Exploring Endoparasites and Physiological Stress: Insights from a European Forest Bird Community

Die weltweite Biodiiversitätskrise schreitet stetig voran, wobei Klimawandel, Landnutzungsänderungen, Umweltverschmutzung, die Ausbeutung natürlicher Ressourcen und die Einführung invasiver gebietsfremder Arten die wichtigsten Treiber sind. Außerdem erhöht der Klimawandel das Risiko neu auftretender Infektionskrankheiten (EIDs). Aufgrund ihres globalen Migrationsverhaltens sind Vögel von besonderem Interesse für die Untersuchung der Verbreitung von Krankheitserregern und Parasiten. Vogelgrippe, Trichomonas gallinae und das Usutu-Virus sind nur einige Beispiele für EIDs, die erhebliche negative Auswirkungen auf die Populationen ihrer Wirtsarten hatten. Es ist jedoch davon auszugehen, dass auch weniger bekannte Parasiten und Krankheitserreger ihre Verbreitungsgebiete als Reaktion auf den Klimawandel verlagern werden, wie etwa Vogelmalaria und andere Blutparasiten der Ordnung Haemosporida. Während eine Infektion mit Blutparasiten bei koevolvierten Wirtsarten in der Regel nicht tödlich verläuft, kann ein Wirtswechsel schwerwiegende negative Auswirkungen auf die neuen Wirtsarten haben und sogar zum lokalen Aussterben einiger Arten führen. Angesichts ihrer Bedeutung für das Verständnis neu auftretender Infektionskrankheiten (EIDs) und des dokumentierten Rückgangs von Populationen auf Grund von Umweltveränderungen spielen Vögel eine entscheidende Rolle bei der Untersuchung der Auswirkungen von Krankheitserregern, Parasiten und Umweltveränderungen auf Populationen und Gemeinschaften. Während Populationsrückgänge oft erst dann erkannt werden, wenn die Zahl der Individuen abnimmt, bieten physiologische Maße die Möglichkeit, Rückgänge früher zu erkennen und ihre Ursachen zu ermitteln. So können beispielsweise erfasste Stressantworten bei Vögeln, welche mit einem Fitnessverlust einhergehen können, als Frühwarnindikator dienen, insbesondere in Kombination mit einem Parasiten Monitoring. Eine Methode zur Bewertung der physiologischen Stressreaktion bei Vögeln ist die Verwendung des Verhältnisses von Heterophilen zu Lymphozyten (H/L-Verhältnis), das nachweislich als Reaktion auf erhöhte Stresshormone ansteigt. Sowohl der physiologische Stress als auch die Auswirkungen von Parasiten wurden bisher hauptsächlich bei einzelnen Arten untersucht. Es mangelt jedoch an Untersuchungen von gesamten Vogelgemeinschaften. In meiner Doktorarbeit habe ich mich eingehender mit Stress und Endoparasiten in einer europäischen Waldvogelgemeinschaft beschäftigt. Mein Ziel war es, die Eignung der Analyse dieser Faktoren über mehrere Arten hinweg zu ermitteln und den Einfluss von Umweltfaktoren auf diese Faktoren zu bewerten. Zu diesem Zweck habe ich die Prävalenz, die Vielfalt und die Wirt-Parasiten-Interaktionen von Endoparasiten und ihren Wirten innerhalb der Vogelgemeinschaft untersucht. Außerdem trug ich zur Entwicklung eines neuartigen Deep-Learning-Ansatzes für die automatische Identifizierung und Zählung von Blutzellen bei Vögeln bei. Darüber hinaus bewertete ich die natürliche Variation des H/L-Verhältnisses in der Vogelgemeinschaft unter Berücksichtigung von intrinsischen Faktoren wie Phylogenie, Geschlecht, Alter, Körperzustand und Inkubationsstatus. Schließlich untersuchte ich die Auswirkungen von Temperatur, Niederschlag und Strauchschicht sowie von Endoparasitenbefall auf das H/L-Verhältnis der Waldvogelgemeinschaft. Im Rahmen der Datenerhebung habe ich 483 Vogelindividuen