Runter von meinem Rücken: Eine evolutionäre Schwarz-Weiß-Reaktion

Viele haben die Frage gestellt - warum haben Zebras Streifen? Hier wollen wir uns ansehen, wie einige Wissenschaftler versucht haben, diese Frage zu beantworten. Das kontrastierende schwarz-weiße Streifenmuster, das für Zebrapelagen charakteristisch ist, wird über alle Zebraarten hinweg evolutionär konserviert, was darauf hinweist, dass es eine wichtige Funktion haben muss. Die drei Arten von Zebras sind Plains Zebra (Equus Quagga), Mountain Zebra (Equus Zebra) und Grévy-Zebra (Equus grevyi). Historisch gesehen sind die wichtigsten Hypothesen bezüglich der Funktion von Zebrastreifen die Abwehr von Raubtieren durch Tarnung vor oder die Verwirrung von Raubtieren, Signalisierung an Artgenossen, um soziale Bindungen zu verstärken, die Thermoregulation zu verstärken und Ektoparasiten zu schützen (1).

Haben Zebras also Streifen, um die Raubtierzucht zu reduzieren? Wenn ja, welche Tarnung oder Verwirrung hat der Mechanismus? Die kurze Antwort lautet Nein zu Tarnung und Verwirrung, weshalb Zebras Streifen haben. In Bezug auf Tarnung simulierte eine frühere Studie, die von Amanda D. Melin et al. Sie fanden heraus, dass Zebrastreifen für die geschätzten visuellen Systeme von Löwen und Hyänen bei Entfernungen von mehr als 50 m (Tageslicht) und 30 m (Dämmerung) schwer zu lösen sind.

Abbildung 1: Veranschaulicht die Auswirkungen einer Verringerung des Umgebungslichts auf das gleiche Bild einer kleinen Gruppe von Zebras bei einem realen Weltäquivalent von 16,4 m. Die linke Spalte entspricht annähernd ihrem Aussehen bei Tageslicht (a), Dämmerung (c) und Nacht (e). Die rechte Spalte entspricht in etwa dem Erscheinungsbild der Zebras Löwen bei Tageslicht (b), Dämmerung / Morgenröte (d) und Nacht (f). Anhand dieser Figur ist es offensichtlich, dass Löwen die Streifen in nur 16,4 m Entfernung kaum auflösen können, sobald es dunkel wird, der Zeitpunkt, zu dem die meisten Jagden auftreten. Aufgrund der Tatsache, dass Zebrastreifen für diese gewöhnlichen Raubtiere nur schwer aufzulösen sind, ist es unwahrscheinlich, dass sie als Tarnung gegen Raubtiere von Säugetieren wirken. Eine Studie wurde von Benedict G. Hogan et al. Im Hinblick auf die Streifen durchgeführt, die die Räuberung durch verwirrende Räuber reduzieren, und untersucht, welche Muster die größte Verwirrung bewirken (3). Sie folgerten, dass lineare Streifenmuster, die parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet waren, die meisten Verwirrungen verursachten. Zebras haben keine parallel zum Boden verlaufenden Streifen (Bewegungsrichtung), was darauf hinweist, dass sie kein Streifenmuster haben, das die Verwirrung von Raubtieren unterstützt. Weitere Beweise aus einer Studie der Wissenschaftler, Matt W. Hayward und Graham I. H. Kerley, stützen die Behauptung, dass Streifen nicht zu Verwirrung über die Beutevorlieben des Löwen beitragen (4). In dieser Studie stellten sie fest, dass Zebras wesentlich häufiger von Löwen heruntergenommen wurden, als aufgrund ihrer Verfügbarkeit zu erwarten wäre. Dies deutet darauf hin, dass ein Verwirrungseffekt höchstwahrscheinlich fehlt.

Könnte die Funktion der Streifen des Zebras durch erhöhte Sozialleistungen sein? Laut einem von Tim Caro verfassten Buch mit dem Titel Zebra Stripes haben gestreifte Equids im Vergleich zu unbestreiften Equiden keine höheren Pflegungs- oder Assoziationsmuster (5). Dies zeigt an, dass Streifen die Kommunikation zwischen den Spezies nicht verbessern.

