Zum Erhalt vom Aussterben bedrohter Papageienvögel (Psittaciformes) ist die Nachzucht in Menschenobhut neben dem Erhalt freilebender Populationen von großer Bedeutung, die Reproduktion bestimmter Arten gelingt allerdings nur unzureichend. Als Hauptgrund dafür gilt die Zwangsverpaarung im Rahmen von Zuchtprogrammen (Beispiel: Europäisches Erhaltungszuchtprogramm, EEP), hier werden Brutpaare hauptsächlich nach genetischen Aspekten zusammengestellt. Der reproduktive Erfolg ist bei den meisten Papageienarten, die in dauerhaften Paarbindungen leben (perennial monogamy), eng der Paarbindung korreliert. Eine freie Partnerwahl ist demnach von großer Bedeutung für die Zucht in Menschenobhut, im Rahmen von Erhaltungszuchtprogrammen jedoch nur selten möglich. Das Ziel der Untersuchung war, eine wissenschaftlich begründete Methode zu entwickeln, durch die es möglich sein soll, das Fortpflanzungspotential von Brutpaaren der Gattung Ara anhand der Paarbindung zu bestimmen. Dafür wurde die Bedeutung der Qualität der Paarbindung der Brutpaare für den Lebens-Reproduktionserfolg (Lifetime-reproductive success, LRS) untersucht. Die Datenaufnahme erfolgte in dem Zuchtzentrum 'La Vera' der Loro Parque Fundación auf Teneriffa/ Spanien. Hier wurden in den Jahren 2006 und 2007 21 Brutpaare der Gattung Ara untersucht. Die Paarbindung wurde zum Einen durch typisches Paarbindungsverhalten und zum Anderen durch die physiologische Abstimmung der einzelnen Brutpaare anhand der Ausschüttung des Steroidhormons Testosteron dargestellt. Das Paarbindungsverhalten setzte sich aus der ‚Abstimmung der Tagesaktivität’, dem ‚Kontaktverhalten’ und den ‚sozialen Interaktionen’ zusammen. Zur Abstimmung der Tagesaktivität zählten die Verhaltensweisen Ruhen, Sitzen, Nahrungsaufnahme, Gefiederpflege, Beschäftigung und Lokomotion. Unter Kontaktverhalten wurden das Überschreiten der Individualdistanz bei bestimmten Verhaltensweisen und die Rollenverteilung der Geschlechter untersucht. Unter ‚sozialen Interaktionen’ wurden die Dauer und der Häufigkeit der sozialen Gefiederpflege und der Sozialen Index zusammengefasst. Bei der sozialen Gefiederpflege wurde die Dauer und die Häufigkeit der Phasen erhoben, sowie der jeweilige Initiator dieser Interaktion. Zusätzlich wurde untersucht, welches Geschlecht, wie häufig und mit welcher Dauer aktiv an der sozialen Gefiederpflege beteiligt war. Aus den Beobachtungen wurde der soziale Index berechnet, der angibt, wie das Verhältnis sozio-positiver zu agonistischen Interaktionen für jedes Individuum, sowie das Paar an sich ist. Zur Messung der Testosteron-Ausschüttung der Partnertiere wurden von September bis November 2007 über einen Zeitraum von 9 Wochen jede Woche einmal für jedes Individuum Kotproben gesammelt. Mit der Analyse der Proben wurde das Veterinär-Physiologisch-Chemische-Institut der Universität Leipzig unter der Leitung von Prof. Dr. Almuth Einspanier beauftragt. Zur Ermittlung des Hormongehalts in den gewonnenen Kotproben diente ein kompetitiver Doppelantikörper-Enzymimmunoassay (EIA). Das Fortpflanzungspotential wurde über die Anzahl der Eier, Gelege und Jungtiere, sowie über die Gelegegröße dargestellt. Diese Daten geben, bezogen auf die Dauer der Paarbindung, Auskunft über die Produktivität eines Brutpaares, anhand dessen zusätzlich ein Produktivitäts-Koeffizient berechnet wurde. Des weiteren sollte die Anzahl der von einem Brutpaar selbständig großgezogenen Jungtiere Auskunft über die Fähigkeit zur kooperativen Jungenaufzucht geben. Zur Untersuchung der Bedeutung der Paarbindungsqualität wurden Diskriminanzfunktionsanalysen und Regressionsanalysen durchgeführt, wozu die untersuchten Brutpaare anhand ihres Fortpflanzungspotentials in verschiedene Gruppen eingeteilt wurden. Anhand der Ergebnisse der Studie konnte gezeigt werden, dass das Fortpflanzungspotential von Brutpaaren von verschiedenen Kriterien, die die Paarbindungsqualität charakterisieren, abhängt. Dabei ist zwischen der Produktivität und der Fähigkeit zur kooperativen Jungenaufzucht zu unterscheiden. Die Produktivität eines Paares wurde hinsichtlich der abgestimmten Tagesaktivität positiv vom synchronen Ruhen mit dem Partner beeinflusst, sowie von der Häufigkeit und Dauer der vom Weibchen ausgehenden sozialen Gefiederpflege. Brutpaare mit hoher Produktivität waren zudem über eine hohe ‚intra-Paar Fluktuation’ des Steroidhormons Testosteron gekennzeichnet. Die Brutpaare, die in der Lage sind, ihre Jungtiere in Kooperation großzuziehen, zeigten ebenfalls einen hohen Anteil zeitlich mit dem Partner abgestimmter Ruhephasen, zudem häufiges Ruheverhalten in Körperkontakt zum Partner und ein hohes zeitliches Investment der Männchen bei der