aus 29 Arten in einem bewirtschafteten Wald in Mitteleuropa über vier aufeinanderfolgende Brutzeiten erfasst und beprobt. Ich sammelte Speichel- und Blutproben, um Infektionen mit Endoparasiten zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf T. gallinae und Blutparasiten der Ordnung Haemosporida lag. Darüber hinaus wurden die Blutproben auch verwendet um einen Blutausstrich zu machen und das H/L-Verhältnis zu bestimmen. Im Rahmen Forschung fand ich heraus, dass fast die Hälfte der beprobten Vögel (48,1%) mit Blutparasiten infiziert war. Diese Infektionen waren jedoch nicht gleichmäßig über die Arten verteilt; einige Arten, wie Parus major und Turdus merula, wiesen im Vergleich zu anderen signifikant höhere Anfälligkeiten für Infektionen auf. Andererseits wurden bei Arten wie Certhia familiaris und Dendrocopos major keine Infektionen festgestellt. Des Weiteren trug ich zur Entwicklung einer Deep-Learning-Methode zur Identifizierung und Zählung von Vogelblutzellen bei um die Analyse von Blutausstrichen zu verbessern und eine konsistente Zählung sicherzustellen. Es handelte sich um zwei neuronale Netze: eines zur Auswahl zählbarer Regionen welches einen F1-Score von 97,3% erreichte und ein weiteres zur Identifizierung und Zählung von Zellen innerhalb dieser Regionen, welches eine durchschnittlichen Präzision von 90,7% hat. Basierend auf den resultierenden Zähldaten berechnete ich das H/L-Verhältnis und stellte ein starkes phylogenetisches Signal desselben innerhalb der untersuchten Waldvogelgemeinschaft fest. Darüber hinaus fand ich allgemeine Muster des Einflusses intrinsischer Faktoren auf das H/L-Verhältnis innerhalb der Gemeinschaft. Weibchen hatten signifikant höhere H/L-Verhältnisse als Männchen, und adulte Vögel hatten höhere H/L-Verhältnisse als Jungvögel. Darüber hinaus stellten wir fest, dass Vögel, die an der Inkubation von Eiern beteiligt waren, tendenziell höhere H/L-Verhältnisse aufwiesen als nicht brütende Vögel. Die körperliche Kondition hatte keinen signifikanten Einfluss auf das H/L-Verhältnis innerhalb der Vogelgemeinschaft. Diese Ergebnisse betonen die Bedeutung der Kontrolle intrinsischer Faktoren bei der Verwendung des H/L-Verhältnisses als Indikator. Schließlich habe ich auch abiotische Faktoren (Temperatur und Niederschlag) und biotische Faktoren (Strauchschicht) in meine Analysen einbezogen und festgestellt, dass Dekaden mit einer höheren mittleren Temperatur einen signifikant negativen Einfluss H/L-Verhältnisse als hatten. Die Ergebnisse deuten weiterhin darauf hin, dass mit Blutparasiten infizierte Vögel anders auf Umweltfaktoren reagieren als nicht infizierte Vögel. Das H/L-Verhältnis bei infizierten Vögeln ändert sich nicht mit der Temperatur, und während nicht infizierte Vögel dazu neigten, an Standorten mit dichterer Strauchschicht weniger gestresst zu sein, zeigten infizierte Vögel gegensätzliche Trends. Basierend auf meinen Analysen habe ich gezeigt, dass sowohl Stress als auch Parasitenbefall in einer Waldvogelgemeinschaft über mehrere Arten hinweg bewertet werden können und daher potenziell als Frühwarnindikatoren für Vogelgemeinschaften dienen können, insbesondere da beide Faktoren mit reduziertem reproduktiven Erfolg und reduziertem Überleben in Verbindung gebracht wurden. Zukünftige Studien in Vogelgemeinschaften sollten jedoch auch zusätzliche Faktoren wie Flugaktivität und reproduktiven Erfolg einbeziehen, um die Nutzbarkeit von Stress und Parasitenbefall als Frühwarnindikatoren zu bestätigen.