Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Einfluß unterschiedlicher Gruppenkonstellationen auf Verhalten, Reproduktionsbiologie, Testosteron- und Kortikosteroid-Ausscheidung bei Mausmakimännchen (Microcebus murinus)

Labes, Elisabeth

The aim of this study was to develop for the first time a non invasive method for the identification and quantification of gonadal and adrenal steroid hormones of male Lesser Mouse Lemurs, and to characterize the relation between the influence of different social conditions on reproductive behavior, reproductive biology, and the hormonal profile of the males. From February to July 1997 fecal samples were taken from 13 males together with blood samples of three of these males. An injection study with cold testosterone and adrenocorticotropic hormone (ACTH) was carried out in fall 1997 and served for the determination of the metabolic activity as well as the metabolic pathways of the examined hormones. Final sample collection took place during and after the breeding season of 1999. Hormonal analysis was carried out by RP-HPLC and ELISA using polyclonal antibodies. The same 13 males, kept in different social conditions, were observed during the breeding season in 1997 with regard to the behavior and reproductive biology. In the absence of an estrous of a female (observation period "non estrous") 10 males kept in unisexual pairs were observed. With the onset of an estrous of a female (observation period "estrous") 6 of these males were observed after forming three heterosexual groups out of two males together with two females per group. Three additional males were observed under semi-isolated condition and served as control group. The recording of the behavior was carried out by combining the event and focal sampling method. The results obtained can be summarized as followed: A. Development of a non invasive method for the hormone determination The enzyme immunological methods used in this study are qualified for the non invasive quantification of androgens and corticosteroids in the male Lesser Mouse Lemur. Their validation was confirmed by the determination of accuracy, precision, parallelism, and extraction efficiency. The applied RP-HPLC system performed a good separation of peaks, but informations about the concerning steroid did not exist for all retention times. The metabolic products in the feces could not sufficiently be identified. The presented chromatographic system shows cortisol, cortisone, and corticosterone, but not testosterone in larger amounts. Testosterone may be metabolized into other steroids before being excreted into the feces, but these metabolites could not be identified by the RP-HPLC technique at the concentration used. A specific time interval between the occurrence of the steroids in the blood and in the feces, respectively, could not be determined. Maxima concentrations in the feces occurred in varying temporal proximity to those in the serum. There was greater congruency between both media for androgens than there was for the corticosteroids. There are hints for a possible subordinate biogene importance of testosterone. B. Relation between social constellation and hormone status The correlation between the social constellation and the hormonal status of the males kept as pairs, and groups respectively, could not be clarified satisfactorily, because the hormones and metabolites, respectively, that are related to the reproductive behavior could not clearly be identified. Different androgens and corticosteroids, respectively, could be measured in the males in different social constellations. Further investigations are necessary with regard to their biogene importance. The corticosteroid values measured in the serum of the semi-isolated males exceeded what had previously been reported in the literature, but the testosterone values were similar. Over the breeding season the maximum values of both hormones in the serum partly coincided for each single male as well as between the males. The measured values for the three males, however, varied during both observation periods. For all of the males increased values of testosterone and corticosteroids, respectively, were measured during the female estrous. Therefore, olfactory contact to estrous females generally seems to be sufficient for the stimulation of an increased gonadal and adrenocortical activity. However, exact statements on the influence of the female estrous on the hormone excretion could not be made. No suppression of the testosterone excretion was found. C. Physical characterization of the males Changes in body weight and testis volume are primarily regulated by photoperiodic impulses. Later variations of the testis volume seem to be secondarily modified by the onset of the females estrous. Still before the end of the change to long day light the body weight decreased and the testis volume increased. The first peak of the testis volume appeared even before the first female estrous. Within the males of each group the changes of the