Philipp Bayer | 08. Februar 2010, 22:57

Mensch sein hat doch so seine Vorteile - wenn man sich das Geschlechtsleben anderer Tiere so anguckt, ist man doch froh dass das eigene so verhältnismäßig unkompliziert verläuft...

Neues Lieblingswort - "traumatic insemination"

Geschlechtsverkehr läuft bei Bettwanzen auf die brutale Art und Weise ab. Normalerweise bewegen sich die Spermien im (Insekten-)Weibchen von der Vagina aus durch die Hämolymphe, einer Art einfachen Vorgänger unseres Blutsystems, zu den Eierstöcken, wo sie evtl. vorhandene Eizellen befruchten. Das alleine hört sich ja noch harmlos an.

Im Laufe der Zeit hat sich dann doch eine Besonderheit herausgebildet - der Penis der Männchen wurde immer spitzer und spitzer, so dass die Spermien inzwischen eine Abkürzung nehmen - die Männchen stechen den Weibchen einfach ihren Penis in den Panzer! (Daher auch das schöne Fachwort "traumatic insemination".)

Natürlich stellt diese doch extreme Praxis Kosten für die Weibchen dar - die Wunde im Rücken ist ein Einfallspunkt für Parasiten und andere Krankheitserreger. Deshalb hat sich bei den Weibchen eine zweite Genitalöffnung entwickelt, im Englischen genannt "spermalege". Diese schützt zwar vor Parasiten, scheint aber nicht vor möglichen (Heilungs-)Kosten durch die Verwundung zu schützen. Die "Original"-Vagina wird weiterhin zur Eiablage benutzt.

"Kein Stich von allen schmerzte so wie der."

Blöderweise haben die Bettwanzen kaum Mittel, um die Geschlechter voneinander zu unterscheiden - üblicherweise wird der Akt einfach mit der wohlgenährtesten Wanze in der Nähe vollzogen. Deswegen gibt es bei Bettwanzen auch in gewissen Maße Homosexualität - problematisch für Männchen, da sie nicht über ein solches "spermalege" auf dem Rücken verfügen. Werden sie durch den Penis gestochen, so sterben die meisten bestiegenen Männchen. Wissenschaftler haben in der Vergangenheit beobachtet, dass Männchen zwar andere Männchen bestiegen, aber in vielen Fällen weder "zustachen" noch Spermien abgaben - warum und wie genau ist erst seit einem Jahr bekannt.

Tipp-Ex, Nagellack, die eigenen Arme - was braucht ein Forscher sonst?

Camilla Ryne von der Lund University hat in ihrem Paper "Homosexual interactions in bed bugs: alarm pheromones as male recognition signals" vom letzten Februar untersucht, wie die Geschlechtserkennung bei Bettwanzen abläuft. Dazu brauchte sie nicht viel - um die empfangenden Bettwanzen vor dem Geschlechtsverkehr möglichst wohlgenährt erscheinen zu lassen, ließ sie sich von den Bettwanzen in die eigenen Arme beißen. Um zu beweisen, dass Alarmpheromone zur Geschlechtsidentifikation benutzt werden, bestrich sie Bettwanzen mit Nagellack, damit keine Pheromone nach außen dringen konnten - und um Wunden durch Geschlechtsverkehr nachweisen zu können, bestrich sie die Insekten mit Tipp-Ex.

Mit diesen Methoden konnte Camilla Ryne zeigen, dass Männchen anscheinend eine geringe Menge des Alarmpheromones versprühen, um sich andere Männchen vom Panzer zu halten. Männchen, deren Alarmpheromondrüsen dagegen durch Nagellack blockiert waren, wurden öfter und länger durch andere Männchen bestiegen. Versprühte sie männliche Alarmpheromone auf ein männlich-weibliches Paar, so hielt sich das Männchen signifikant kürzer auf dem Weibchen auf, und die Menge der übertragenen Spermien wurde um die Hälfte reduziert - gleichzeitig gab es weniger Verletzungen.

Da zeigt sich wieder: Evolution ist großartig und überrascht immer wieder auf neue Arten. Und damit wünsche ich allen Lesern eine gute Nacht!

Ryne, C. (2009). Homosexual interactions in bed bugs: alarm pheromones as male recognition signals Animal Behaviour, 78 (6), 1471-1475 DOI: 10.1016/j.anbehav.2009.09.033

Reinhardt, K., & Siva-Jothy, M. (2007). Biology of the Bed Bugs (Cimicidae) Annual Review of Entomology, 52 (1), 351-374 DOI: 10.1146/annurev.ento.52.040306.133913

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Bastian Greshake | 05. Februar 2010, 22:18

Nachdem ich im letzten Blogpost das „Iterated Prisoners Dilemma“ kurz erklärt habe kommt nun der nächste Python-Code-Block auf euch zu. Und zwar in Form des Ziegenproblems.