Initiierung und Durchführung sozialer Gefiederpflege. Darüber hinaus zeigten Männchen, die einen Beitrag zur kooperativen Jungenaufzucht leisten, eine wesentlich geringere durchschnittliche Testosteron-Konzentration – bezogen auf den Untersuchungszeitraum, als Männchen, die Brutpaaren angehören, die nicht zur selbständigen Jungenaufzucht fähig sind. Dieses Ergebnis spiegelt die Bedeutung von Testosteron bei der elterlichen Fürsorge wider und bietet einen Anhaltspunkt für weitere Untersuchungen. Die Untersuchung konnte zeigen, dass es möglich und sinnvoll ist, das individuelle Verhalten von Tieren in Menschenobhut für den Erhalt bedrohter Tierarten einzusetzen. Weitere, auf dieser Studie aufbauende Untersuchungen sollten zum Ziel haben, zuverlässig die Brutpaare erkennbar zu machen, die über ein gutes Fortpflanzungspotential verfügen. Auf diese Weise kann unzureichender Reproduktionserfolg bedrohter Papageienarten in Menschenobhut infolge von Zwangsverpaarung minimiert werden. / In addition to preserve wild populations, captive breeding of certain species is important for the conservation of endangered parrots (Psittaciformes). However, captive breeding of parrot species is rarely successful. The main reason for this failure is that forced pairings are applied under the context of breeding programs such as European Endangered Species Program, EEP, in which breeding pairs are primarily selected under genetic aspects. Bond quality affects the reproductive success of most perennial monogamous parrot species significantly. A free mate selection is therefore important for successful breeding in captivity; however, it is hard to achieve as a part of conservation breeding programs. The aim of this study is to develop a scientific method to determine the reproductive potential of breeding pairs of the genus Ara based on the pair bond. Therefore, the relationship of the pair bond quality in breeding pairs for lifetime reproductive success (LRS) is investigated in this study. The data of 21 breeding pairs was collected in the breeding facility 'La Vera' of the Loro Parque Fundación in Tenerife, Spain between 2006 and 2007. The pair bond was characterized firstly by the typical pair bonding behaviour and secondly by the physiological adaptation of each breeding pair based on the steroid hormone testosterone releases. The pair bonding behaviour consisted in ‘daily activity', ‘contact behaviour' and 'social interactions'. The ‘daily activity' included the behaviours: resting, sitting, eating, preening, activity and movement. Certain individual behaviours and gender roles were examined for the ‘contact behaviour'. The duration and frequency of social preening and the social index were summarized as 'social interactions'. In the social preening the duration and frequency of the phases was recorded, and the respective initiator of this interaction. In addition, gender of the individual, frequency, and duration of the social preening was recorded. Furthermore the social index was calculated, which indicates the relationship between agonistic and socio-positive interactions. To measure the testosterone release in the pair members over 9 weeks (September to November 2007), faecal samples were collected from each individual once a week. The faecal samples were analyzed at the Institute for Physiological Chemistry at the University of Leipzig under supervision of Prof. Dr. Almuth Einspanier. Competitive double-Antibody Enzyme Immunoassay (EIA) was applied to determine the testosteronecontent of the faecal samples. Reproductive success was represented by number of eggs, nests and chicks, and the clutch size. These data provide, based on the duration of the pair bond, information about the productivity of breeding pairs. Furthermore, the number of chicks reared by one breeding pair independently should provide information about the capacity for cooperative breeding. Breeding pairs were classified into different groups depending on their reproductive potential. This classification was verified by discriminant analysis and regression analysis to investigate the importance of the quality of the pair bond for reproductive success. I found that the reproductive potential of breeding pairs is related to various criteria that characterize the quality of a pair bond, but it is essential to distinguish between the productivity itself and the ability to cooperative breeding. The synchronous resting with a partner according to the daily activity, as well as the frequency and duration of social preening initiated by the female positively influenced the productivity of a pair. Breeding pairs with high productivity also showed a high ‚intra-pair