Modifizierung, Optimierung und Validierung eines TGA100A-Spurengas-Analysators als nicht-invasive Methode der Isotopenanalyse für tierphysiologische und ökologische Fragestellungen
Final Report Abstract
Stabile Isotope als biologische Marker haben in den letzten Jahren für zoologische Studien enorm an Bedeutung gewonnen. Bisher wurde in der Mehrzahl der Studien die Isotopen‐ zusammensetzung von Körpergewebe untersucht, wobei die Probenentnahme fast immer invasiv ist. Eine mögliche Alternative zur Gewebeentnahme stellt in vielen Fällen die Unter‐ suchung von Atemluft dar. Mit dieser Studie habe ich die Verwendung von „Tunable Diode“ Laser Absorptions Spectroskopie (TDLAS) erprobt, einer Methode zur Messung von Isotopen im Spurengas‐Bereich, die eine direkte und gleichzeitige Messung von δ13C und CO2 Konzentration, z.B. in Atemluft, erlaubt und somit ein breites Einsatzspektrum für tierphysiologische und ökologische Fragestellungen hat. Anhand zweier Feldstudien konnte ich zeigen, dass TDLS für ökologische Fragestellungen geeignet, zeit‐ und kostengünstig ist. In einer ersten Teilstudie habe ich den Einfluss von Variabilität in der Nahrungsverfügbarkeit auf die Nahrungswahl von Orthoptera untersucht. Im Untersuchungsgebiet wird die Vegetation im Frühjahr von C3‐Pflanzen dominiert, gefolgt von C4‐Dominanz später im Jahr. TDLAS ermöglicht ein schnelles Screening ganzer Populationen und konnte schnell zeigen, dass in unserem Untersuchungsgebiet sowohl C3‐, C4‐Spezialisten als auch Nahrungsgeneralisten vorkamen. Eine temporale Nischennutzung mit verstärktem C3‐Konsum im Frühjahr konnte allerdings nicht entdeckt werden. Dies ist insofern erstaunlich, als sich beide Pflanzengruppen nicht nur in ihrem zeitlichen Vorkommen, sondern auch erheblich in Nährwert und Verdaulichkeit unterscheiden, wobei generell C3 Pflanzen als höherwertige Nahrungsquelle angesehen werden. Weiterhin habe ich die Rolle von Kaktusnektar als Nahrungsressource für Zugvögel in einem ariden Rasthabitat untersucht. Bisher ist wenig bekannt über die Nutzung von Saguaro‐ Blütennektar durch Vögel. Meine Hypothese war, dass insbesondere Zugvögel mit ihrem erhöten Energiebedarf zur Zugzeit von dieser Resource profitieren, da Saguaroblüten in einem ansonsten kargen Habitat reichlich vorhanden und leicht auffindbar sind. Da sich die δ13C Signatur von Saguaro‐Kakteen durch CAM‐Photosynthese von der ansonsten vorherrschenden C3‐Vegetation unterscheidet, konnte anhand von Atemproben gezeigt werden, dass Saguaro einen zum Teil erheblichen Anteil am Nahrungsspektrum von Vögeln hat. Entgegen meiner Erwartung scheinen v.a. residente Arten von dieser Resource zu profitieren. Sommer‐Residente und Durchzügler wiesen deutlich geringeren Konsum auf, der allerdings im Verlaufe der Untersuchungsperiode (Mai bis Juli) anstieg. Auch Plasma und Blutzellproben zeigen einen Anstieg an CAM‐Konsum innerhalb der Wochen während und vor dem Untersuchungszeitraum. TDLAS hat sich als geeignete Methode zur Untersuchung von δ13C in Atemluft erwiesen. Diese Messungen sind nicht invasiv und somit insbesondere interessant für Studien an seltenen, empfindlichen oder geschützten Arten, sowie für Fragestellungen, die wiederholte Messungen am selben Individuum erfordern.
Publications
- Januar 07: Poster, Society for Integrative and Comparative Biology, Annual meeting, Phoenix, AZ: Breath carbon isotope ratios from a fall grasshopper community as measured in real time with tunable diode laser absorption spectroscopy
S. Engel, H. M. Lease, N.G. McDowell and B.O. Wolf
- Januar 08: Vortrag, Society for Integrative and Comparative Biology, Annual meeting, San Antonio, TX: The utilization of pulsed resources by a grasshopper community as quantified from breath δ13C using tunable diode laser absorption spectroscopy.
S. Engel, N.G. McDowell and B.O. Wolf
- (2009): The use of tunable diode laser absorption spectroscopy for rapid measurements of the δ13C of animal breath in physiological and ecological studies. Rapid Communications in Mass Spectrometry 23: 1281‐ 1286
Engel, S.; Lease, H.M.; McDowell, N.; Corbett, A.H. and B.O. Wolf
- April 09: Vortrag, Cooper Society, Annual meeting, Tuscon, AZ: Is avian migration in the American Southwest fueled by nectar of columnar cacti?
S. Engel, T. Hyde and B.O. Wolf
- Januar 09: Vortrag, Society for Integrative and Comparative Biology, Annual meeting, Boston, MA: Is avian migration in the American Southwest timed to the bloom of columnar cacti?
S. Engel, T. Hyde and B.O. Wolf
