Afrikanischer Krallenfrosch - African clawed frog

Afrikanischer Krallenfrosch
Xenopus laevis 02.jpg
Wissenschaftliche Klassifikation bearbeiten
Königreich: Animalia
Stamm: Chordaten
Klasse: Amphibien
Befehl: Anura
Familie: Pipidae
Gattung: Xenopus
Spezies:
X. laevis
Binomialer Name
Xenopus laevis
Daudin 1802
Synonyme

X. boiei Wagler 1827

Die afrikanischen Krallenfrosch ( Xenopus laevis , auch bekannt als die Xenopus , afrikanischen Krallenfrosches , afrikanischen Krallenfrosch-Faul oder platanna ) ist eine Art der afrikanischen Wasserfrosch der Familie Pipidae . Sein Name leitet sich von den drei kurzen Krallen an jedem Hinterfuß ab, mit denen er seine Nahrung zerreißt. Das Wort Xenopus bedeutet „seltsamer Fuß“ und laevis bedeutet „glatt“.

Die Art kommt in weiten Teilen Afrikas südlich der Sahara ( Nigeria und Sudan bis Südafrika ) und in isolierten, eingeführten Populationen in Nordamerika, Südamerika, Europa und Asien vor. Alle Arten der Familie Pipidae sind zungenlos, zahnlos und vollständig im Wasser lebend . Sie benutzen ihre Hände, um Nahrung in ihren Mund und ihre Kehle zu schieben, und eine Hyobranchialpumpe, um Dinge in ihren Mund zu ziehen oder zu saugen. Pipidae haben kräftige Beine zum Schwimmen und Longieren nach dem Essen. Sie benutzen auch die Krallen an ihren Füßen, um große Nahrungsstücke zu zerreißen. Sie haben kein äußeres Trommelfell, sondern subkutane Knorpelscheiben, die der gleichen Funktion dienen. Sie benutzen ihre empfindlichen Finger und ihren Geruchssinn, um Nahrung zu finden. Pipidae sind Aasfresser und fressen fast alles Lebende, Sterben oder Tote und jede Art von organischem Abfall.

Beschreibung

Diese Frösche sind in Teichen und Flüssen im südöstlichen Teil Afrikas südlich der Sahara reichlich vorhanden. Sie sind aquatisch und haben oft eine grünlich-graue Farbe. Afrikanische Krallenfrösche werden auch häufig als Haustiere verkauft und manchmal fälschlicherweise als afrikanische Zwergfrösche identifiziert . Albino- Krallenfrösche sind weit verbreitet und werden als Haustiere oder für Labore verkauft.

Sie vermehren sich, indem sie Eier außerhalb des Körpers des Weibchens befruchten (siehe Froschreproduktion ). Von den sieben Amplexus-Modi (Positionen, in denen sich Frösche paaren) brüten diese Frösche im Leisten-Amplexus, wo das Männchen das Weibchen vor den Hinterbeinen des Weibchens umfasst und drückt, bis die Eier herauskommen. Das Männchen sprüht dann Sperma über die Eier, um sie zu befruchten.

Afrikanische Krallenfrösche sind sehr anpassungsfähig und legen ihre Eier, wann immer es die Bedingungen erlauben. Während der Regenzeit reisen sie zu anderen Teichen oder Wasserpfützen, um nach Nahrung zu suchen. In Dürrezeiten können sich die Krallenfrösche in den Schlamm eingraben und bis zu einem Jahr ruhen.

Es ist bekannt, dass Xenopus laevis 15 oder mehr Jahre in freier Wildbahn und 25-30 Jahre in Gefangenschaft überlebt. Sie häuten sich zu jeder Jahreszeit und fressen ihre eigene Haut.

Obwohl die Männchen keinen Stimmsack haben , machen sie einen Paarungsruf aus abwechselnd langen und kurzen Trillern, indem sie die intrinsischen Kehlkopfmuskeln zusammenziehen . Weibchen antworten auch stimmlich und signalisieren entweder Akzeptanz (ein Klopfen) oder Ablehnung (langsames Ticken) des Männchens. Dieser Frosch hat eine glatte, rutschige Haut, die auf dem Rücken mehrfarbig mit olivgrauen oder braunen Flecken ist. Die Unterseite ist cremeweiß mit einem Gelbstich.

