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Die Untersuchung des aufkommenden kollektiven Verhaltens bei fliegenden Vögeln ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die jedoch Wissenschaftler verschiedener Disziplinen schon immer fasziniert hat. Bei dem Versuch, die Formationsbildung von Schwärmen zu untersuchen und zu modellieren, haben wir hochpräzise Positionsdaten von 29 frei fliegenden Waldrappen (Geronticus eremita) mit Hilfe von Global Navigation Satellite System-Loggern gesammelt, um zu untersuchen, ob die räumlichen Beziehungen innerhalb eines Schwarms dadurch erklärt werden können, dass die Vögel energetisch vorteilhafte Positionen einnehmen. Konkret nutzten wir Fachwissen und verfügbare Literaturinformationen, um mit Hilfe von Fuzzy-Logik zu modellieren, wo die Luftwirbel hinter einem fliegenden Vogel liegen. Auf diese Weise konnten wir bestimmen, wann ein vorausfliegender Vogel einem nachfolgenden Vogel Aufwind verschafft und so dessen Gesamtaufwand verringert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich mit dem Fuzzy-Modell leicht erkennen lässt, welcher Vogel im Windschatten eines anderen Individuums fliegt, dass es einen klaren Hinweis auf die Dynamik des fliegenden Schwarms gibt und dass es auch einen Hinweis auf die sozialen Beziehungen der Vögel liefert.
Viele Tierarten bewegen sich in streng organisierten Gruppen. Als Funktion dieser Gruppierungen gilt die Verringerung des Energieverbrauchs und die Verbesserung der Fortbewegungsleistung der einzelnen Individuen in der Gruppe. Die V-Formation von Vogelschwärmen fasziniert Forscher seitlangem und erregt immer wieder die Aufmerksamkeit von Experten und Laien. Man geht davon aus, dass der Formationsflug den Vögeln, die hinter und neben einem anderen Vogel fliegen, einen energetischen Vorteil verschafft, indem sie die von den Flügeln des vorausfliegenden Vogels erzeugten Aufwinde nutzen. Eine endgültige Erklärung der aerodynamischen Auswirkungen beim Formationsflug war bisher allerdings nicht möglich. Hier zeigen wir, dass Waldrappe (Geronticus eremita), die in einer V-Formation fliegen, sich in aerodynamisch optimalen Positionen aufhalten, die mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen. Darüber hinaus zeigen wir, dass die Vögel beim Fliegen in V-Formation eine kohärente Flügelspitzenbahn aufweisen, wobei sie räumlich phasengleich schlagen und somit die Aufwinde während des gesamten Schlagzyklus maximieren. Fliegen die Vögel dagegen unmittelbar hinter einem anderen Vogel, gibt es keine Kohärenz der Flügelspitzen, sondern die Flügelschläge sind räumlich gegenphasig. Dies verringert möglicherweise die nachteiligen Auswirkungen des Abwinds für den nachfolgenden Vogel. Diese aerodynamischen Leistungen wurden bei Vögeln aufgrund der komplexen Flugdynamik und der aufwändigen sensorischen Rückkopplung bisher nicht für möglich gehalten. Die komplizierten Mechanismen, die beim V-Formationsflug zum Tragen kommen, deuten darauf hin, dass die Vögel die räumlichen Wirbelschleppenstrukturen ihrer Artgenossen wahrnehmen und die bemerkenswerte Fähigkeit besitzen, diese entweder zu erkennen oder vorherzusagen. Wir vermuten, dass Vögel im V-Formationsflug über Strategien verfügen, um mit der Dynamik von Wirbelschleppen, die durch das Schlagen der Flügel entstehen, zurecht zu kommen.
Wir zeichnen die Geschichte des vom Aussterben bedrohten Waldrapps durch verschiedene Epochen bis in die Gegenwart nach. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf dem Vorkommen und Verschwinden der Art im alten Ägypten, wo der Vogel eine große kulturelle und religiöse Bedeutung erlangte, sowie auf den modernen Bemühungen um die Wiederansiedlung der Art. Aufgrund descharakteristischen Aussehens, des Verhaltens und des Lebensraums des Waldrappes sowie seines Bedarfs an offenen Futterplätzen entstand im alten Ägypten, wie auch in anderen Kulturen, eine enge wechselseitige Beziehung zwischen Menschen und Vögeln. Ein eindeutiger Vorteil für den Waldrapp war die Verfügbarkeit von Nahrungsflächen, die vom Menschen für die Landwirtschaft oder die Beweidung gerodet wurden. Der Nutzen für den Menschen war eher kultureller Natur, da der Vogel vom alten Ägypten bis zum mittelalterlichen Europa religiöse Verehrung oder symbolische Bedeutung erlangte. Die Nähe zum Menschen birgt jedoch auch ein hohes Risiko. Wir diskutieren verschiedene Arten von Einflüssen (z.B. anthropogene Einflüsse und Auswirkungen des Klimawandels) als Auslöser für das Aussterben der Art. Die Belege für ein dreifaches Verschwinden des Waldrapps (um 2000 v.Chr., um 1600 n. Chr. und in der Neuzeit) stellen eine einzigartige Grundlage für die Untersuchung der Lebensraumpräferenzen des Vogels und seiner Anfälligkeit dar. Dabei stehen unterschiedliche, hauptsächlich anthropogene Ursachen hinter diesen drei historischen Aussterbeereignissen, obwohl das Verschwinden in allen drei Epochen in eine Zeit des Klimawandels fiel.