Vielleicht hilft das Streifenmuster des Zebras bei der Thermoregulation? Um diese Hypothese zu testen, haben Gábor Horváth et al. führten eine Studie durch, die Feldversuche und thermografische Messungen kombinierte, um die Rolle von Zebrastreifen bei der Thermoregulation zu untersuchen (6).

Abbildung 2: In der oberen Reihe sind die Modelle dargestellt, die aus wassergefüllten Metallfässern mit schwarzer Rinderhaut (a), weißer Rinderhaut (b), grauer Pferdefell (c.), Grauer Rinderhaut (d) bestehen. , schwarz-weiß gestreiftes künstliches Zebra (e) und echtes Zebra-Fell (f). Die mittlere Reihe zeigt ein Thermogramm der Fässer, wobei die roten Pfeile und die grünen Pfeile den sonnenbeschienenen und den schattigen Bereich anzeigen. Die Temperatur der Fässer wurde kontinuierlich gemessen und die Durchschnittswerte wurden in der Grafik über die Länge des Fässers (untere Reihe) aufgetragen. Die rote und grüne Linie entsprechen den gleichen Bereichen wie die roten und grünen Pfeile. Bei den schwarz-weiß gestreiften künstlichen Zebras (e) und echten Zebrafellen (f) können Sie den Temperaturunterschied zwischen den schwarzen und weißen Streifen erkennen. Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied in der Kerntemperatur zwischen gestreiften und grauen Fässern. Diese Ergebnisse zeigen an, dass Zebrastreifen das Zebra nicht kühl halten, und ihre Funktion ist daher keine Wärmeregulierung.

Somit bleibt die Hypothese, dass die Hauptfunktion der kontrastierenden schwarzen und weißen Streifen, die für alle drei Arten von Zebras charakteristisch sind, darin besteht, die Angriffe durch Ektoparasiten zu verringern. Ist diese Hypothese also wahr? In Afrika ist der natürliche Lebensraum von Zebras, Fliegenfliegen (Tabaniden) und anderen beißenden Fliegen Krankheiten wie Trypanosomiasis, infektiöse Pferde-Anämie, afrikanische Pferdepest und Influenza, die alle potenziell tödlich für Zebras sind. Durch die dünne Schicht eines Zebras kann die beißende Fliege erfolgreich mit ihren Mundstücken nach Blut suchen, wodurch das Zebra besonders anfällig für Infektionen ist, die durch den Biss von Tabaniden übertragen werden. Dies erzeugt einen Selektionsdruck zugunsten eines Mechanismus, der die Anzahl der Angriffe auf Zebras durch das Beißen von Fliegen reduziert. Eine Feldstudie von 1981, die von Jeffrey K. Waage in Simbabwe durchgeführt wurde, verglich Fliegenfänge an bewegten und stationären schwarzen, weißen und gestreiften Modellen. Die Ergebnisse dieses Experiments waren, dass gestreifte Modelle im Vergleich zu den anderen Modellen deutlich weniger Fliegen bekamen (7). Eine weitere Studie, durchgeführt von Ádám Egri et al. Die Verwendung von Modellpferden und Zielen hatte in Hungry Ergebnisse, die die von Waage durchgeführte Forschung stützten (8). Sie untersuchten auch die Auswirkungen von Streifen mit unterschiedlichen Breiten und fanden heraus, dass Zebra das Muster von Zebrastreifen in den Bereich der Streifenbreite fällt, der für Tabaniden am störendsten ist.