Das Ziegenproblem ist auch unter dem Namen „Monty-Hall-Problem“ bekannt, benannt nach dem gleichnamigen, amerikanischen Showmaster der Spielshow „Let‘s make a deal“. Die Sendung sagt vermutlich niemandem hier etwas. Aber sie ist das Gegenstück zu „Geh aufs Ganze“, ihr wisst schon. Die Sendung mit dem roten Vieh namens ZONK.

Im Gegensatz zum Zonk mit Jörg Draeger folgt die US-Variante dabei recht strikten Regeln: Es gibt 3 Tore. Hinter 2 der Tore versteckt sich je ein Zonk. Oder in den US eben eine Ziege (jetzt dürftet ihr auch wissen woher der Name des Problems kommt). Hinter dem dritten Tor verbirgt sich der Preis. Nachdem der Kandidat sich für ein Tor entschieden hat öffnet der Showmaster eines der Tore mit einer Ziege dahinter.  
 
Es verbleiben also noch 2 Tore, hinter einem ist der Gewinn. Hinter dem anderen die zweite Ziege. Der Kandidat kann sich nun entscheiden ob er sein Tor noch ändert oder bei seiner ersten Wahl bleibt. Doch wie sollte er sich entscheiden um seine Gewinnchancen zu maximieren? Und macht es überhaupt einen Unterschied?

Wenn ihr nun antwortet, dass es doch völlig egal ist ob man tauscht oder nicht, dann gehört ihr zu der großen Mehrheit die sich von ihrem Bauchgefühl täuschen lässt. Denn genau das macht das Ziegenproblem so interessant: Es ist ein einfaches Beispiel dafür wie sich unser Verstand bei der Schätzung von Wahrscheinlichkeiten ganz elementar täuschen kann (Ein anderes bekanntes Beispiel dafür ist das Geburtstagsparadoxon).

Aber kommen wir zur Antwort, wie sollte sich der Kandidat verhalten: Er sollte das Tor wechseln. Weil seine Chancen den Gewinn zu bekommen dann auf 2/3 wächst, während sie für die erste Entscheidung bei 1/3 verbleibt. Man kann das auch mathematisch korrekt erklären, dafür empfehle ich aber einfach die Wikipedia. Etwas anschaulicher ist es schon über den Entscheidungsbaum -ebenfalls aus der Wikipedia kopiert.

In unserem Python-Kurs haben wir uns den mathematischen Beweis gespart und stattdessen lieber den empirischen Beweis geliefert. Wie das letzte mal: Der Code für Python 3 ist hier zum Download verfügbar. Der Code ist für Multi-Core-Prozessoren geschrieben, falls er bei euch also nicht will könnt ihr ihn bequem anpassen.

 

Viel Spass beim Spielen. Vielleicht komme ich nächste Woche auch mal wieder dazu über mehr Wissenschaft und weniger Spielkrams zu schreiben.

Bildquelle: Wikipedia

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Bastian Greshake | 03. Februar 2010, 16:05

Okay. Nicht ganz. In der Uni haben wir im Rahmen der Python-Einführung lustig das iterierte Gefangenendilemma programmiert. Wer ein bisschen Python lesen kann oder lesen will oder lernen will findet den Code hier. Gleichzeitig gibt es ein bisschen was zur Spieltheorie die auch in der Evolutionsbiologie von nutzen ist (wer «The Selfish Gene» gelesen hat wird die Details bereits kennen).

Aber was ist das iterierte Gefangenendilemma überhaupt? Die Grundsituation ist die folgende: Zwei Gefangene werden verdächtigt zusammen eine Straftat begangen zu haben und werden zu dem Sachverhalt getrennt befragt.

Schweigen beide kommen sie wegen der Indizienbeweise für eine kurze Zeit ins Gefängnis. Verrät der eine Gefangene den anderen so geht dieser dank eines Handels straffrei aus. Der andere muss dafür aber für 5 Jahre ins hinter Gitter. Verraten sich die Spieler gegenseitig so müssen sie beide ins Gefängnis.

Aber weil eine kleine Tabelle viel mehr sagt als eine Beschreibung oben die Tabelle aus der Wikipedia über Kosten/Nutzen bei den verschiedenen Verhaltensweisen. So weit so gut also. Der Trick bei der iterierten Variante des Gefangenendilemmas ist es, dass die Spieler eine vorher nicht bekannte Anzahl von Runden gegeneinander/miteinander spielen. Dies führt dazu, dass man verschiedene Theorien anwenden kann.