Wie sich Datenlogger auf die Aerodynamik oder Hydrodynamik von Tieren auswirken, ist immer noch wenig erforscht. Dies steht in starkem Gegensatz zu ihrer zunehmenden Anwendung bei wildlebenden Tieren. In letzter Zeit werden vermehrt Bedenken geäußert, dass die Geräte die betroffenen Tiere beeinträchtigen könnten. Während in den Anfängen der Biotelemetrie das Augenmerk ausschließlich auf der Gewichtsreduzierung lag, werden nun zunehmend auch aerodynamische Einwirkungen in Betracht gezogen. Um diese Einwirkungen zu untersuchen, haben wir Waldrappe darauf trainiert, in einem Windkanal zu fliegen. So konnten wir die Herzfrequenz und die dynamische Körperbeschleunigung (VeDBA) als Indikatoren für den Energieverbrauch in Abhängigkeit von verschiedenen Gehäuseformen und Windströmungsrichtungen messen.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass aerodynamische Auswirkungen mit relativ geringem Aufwand verringert werden können, insbesondere durch eine streng aerodynamische Gestaltung des Gehäuses. Zudem ist bei Vögeln die Befestigung der Geräte über Beinschlaufen am hinteren Rücken eindeutig der üblichen Befestigung über Flügelschlaufen am vorderen Rücken vorzuziehen, auch wenn dies die Effizienz der Solarpanels beeinträchtigt. Die Bedeutung der Widerstandsreduzierung kann jedoch von System zu System unterschiedlich sein, da die Vorteile eines Senders in der Nähe des Schwerpunkts den damit verbundenen erhöhten Widerstand überwiegen können. Insgesamt sind weitere Forschungen auf diesem Gebiet erforderlich. Dies liegt sowohl im Interesse des Tierschutzes als auch der Qualitätssicherung der gesammelten Daten.
Nachdem die Waldrappe bereits im Mittelalter in Europa ausgerottet wurden, wird seit 2003 wieder eine migrierende Population angesiedelt. Wir haben über einen Zeitraum von 12 Jahren (2008–2019) demografische Analysen zum Überleben und zur Fortpflanzung von 384 Waldrappen dieser Population durchgeführt. Diese Daten bildeten auch die Grundlage für eine Population Viability Analysis, bei der die mögliche zukünftige Entwicklung der Waldrappe-Population unter verschiedenen Szenarien simuliert wird. Wir analysierten altersspezifische Überlebensraten und simulierten den Einfluss von stochastischen Katastrophenereignissen und Auswilderungen auf das Populationswachstum. Die altersspezifischen Überlebensraten lagen zwischen 0,64–0,78. 45 % der ausgewachsenen Weibchen reproduzierten mit einer durchschnittlichen Fruchtbarkeit von 2,15 Küken pro Nest. Die Analysen ergaben, dass die Waldrappteam-Population mit einer geschätzten Populationswachstumsrate von 0,95 und einer Aussterbewahrscheinlichkeit von 24 % innerhalb von 50 Jahren nahezu selbsterhaltend ist. Von den 326 getesteten Zukunftsszenarien erreichten 94 % die Kriterien von < 5 % Aussterbewahrscheinlichkeit und Populationswachstumsraten Lambda > 1. Stochastische Katastrophenereignisse hatten nur einen begrenzten Einfluss. Trotz der vergleichsweise hohen Überlebens- und Fruchtbarkeitsraten ergabt die Analyse, dass die Waldrappteam-Population zur Erreichung der Selbsterhaltung weitere Auswilderungen und die Umsetzung wirksamer Maßnahmen gegen die primären Todesursachen erfordert, diese sind illegale Jagd in Italien und Stromschlag an ungesicherten Strommasten. Die Erkenntnisse dieser Studie werden im Rahmen eines zweiten europäischen LIFE-Projekts umgesetzt.