morphological parameters were parallel to each other. During the female estrous less food intake and more locomotion was observed in the males. At the beginning of the breeding season the males seem to investigate more energy in those organs being important for reproduction as well as in activities. The intensity of spermiogenesis seems to take place independently from other forms of competition. Both morphological parameters were significantly correlated within each observation period. Heavier males had a larger testis volume, and vice versa. No inhibition of these body parameters was found during estrous. D. Correlation between dominance and reproductive behavior No rank order was formed between males in unisexual pairs. More active and passive males were identified in terms of frequency and duration of selected behavior parameters. The frequency of aggressive conflicts increased considerably in the male dyad of only one group after adding estrous females. Only in this group, a dominance hierarchy was formed between the males during the three consecutive days of observation. Only the dominant male mated with the females. However, the sexual interest of the subordinate male was not inhibited. In the other two groups a marked level of aggression on the side of the females towards the males prevented the establishment of a rank order. Together, the more active males of each group contacted the females more often and showed more sniffing behavior towards them. Only in these males were sexual contacts with females observed. Therefore, the agility of a male could announce his rank position in the absence of agonistic interactions. Dominance in males is not always definite and the behavior of females can prevent the establishment of a dominance hierarchy among males. Therefore, the formation of a new category "agility" is suggested as indication for an indirectly expressed dominance status by a male. Only the older male of the first group had access to receptive females although both males of this group had experience with the opposite sex. In the absence of females brothers showed a higher frequency of affiliative behavior when compared to non related males. In the presence of females only the dyad of related males showed affiliative behavior. The frequency of aggressive conflicts between the males did not change in this dyad during the females estrous. In isolated males, types of behavior related to activity decreased in their duration during the females estrous. This alone, however, does not show suppression of sexual interest. Rather a shift of activity occured as a result of spatial isolation. In addition, the animals adjusted more to each other in terms of their behavior pattern during the females’ estrous than during the non estrous period. E. Correlation of the examined parameters Only the blood results of the hormone analyses could be included into the correlation between behavior, body weight, testis volume, and hormonal status of the males. Within one observation period a positive relation between testis volume and body weight existed for seven out of nine comparable males. In the one group with a rank order both males showed a lower testis volume during the female estrous than in the absence of estrous females. In this group only the dominant male had a higher body weight during the female estrous than during the non estrous period. At the beginning of the breeding season the testosterone concentrations increased relatively fast some time after the end of the day light change. The testis volumes reached their first peaks more or less during the same time period as did the first testosterone peaks. This was followed by continuously decreasing and increasing testosterone concentrations. Testis growth and increase of androgens at the beginning of the breeding season are triggered by the change of the day light length. However, the further development of the testis volume as well as the hormone concentration seems to be mainly stimulated by olfactoric signals of receptive females. The corticosteroid levels rather corresponded to what had previously been reported in the literature for males kept in heterosexual groups. This could be due to a generally higher level of excitation. Despite more strongly varying cortisol levels the changes of both steroid concentrations occurred more or less parallel in each male. High cortisol levels did not generally go together with low testosterone levels. The changes of the steroid concentrations and of the testis volume were accompanied by continuously reduced body weight. The influence of age or kinship on this pattern could not be determined due to the small sample size.

