Untersuchungen an Zootieren: Einsatz von Raubwanzen als „lebende Spritzen“ und Einflüsse verschiedener Faktoren auf die Parasitierung Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat. der Fakultät für Biologie an der Universität Duisburg-Essen vorgelegt von André Stadler aus Wuppertal Mai 2019 Die der vorliegenden Arbeit zugrunde liegenden Experimente wurden in elf europäischen Ländern in 44 zoologischen Institutionen sowie drei privaten Haltungen und in der Veterinärmedizinischen Universität Wien und kommerziellen Laboren durchgeführt. Die konventionelle Blutabnahme erfolgte ausschließlich durch Veterinärmediziner der jeweiligen Institutionen. 1. GUTACHTER: Prof. Dr. H. Burda, Universität Duisburg-Essen 2. GUTACHTER: Prof. Dr. G. A. Schaub, Ruhr-Universität Bochum VORSITZENDER DES PRÜFUNGSAUSSCHUSSES: Prof. Dr. Daniel Hering, Universität Duisburg-Essen Diese Dissertation wird über DuEPublico, dem Dokumenten- und Publikationsserver der Universität Duisburg-Essen, zur Verfügung gestellt und liegt auch als Print-Version vor. DOI: 10.17185/duepublico/70119 URN: urn:nbn:de:hbz:464-20190524-070207-5 Alle Rechte vorbehalten. Tag der Dispu tation: 03.05.2019 Erklärung: Hiermit erkläre ich, gem. § 6 Abs. 2, Nr. 6 der Promotionsordnung der Math.-Nat.- Fachbereiche zur Erlangung des Dr. rer. nat., dass ich die vorliegende Dissertation selbstständig verfasst und mich keiner anderen als der angegebenen Hilfsmittel bedient habe. Essen, den - André Stadler - Erklärung: Hiermit erkläre ich, gem. § 6 Abs. 2, Nr. 8 der Promotionsordnung der Math.-Nat.- Fachbereiche zur Erlangung des Dr. rer. nat., dass ich keine anderen Promotionen bzw. Promotionsversuche in der Vergangenheit durchgeführt habe und dass diese Arbeit von keiner anderen Fakultät abgelehnt worden ist. Essen, den - André Stadler - Erklärung: Hiermit erkläre ich, gem. § 6 Abs. 2, Nr. 7 der Promotionsordnung der Math.-Nat.- Fachbereiche zur Erlangung des Dr. rer. nat., dass ich das Arbeitsgebiet, dem das Thema „Einsatz von Raubwanzen als „lebende Spritzen“ in Zoologischen Gärten“ zuzuordnen ist, in Forschung und Lehre vertrete und den Antrag von André Stadler befürworte. Essen, den - Hynek Burda - Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 1.1 Einsatz von Raubwanzen zur minimal-invasiven Blutentnahme 1 1.2 „Lebende Spritzen“: Auswahlkriterien und Methoden 9 1.3 Einsatzgebiete der „lebenden Spritzen“ 15 1.4 Einfluss verschiedener Faktoren auf die Parasitierung 19 1.5 Hypothese und Ziel 24 2. Material und Methoden 25 2.1 Herkunft, Haltung und Zucht der Raubwanzen 25 2.2 Untersuchungszeitraum und Datenerhebung 25 2.3 Untersuchte Arten 27 2.4 Konventionelle Blutabnahme 27 2.5 Methodik der Blutentnahme mit Raubwanzen 28 2.6 Molekulartaxonomische Untersuchungen 34 2.7 Untersuchungen auf Tierseuchen 36 2.8 Klassische Hämatologie 38 2.9 Trächtigkeits-Hormonmetabolitbestimmung 40 2.10 Stresshormonanalysen 41 2.11 Kotprobengewinnung 42 2.12 Bestimmung von Parasitierungen im Kot 43 2.13 Ethologische Beobachtungsmethoden 44 2.14 Datenauswertung 45 3. Ergebnisse 46 3.1 Blutentnahme mit Raubwanzen mit verschiedenen Varianten 46 3.2 Blutaufnahme bei unterschiedlichen Körpertemperaturen der Wirte 46 3.3 