Der Waldrapp ist eine vom Aussterben bedrohte Zugvogelart, die im 17. Jahrhundert in Europa ausgestorben ist. Derzeit wird im Rahmen eines europäischen LIFE-Programms eine migrierende Population angesiedelt, mit Brutkolonien im nördlichen und südlichen Alpenvorland und einem gemeinsamen Überwinterungsgebiet in der südlichen Toskana. Die Population besteht mittlerweile aus etwa 200 Individuen, von denen etwa 90 % ein GPS-Gerät auf dem Rücken tragen. Wir haben Biologging-Daten aus dem Jahr 2021 verwendet, um die Habitateignung für die Arten im nördlichen Alpenvorland zu modellieren. Um ein Artenverteilungsmodell aufzustellen, wurden aus Satellitenbildern von Landsat-8 Indizes berechnet, die die Umweltbedingungen beschreiben. Zusätzlich wurden aktiv erfasste Sentinel-1-Beobachtungsdaten sowie Klima- und Urbanisierungsdaten einbezogen. Ein Random Forest Modell ergab eine Gesamtgenauigkeit von 84,5 %. Höhe und Neigung hatten die höchste Vorhersagekraft, gefolgt von der Grasbedeckung und der VV-Intensität der Sentinel-1-Radardaten. Die aus dem Modell resultierende Karte prognostiziert die höchste Nahrungseignung für Talböden, insbesondere des Inn-, Rhein- und Salzachtals sowie für weite Teile des Alpenvorlandes. Gebiete mit einem hohen Eignungsindex überschneiden sich weitgehend mit bekannten historischen Brutstätten. Dies ist besonders bemerkenswert, da sich das Modell nur auf Nahrungshabitate bezieht, ohne die Verfügbarkeit geeigneter Brutfelsen zu berücksichtigen. Detaillierte Analysen identifizieren die Übergangszone von der extensiven Grünlandbewirtschaftung zum intensiven Ackerbau als nördliche Verbreitungsgrenze. Das Modellierungsergebnis ermöglicht die Definition geeigneter Gebiete für weitere Auswilderungs- und Managementmaßnahmen. Obwohl in den internationalen IUCN-Umsiedlungsrichtlinien gefordert, ist die Verwendung von Modellen im Rahmen von Umsiedlungsprojekten immer noch nicht üblich und im Falle des Waldrapps auch nicht im aktuellen AEWA Aktionsplan berücksichtigt. Unser Artenverteilungsmodell stellt eine aktuelle Momentaufnahme dar. Die Modellierung könnte noch optimiert werden, indem nachhaltige Landnutzung, zeitliche Dynamik und Klimawandelszenarien mit einbezogen werden.
Größere Vogelarten bewegen sich währen der Migration häufig in V-Formation oder Echelon-Formation. In solchen Formationen können die Vögel Energie sparen, indem sie den aerodynamischen Aufwind nutzen, der vom vorausfliegenden Vogels erzeugt wird. Da der führende Vogel in einer Formation nicht von diesem Aufwind profitieren kann, ergibt sich ein soziales Dilemma bezüglich der Frage: Wer fliegt voraus? Um zu untersuchen, wie dieses Dilemma gelöst wird, haben wir das Flugverhalten einer Gruppe junger Waldrappe während einer menschengeführten Migration untersucht. Wir konnten zeigen, dass die Zeit, in der ein Vogel eine Formation anführt, stark mit der Zeit korreliert, die er selbst in Folgeposition zu einem anderen Vogel fliegt. Auf dyadischer Ebene gleichen die Vögel die Zeit, die sie führen und folgen, durch häufige Wechsel der Position an. Wir vermuten, dass auf proximater Ebene vor allem die hohe Zahl der Wiederholungen und die unmittelbare Gelegenheit eine Kooperation mit direkter Reziprozität begünstigen.
Ein beträchtlicher Teil der weltweiten Vogelarten unternimmt saisonale Langstreckenwanderungen. Diese Reisen sind energetisch anspruchsvoll. Zwei wichtige Verhaltensweisen tragen dazu bei, den Energieaufwand zu verringern: die Nutzung von Thermik für den Segelflug und das Reisen in Echelon- oder V-Formation. Beide Strategien haben unmittelbare Konsequenzen für die soziale Organisation der Vögel, da sie entweder große Schwärme erfordern oder das Reisen in kleinen, stabilen Gruppen. Im Folgenden erörtern wir zunächst diese sozialen Konsequenzen und stellen dann eine Analyse des Formationsflugs bei einer Gruppe Waldrappe auf ihrem ersten Zug in den Süden vor. Wir beobachten klare Korrelationen zwischen Führen und Folgen auf dyadischer Ebene, aber nur eine schwache Korrelation auf individueller Ebene während des unabhängigen Fluges. Dieses Muster deutet auf direkte Reziprozität bei einer Kooperation während des Formationsflugs hin. Die Muster und die soziale Organisation von Vögeln, die in Gruppen reisen, waren bisher nur schwer zu erforschen. Die rasche Entwicklung neuer Technologien – vor allem leichte GPS-Sender – werden jedoch in naher Zukunft weitere Erkenntnisse liefern.