Ziel dieser Studie war es, erstmals eine nicht-invasive Methode zur Identifikation und Quantifizierung gonadaler und adrenaler Steroidhormone männlicher Mausmakis zu entwickeln und die Beziehung zwischen dem Einfluß verschiedener sozialer Konstellationen auf Reproduktionsverhalten, Reproduktionsbiologie und Hormonstatus der Männchen zu charakterisieren. Von Februar 1997 bis Juli 1997 wurden von 13 Männchen Kotproben und zusätzlich von drei dieser Männchen Blutproben gesammelt. Eine im Herbst 1997 durchgeführte Injektionsstudie mit nicht-markiertem Testosteron und ACTH diente der Bestimmung der Stoffwechselrate sowie der Metabolisierungs- und Ausscheidungswege der untersuchten Hormone. Während und nach der Paarungssaison 1999 erfolgten abschließende Probenahmen. Die Hormonanalysen erfolgten mittels RP-HPLC und einem ELISA unter Verwendung polyklonaler Antikörper. An denselben, in verschiedenen sozialen Konstellationen gehaltenen 13 Männchen erfolgten während der Paarungssaison 1997 Verhaltensbeobachtungen im Hinblick auf das Verhalten und die Reproduktionsbiologie der Tiere. Beobachtet wurden außerhalb des weiblichen Östrus 10 Männchen in unisexuellen Paaren (Beobachtungsabschnitt "Nicht-Östrus") und mit Beginn eines weiblichen Östrus 6 dieser Männchen, die mit jeweils zwei Weibchen drei heterosexuelle Gruppen aus vier Tieren bildeten (Beobachtungsabschnitt "Östrus"). Drei weitere Männchen wurden in semi-isolierter Haltung beobachtet und dienten als Vergleichsgruppe. Die Aufnahme des Verhaltens erfolgte kombiniert nach der "event-sampling-" und "focal-sampling"-Beobachtungsmethode. Die gewonnenen Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: A. Entwicklung einer nicht-invasiven Methode zur Hormonbestimmung Die in der Arbeit verwendeten enzymimmunologischen Methoden sind für die nicht-invasive Quantifizierung von Androgenen und Kortikosteroiden bei männlichen Mausmakis geeignet. Ihre Validität wird durch die Bestimmungen zur Richtigkeit, Genauigkeit, Parallelität und Extraktionseffizienz bestätigt. Mit dem eingesetzten RP-HPLC-System konnte eine gute Auflösung der Elutionsprofile erreicht werden, jedoch lagen nicht für alle Retentionszeiten Informationen über das entsprechende Steroid vor. Die Metabolisierungsprodukte im Kot waren nicht eindeutig identifizierbar. Das vorgestellte chromatographische Trennungsverfahren weist Kortisol, Kortison und Kortikosteron, jedoch nicht Testosteron in größeren Mengen nach. Möglicherweise wird Testosteron vor der Ausscheidung über den Kot in andere Metabolite umgewandelt, die aber in den verwendeten Konzentrationen mittels der verwendeten RP-HPLC nicht identifiziert werden konnten. Ein bestimmtes Zeitintervall zwischen dem Erscheinen der Steroide im Blut bzw. im Kot konnte nicht bestimmt werden. Konzentrationsmaxima im Kot traten in zeitlich variierender Nähe zu denen im Serum auf. Für Androgene bestand eine größere Kongruenz zwischen beiden Medien als für die Kortikosteroide. Es bestehen Hinweise auf eine mögliche untergeordnete biogene Bedeutung von Testosteron. B. Beziehung zwischen sozialer Konstellation und Hormonstatus Die Korrelation zwischen der sozialen Konstellation und dem Hormonstatus der Männchen in der Paar- bzw. Gruppenhaltung ließ sich nicht befriedigend klären, da die mit dem Reproduktionsverhalten in Wechselbeziehung stehenden Hormone bzw. Metabolite nicht eindeutig identifiziert werden konnten. Bei den Männchen konnten in verschiedenen sozialen Konstellationen unterschiedliche Androgene und Kortikosteroide gemessen werden. Für die Bestimmung ihrer biogenen Bedeutung sind weiterführende Untersuchungen notwendig. Bei den semi-isoliert gehaltenen Männchen lagen die Serumwerte der Kortikosteroide über den vergleichenden Angaben der Literatur, hingegen entsprachen die Testosteronspiegel diesen. Während der Paarungssaison stimmten die Maximalwerte beider Hormone im Serum sowohl für jedes einzelne Männchen als auch zwischen ihnen zeitlich zum Teil überein. Die Meßwerte der drei Männchen variierten jedoch während der beiden Beobachtungsabschnitte. Bei jeweils einem der Männchen wurden während des weiblichen Östrus ein erhöhter Kortikosteroid- bzw. Testosteronwert gemessen. Damit scheint der olfaktorische Kontakt zu östrischen Weibchen für das Auslösen einer erhöhten gonadalen und adrenokortikalen Aktivität grundsätzlich auszureichen. Exakte Aussagen über den Einfluß weiblicher Östren auf die hormonelle Sekretion waren aber nicht möglich. Eine Suppression der Testosteronsekretion bestand nicht. C. Physische Charakterisierung der Männchen Veränderungen des Körpergewichts und des Hodenvolumens werden primär durch photoperiodische Impulse gesteuert. Nachfolgende Schwankungen des Hodenvolumens scheinen sekundär durch das Auftreten weiblicher Östren moduliert zu werden. Noch vor Abschluss der Umstellung auf langes Tageslicht sank das Körpergewicht und vergrösserte sich das Hodenvolumen. Das erste Maximum des Hodenvolumens trat noch vor dem ersten weiblichen Östrus auf. Die Veränderungen der morphologischen Parameter verliefen zwischen den Männchen einer Gruppe parallel. Während des weiblichen Östrus wurde bei den Männchen weniger Futteraufnahme und häufiger Lokomotion beobachtet. Zu Beginn der Reproduktionssaison scheinen die Männchen mehr Energie in die für die Reproduktion wichtigen Organe und Aktivitäten zu investieren. Die Intensität der Spermiogenese