Männliche und weibliche Frösche können durch die folgenden Unterschiede leicht unterschieden werden. Männliche Frösche sind klein und schlank, während Weibchen größer und runder sind. Männchen haben schwarze Flecken an Händen und Armen, die beim Greifen nach Weibchen während des Amplexus helfen. Weibchen haben eine ausgeprägtere Kloake und haben hüftähnliche Ausbuchtungen über ihren Hinterbeinen, wo sich ihre Eier im Inneren befinden.

Gefangener männlicher Albino-Krallenfrosch in typischer Schwimmstellung, wobei nur die Augen und die Nase herausragen. Beachten Sie die schwarzen Hände und Unterarme, die das Weibchen während des Amplexus festhalten .

Sowohl Männchen als auch Weibchen haben eine Kloake , eine Kammer, durch die Verdauungs- und Harnabfälle gelangen und durch die sich auch die Fortpflanzungssysteme entleeren. Die Kloake entleert sich durch die Öffnung, die bei Reptilien und Amphibien eine einzige Öffnung für alle drei Systeme darstellt.

Verhalten

Afrikanische Krallenfrösche sind vollständig aquatisch und verlassen das Wasser selten, außer um während Dürren oder anderen Störungen in neue Gewässer zu migrieren. Klauenfrösche haben kräftige Beine, die ihnen helfen, sich sowohl unter Wasser als auch an Land schnell fortzubewegen. Es wurde festgestellt, dass wilde Krallenfrösche in Südwales bis zu 2 Kilometer (1,2 Meilen) zwischen Standorten zurücklegen. Die Füße von Xenopus- Arten haben an den letzten drei Fingern drei schwarze Krallen. Diese Krallen werden verwendet, um Nahrung zu zerreißen und Raubtiere zu kratzen.

Krallenfrösche sind Fleischfresser und fressen sowohl lebende als auch tote Beute, darunter Fische, Kaulquappen, Krebstiere, Ringelwürmer, Gliederfüßer und mehr. Krallenfrösche werden versuchen, alles zu fressen, was in ihren Mund passt. Da sie im Wasser leben, nutzen Krallenfrösche ihren Geruchssinn und ihre Seitenlinie, um Beute zu erkennen, anstatt wie andere Frösche ihr Sehvermögen zu erkennen. Krallenfrösche können jedoch immer noch mit ihren Augen sehen und verfolgen Beute oder beobachten Raubtiere, indem sie ihren Kopf aus dem Wasser strecken. Krallenfrösche graben sich durch das Substrat, um Würmer und andere Nahrung auszugraben. Ihre Zunge kann sich nicht wie andere Frösche ausdehnen, daher greifen Krallenfrösche mit ihren Händen nach Nahrung und schaufeln sie sich in den Mund.

Diese Frösche sind besonders kannibalisch; Der Mageninhalt wilder Krallenfrösche in Kalifornien hat große Mengen der Froschlarven enthüllt. Krallenfroschlarven sind Filtrierer und sammeln Nährstoffe aus Plankton, sodass erwachsene Frösche, die die Kaulquappen verzehren, Zugang zu diesen Nährstoffen haben. Dadurch können Krallenfrösche in Gebieten überleben, die wenig bis keine anderen Nahrungsquellen haben.

Krallenfrösche sind nachtaktiv und die meiste Fortpflanzungsaktivität und Nahrungsaufnahme erfolgt nach Einbruch der Dunkelheit. Männliche Krallenfrösche sind sehr promiskuitiv und greifen andere Männchen und sogar andere Froscharten an. Männliche Frösche, die gepackt werden, machen Freigaberufe und versuchen, sich zu befreien.

Wenn sie nicht fressen, sitzen Krallenfrösche einfach bewegungslos auf dem Substrat oder schweben oben mit herausstehenden Köpfen.

Endokrinologie

Schilddrüse

Die X. laevis- Leber reagiert auf niedrige Temperaturen, indem sie die Produktion von Typ-II-Iodthyronin-Dejodinase durch erhöhte Nahrungsaufnahme erhöht . Dies wiederum spornt die Schilddrüse an, T 3 zu erhöhen , um die Körpertemperatur zu erhöhen . (Diese T 3 Anstieg induziert auch Keimzellen Apoptose , vermittelt durch Gene von über linken Kaulquappe Metamorphose.)