Vögel haben während des Fluges einen außergewöhnlich hohen Energiebedarf. Ein stetige Wechsel zwischen aktivem Flügelschlag und Gleitflug (intermitted flight) hilft ihnen vermutlich, Energie zu sparen. Einen empirischen Beleg dafür gab es aber bislang nicht. Wir konnten handaufgezogene Waldrappe (Geronticus eremita) während der menschengeführten Migration mit Datenloggern ausstatten, um die Herzfrequenz als Indikator für den Energieaufwand zu messen. Der Energieverbrauch wurde signifikant von der Länge der Schlag- und Gleitphasen beeinflusst. Ein deutlicher Rückgang der Herzfrequenz wurde bereits nach einer Sekunde Gleitflug gemessen. Beim aktiven Flügelschlag stieg die Herzfrequenz bis zu 30 Sekunden stetig an, stabilisierte sich dann aber. Bei einem Gleitfluganteil von etwa 20 % konnten wir anhand der Herzfrequenzmessung eine maximale Energieeinsparung von 11 % messen. Diese Studie liefert empirische Belege dafür, dass ‚intermitted flight‘ energetisch vorteilhaft ist und die hohen Energiekosten von Flügen reduzieren kann.
Thermikgleiten und intermittierender Flügelschlag bei Zugflügen des Waldrapps
Migrationsflüge stellen für Vögel eine energetische Herausforderung dar. Die Wahl von Flugzeiten, Zugroute, Flughöhe, Reisegeschwindigkeit, Flügelschlagmuster, Segelflug und Formationsflug können den Energieaufwand für die Migration beeinflussen. Während einer menschengeführten Migration haben wir die Flugmuster von zwei, mit Datenloggern ausgestatteten Waldrappen (Geronticus eremita) bei der Überquerung der Alpen analysiert. Die Vögel verwendeten ein intermittierendes Flugmuster, bei dem Phasen von aktivem Flügelschlag regelmäßig durch kurze Gleitphasen unterbrochen wurden. Infolge des intermittierenden Fluges war die effektive Flügelschlagfrequenz 13–20 Prozent niedriger, als die beobachtete Flügelschlagfrequenz von 4,0 s−1. Wenn es die topographischen und mikroklimatischen Bedingungen zuließen, gewannen die Vögel durch Kreisen in thermischen Aufwinden an Höhe. Während dieser Kreiselsequenzen war Gleiten mit ausgestreckten Flügel vorherrschend, obwohl auch aktives Flügelschlagen beobachtet wurde. Insgesamt verbrachten die beiden Vögel 19 bzw. 22 Prozent der Zeit gleitend und erreichten in dieser Zeit 26 bzw. 28 Prozent des Höhengewinns, der für die Überquerung eines großen Gebirgszuges erforderlich war. Die Ergebnisse zeigen, dass Waldrappe neben dem Formationsflug mindestens zwei weitere Strategien – Thermikkreisen und intermittierenden Flug – zur Verbesserung der Energiebilanz während des Zugs einsetzt.
Viele Zugvögel unternehmen außergewöhnlich lange Flüge. Wie die Vögel solche Ausdauerflüge von teils mehr als 100 Stunden meistern, konnte bislang nur wenig erforscht werden. Wir untersuchten Energieverbrauch und physiologische Veränderungen während des Fliegens bei Waldrappen (Geronticus eremita), die darauf trainiert waren, einem Ultraleichtflugzeug zu folgen. Die Vögel waren im Umgang mit ihren Pflegeeltern vertraut, wodurch unmittelbar vor und nach jedem Flug Blutproben genommen werden konnten. Die Flugdauer wurde experimentell festgelegt und lag zwischen einer und fast vier Stunden. Der Energieverbrauch während des Flugs wurde anhand von doppelt markiertem Wasser geschätzt, während die physiologischen Eigenschaften anhand der Blutchemie, einschließlich der Plasmastoffwechselprodukte, Enzyme, Elektrolyte, Blutgase und reaktiven Sauerstoffverbindungen bewertet wurden. Der unmittelbare Energieverbrauch nahm mit der Flugdauer ab, und die Vögel schienen einen ausgeglichenen aeroben und anaeroben Stoffwechsel zu betreiben, wobei sie Fett, Kohlenhydrate und Proteine als Brennstoff verwendeten. Dies machte den Flug effizient und physiologisch tolerabel. Die beobachteten Effekte ähneln klassischen Trainingsanpassungen, die die Dauer des Trainings begrenzen und gleichzeitig den Energieverbrauch verringern können. Es gab auch Vorteile während des Fluges, die eine Änderung der Leistungsabgabe zwischen Gleitflug und Manöver ermöglichen. Diese Anpassungen ähneln den physiologischen Prozessen, die andere sportliche Leistungen in der Natur ermöglicht haben, und könnten auch die außergewöhnlich langen Flüge von Zugvögeln ermöglichen.