Durch welchen Mechanismus reduzieren Streifen die Anzahl der Angriffe durch Beißen von Fliegen? Nun, da wir festgestellt haben, dass Streifen eine Rolle bei der Verringerung der Anzahl von Angriffen durch beißende Fliegen spielen, können wir untersuchen, wie genau sie dies tun. Im Jahr 2014 führten Martin J. How und Johannes M. Zanker eine Studie durch, in der vorgeschlagen wird, dass Zebrastreifen das visuelle System des Beobachters mit fehlerhaften Bewegungssignalen überfluten, die optische Täuschungen erzeugen, die beißende Insekten aus der Luft verwirren (9). Zwei Jahre später wurde diese Hypothese von Kenneth H. Britten et al. Widerlegt. über eine Studie, die untersucht, ob Streifen Angriffe abwehren können, indem sie Fliegen beißen, indem sie die Polarotaxis besiegen oder die Form des Zebras verdecken (10). Sie stellten fest, dass die Reflexion von polarisiertem Licht vom Zebra deutlich höher ist als die der umgebenden Vegetation, sodass ein deutliches Signal für die Annäherung eines positiv polarotaktischen Insekts (eines, das sein Ziel über die Reflexion von polarisiertem Licht erfasst) geleitet wird. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Zebrastreifen den Angriff von beißenden Fliegen über den Mechanismus der Polarisationsunterbrechung verringern. In der gleichen Studie gelangten sie zu dem Schluss, dass Streifen das Zebra in mäßiger Entfernung vor Fliegen verbergen und die Landung von Fliegen aus nächster Nähe durch einen von der Polarotaxis unabhängigen Mechanismus stören könnten. Diese Studien lieferten Vorschläge und Spekulationen zum genauen Mechanismus. Sie kommen jedoch zu keinen festen Schlussfolgerungen.

Aufbauend auf diesen Studien versucht das Papier "Vorteile von Zebrastreifen: Verhalten von Tabanidenfliegen um Zebras und Pferde" herauszufinden, durch welchen Mechanismus Streifen die Angriffe von Ektoparasiten verringern. (1) In dieser Studie untersuchten sie drei weibliche Zebras in Gefangenschaft (Equus quagga) und neun homogen gefärbte weiße, graue, braune und schwarze Hauspferde (drei weibliche und sechs männliche). In ihrer ersten Studie beobachteten sie die drei Zebras und neun Pferde 16,3 Stunden lang und zeichneten die Anzahl der Tabaniden (Fliege) auf, die sich umkreisten, sich berührten (<1 Sek.) Und landeten (> 2 Sek. - normalerweise 20 Sek. -10 Min.) und fehlgeschlagene Landungen (<2 Sek.). Sie beobachteten, dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen Pferden und Zebras gab, wenn man die Anzahl der pro Minute kreisenden oder sich berührenden Tabaniden berücksichtigte. Dies weist darauf hin, dass Streifen die Anziehungskraft des Wirts nicht schon aus geringer Entfernung verringern. Sie beobachteten jedoch, dass deutlich weniger Tabaniden im Vergleich zu den neun homogen gefärbten Pferden pro Minute erfolgreich auf Zebras landeten. Von den Tabaniden, die erfolgreich gelandet waren, untersuchte signifikant weniger die Haut der Zebras als die Pferde.

Für ihre zweite Studie legten sie drei Stoffdecken - schwarz, weiß und gestreiftes Zebra - aufeinanderfolgend in sieben der Pferde in zufälliger Reihenfolge an. Die Decken bedeckten die Leichen und Hälse der Pferde, ließen jedoch ihren Kopf und ihre Ohren frei. Zwei Beobachter, die von der getesteten Hypothese wussten, stellten sich zu beiden Seiten des Pferdes auf und zeichneten die Anzahl der Tabaniden auf, die auf beiden Seiten der Stoffdecke oder des unbedeckten Kopfes landeten.

Abbildung 3 zeigt die Ergebnisse dieses Experiments. Die beiden oberen Diagramme (a und b) zeigen, dass wesentlich weniger Tabaniden die gestreiften Decken im Vergleich zu den durchgehenden weißen oder schwarzen Decken berührt haben. Es bestand jedoch kein signifikanter Unterschied zwischen der Rate, mit der Tabaniden auf dem unbedeckten Kopf des Pferdes landeten (c.). Diese Ergebnisse stimmen mit den früheren Beobachtungen überein, dass Streifen auf Distanz einen geringen Effekt hatten. In der Nähe störten Streifen jedoch die Landung der Tabaniden, weshalb sich diese Fliegen stattdessen dem unbedeckten Kopf zuwenden.