Die Auswirkungen der Provokation von T Hormonfreisetzung sind im Großen und Ganzen unterscheiden sich durch , wo es beginnt: Wenn zentral innerhalb des mediobasal Hypothalamus , dann regt es saisonale Hodenwachstum; wenn peripher, dann Hodenregression und Thermogenese in der kalten Jahreszeit.

Diese Beobachtungen gelten als allgemein anwendbar auf die Schilddrüsensysteme von Vertebraten.

In der Wildnis

Das monogenetische Protopolystoma xenopodis , ein Parasit der Harnblase von X. laevis

In freier Wildbahn sind X. laevis in Feuchtgebieten , Teichen und Seen in ariden / semiariden Regionen Afrikas südlich der Sahara beheimatet . X. laevis und X. muelleri kommen entlang der westlichen Grenze des Great African Rift vor . Die Menschen in den Ländern südlich der Sahara sind mit diesem Frosch im Allgemeinen sehr vertraut, und einige Kulturen verwenden ihn als Proteinquelle, Aphrodisiakum oder Fruchtbarkeitsmedizin . Zwei historische Ausbrüche von Priapismus wurden mit dem Verzehr von Froschschenkeln von Fröschen in Verbindung gebracht, die Insekten mit Cantharidin gefressen haben .

X. laevis in freier Wildbahn wird häufig von verschiedenen Parasiten infiziert , einschließlich monogenetischer Parasiten in der Harnblase .

Verwendung in der Forschung

Xenopus- Embryonen und -Eier sind ein beliebtes Modellsystem für eine Vielzahl von biologischen Studien, auch weil sie das Potenzial haben, das ganze Jahr über Eier zu legen. Dieses Tier ist aufgrund seiner starken Kombination aus experimenteller Handhabbarkeit und enger evolutionärer Beziehung zum Menschen weit verbreitet, zumindest im Vergleich zu vielen Modellorganismen. Für eine umfassendere Diskussion der Verwendung dieser Frösche in der biomedizinischen Forschung siehe Xenopus .

Xenopus laevis zeichnet sich auch durch seine Verwendung in der ersten weit verbreiteten Methode des Schwangerschaftstests aus . In den 1930er Jahren entdeckten zwei südafrikanische Forscher, Hillel Shapiro und Harry Zwarenstein, Studenten von Lancelot Hogben an der Universität von Kapstadt , dass der Urin von schwangeren Frauen die Eizellenproduktion bei X. laevis innerhalb von 8–12 Stunden nach der Injektion induzieren würde . Dieser wurde bis in die 1960er Jahre als einfacher und zuverlässiger Test verwendet. In den späten 1940er Jahren, fand Carlos Galli Mainini in separaten Studien , dass männliche Exemplare von Xenopus und Bufo verwendet werden könnten Schwangerschaft Heute , um anzuzeigen, im Handel erhältlich hCG in injiziert Xenopus Männchen und Weibchen Paarungsverhalten zu induzieren und diese Frösche in Gefangenschaft auf jedem zu züchten Zeit des Jahres.

Xenopus ist seit langem ein wichtiges Werkzeug für In-vivo-Studien in der Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie von Wirbeltieren. Das breite Spektrum der Xenopus- Forschung ergibt sich jedoch aus der zusätzlichen Tatsache, dass zellfreie Extrakte aus Xenopus ein führendes In-vitro-System für Studien grundlegender Aspekte der Zell- und Molekularbiologie sind. Somit ist Xenopus das einzige Vertebraten-Modellsystem, das Hochdurchsatz-In-vivo-Analysen der Genfunktion und Hochdurchsatz-Biochemie ermöglicht. Schließlich sind Xenopus- Oozyten ein führendes System für Untersuchungen des Ionentransports und der Kanalphysiologie.

Obwohl X. laevis nicht die kurze Generationszeit und genetische Einfachheit aufweist, die allgemein bei genetischen Modellorganismen erwünscht ist , ist es ein wichtiger Modellorganismus in der Entwicklungsbiologie , Zellbiologie , Toxikologie und Neurobiologie . X. laevis benötigt 1 bis 2 Jahre bis zur Geschlechtsreife und ist wie die meisten seiner Gattung tetraploid . Es hat jedoch einen großen und leicht zu manipulierenden Embryo . Die einfache Manipulation von Amphibienembryonen hat ihnen einen wichtigen Platz in der historischen und modernen Entwicklungsbiologie gegeben. Eine verwandte Art, Xenopus tropicalis , wird jetzt als tragfähigeres Modell für die Genetik gefördert.