DNA-Unterarten der Erdferkel 47 3.4 Tierseuchen 48 3.5 Klassische Hämatologie 49 3.5.1 Anteile der Leukozyten 49 3.5.2 Reproduzierbarkeit 49 3.5.3 Blutparameter nach konventioneller Abnahme bzw. der Wanzenbeprobung 50 3.5.4 Kalium-Konzentrationen 52 3.5.5 Glukose-Konzentrationen 54 3.5.6 Verschiedene Blutparameter aus dem Zooalltag 54 Inhaltsverzeichnis 3.6 Hormon-Konzentrationen 56 3.6.1 Genauigkeit des Testverfahrens für Progesteronkonzentrationen 56 3.6.2 Progesteron und Kortisoltiter bei Ratten 57 3.6.3 Progesteron und Kortisoltiter bei verschiedenen Wildtierarten 58 3.7 Einfluss psychoneuroimmunologischer Faktoren auf die Parasitierung 63 3.7.1 Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Parasitierung 63 3.7.2 Parasitierungen in Abhängigkeit vom Alter 68 3.7.3 Parasitierungen in Abhängigkeit vom Sozialrang 69 3.7.3.1 Soziogramm der Erdmännchengruppen 70 3.7.3.2 Korrelationen des Sozialranges der Erdmännchen mit der Parasitierung 74 3.7.3.3 Korrelation des Sozialranges der Weißlippenhirsche mit der Parasitierung 80 3.7.4 Parasitierung von Vögeln während der Brutperiode 81 4. Diskussion 89 4.1 Methodische Probleme 89 4.2 Unterartbestimmungen 92 4.3 Diagnostik auf Tierseuchen 94 4.4 Klassische Hämatologie 94 4.5 Konzentration des Progesteronspiegels 99 4.6 Stresshormontiter 103 4.7 Parasitierung und Auswirkungen verschiedener Faktoren 104 4.8 Ausblick 111 5. Zusammenfassung/Summary 112 5.1 Zusammenfassung 112 5.2 Summary 114 6. Literaturverzeichnis 116 7. Anhang 147 8. Abkürzungsverzeichnis 170 9. Danksagung 172 10. Lebenslauf 173 Einleitung 1 1. Einleitung Blutproben liefern Veterinärmedizinern und Wissenschaftlern wichtige Rück- schlüsse auf den Gesundheitszustand der Tiere und stellen die Grundlage für genetische Aussagen oder Verwandtschaftsverhältnisse dar (Knickel et al. 1997). Eine Blutproben- entnahme bei Wildtieren und/oder kleineren Tierarten ist im Gegensatz zu Haustieren für das Tier oft sehr stressig, da viele Tiere für die Entnahme fixiert werden müssen (Baer & McLean 1972). Größere Wildtiere müssen sogar anästhesiert werden, ein Ein- griff, der sowohl für die Pfleger/Tierärzte als auch für das Tier hohe Risiken birgt (Fair et al. 2010). Hierbei verletzen sich die Tiere zum Teil wegen der individuell variierenden Dosierung der Narkose oder gefährden das versorgende Personal. Das Hauptziel ist, auch aus Tierschutzgründen, das zu beprobende Tier nicht unnötig zu beeinträchtigen. 1.1 Einsatz von Raubwanzen zur minimal-invasiven Blutentnahme Der erste Einsatz blutsaugender Arthropoden für die Gewinnung von Blut bei Wildtieren wurde von Prof. Dr. W. Frank in Stuttgart–Hohenheim vorgeschlagen. Reptilien wurde mit Zecken und Raubwanzen Blut abgenommen, und das Blutbild bzw. die Blutproteine wurden gegenüber Proben verglichen, die mit einer Amputation von Teilen des Schwanzes gewonnen wurden (Will 1971; 1975; 1977). Unabhängig davon induzierte Dr. J. Núñez aus Argentinien den Einsatz von Raubwanzen in der Fleder- mausforschung für Energie- und Hormonanalysen, vermutlich aufbauend auf der Xeno- diagnose, ein in Lateinamerika seit 1914 gängiger Nachweis des Krankheitserregers Trypanosoma cruzi (von Helversen & Reyer 1984; von Helversen et