Einige Probleme mit diesen Daten sind, dass die Studien im Vereinigten Königreich (UK) statt fanden und nicht im natürlichen Lebensraum von Zebras. In Großbritannien hätten diese Tabaniden normalerweise keine Zebras als Beute. Um dieses Problem zu lösen, schließen sie ein, dass visuelle Systeme von Insekten in allen Taxa stark konserviert sind. Es besteht kein Grund zu der Annahme, dass die visuellen Systeme europäischer Tabaniden sich erheblich von afrikanischen Tabaniden unterscheiden. Ich hätte auch gern gesehen, wie man durch das Aufbringen von einfarbigen Blättern auf Zebras wirkt. Darüber hinaus hätten auch Personen, die sich der getesteten Hypothese bewusst waren, Vorurteile erzeugt und die Ergebnisse verzerrt.

In ihrer dritten Studie machten sie Videoaufnahmen von sieben Pferden und drei Zebras. Aus den Videos wurde die Zeitdauer, während der Tabaniden auf dem Equid blieben, der Verbleib auf dem Pelage und die Frage, ob die Tabaniden freiwillig abgegangen oder vom Equid weggedrängt wurden, von zwei Personen aufgezeichnet, die keine Kenntnis der getesteten Hypothese hatten .

Abbildung 4 zeigt Flugbahnen von Tabaniden um Hauspferde (a - c) und Zebras in Gefangenschaft (d - f), die ebenfalls aus dem Videomaterial ermittelt wurden. Die rote Linie zeigt die Flugbahn, die roten Punkte zeigen die Position des Tabanids im 0,1s-Abstand und die roten Pfeile zeigen die Flugrichtung an. Die blauen Sterne zeigen Orte an, an denen die Tabaniden mit den Äquidas in Kontakt kamen oder darauf gelandet sind; blaue Pfeile zeigen die Position von An- und Abflug an.

Abbildung 5 zeigt eine grafische Darstellung der mittleren Fluggeschwindigkeit (Pixel / Video-Frame) der letzten 0,5 Sekunden, in denen sich das Tabanid auf Pferde (durchgezogene Linie) und Zebras (gestrichelte Linie) näherte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Tabaniden sich Zebras schneller näherten als Pferde und sich gegen Ende ihres Fluges nicht verlangsamen konnten, bevor sie Zebras, aber keine Pferde kontaktierten. Dies führte dazu, dass die Tabaniden nur gegen das Zebra stießen, jedoch nicht landeten, und sie verbrachten durchschnittlich weniger Zeit mit Zebras als Pferde. Diese Ergebnisse stimmen mit den vorherigen Ergebnissen überein, die darauf hinweisen, dass Zebrastreifen den Landemechanismus von Tabaniden beeinflussen.

Aufgrund dieser Forschung konnten diese Wissenschaftler schließen, dass die charakteristischen schwarzen und weißen Zebrastreifen die effektive Landung von Tabaniden verhindern, sobald sie sich in unmittelbarer Nähe des Zebras befinden. Das Vorhandensein von Streifen stört jedoch nicht die Annäherung von Tabaniden aus einiger Entfernung. Weitere Forschungen sind erforderlich, um genau zu untersuchen, wie die schwarzen und weißen Streifen die Landung von Tabaniden auf Zebras stören. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Funktion von Zebrastreifen nicht dazu dient, Raubtiere zu verteidigen oder soziale Bindungen zu stärken oder als Mechanismus der Thermoregulierung. Aufgrund des dünnen Pelzes von Zebra und der Anfälligkeit für eine Infektion durch beißende Fliegen begünstigt die Selektion die Beibehaltung ihrer Streifen zum Schutz, den sie bieten.