Roger Wolcott Sperry verwendete X. laevis für seine berühmten Experimente zur Beschreibung der Entwicklung des visuellen Systems. Diese Experimente führten zur Formulierung der Chemoaffinitäts-Hypothese .

Xenopus- Oozyten stellen ein wichtiges Expressionssystem für die Molekularbiologie dar . Durch die Injektion von DNA oder mRNA in die Eizelle oder den sich entwickelnden Embryo können Wissenschaftler die Proteinprodukte in einem kontrollierten System untersuchen. Dies ermöglicht eine schnelle funktionelle Expression manipulierter DNAs (oder mRNA ). Dies ist besonders in der Elektrophysiologie nützlich , wo die einfache Aufnahme aus der Eizelle die Expression von Membrankanälen attraktiv macht. Eine Herausforderung bei der Arbeit mit Eizellen besteht darin, native Proteine ​​zu eliminieren, die die Ergebnisse verfälschen könnten, wie zum Beispiel Membrankanäle, die in der Eizelle vorkommen . Durch Injektion von Morpholino- Antisense-Oligos in die Eizelle (zur Verteilung im gesamten Embryo) oder in den frühen Embryo (zur Verteilung nur in Tochterzellen der injizierten Zelle) kann die Translation von Proteinen blockiert oder das Spleißen von prä-mRNA modifiziert werden .

Extrakte aus den Eiern von X. laevis- Fröschen werden auch häufig für biochemische Studien zur DNA-Replikation und -Reparatur verwendet, da diese Extrakte die DNA-Replikation und andere verwandte Prozesse in einer zellfreien Umgebung vollständig unterstützen, was eine einfachere Manipulation ermöglicht.

Das erste geklonte Wirbeltier war 1962 ein afrikanischer Krallenfrosch, ein Experiment, für das Sir John Gurdon 2012 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt „für die Entdeckung, dass reife Zellen reprogrammiert werden können, um pluripotent zu werden“.

Darüber hinaus waren mehrere afrikanische Krallenfrösche auf dem Space Shuttle Endeavour (das am 12.

Xenopus laevis dient auch als ideales Modellsystem zum Studium der Mechanismen der Apoptose. Tatsächlich stimulieren Jod und Thyroxin die spektakuläre Apoptose der Zellen der Larvenkiemen, des Schwanzes und der Flossen bei der Metamorphose von Amphibien und stimulieren die Evolution ihres Nervensystems, indem sie die aquatische, vegetarische Kaulquappe in den terrestrischen, fleischfressenden Frosch verwandeln.

Stammzellen dieses Frosches wurden verwendet, um Xenobots zu erschaffen .

Genomsequenzierung

Frühe Arbeiten zur Sequenzierung des X. laevis- Genoms wurden begonnen, als die Labore von Wallingford und Marcotte in Verbindung mit Projekten, die von den National Institutes of Health finanziert wurden, eine Finanzierung vom Texas Institute for Drug and Diagnostic Development (TI3D) erhielten. Die Arbeit weitete sich schnell auf die De-novo- Rekonstruktion von X. laevis- Transkripten aus, in Zusammenarbeit mit Gruppen auf der ganzen Welt, die Illumina Hi-Seq RNA-Sequenzierungsdatensätze spendeten. Die Genomsequenzierung durch die Rokhsar- und Harland-Gruppen (UC Berkeley) sowie durch Taira und Mitarbeiter (Universität Tokio, Japan) gab dem Projekt, das mit zusätzlichen Beiträgen von Forschern in den Niederlanden, Korea, Kanada und Australien einen wichtigen Impuls erhielt, einen großen Schub bis zur Veröffentlichung der Genomsequenz und ihrer Charakterisierung im Jahr 2016.

Als Transexpressionswerkzeug

X. laevis- Oozyten werden oft als einfaches Modell für die künstlich induzierte Expression von Transgenen verwendet . Sie werden beispielsweise häufig verwendet, wenn die Chloroquinresistenz untersucht wird, die von spezialisierten Transportermutanten erzeugt wird . Trotzdem kann das fremde Expressionsgewebe selbst einige Veränderungen der Expression bewirken, und so können die Ergebnisse mit der nativen Expression völlig identisch sein oder nicht: Zum Beispiel wurde Eisen von Bakouh et al. 2017 als wichtiges Substrat für einen solchen Transporter gefunden in X. l. Eizellen, aber ab 2020 ist Eisen nur mutmaßlich an der nativen Expression desselben Gens beteiligt.