Hintergrund
In diesem Beitrag wird der Nachweis erbracht, dass Datenlogger stark mit Augentrübungen korrelieren, die mitunter schwerwiegende Auswirkungen haben. wird im Rahmen eines LIFE+-Projekts in Europa wieder angesiedelt. Seit 2014 wurden alle Individuen eine migrierende Waldrapp-Population mit GPS-Geräten ausgestattet. Die Fernüberwachung ermöglicht die Durchführung gezielter Maßnahmen gegen die wichtigsten Mortalitätsursachen.
Methoden
Ursprünglich trugen alle Vögel batteriebetriebene Geräte, die am hinteren Rücken befestigt waren. Seit 2016 werden immer mehr Vögel mit solarbetriebenen Geräten ausgestattet, die sonnenexponiert am vorderen Rücken befestigt werden. Im Jahr 2016 beobachteten wir im Rahmen einer regelmäßigen Gesundheitsüberwachung erstmals eine Trübung der Hornhaut eines Auges (unilaterale Hornhauttrübung; UCO).
Ergebnisse
Im Jahr 2018 waren insgesamt 25 Vögel von UCO betroffen, mit unterschiedlicher Intensität bis hin zur Erblindung. Die klinische Untersuchung der Vögel ergab keine eindeutige Ursache für die Symptome. Allerdings waren nur Vögel betroffen, die ein Gerät auf dem vorderen Rücken. Im Gegensatz dazu zeigte keiner der Vögel, die Geräte am hinteren Rücken trugen, jemals UCO-Symptome. Dieser unerwartete Zusammenhang zwischen der Positionierung der GPS-Geräte und UCO wurde 2017 entdeckt. Nachdem Erkennen dieses Zusammenhangs entfernten wir die Geräte oder positionierten sie am hinteren Rücken. Das führte zu einem sofortigen Rückgang der Inzidenzrate, und seit 2019 gibt es in der Population keine Vögel mehr mit dieser Symptomatik. Waldrappe ruhen mit dem Kopf auf dem Rücken, wobei ein Auge nahe am Gerät platziert ist, sofern dies am oberen Rücken befestigt ist. Die plausibelste Erklärung für die Augentrübung ist daher entweder ein wiederholter leichter Temperaturanstieg im Hornhautgewebe durch die elektromagnetische Strahlung des GSM-Moduls oder eine wiederholte mechanische Reizung der Hornhautoberfläche. Konkrete Evidenzen fehlen aber bislang. Inzwischen wurden auch in einer anderen Waldrapp-Population Fälle von UCO gefunden.
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse stellen bei Vögeln, die mit dem Kopf am Rücken schlafen, die Positionierung von Biologging-Geräten am vorderen Rücken in Frage. Weitere Forschung auf dem schnell wachsenden Gebiet der GPS-Besenderung ist im Sinne des Tierschutzes dringend erforderlich.
Ein kostengünstiger Windkanal für Vogelflugexperimente wurde entwickelt, gebaut und vermessen. Nachdem die zu untersuchenden Vögel relativ groß sind (Waldrappe, Geronticus eremita), misst der Auslassquerschnitt des Windkanals 2,5 × 1,5 Meter. Die darstellbare Maximalgeschwindigkeit beträgt etwa 16 ms−1. Der Windkanal weist eine vertikal verstellbare Auslassdüse auf, um auf- und abwärts gerichtete Strömungen erzeugen zu können, womit Gleit- und Steigflüge simuliert werden. Der vorliegende Artikel beschreibt detailliert die Auslegung, die Konstruktion und den Bau des Windkanals und seiner Steuerung mit einem sehr beschränkten Budget. Die numerische Simulation der Strömungsverhältnisse und Messungen der Geschwindigkeitsverteilung im Testbereich werden präsentiert. Abgesehen von inhomogenen Strömungsbereichen in der Mischungszone des Freistrahls weist die Messstrecke eine sehr gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung auf: die lokale Geschwindigkeit weicht um weniger als 2% von der mittleren Geschwindigkeit ab. Des Weiteren wurde die Turbulenzintensität in der Messstrecke gemessen. Sie beträgt zwischen 1 und 2%. Vier Waldrappe wurden handaufgezogen und darauf trainiert, im beschriebenen Windkanal zu fliegen.
