Neue Studie enthüllt Temperatur

Jul 14, 2023

16. August 2023

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vom St. Olaf College

Die Umgebungstemperatur kann akustische Kommunikationssignale beeinflussen, die von ektothermen Signalgebern erzeugt werden. Beispielsweise können die zeitlichen Merkmale akustischer Signale bei höheren Temperaturen schneller auftreten. Wenn die Artenerkennung auf der Auswertung dieser zeitlichen Merkmale basiert, können temperaturbedingte Änderungen der Signalmerkmale die Fähigkeit eines Empfängers, den Signalgeber zu erkennen, beeinträchtigen.

Temperaturkopplung – Signalpräferenzen, die sich parallel zu Signalmerkmalen verschieben, die sich mit der Umgebungstemperatur ändern – könnte eine Lösung für die Aufrechterhaltung einer effektiven Kommunikation zwischen Signalgebern und beabsichtigten Empfängern sein. Eine seit langem bestehende Ansicht ist, dass diese Temperaturkopplung innerhalb derselben Art auftritt, was eine genetische Kopplung und das Potenzial für eine gemeinsame genetische Basis ermöglichen könnte, die der Signalproduktion bei Signalgebern und der Signalwahrnehmung bei beabsichtigten Empfängern zugrunde liegt.

Nun haben Forscher, die am 16. August in Proceedings of the Royal Society B berichteten, herausgefunden, dass Temperaturkopplung auch bei unbeabsichtigten Abhörempfängern unterschiedlich verwandter Arten auftreten kann, was darauf hindeutet, dass Temperaturkopplung auch ohne genetische Kopplung auftreten kann.

Männliche Feldgrillen singen, indem sie ihre Flügel aneinander reiben, um Rufgesänge zu erzeugen, mit denen weibliche Partner angelockt werden. Diese Rufgesänge ziehen auch die Aufmerksamkeit trächtiger Ormia ochracea-Weibchen auf sich, die auf der Suche nach Wirtsgrillen für die Entwicklung ihrer Larvenjungen sind. Da Grillen ektotherm sind und die Temperatur der Umgebung annehmen, können Änderungen der Umgebungstemperatur die zeitliche Struktur der Schallimpulse beim Zirpen von Grillen verändern.

Bereits 1897 waren sich Wissenschaftler dieser Beziehung bewusst, was es dem berühmten amerikanischen Physiker und Erfinder Amos Dolbear ermöglichte, eine Gleichung (das Gesetz von Dolbear) abzuleiten, bei der die Grille als Thermometer verwendet wurde, um die Umgebungstemperatur anhand des Timings der Schallimpulse bei der Grille zu messen zwitschert.

Kann die akustische Parasitenfliege Ormia ochracea ihre Fähigkeit beibehalten, geeignete Wirtsgrillen zu erkennen, wenn sich der Gesang der Grillen mit der Umgebungstemperatur ändert? Eine von Kari Jirik und Jimena Dominguez, beide Mitglieder des Lee Lab of Neural Systems and Behavior am St. Olaf College, gemeinsam geleitete Studie hat herausgefunden, dass Ormia ochracea zeitliche Musterpräferenzen für Lieder aufweist, die sich mit der Umgebungstemperatur auf eine Weise ändern, die dem entspricht Die Umgebungstemperatur beeinflusst die zeitlichen Merkmale von Cricket-Liedern. Diese Studie ist die erste, die die Temperaturkopplung zwischen Songmerkmalen eines Signalgebers und den Songpräferenzen eines unbeabsichtigten Abhörempfängers im Detail beschreibt.

„Da sich die Pulsfrequenz von Grillenrufliedern ändert, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, haben wir festgestellt, dass sich auch die Pulsfrequenzpräferenzen von Ormia ochracea mit der Umgebungstemperatur ändern“, sagt Dominguez.

Zusammen mit anderen Mitgliedern des Lee Lab beschrieb das Forschungsteam die Pulsfrequenzpräferenzen von Cricket-Liedern bei Ormia ochracea, indem es ein sphärisches Hochgeschwindigkeitslaufbandsystem nutzte, um phonotaktische Reaktionen beim Gehen auf Ruflieder aufzuzeichnen, deren Pulsfrequenz bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen variierte.

Bei einer Raumtemperatur von 21 °C liefen die Fliegen optimal zu Cricket-Gesängen mit einer Pulsfrequenz von 50 Schlägen pro Sekunde und weniger zu Cricket-Gesängen mit höheren oder niedrigeren Pulsfrequenzen. Dieser Höhepunkt ihrer Pulsfrequenz-Präferenzfunktion verschob sich bei 30 °C zu einer höheren Pulsfrequenz (70 Impulse pro Sekunde). Zusätzlich zur Verschiebung des Höhepunkts der Pulsfrequenz-Präferenzfunktion stellte das Team auch fest, dass Fliegen weniger selektiv wurden und reagierten leichter auf einen größeren Bereich von Pulsfrequenzen reagieren.

„Unsere Ergebnisse sind cool, weil sie eine neue Möglichkeit eröffnen, dass lauschende Fliegen die Gesänge ihrer Wirtsgrillen in einem weiten Temperaturbereich erkennen können, sodass trächtige Weibchen ihre Wirtsgrillen auch dann finden können, wenn die Temperatur schwankt“, sagt Dominguez.

Da sich die rhythmische Erzeugung von Schallimpulsen bei Rufgesängen mit der Temperatur ändert, wäre die Temperaturkopplung der Gesangspräferenzen wichtig für die Aufrechterhaltung einer effektiven Kommunikation zwischen männlichen und weiblichen Grillen derselben Art. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Umgebungstemperatur in der Abenddämmerung sinkt, während der Spitzenzeiten der akustischen Kommunikation zwischen Grillen.

„Die Temperaturkopplung männlicher Signalmerkmale und weiblicher Präferenzen für diese Merkmale wurde für möglich gehalten, da männliche und weibliche Grillen genetisch verwandt und genetisch gekoppelt sind. Die genetische Kopplung könnte eine gemeinsame genetische Basis ermöglichen, die der Signalproduktion und den Signalpräferenzen zugrunde liegt“, sagt Senior Autor Norman Lee.

Eine Temperaturkopplung ohne genetische Kopplung kann auftreten, wenn die Temperatur zelluläre und metabolische Prozesse in Signalgebern und Empfängern gleichermaßen beeinflusst. Die genauen Mechanismen, wie sich Signalpräferenzen und Signalerkennung mit der Temperatur ändern, sind derzeit unbekannt und erfordern weitere Untersuchungen in zukünftigen Studien.

Mehr Informationen: Karina J. Jirik et al., Parasitoid-Host Eavesdropping enthüllt Temperaturkopplung von Präferenzen an Kommunikationssignale ohne genetische Kopplung, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2023). DOI: 10.1098/rspb.2023.0775

Zeitschrifteninformationen:Verfahren der Royal Society B

Zur Verfügung gestellt vom St. Olaf College