Simple Strategien sind zum Beispiel das naive “immer Kooperieren” oder das böse “immer verraten”. Eine der bekanntesten und gleichzeitig auch erfolgreichsten Strategien ist “Tit for Tat”. Diese beginnt im ersten Zug immer damit, dass sie mit dem Mitspieler kooperiert. In den folgenden Zügen ahmt sich das Verhalten des Gegenspielers aus der letzten Runde nach. Diese Strategie erspielt ein Maximum an Punkten wenn sie gegen kooperative Strategien oder sich selbst spielt. Und lässt sich gleichzeitig auch nicht ausbeuten wenn sie gegen bösartige Strategien spielt.  

Doch was hat das Ganze nun mit Evolutionsbiologie zu tun? Nun, man kann damit relativ simpel (und natürlich stark vereinfacht) simulieren wie kooperatives Verhalten entstehen kann und wie es sich in Populationen durchsetzt. In dem kleinen Skript, was wir in der Uni geschrieben haben, kann man die Startpopulationsgröße festlegen. Insgesamt spielen dann 6 verschiedene Strategien gegen zufällig ausgewählte andere Strategien (natürlich auch gegen sich selbst).

Wenn jeder Spieler gegen einen zufällig ausgewählten Spieler gespielt hat werden die Punkte für die einzelnen Strategien zusammengezählt und geschaut wie viele Punkte sie eingefahren haben. Die einzelnen Strategien verteilen sich dann nach Prozentpunkten anteilig auf die neue Generation. Besonders erfolgreiche Strategien stellen dann viele Individuen in der neuen Generation, besonders schlechte können auch ganz aussterben.

Wie das in der Ausgabe via gnuplot (ein Programm was ich überhaupt nicht empfehlen kann und dessen Dokumentation noch übler ist als unsere eigene) aussieht könnt ihr in dem Bildchen hier betrachten. Hier hat es Tit-For-Tat geschafft sämtliche andere Strategien auszurotten.



Erstaunlicherweise tritt dieser Effekt aber nur auf, wenn die Anzahl der Spiele die einzelne Individuen spielen hoch genug ist. Spielen die Paare nur eine zufällige Anzahl von Spielen zwischen ein und zehn mal, dann setzen sich die bösen Strategien durch. Erst bei einer größeren Anzahl gewinnt Tit-For-Tat. Dies liegt daran, dass Tit-For-Tat als Strategie erst dann so viele Punkte einfahren kann wenn es ausreichend oft gegen sich selbst spielt um die einfachen “immer verraten”-Strategien zu überholen.

Oder übertragen auf das biologische Modell: Kooperatives Verhalten zahlt sich nur dann aus, wenn die Zeiträume der Interaktion ausreichend lang sind. Bei kurzfristiger Interaktion lohnt es sich hingegen die Kooperationspartner auszubeuten.

Und wenn jetzt noch jemand Lust hat die Strip-Variante in das Script mit einzubinden: Viel Spass. Und ich würde mich über Feedback freuen.

 

 

*update*

Auf Wunsch in den Kommentaren sind hier auch die anderen Strategien aus dem Bildchen kurz erklärt:

• Cooperative: Kooperiert immer, egal was der Gegner macht.
• Defective: Verrät den Mitspieler immer, egal wie dieser sich verhält
• Random: Kooperiert oder verrät zufällig, Chance je 50 %
• Kind: Spielt immer folgende Sequenz: Kooperation, Kooperation, Verrat
• Nasty: Spielt immer folgende Sequenz: Verrat, Verrat, Kooperation

Bilder: xkcd, Wikipedia, selfmade

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Bastian Greshake | 19. Dezember 2009, 19:10

Für mich ist die Uni - zumindest für dieses Jahr - vorbei. Gestern habe ich die letzte Klausur des Jahres geschrieben und damit auch das Modul “Verhaltensbiologie und Tierschutz” erfolgreich hinter mich gebracht. Teil des Moduls war es auch sich einen Fake-Projekt-Antrag zu überlegen und dazu einen kurzen Vortrag zu halten in dem man die Gründe für die Wahl des Themas, den aktuellen Stand der Forschung & Co darlegt.

Zusammen mit einem Kommilitonen haben ich mir ein kleines Projekt zur Evolution und den Ursachen des Uncanny Valley - die älteren unter den Lesern werden sich erinnern - überlegt.

Viel Spaß beim durchklicken und - sollten wir keinen Post mehr vorher veröffentlichen - frohe Feiertage und einen guten Rutsch ins neue Jahr. Ab dem 04.01. geht es in der Uni dann weiter. Mit den modernen Methoden der Evolutionsbiologie aka Bioinformatik.