Viele bedrohte Arten werden zu Erhaltungszwecken in menschlicher Obhut gezüchtet, und einige dieser Zuchtprogramme haben eine künftige Wiederansiedlung zum Ziel. Der Waldrapp, Geronticus eremita, ist eine vom Aussterben bedrohte Vogelart, von der es nur noch eine letzte, freilebende Wildpopulation gibt (Marokko, Region Souss Massa). In den letzten zwei Jahrzehnten wurden zwei Programme zur Wiederansiedlung gestartet (in Österreich und Spanien). Da die genetische Beschaffenheit der Ausgangspopulation starke Auswirkungen auf den Erfolg der Wiederansiedlung haben kann, untersuchten wir die genetische Vielfalt der beiden Ausgangspopulationen für die Wiederansiedlung (‚Waldrappteam‘ und ‚Proyecto eremita‘) sowie der europäischen Zoopopulation (alle ex situ gehaltenen Individuen) durch Genotypisierung von 642 Individuen an 15 Mikrosatelliten-Loci. Um die Hypothese zu testen, dass die Wildpopulation in Marokko und die ausgestorbene Wildpopulation im Nahen Osten zu unterschiedlichen evolutionär bedeutsamen Einheiten gehören, haben wir zwei mitochondriale DNA-Fragmente sequenziert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die europäische Zoopopulation genetisch stark strukturiert ist, was auf getrennte Zuchtlinien zurückzuführen ist. Die genetische Vielfalt war bei den historischen Proben aus der östlichen Wildpopulation am höchsten. Die DNA-Sequenzierung ergab nur eine einzige Substitution, die die östliche und die westliche Wildpopulation voneinander unterscheidet. Im Gegensatz dazu zeigte die Mikrosatelliten-Analyse eine deutliche Unterscheidung zwischen den beiden Populationen. Dies deutet darauf hin, dass die genetische Differenzierung zwischen den beiden Populationen erst vor kurzem stattgefunden hat und nicht die Existenz von zwei evolutionär bedeutsamen Einheiten bestätigt. Die europäische Zoopopulation scheint vital und für die Wiederansiedlung geeignet zu sein, aber das Management der europäischen Zoopopulation und der beiden Ausgangspopulationen für die Wiederansiedlung könnte potentiell weiter optimiert werden, um einen noch höheren Grad der Vermischung zu erreichen.
Der Waldrapp ist eine vom Aussterben bedrohte Vogelart. Ein von der Europäischen Union kofinanzierte LIFE Projekt hat die Wiederansiedlung der Art in Europa zum Ziel. Um Informationen über die genetische Vielfalt innerhalb der Zookolonien und der wiederangesiedelten Population zu erhalten, wurden 15 für den Waldrapp (Geronticus eremita) spezifische, polymorphe Mikrosatellitenmarker isoliert und beschrieben. Die Mikrosatelliten-Primer wurden an 30 Individuen getestet und die genetische Variabilität wurde ermittelt. Die Werte für die beobachtete Heterozygosität reichten von 0,393 bis 0,867, während die erwartete Heterozygosität von 0,573 bis 0,718 reichte. Zehn der 15 Loci befanden sich im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht, und nur einer zeigte Hinweise auf das Vorhandensein von Null-Allelen. Die neu entwickelten PCR-Primer können für die Untersuchung populationsgenetischer Parameter verwendet werden, z. B. für künftige genetische Studien zur Erhaltung dieser stark gefährdeten Vogelart.
Bislang ist so gut wie nichts über die mikrobiellen Gemeinschaften bekannt, die mit Ibisarten assoziiert sind. Diese Information ist für das tierärztliche Management der Vögel von zentraler Bedeutung. Diese Studie wurde durchgeführt, um eine grundlegende Beschreibung der kultivierbaren Mikrobiota bei Waldrappen (Gronticus eremita) zu erstellen. Proben aus der Choana, der Luftröhre, dem Kropf und der Kloake wurden mit Hilfe eines kultivierenden Ansatzes untersucht, um die Mikroben an jeder beprobten Stelle zu identifizieren und ihre Häufigkeit in Abhängigkeit von Alter, Jahreszeit und Haltungsform zu vergleichen. Insgesamt wurden 94 Mikrobenarten kultiviert, darunter 14 potenziell neue Bakterientaxa. Die Mikrobiota des Waldrapps wurde von Mitgliedern des Stammes Firmicutes dominiert, gefolgt von Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes und Fusobacteria, allesamt Phylotypen, die häufig in der Darmumgebung von Vögeln beobachtet werden. Unterschiede in der relativen Häufigkeit verschiedener mikrobieller Taxa waren zwischen den Probentypen offensichtlich, was auf schleimhautspezifische Besiedlungseigenschaften und Gewebetropismus hinweist. Die Ergebnisse deuten außerdem darauf hin, dass die Zusammensetzung der Mikrobiota auch vom Alter, der Jahreszeit (Umwelt) und der Aufzuchtart beeinflusst werden. Während die Prävalenz traditioneller pathogener Mikrobenarten äußerst gering war, waren mehrere Opportunisten, darunter Clostridium perfringens Toxotyp A, häufig in den Proben vorhanden, was darauf hindeutet, dass der Waldrapp ein wichtiges Tierreservoir für diese Erreger darstellen könnte.
