Forschungsprojekt Winkerfrosch

  • Männlicher Winkerfrosch (Staurois parvus) aus Borneo mit weißem Fuss

Dieses Projekt untersucht die Evolution multimodaler Signale basierend auf Verhaltensexperimenten im Tiergarten Schönbrunn und im Freiland. Zusätzlich zur bekannten akustischen Kommunikation bei Fröschen signalisieren die Winkerfrösche auch mit Hilfe von visuellen Signalen. Das auffällige Beinwinken, bei dem  die hellgefärbte Schwimmhaut für kurze Zeit dem Rivalen präsentiert wird, gilt als agonistisches Signal. Diese spezielle Anpassung an schnellfließende, laute Bäche konnte bereits für mehrere Arten aus verschiedenen Familien in Südostasien und Südamerika dokumentiert werden. Das Signalverhalten des Winkens hat sich mehrfach unabhängig bei Fröschen entwickelt.

Zielsetzung

Eine Kombination aus Freilandstudien und Untersuchungen im Tiergarten ermöglicht Rückschlüsse auf die tatsächliche Qualität und Funktion der Signale. Das visuelle Anzeigeverhalten benötigt vermutlich präzise Koordination von verschiedenen neuronalen Schaltkreisen und Muskelgruppen. Da das visuelle Signal speziell in Kämpfen zwischen Männchen eingesetzt wird, geht die Hypothese davon aus, dass Hormone die Komplexität der Signale modulieren. Es wird vermutet, dass Bewegungsabläufe auf Größe und/oder Gewicht des Senders hinweisen und den Gegner beeinflussen.

Relevanz

Die Übertragung, Erkennung, Rezeption, Integration und der zugrunde liegende Mechanismus von visuellen Signalen bzw. die Kommunikationsmittel, die die Empfänger beeinflussen, stehen im Zentrum dieser Forschung. Einfluss auf die Entwicklung eines Signals haben sowohl der Empfänger und die konkurrierenden Signalgeber wie auch die physische Umwelt. Die Ergebnisse erlauben erstmals fortführende Schlüsse über die Entstehung, Veränderung und das Verschwinden von adaptiven Bewegungsabläufen bei Signalen.

Methode

Im Tiergarten Schönbrunn wurden physiologische Untersuchungen mit Androgenen durchgeführt, um zu testen, wie dadurch die Frequenz und Bewegung von Winksignalen beeinflusst wird. Männliche Winkerfrösche, geteilt in unterschiedliche Gruppen, erhalten Testosteron oder eine Kochsalzlösung. Im Anschluss wird das Verhalten der Tiere gefilmt und analysiert. Die Behandlungssubstanzen sind ungiftig und beeinträchtigen weder die Gesundheit noch die weitere Entwicklung der Tiere.

Ebenso werden die Winkbewegungen der im Tiergarten gezüchteten Winkerfroscharten aus Borneo mit drei Winkerfroscharten aus Indien verglichen. Sowohl Videoaufzeichnungen (Slow-Motion) als auch Farbmessungen der Füße sollen Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Kommunikation von nicht verwandten Winkerfröschen aufzeigen.

Ergebnisse

Untersuchungen zeigten, dass sich die Füße der im Tiergarten lebenden Winkerfroschart erst im Laufe des ersten Lebensjahres hellweiß färben und die Tiere als Jungtiere gut getarnt sind.

Ebenso zeigte sich, dass Frösche, die Testosteron erhalten, weitaus mehr winken als die Kontrollgruppe (Graphik 1).  Allgemein besitzen Winkerfrösche zehnmal mehr Androgen-Rezeptoren in der Beinmuskulatur als Froscharten, die nicht winken. Die Forscher vermuten, dass die erhöhte Anzahl von Androgen-Rezeptoren im Beinmuskel auch zu Veränderungen in den Schaltkreisen des Rückenmarks und Gehirns führt.

Assoziierte Wissenschafter:
Dr. Matthew Fuxjager
Brown University, Dept. of Ecology and Evolutionary Biology, 171 Meeting Street, Providence, Rhode Island, USA
Email: matthew_fuxjager@brown.edu
Website: https://www.fuxjagerlab.com/

Dr. Lisa Mangiamele
Smith College, Department of Biological Sciences, 44 College Ln, Northampton, MA 01063
Email: lmangiamele@smith.edu
Website: http://www.science.smith.edu/mangiamele/

Weiterführende Literatur
Preininger D., Weissenbacher A., Wampula T. and W. Hödl. 2012. The conservation breeding of two foot-flagging frog species from Borneo, Staurois parvus and Staurois guttatus. Amphibian and Reptile Conservation 5(3):45-56(e51)
http://www.redlist-arc.org/Article-PDFs/ARC_5(3)_45-56_e51_high_res.pdf 
Preininger D., Boeckle M., Freudmann A., Starnberger I., Sztatecsny M., and W. Hödl. 2013. Multimodal signaling in the Small Torrent Frog (Micrixalus saxicola) in a complex acoustic environment. Behavioral Ecology and Sociobiology 67: 1449-1456 doi: 10.1007/s00265-013-1489-6  http://link.springer.com/article/10.1007/s00265-013-1489-6
J. Stangel, D. Preininger, M. Sztatecsny & W. Hödl. 2015. Ontogenetic change of signal brightness in the foot-flagging frog species Staurois parvus and S. guttatus. Herpetologica 71(1): 1–7.
http://dx.doi.org/10.1655/HERPETOLOGICA-D-14-00014
Preininger, D., S. Handschuh, M. Boeckle, M. Sztatecsny & W. Hödl. 2016. Comparison of female and male vocalisation and larynx morphology in the size dimorphic foot-flagging frog species Staurois guttatus. Herpetological Journal 26/3:187-197 http://www.ingentaconnect.com/content/bhs/thj/2016/00000026/00000003/art00001 
Mangiamele L.A., M.J. Fuxjager, E. Schuppe, R.S. Taylor, W. Hödl & D. Preininger. 2016. Increased androgenic sensitivity in the hind limb neuromuscular system marks the evolution of a derived gestural display. PNAS 113:5464-69. doi: 10.1073/pnas.1603329113
http://www.pnas.org/content/113/20/5664.full