der Abwehrmechanismen liegt oder ob es einen Umweltfaktor gibt, der ihnen hilft, kann dies dazu beitragen, Schutz- oder Bewirtschaftungsstrategien für andere Populationen zu entwickeln, damit die Vogelpopulationen nicht zurückgehen oder aussterben.“ Knutie sagt. „Das gibt uns Hoffnung, dass größere Populationen von Darwinfinken, die von der Fliege betroffen sind, nicht völlig dem Untergang geweiht sind. Wir sind immer noch besorgt, dass kleinere Populationen mit der Fliege zu kämpfen haben, aber vielleicht können Informationen aus unserer Studie ihnen helfen.“

Laut Knutie besteht der nächste Schritt darin, herauszufinden, ob Stadtfinken Abwehrmechanismen entwickelt haben oder ob es einen Umweltfaktor wie die Nahrungsverfügbarkeit gibt, der den Finken hilft, die Fliegen zu überleben.

„Wir würden die Studie auch gerne auf die Inseln ausweiten, da es im Archipel vier Inseln mit ständiger menschlicher Wohnbevölkerung gibt und jede Insel eine unterschiedlich große menschliche Bevölkerung hat. Wie Sie sich vorstellen können, nimmt die Bevölkerung mit zunehmender Größe der Stadt zu Auch die Infrastruktur zur Unterstützung des Menschen wächst. Wir hoffen zu testen, ob die Auswirkungen der Urbanisierung auf diese Interaktion zwischen Vögeln und Parasiten auf diesen Inseln je nach Grad der Urbanisierung unterschiedlich sind, um zu sehen, ob sie konsistent sind“, sagt Knutie.

Knutie hofft, dass sie die Schlüsselmechanismen aufklären können, um künftige Naturschutzbemühungen zu informieren und aktuelle Bemühungen zu unterstützen.

Im heimischen Verbreitungsgebiet werden die Fliegenpopulationen wahrscheinlich durch natürliche Fressfeinde wie Schlupfwespen oder Ameisen in Schach gehalten, sagt Knutie. Allerdings sind diese natürlichen Kontrollmechanismen auf den Galapagosinseln nicht vorhanden. Derzeit wird daran gearbeitet, die mögliche Einführung natürlicher Kontrollen zu untersuchen und zu erforschen, diese Maßnahmen können jedoch teuer und zeitaufwändig sein. Allerdings bleibt einigen Darwinfinkenpopulationen möglicherweise nicht mehr viel Zeit.

„Zum Beispiel hat der Mangrovenfink weniger als 100 Exemplare der gesamten Art übrig, was ihn zu einer der am stärksten gefährdeten Vogelarten der Welt macht“, sagt Knutie. „Sie haben keine Zeit, natürliche Abwehrkräfte zu entwickeln, daher haben Wissenschaftler und der Park versucht herauszufinden, wie man diese Fliege für diese Populationen, die einfach keine Zeit haben, in den Griff bekommen kann. Für größere Populationen haben wir etwas mehr Zeit.“ Finden Sie heraus, warum sie gegen die Fliege nicht so gut abschneiden, und helfen Sie ihnen vielleicht, sich besser zu verteidigen. Wenn es die Evolution ist, die auf die Stadtfinken einwirkt, dann gibt uns das vielleicht Hoffnung, dass es für andere Populationen eine Chance gibt, Abwehrkräfte zu entwickeln gegen die Fliege.