Zu verstehen, wie Vögel auf den Klimawandel reagieren, ist ein kritisches Forschungsgebiet, das Elizabeth Derryberry, außerordentliche Professorin am Institut für Ökologie und Evolutionsbiologie der UT, und ihre Kollegen eilig verstehen, einschließlich der zunehmenden Prävalenz und Intensität von Hitzewellen. In einer neuen online veröffentlichten Studie in Molekulare Ökologieuntersuchten die Forscher, wie sich Hitze auf das Verhalten und die Physiologie von Zebrafinken auswirkt.
„Das meiste, was wir über das Verhalten und die physiologischen Auswirkungen von Hitze wissen, stammt von Wasserorganismen oder terrestrischen Kaltblütern, aber Hitzewellen könnten auch für Landvögel und Säugetiere ein echtes Problem darstellen, insbesondere wenn Hitze kritische Komponenten ihrer Fortpflanzung beeinträchtigt Verhalten und Physiologie“, sagte Sara Lipshutz, Assistenzprofessorin an der Loyola University Chicago, ehemalige Doktorandin an der UT und Erstautorin der Veröffentlichung. „Wir wollten verstehen, wie das passiert, als ersten Schritt, um zu verstehen, wie man mit diesen Problemen umgeht.“
Hitzewellen können für warmblütige Tiere tödlich sein, aber verhaltensbezogene und physiologische Auswirkungen fehlen in aktuellen hochkarätigen Studien zum Klimawandel. Die Forscher wollten etwas über die subletalen Auswirkungen von Hitze wissen, die Tiere nicht töten, aber dennoch ihre Fähigkeit beeinträchtigen könnten, sich an den Klimawandel anzupassen und zu gedeihen.
Lipshutz und Kollegen setzten Zebrafinken einer vierstündigen Hitzeherausforderung aus, ähnlich der, die Wildvögel während der Nachmittagshitze an einem Sommertag erleben könnten. Zebrafinken wurden für die Studie ausgewählt, weil diese Singvögel in ihrer Heimat Australien extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.
Das Team maß die Auswirkungen von Hitze auf das thermoregulatorische Verhalten und untersuchte insbesondere, wie Hitze die Genaktivität in Geweben veränderte, die für die Fortpflanzung entscheidend sind – die Hoden, die die Fruchtbarkeit kontrollieren, und einen Teil des Gehirns, der das Singen reguliert, was ein wesentliches Partneranziehungsverhalten bei Vögeln ist . Sie entdeckten, dass Hitze die Aktivität von Hunderten von Genen in den Hoden veränderte, aber weniger im Gehirn, was darauf hindeutet, dass das Gehirn möglicherweise weniger auf extreme Temperaturen reagiert.
„Gleichzeitig fanden wir Beweise dafür, dass die Dopamin-bezogene Signalübertragung im Gehirn beeinflusst wurde, was bedeutet, dass sogar subletale Hitze die Fortpflanzungsfähigkeit eines Vogels durch Veränderungen in den Motivationsschaltkreisen für die Gesangsproduktion verändern kann“, sagte Lipshutz. „Wenn sie nicht singen können oder gut singen, werden sie sich nicht fortpflanzen.“
Die Vogelpopulationen sind in den letzten Jahrzehnten dramatisch zurückgegangen, und männliche Singvögel müssen singen, um einen Partner anzuziehen. In Verbindung mit früheren Studien, die zeigen, dass Vögel während der Hitze weniger singen, enthüllt dieses Projekt potenzielle zugrunde liegende Mechanismen, durch die Hitze zum Rückgang der Vogelpopulation beitragen kann.
„Es ist wirklich ein Dreifachschlag“, sagte Derryberry, korrespondierender Autor der Veröffentlichung. „Hitze wirkt sich nicht nur auf ihr Gehirn aus, sondern scheint auch die testikulären Gennetzwerke zu beeinträchtigen, die mit der Selbsterhaltung und Spermienproduktion zusammenhängen. Es gibt also möglicherweise eine geringere Motivation zum Singen, eine verringerte Gonadenfunktion und größere Investitionen in die Selbsterhaltung, all das kann von einer erfolgreichen Reproduktion ablenken.“
Die Studie lieferte auch einige hoffnungsvolle Erkenntnisse für Vögel und ihre Fähigkeit, mit der Bedrohung durch den Klimawandel umzugehen. Männchen, die während der Hitzeprovokation häufiger keuchten, zeigten geringere Auswirkungen auf die Genaktivität im Gehirn und in den Hoden.
„Lange Zeit haben Forscher argumentiert, dass Verhaltensflexibilität der Schlüssel für die Fähigkeit von Tieren sein könnte, mit neuartigen Umweltherausforderungen umzugehen“, sagte Kimberly Rosvall, außerordentliche Professorin für Biologie an der IU Bloomington, deren Labor die genomische Seite dieses Projekts beaufsichtigte. „Wir haben gesehen, dass einige Individuen die Verhaltens-Thermoregulation besser nutzen, um die physiologischen Auswirkungen von Hitze abzuleiten. Wenn Tiere in der Lage sind, ihr Verhalten anzupassen, oder wenn sich ihr Verhalten weiterentwickeln kann, um mit dem Klimawandel Schritt zu halten, können sich Vögel möglicherweise anpassen.“
Laut Lipshutz haben die Ergebnisse auch wichtige Auswirkungen auf die sexuelle Selektion in einer sich erwärmenden Welt.
„Einige Individuen oder sogar einige Arten können unter extremen Temperaturen gute Leistungen erbringen“, sagte sie. „Das könnte sowohl die Entwicklung der thermischen Toleranz als auch die Entwicklung des Verhaltens beeinflussen.“
Sara E. Lipshutz et al., Wie thermische Herausforderungen die Genregulation im Gehirn und in den Keimdrüsen von Singvögeln verändern: Implikationen für die sexuelle Selektion in unserer sich verändernden Welt, Molekulare Ökologie (2022). DOI: 10.1111/mec.16506