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Philipp Bayer | 15. Dezember 2009, 23:09

Mit Datenbanken hab ich im Rahmen meiner "Arbeit" viel zu tun gehabt - stets zur Annotation neuer, kurzer mRNA-Schnipselsequenzen (=ESTs), um mehr über ihre (mögliche) Funktion zu erfahren. Aber wie sehr kann man den Datenbanken und ihren funktionellen Annotationen vertrauen? 

Es gab schon viele Studien zu dem Thema, aber diese 4 Tage alte Studie hat mich in der Höhe der ermittelten Fehlannotationen doch überrascht. Schnoes et al. haben sich dabei ein sehr gut (u.a. experimentell) annotiertes Set von Enzymfamilien genommen, um damit verschiedene Datenbanken (wie z.B. Swiss-Prot oder NCBI-NonRedundant) auf ihre Fehler und Lücken zu untersuchen.

 (weiter)

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Philipp Bayer | 08. Dezember 2009, 00:16

Evolution und die zukünftige Entwicklung der Menschheit

Heute gehts um einem weiträumig angelegten Perspektiven-Artikel von Gilbert Omenn, erschienen in der momentanen Early Edition von Proceedings of the National Academy of Sciences.

Den Artikel kann ich jedem, der Volltext-Zugriff hat, nur wärmstens ans Herz legen. Man lernt viel über den Einfluss der Menschheit sowohl auf die Entwicklung der Umwelt als auch auf die Entwicklung des Menschen selbst, logischerweise können manche Themen nur kurz angeschnitten werden - aber dafür gibts ja noch die Originalveröffentlichungen.

Für alle anderen Menschen möchte ich hier die (für mich) interessantesten Punkte aufgreifen. (weiter)

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Bastian Greshake | 03. November 2009, 08:59

In der Psychologie/Verhaltensbiologie kennt man den Effekt des „uncanny valley“. Dieser beschreibt den Umstand das künstlich produzierte Figuren, wie beispielsweise digitale Nachbildungen von Menschen oder auch Roboter, für den Betrachter bis zu einem gewissen Grad als immer positiver wahrgenommen werden je realistischer die Darstellung ist. (weiter)

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Bastian Greshake | 30. Oktober 2009, 21:16

Die erste Woche meines Vertiefungsmoduls Verhaltensbiologie & Tierschutz ist vorbei. Und vor lauter Mäuse & Meerschweinchen beobachten bin ich mal wieder zu fast gar nichts gekommen. Immerhin weiß ich nun wie unglaublich langweilig das beobachten von schlafenden Tieren ist. (weiter)

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Philipp Bayer | 29. Oktober 2009, 00:16

Warum leben Frauen lange weiter, auch wenn sie keine Kinder mehr bekommen können? Direkt betrachtet sollten sie das ja eigentlich nicht tun - beim Erreichen der Menopause sind die eigenen Kinder schon erwachsen und um die Großenkel kümmern sich schon die Eltern. Genau an der Stelle setzt aber die Großmutter-Hypothese an.

Die Großmutter-Hypothese ist eine Möglichkeit, die evolutionäre Adaption hin zur Menopause zu erklären; da menschlicher Nachwuchs sehr lange bis zur Selbstständigkeit braucht, ist es von Vorteil, wenn die Reproduktion an einem bestimmten Punkt eingestellt wird so dass die verbleibende Energie der Pflege des Nachwuchses und deren Nachwuchses gewidmet werden kann. (weiter)

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Bastian Greshake | 26. Oktober 2009, 15:58

Passend zum Semesterbeginn (zumindest zu meinem, ich durfte heute 2 1/2 Stunden lang schlafende Labormäuse beobachten und ein Ethogramm darüber erstellen) sind wir umgezogen. Denn Lars war so freundlich uns das Angebot zu machen doch zu den Wissenslogs umzuziehen.

Und das Angebot haben wir auch dankbar angenommen. In Zukunft soll es also an dieser Stelle Geschreibe über spannende, lustige und/oder abstruse Paper und natürlich aus unserem Uni-Alltag geben. Und auch die Reihen zu Bologna, Open Access und Wissenschaft in den Medien wollen wir gern fortführen.

Zur Zeit arbeiten wir noch daran die alten Einträge auf die Plattform hier zu portieren. Das sollte aber in den nächsten Tagen geschehen sein. Sonst natürlich an dieser Stelle nochmal danke an all unsere Stammleser die schon wieder mit umziehen müssen (und dementsprechend daran denken sollten ihre RSS-Feeds umzustellen).

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