fluctuation' of the steroid hormone testosterone level. The breeding pairs which are able to raise their young in cooperation also showed a high percentage of time with coordinated phases of resting, also frequent resting behaviour in physical contact with the partner and a high investment of males in the initiation and implementation of social preening. In addition, males, which actively contribute to cooperative breeding, showed significantly lower testosterone concentrations than males, which were members of breeding pairs not capable of raising chicks on its own. This result emphasizes the importance of testosterone during the parental care, especially in males, and provides a starting point for further investigations. My investigation shows that it is possible and useful to apply the individual behaviour of animals in captivity for the conservation of endangered species. Based on this study, further research should be aimed to expose reliable breeding pairs with good reproductive potential, by behaviour and by measuring hormonal states. In this way, poor reproductive success of endangered parrot species in captivity as a result of forced parings can be minimized.

The protection of species is one major focus in conservation biology. The basis for any management concept is the knowledge of the species autecology. In my thesis, I studied the life-history traits and population dynamics of the endangered Lesser Spotted Woodpecker (Picoides minor) in Central Europe. Here, I combine a range of approaches, from empirical investigations of a Lesser Spotted Woodpecker population in the Taunus low mountain range in Germany, the analysis of empirical data and the development of an individual-based stochastic model simulating the population dynamics.<br><br> In the field studies I collected basic demographic data of reproductive success and mortality. Moreover, breeding biology and behaviour were investigated in detail. My results showed a significant decrease of the reproductive success with later timing of breeding, caused by deterioration in food supply. Moreover, mate fidelity was of benefit, since pairs composed of individuals that bred together the previous year started earlier with egg laying and obtained a higher reproductive success. Both sexes were involved in parental care, but the care was only shared equally during incubation and the early nestling stage. In the late nestling stage, parental care strategies differed between sexes: Females considerably decreased feeding rate with number of nestlings and even completely deserted small broods. Males fed their nestlings irrespective of brood size and compensated for the females absence. The organisation of parental care in the Lesser Spotted Woodpecker is discussed to provide the possibility for females to mate with two males with separate nests and indeed, polyandry was confirmed.<br><br> To investigate the influence of the observed flexibility in the social mating system on the population persistence, a stochastic individual-based model simulating the population dynamics of the Lesser Spotted Woodpecker was developed, based on empirical results. However, pre-breeding survival rates could not be obtained empirically and I present in this thesis a pattern-oriented modelling approach to estimate pre-breeding survival rates by comparing simulation results with empirical pattern of population structure and reproductive success on population level. Here, I estimated the pre-breeding survival for two Lesser Spotted Woodpecker populations on different latitudes to test the reliability of the results.<br><br> Finally, I used the same simulation model to investigate the effect of flexibility in the mating system on the persistence of the population. With increasing rate of polyandry in the population, the persistence increased and even low rates of polyandry had a strong influence. Even when presuming only a low polyandry rate and costs of polyandry in terms of higher mortality and lower reproductive success for the secondary male, the positive effect of polyandry on the persistence of the population was still strong.<br><br> This thesis greatly helped to increase the knowledge of the autecology of an endangered woodpecker species. Beyond the relevance for the species, I could demonstrate here that in general flexibility in mating systems are buffer mechanisms and reduce the impact of environmental and demographic noise. / Der Schutz von Arten ist eine der Hauptaufgaben des Naturschutzes. Für die Erstellung von Schutzkonzepten sind Informationen zur Autökologie der Zielart notwendige Voraussetzung. Der Kleinspecht (Picoides minor) ist in vielen Teilen seines Verbreitungsgebietes bestandsbedroht, das Wissen zur Biologie und Verhalten der Art ist jedoch lückenhaft. Ziel meiner Arbeit war es daher, demographische Parameter der Populationsdynamik des Kleinspechts zu erfassen, die als Grundlage für Populationsgefährdungsanalysen benötigt werden. Da Untersuchungen in Schweden eine gewisse Flexibilität im Paarungssystem des Kleinspechts zeigten, sollte darüber hinaus das Paarungssystem und sein Einfluss auf die Persistenz der Population untersucht werden.