scheint unabhängig von anderen Konkurrenzformen zu erfolgen. Innerhalb eines Beobachtungsabschnitts waren beide morphologischen Parameter signifikant korreliert. Schwerere Männchen hatten auch ein größeres Hodenvolumen und umgekehrt. Eine Inhibition dieser Körperparameter während des Abschnitts "Östrus" trat nicht auf. D. Beziehung zwischen Dominanz und Reproduktionsverhalten Innerhalb der unisexuellen Paare bildete sich keine Rangfolge zwischen den Männchen aus. In Bezug auf die Frequenz und Dauer ausgewählter Verhaltensparameter wurden aktivere und passivere Männchen identifiziert. Nach Hinzusetzen östrischer Weibchen stieg die Frequenz aggressiver Auseinandersetzungen nur in der Männchen-Dyade einer Gruppe erheblich an. Nur in dieser Gruppe bildete sich zwischen den Männchen eine Dominanzhierarchie über alle drei Beobachtungstage aus. Nur das dominante Männchen paarte sich mit den Weibchen. Das sexuelle Interesse des unterlegenen Männchens war jedoch nicht inhibiert. In den beiden anderen Gruppen bestand eine ausgeprägte Aggressivität der Weibchen gegenüber den Männchen, die die Etablierung einer Rangfolge verhinderte. Insgesamt nahmen die jeweils aktiveren Männchen jeder Gruppe häufiger Kontakt zu den Weibchen auf und beschnupperten diese öfter. Nur bei diesen Männchen wurden sexuelle Kontakte mit Weibchen beobachtet. Die Agilität eines Männchens könnte daher seinen Rangstatus in Abwesenheit agonistischer Interaktionen anzeigen. Da die Dominanzverhältnisse der Männchen nicht immer eindeutig sind und das Verhalten der Weibchen die Ausbildung einer Dominanzhierarchie verhindert kann, wird die Bildung einer neuen Kategorie der "Agilität" als Hinweis auf eine indirekt zum Ausdruck kommende Dominanz eines Männchens vorgeschlagen. Nur das ältere Männchen der ersten Gruppe hatte Zugang zu rezeptiven Weibchen, obwohl beide Männchen dieser Gruppe Erfahrungen mit Weibchen hatten. Brüder zeigten in Abwesenheit von Weibchen eine höhere Frequenz an, und in deren Anwesenheit, als einzige Dyade affiliatives Verhalten im Vergleich mit nicht-verwandten Männchen. Die Frequenz aggressiver Auseinandersetzungen zwischen den Männchen veränderte sich in dieser Dyade während des weiblichen Östrus nicht. Bei den einzeln gehaltenen Männchen nahmen mit Aktivität verbundene Verhaltensweisen während des weiblichen Östrus in ihrer Dauer ab, dies allein weist jedoch nicht auf eine Unterdrückung des sexuellen Interesses hin. Vielmehr schien es aufgrund der räumlichen Isolation zu einer Verschiebung der Aktivität zu kommen. Auch glichen sich die Tiere während des Abschnitts "Östrus" in ihrem Verhaltensmuster stärker einander an als im Abschnitt "Nicht-Östrus". E. Korrelation der untersuchten Parameter In die Korrelation von Verhalten, Körpergewicht, Hodenvolumen und Hormonstatus der Männchen konnten aus den Hormonanalysen nur die Ergebnisse der Blutproben mit einbezogen werden. Innerhalb eines Beobachtungsabschnitts bestand bei sieben von neun vergleichbaren Männchen ein positiver Zusammenhang zwischen der Größe des Hodenvolumens und der Höhe des Körpergewichts. In der einen Gruppe mit einer Rangfolge hatten beide Männchen während des weiblichen Östrus niedrigere Hodenvolumina als in Abwesenheit östrischer Weibchen. In dieser Gruppe hatte nur das dominante Männchen im Östrus des Weibchens ein höheres Körpergewicht als im weiblichen Nicht-Östrus. Zu Beginn der Reproduktionssaison stiegen die Testosteronkonzentrationen einige Zeit nach Ende der Tageslichtumstellung relativ schnell an. Die ersten Maxima des Hodenvolumens wurden etwa in dem selben Zeitraum der ersten Testosteronmaxima erreicht. Anschliessend sanken und stiegen die Testosteronkonzentrationen immer wieder. Hodenwachstum und Anstieg der Androgenkonzentration zu Beginn der Fortpflanzungsperiode werden durch den Wechsel der Tageslichtlänge ausgelöst, die weitere Entwicklung der Hodenvolumina und der Hormonkonzentration scheint jedoch vorrangig durch olfaktorische Signale rezeptiver Weibchen stimuliert zu werden. Die Kortikosteroidspiegel entsprachen eher den in der Literatur gemachten Angaben für in heterosexuellen Gruppen gehaltene Männchen. Hierfür könnte ein grundsätzlich erhöhter Erregungszustand verantwortlich sein. Trotz stärker schwankender Kortisolspiegel verliefen beide Steroidkonzentrationen für jedes Männchen relativ parallel. Hohe Kortisolspiegel waren nicht grundsätzlich gepaart mit niedrigen Testosteronspiegeln. Die Veränderungen der Steroidkonzentrationen und des Hodenvolumens waren begleitet von reduziert bleibendem Körpergewicht. Der Einfluß des Alters oder der Verwandtschaft ließ sich in Bezug auf dieses Muster aufgrund der kleinen Stichprobe nicht endgültig bestimmen.

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Labes, Elisabeth: Einfluß unterschiedlicher Gruppenkonstellationen auf Verhalten, Reproduktionsbiologie, Testosteron- und Kortikosteroid-Ausscheidung bei Mausmakimännchen (Microcebus murinus). Hannover 2003. Tierärztliche Hochschule.

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