Aus Sicht zoologischer Einrichtungen bieten Wiederansiedlungsprojekte viele Möglichkeiten, Artenschutz- und Forschungsprogramme zu verknüpfen. Ein Beispiel für die vielschichtigen und unterschiedlichen Beiträge, die zoologische Einrichtungen im Allgemeinen und der Tiergarten Schönbrunn im Besonderen leisten können, ist die Wiederansiedlung des Waldrapps Geronticus eremita in Mitteleuropa. Die Beteiligung von zoologischen Einrichtungen reicht von der Bereitstellung von Eiern oder Vögeln für Auswilderungsversuche bis hin zu finanzieller und bürokratischer Unterstützung, auch bei Regierungsstellen und Nichtregierungsorganisationen. Durch die Mitwirkung auf Steuerungsebene im Förderverein Waldrappteam und als Partner im EU LIFE+ Wiederansiedlungsprojekt trägt der Tiergarten Schönbrunn direkt zur Gestaltung des Projektes bei und leistet weit mehr als nur technische und infrastrukturelle Unterstützung. Die Wiederansiedlung des Waldrapps steht weitgehend im Einklang mit den Wiederansiedlungsrichtlinien der International Union for Conservation of Nature. Diese Arbeit führt auch über den Projektrahmen hinaus zur Erfolgen bei der Verhinderung illegaler Jagd auf Zugvögel oder die Erstellung und Verbreitung wissenschaftlicher Forschungsergebnisse.
Im Rahmen der „menschengeführten Migration“ hatten die Autoren die einmalige Gelegenheit, handaufgezogene Waldrappe (Geronticus eremita) während des Herbstzuges zu begleiten, der in Etappen von Bayern, Deutschland, in die südliche Toskana, Italien, führte. Ziel dieser Studie war es, die unmittelbaren Auswirkungen des Fluges auf die Flugdauer und die verzögerten Erholungseffekte auf hämatologische Variablen zu untersuchen. Insgesamt wurden 31 Vögel beprobt. Die Blutproben wurden unmittelbar vor dem Abflug, nach der Landung und einen Tag nach dem Flug entnommen. Der Hämatokrit wurde bestimmt, und es wurden Blutausstriche angefertigt, um die Gesamtzahl der weißen Blutkörperchen (tWBC) mit Leukozytenkonzentrationen (absolut [abs.]) und Differenzialblutkörperchen (%) zu bestimmen. Nach dem Flug wurden signifikante Abnahmen von Hämatokrit, tWBC, Lymphozyten (abs., %), Heterophilen (abs.), Eosinophilen (abs., %) und Monozyten (abs.) beobachtet. Im Gegensatz dazu stiegen Heterophile (%), Basophile (%) und das Heterophilen/Lymphozyten-Verhältnis (H/L) deutlich an. Mit zunehmender Flugdauer stieg das H/L-Verhältnis weiter an. Einen Tag nach dem Flug gab es immer noch signifikante Abnahmen bei tWBC, Lymphozyten (abs.) und Eosinophilen (abs., %) und signifikante Anstiege bei Heterophilen (%) und dem H/L-Verhältnis. Der Hämatokrit sank sogar noch weiter. Diese Daten zeigen, dass der Rückgang der tWBC hauptsächlich durch die Lymphozytenfraktion verursacht wird und dass NBIs mehr als einen Tag benötigen, um die Veränderungen einiger hämatologischer Werte nach dem Flug umzukehren. Die Veränderungen des Hämatokrits nach dem Flug und am Erholungstag lassen sich am ehesten durch die Hämodynamik und die durch den Flug verursachten metabolischen und hormonellen Veränderungen erklären. Die hämatologischen Veränderungen nach dem Flug bei Waldrappen stimmten weitgehend mit denen anderer Vögel überein, aber sie unterschieden sich von Menschen und Säugetieren nach dem Flug vor allem im Hinblick auf den Gehalt an tWBC, Heterophilen (entspricht den Neutrophilen bei Säugetieren) und Lymphozyten.
Mit diesem Projekt wollen wir die Physiologie des Vogelzugs im freien Flug am Beispiel des Waldrapps untersuchen. Dabei soll eine handaufgezogene Gruppe auf ihrem Herbstzug nach Nord-Italien geleitet werden. Der Waldrapp ist eine weltweit gefährdete Vogelart, die in Europa Ende des Mittelalters ausgestorben ist. Die Etablierung von Zugverhalten mit Hilfe eines geführten Zugs ist essentieller Bestandteil eines internationalen Aktionsplans zur Erhaltung dieser Spezies. Ziel des Antrags ist es, physiologische Untersuchungen während des Zugs vorzunehmen und so zu einem besseren Verständnis der Physiologie und Energetik des Fluges ziehender Vögel zu gelangen. Der enge Kontakt zwischen den Vögeln und ihren Zieheltern erlaubt eine Datenerfassung bei minimaler Beeinträchtigung der Vögel. Der Analyse des individuellen Flugverhaltens kommt dabei eine besondere Rolle zu. Das Flugverhalten wird mit blutphysiologischen Parametern verglichen, die geeignet sind, die energetischen Bedingungen, die Nutzung von körpereigenem Fett und Protein als Energieträger und die
Ausdauerleistung zu charakterisieren. Mit Hilfe der Methode des „doppelt markierten Wassers“ soll der individuelle Energieverbrauch während der Flüge untersucht werden. Die nicht-invasive Analyse von Kortikosteron in Kotproben wird dabei die blutphysiologischen und energetischen Daten ergänzen. Die Erfassung der Körpermasse und die nicht-invasive Bewertung der sichtbaren subkutanen Fettreserven dienen als Maß der Nutzung körpereigener Energieträger. Der Flugplan wird so gestaltet, dass im ersten Untersuchungsjahr lange (>100 km) und kurze (<50 km) tägliche Flugetappen einander abwechseln, sodass die Beziehung zwischen Flugdauer und physiologischen Kennwerten bei extrem unterschiedlichen Belastungen untersucht werden kann. Im zweiten Jahr werden die Flugstrecken von den Vögeln selbst bestimmt. Somit ist es möglich, die natürlich vorkommenden Sollwerte bzgl. Regulation von Zugverhalten und -physiologie zu dokumentieren. Die geplante Studie ist die erste, die diagnostische blutphysiologische Parameter, endokrine Daten und energetische Messungen bei einem frei fliegenden Zugvogel integrativ untersucht.