<br><br> Die Arbeit umfasste eine Reihe von methodischen Ansätzen, von empirischen Untersuchungen an einer Kleinspechtpopulation im hessischen Vordertaunus über die Aufbereitung von empirischen Daten bis hin zur Entwicklung und Auswertung eines stochastischen individuenbasierten Modells zur Simulation der Populationsdynamik.<br><br> Die Ergebnisse der empirischen Untersuchung zeigten eine Abnahme des Reproduktionserfolgs mit fortschreitendem Legebeginn. Die Zusammensetzung der Nestlingsnahrung ließ vermuten, dass dies durch eine Verschlechterung der Nahrungsversorgung begründet war. Paartreue war bei der Reproduktion von Vorteil, da Individuen, die schon im vorherigen Jahr zusammen gebrütet hatten, einen früheren Legebeginn und damit einen höheren Fortpflanzungserfolg aufwiesen als neu formierte Paare. Beide Geschlechter investierten in die Brutpflege, jedoch war die Aufteilung nur während der Bebrütung der Eier und in der ersten Hälfte der Nestlingsperiode gleichmäßig. In der späten Nestlingsperiode konnten geschlechtsspezifische Strategien im elterlichen Investment identifiziert werden: die Weibchen verringerten die Versorgungsrate in Abhängigkeit des Wertes der Brut - gemessen in der Zahl der Nestlinge - und gaben die Versorgung kleiner Bruten ganz auf. Die Männchen dagegen kompensierten dieses Verhalten, so dass auch von den Weibchen verlassene Bruten erfolgreich waren. Interessanterweise konnte mehrmals die Verpaarung von einem Weibchen mit zwei Männchen beobachtet werden. Das Auftreten dieses polyandrischen Paarungssystems wird in der Arbeit als Resultat der Aufteilung der Brutpflege diskutiert. <br><br> Die bestätigte Flexibilität im Paarungssystem könnte Einfluss auf die Persistenz der Population haben. Die Persistenz von Populationen kann jedoch nicht empirisch gemessen werden. Daher entwickelte ich ein individuen-basiertes stochastisches Modell zur Simulation der Populationsdynamik des Kleinspechts, dass auf den empirischen Daten basiert. Allerdings fehlten Überlebensraten der ausgeflogenen Jungvögel, die im Feld nicht ermittelt werden kann. Daher testete ich hier eine Methode, die durch den Vergleich von Simulationsergebnissen mit eigenen empirischen Daten zur Populationsstruktur und zum Reproduktionserfolg auf der Ebene der Gesamtpopulation die Überlebensrate der Jungvögel abschätzt. Die Überlebensraten wurde zusätzlich für eine Population des Kleinspechtes ermittelt, deren Datengrundlage aus Freilandstudien in Schweden stammten. Durch den Vergleich der Raten für die beiden Populationen konnte die Aussagefähigkeit des Modells und die Güte der Abschätzungen untersucht werden. Im letzten Teil meiner Arbeit nutzte ich das Modell schließlich, um die Auswirkungen des Paarungssystems auf die Überlebensfähigkeit der Population zu untersuchen. Im Modell konnte ein Weibchen polyandrisch sein, wenn es gute Brutbedingungen hatte und das Geschlechterverhältnis zum Männchen hin verschoben war. Zusätzlich variierte ich die Wahrscheinlichkeit, dass unter diesen Umständen Polyandrie auftritt. Im Model wurden 3 Szenarien getestet: (i) strenge Monogamie, (ii) gelegentliche Polyandrie und (iii) gelegentliche Polyandrie unter der Annahme von Kosten für das sekundäre Männchen in Form von höherer Mortalität und geringerem Reproduktionserfolg. Es zeigte sich, dass selbst sehr geringe Polyandrieraten und die Annahme von Kosten noch einen deutlichen positiven Einfluss auf die Persistenz der Population ausüben. Die Flexibilität im Paarungssystem dient damit als Puffermechanismus gegen demographisches Rauschen und Umweltrauschen. <br><br> Diese Arbeit trät dazu bei, die Autökologie des Kleinspechts besser zu verstehen und ist damit wichtige Grundlage für Schutzkonzepte in Mitteleuropa. Über die artspezifische Bedeutung hinaus, leistet die Arbeit einen Beitrag zur Untersuchung von Methoden zur Abschätzung fehlender demographischer Parameter sowie zur Identifizierung von Puffermechanismen. Eine wichtige Schlussfolgerung meiner Arbeit ist es, dass die Flexibilität artspezifischen Verhaltens in zukünftigen Populationsgefährdungsanalysen integriert werden sollte, um die Qualität von Prognosen zur Persistenz von Populationen zu verbessern.