al. 1986; Meiser & Schaub 2011) (s. 1.2). Problematisch ist diese Art des Einsatzes der Raubwanzen in Häusern oder im Freiland in (sub-)tropischen Regionen. Dort besteht beim Entkommen der Insekten die Gefahr, dass sich die Raubwanzen vermehren, was zur Etablierung von Neozoen in der lokalen Fauna unbedingt zu vermeiden ist. Eine Sterilisation der Triatominen wäre möglich, ist aber momentan noch nicht standardisiert und aufwendig (Stadler et al. 2011). Einige Länder verbieten aus diesem Grund die Einfuhr bzw. den Einsatz der Triatominen im Freiland (Habicher 2009). Deshalb werden in Südafrika als Alternative schon einheimische Tsetse Fliegen bei Erdmännchen (Suricata suricatta) eingesetzt, wobei die Stiche schmerzhaft für den Wirt sind (Fünfstück et al. 1989; Habicher et al. 2013). Einleitung 2 In den letzten Jahren ist ein verstärkter Einsatz von Triatominen zu beobachten, speziell wenn Stress für das Wirtstier vermieden werden soll (Voigt et al. 2004; Stadler 2006). Dabei wurden drei Raubwanzen-Arten – Rhodnius prolixus, Triatoma infestans und Dipetalogaster maxima – als „lebende Spritzen“ für diese minimal-invasive Methode für die Blutgewinnung vorgeschlagen und werden meistens eingesetzt (von Helversen et al. 1986; Thomsen & Voigt 2006; Stadler 2007; Stadler et al. 2007; 2008 a, b, 2009; Kruszewicz et al. 2009). Alle drei Arten gehören zur Unterfamilie Triatominae aus der Familie Reduviidae mit momentan 140 beschriebenen Arten (Galvão et al. 2003; Schofield & Galvão 2009). Diese hemimetabolen Insekten durchlaufen fünf Nymphenstadien (N1-N5; Schaub 2008). Die Hauptverbreitung von Triatominen liegt zwischen den Großen Seen im Norden der USA bis nach Südargentinien. Alle Arten des monophyletischen Stammes der Rhodniini, zu dem R. prolixus gehört, bevorzugen Bäume mit Vogelnestern. Sie kleben ihre Eier an Federn der Vögel oder Palmblätter. Wenn die Blätter als Dächer für Häuser der Menschen benutzt werden, wird R. prolixus somit direkt ins Haus transportiert. Diese Art hat sich in Brasilien und Mexiko bereits komplett an das Leben in Wohnhäusern adaptiert und entwickelt zum Teil bis zu zwei Generationen pro Jahr (Zeledón & Rabinovich 1981). R. prolixus ist dabei eine der kleineren Arten der Triatominae; Imagines sind zwischen 20 und 22 mm groß (Lent & Wygodzinsky 1979). Die fünf Nymphenstadien wachsen in der Länge von 3 über 4,5; 8,5; 10 und 15 mm heran (Schaub et al. 2012). Die Art ist einfach im Labor zu züchten. Eine komplette Generation kann innerhalb von drei Monaten herangezogen werden, wenn die Nymphen immer vier Tage nach der jeweiligen Häutung gefüttert werden (Schaub 1988). Als Futterspezialist ist diese Art eines der häufigen Insekten im Labor und der erste Vertreter der Triatominae, dessen Genom entschlüsselt wurde (Wigglesworth 1972; Huebner 2007). Ein gegenüber R. prolixus noch bedeutenderer Vektor von Trypanosoma cruzi ist T. infestans. Diese Art kommt ursprünglich aus dem Gran Chaco, den Dornbusch- savannen von Bolivien bis Argentinien. Hauptwirte von T. infestans sind dort Nagetiere wie z.B. Meerschweinchen. Durch die Domestikation der Meerschweinchen zur Fleischgewinnung begann die Haltung der Tiere in den Wohnhäusern der Menschen.