Seit langem wird angenommen, dass die Hauptfunktion des Formationsflugs darin besteht Energie zu sparen, indem sie den vom vorausfliegenden Vogel erzeugten Aufwind nutzen. Diese Annahme wird in der Literatur oft als gesicherte Tatsache darstellen, obwohl sie bislang primär nur durch theoretische Modelle und Simulationen gestützt wurde, während empirische Daten mangels adäquater technischer Möglichkeiten weitgehend fehlten. Das österreichische Waldrappteam erforscht in Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Partnern seit vielen Jahren den Formationsflug bei Waldrappen (Geronticus eremita). Dabei wird die einzigartige Möglichkeit der menschengführten Migration zur Auswilderung dieser bedrohten Zugvogelart genutzt. Bei diesen Flügen werden handaufgezogene Jungvögel mit Ultraleicht-Fluggeräten über eine Distanz von rund 800 km in die Toskana geführt. In einer Studie (Portugal et al. 2014; NATURE) konnte das Team zeigen, dass sich Waldrappe im Formationsflug sehr präzise koordinieren, was weitgehend den Annahmen theoretischer Modelle entsprach. Eine direkte Evidenz durch Messung des Energieaufwandes fehlte allerdings weiterhin. Quantitative Messungen während der Migrationsflüge war daher eine wesentliche Zielsetzung des vom FWF finanzierten Forschungsprojektes. Darüber hinaus sollte untersuchen werden, durch welche Mechanismen eine stabile Kooperation während des Formationsfluges gewährleistet ist. Dafür statteten wir alle 30 Vögel der Formation mit eigens dafür entwickelten, aerodynamisch geformten Datenloggern aus. Diese beinhalteten neben einer Bewegungssensorik auch hochfrequente GNSS Logger, die eine Positionsbestimmung mit wenigen Zentimetern Abweichung ermöglichten. Zudem wurden fünf Vögel mit einem nicht-invasiven EKG zur kontinuierlichen Herzfrequenzmessung ausgestattet. Die so gesammelten, rund 1.2 MIO Position und 45.000 Herzfrequenzmessungen sind der erste Ansatz zur empirischen Datenaufnahme bei Zugvögeln während der Migration. Wir fanden heraus, dass sich die Vögel während der Flüge meist in einem schmalen Bereich seitlich versetzt hinter einem Artgenossen positionierten. Diese Ergebnisse stimmen mit den gängigen Theorien im Wesentlichen überein. Allerdings überlappten sich die seitlich hintereinander versetzt fliegenden Vögel fast um eine halben Flügelspannweite, während die meisten Modelle von nur wenigen Prozent Flügelspitzenüberlappung ausgehen. Eine plausible Erklärung dafür ist, dass sich diese simplifizierten Modelle nur auf die auftriebserzeugenden Flügel konzentrierten und den Einfluss der Aerodynamik des Vogelrumpfes nicht ausreichend berücksichtigen. Unsere Daten liefern auch erstmals quantitative Ergebnisse zur Energieeinsparung durch Formationsflug. Die Herzfrequenzmessungen in Kombination mit der dynamischen Gesamtkörperbeschleunigung (ODBA) zeigen, dass sich die Herzfrequenzen der Vögel signifikant reduzieren, wenn sie in Formation fliegen. Überraschenderweise erhöhte sich auch die Anzahl kurzer, intermediärer Gleitsequenzen, wenn die Vögel in Formation fliegen. Dies legt die Vermutung nahe, dass ein Teil der Energieeinsparungen während des Formationsfluges auf einen erhöhten Anteil an Gleitfügen zurückzuführen ist. Dies ist eine neue und überraschende Erkenntnis, die unser Verständnis des Formationsfluges maßgeblich beeinflusst.