Online-Datenbank für Modellorganismen

Xenbase ist die Model Organism Database (MOD) für Xenopus laevis und Xenopus tropicalis . Xenbase hostet die vollständigen Details und Release-Informationen zum aktuellen Genom von Xenopus laevis ( 9.1 ).

Als Haustiere

Xenopus laevis wird bereits seit den 1950er Jahren als Heim- und Forschungsobjekt gehalten. Sie sind extrem robust und langlebig, bekannt dafür, dass sie bis zu 20 oder sogar 30 Jahre in Gefangenschaft leben.

Afrikanische Krallenfrösche werden in Zoohandlungen häufig fälschlicherweise als afrikanische Zwergfrösche bezeichnet . Erkennbare Unterschiede sind:

  • Zwergfrösche haben vier Schwimmfüße. Afrikanische Krallenfrösche haben Hinterpfoten mit Schwimmhäuten, während ihre Vorderpfoten autonome Finger haben.
  • Afrikanische Zwergfrösche haben Augen an der Seite ihres Kopfes, während afrikanische Krallenfrösche Augen auf ihrem Kopf haben.
  • Afrikanische Krallenfrösche haben gebogene, flache Schnauzen. Die Schnauze eines afrikanischen Zwergfrosches ist spitz.

Als Schädling

Afrikanische Krallenfrösche sind gefräßige Raubtiere und passen sich leicht an viele Lebensräume an. Aus diesem Grund können sie leicht zu einer schädlichen invasiven Art werden. Sie können kurze Entfernungen zu anderen Gewässern zurücklegen, und einige haben sogar dokumentiert, dass sie milden Frost überleben. Es wurde gezeigt, dass sie einheimische Populationen von Fröschen und anderen Kreaturen vernichten, indem sie ihre Jungen fressen.

Im Jahr 2003 Xenopus laevis Frösche wurden in einem Teich am entdeckten San Francisco ‚s Golden Gate Park . In diesem Gebiet gibt es jetzt viele Debatten darüber, wie diese Kreaturen ausgerottet und ihre Ausbreitung verhindert werden können. Es ist nicht bekannt, ob diese Frösche durch absichtliche Freilassung in das Ökosystem von San Francisco gelangten oder in die Wildnis entkamen. Beamte von San Francisco entwässerten Lily Pond und zäunten das Gebiet ein, um zu verhindern, dass die Frösche in andere Teiche fliehen, in der Hoffnung, dass sie verhungern.

Aufgrund von Vorfällen, bei denen diese Frösche freigelassen wurden und in die Wildnis entkommen durften, ist es in den folgenden US-Bundesstaaten illegal, afrikanische Krallenfrösche ohne Genehmigung zu besitzen, zu transportieren oder zu verkaufen: Arizona, Kalifornien, Kentucky, Louisiana, New Jersey, North Carolina , Oregon, Vermont, Virginia, Hawaii, Nevada und Washington State. Es ist jedoch legal, Xenopus laevis in New Brunswick (Kanada) und Ohio zu besitzen.

Wilde Kolonien von Xenopus laevis existieren in Südwales , Vereinigtes Königreich . In Yunnan , China, gibt es eine Population von Albino-Krallenfröschen im Kunming-See , zusammen mit einem anderen invasiven: dem amerikanischen Ochsenfrosch . Da es sich bei dieser Population um Albinos handelt, deutet dies darauf hin, dass die Krallenfrösche aus dem Tierhandel oder einem Labor stammen.

Der afrikanische Krallenfrosch kann ein wichtiger Vektor und die ursprüngliche Quelle von Batrachochytrium dendrobatidis sein , einem Chytridpilz , der mit dem drastischen Rückgang der Amphibienpopulationen in vielen Teilen der Welt in Verbindung gebracht wird. Anders als bei vielen anderen Amphibienarten (einschließlich des eng verwandten Westlichen Krallenfrosches ), bei denen dieser Chytridpilz die Krankheit Chytridiomykose verursacht , scheint er den Afrikanischen Krallenfrosch nicht zu befallen, was ihn zu einem wirksamen Überträger macht.

Verweise

Externe Links