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Die Körpergröße ist von großer Bedeutung für die Fitness vieler Tiere, weil sie positiv mit Überleben und Reproduktionserfolg korreliert ist. Große Rogner vieler Fischarten sind fruchtbarer und produzieren Nachkommen von höherer Qualität verglichen mit kleineren Weibchen. Auch für Milchner einiger Fischarten wurde ein Einfluss der Körpergröße auf frühe Lebensstadien nachgewiesen. Der größenabhängige paternale Effekt verglichen mit maternalen Effekten ist weniger gut untersucht. Das Verständnis der Variation im Reproduktionserfolg als Funktion der Körpergröße der Laicher ist wichtig, weil die Fischerei die Durchschnittsgröße des Laicherbestands reduziert. In vorliegender Dissertation wurden in Laborversuchen an Zebrafischen (Danio rerio) größenabhängige paternale und maternale Effekte auf den Reproduktionserfolg und die Auswirkungen größenselektiver Entnahme auf Körperlänge, Reifung und Reproduktionserfolg untersucht. Die Köperlänge und Kondition waren wichtige Determinanten der Reifung bei Zebrafischen. Größere Rogner zeigten höheren Reproduktionserfolg als kleinere Fische und ein signifikanter Einfluss der Milchnerkörperlänge auf die frühen Lebensstadien ihrer Nachkommen wurde dokumentiert. Längere Männchen wurden von Rognern auch bei der Paarung bevorzugt. Die größenabhängigen maternalen und paternalen Effekte waren ausschlaggebend für den erhöhten Reproduktionserfolg von Zebrafischlaichbeständen, die, verglichen mit kleinen Laichern, aus großen oder zufällig zusammengesetzten Individuen zusammengesetzt waren. Die größenselektive Entnahme führte zu phänotypischen und genetischen Veränderungen, die nach Einstellung der experimentellen Befischung persistierten. Das deutet an, dass die durch die Fischerei ausgelöste Evolution schwierig umkehrbar sein könnte. Die Köpergröße ist von überragender Bedeutung in der Reproduktionsbiologie des Zebrafisches und der Schutz großer Laichfische kann wichtig für den Erhalt der Reproduktionskapazität von befischten Beständen sein. / Body size is a fundamentally important trait for fitness in many animal species because it correlates positively with survival and reproductive success. In many fish species, large females exhibit higher fecundity and produce higher quality offspring compared to small females. Similarly, male body size can affect offspring quality and early life-history traits but the importance of these effects to the reproductive biology of fish is poorly studied. The extent to which variation in reproductive success is explained by parental body size is an important research topic because size-selective fishing usually reduces the average size of reproducing adults in a population. In my dissertation, I studied the parental size effects on reproductive success in a model species (zebrafish, Danio rerio). I also studied the effects of size-selective harvesting on body size, maturation and reproductive output. Body size and condition factor were important determinants of the initiation of maturation in zebrafish. Large females were found to have higher reproductive success compared to small females and a significant effect of male body size on early life-history traits was documented. I found that large males were also favored by the females resulting to differential allocation of reproductive resources toward large males. The maternal- and paternal-size effects ultimately led to elevated reproductive success of experimental spawning stocks consisting of large or random-sized individuals compared to spawning stocks consisting of small individuals. Size-selective harvesting induced rapid phenotypic and genetic changes, which persisted after selection was halted. This suggests that fishing-induced changes might be hard to reverse. My results emphasize the importance of body size to the reproductive biology of zebrafish and suggest that protecting large fish might be important to maintain the reproductive potential of exploited fish stocks.

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