Mice do not require auditory input for the normal development of their ultrasonic vocalizations

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Transgenic mice have become an important tool to elucidate the genetic foundation of the human language faculty. While learning is an essential prerequisite for the acquisition of human speech, it is still a matter of debate whether auditory learning plays any role in the development of species-specific vocalizations in mice. To study the influence of auditory input on call development, we compared the occurrence and structure of ultrasonic vocalizations from deaf otoferlin-knockout mice, a model for human deafness DFNB9, to those of hearing wild-type and heterozygous littermates.</p> <p>Results</p> <p>We found that the occurrence and structure of ultrasonic vocalizations recorded from deaf otoferlin-knockout mice and hearing wild-type and heterozygous littermates do not differ. Isolation calls from 16 deaf and 15 hearing pups show the same ontogenetic development in terms of the usage and structure of their vocalizations as their hearing conspecifics. Similarly, adult courtship 'songs' produced by 12 deaf and 16 hearing males did not differ in the latency to call, rhythm of calling or acoustic structure.</p> <p>Conclusion</p> <p>The results indicate that auditory experience is not a prerequisite for the development of species-specific vocalizations in mice. Thus, mouse models are of only limited suitability to study the evolution of vocal learning, a crucial component in the development of human speech. Nevertheless, ultrasonic vocalizations of mice constitute a valuable readout in studies of the genetic foundations of social and communicative behavior.</p

Impacts of landscape fragmentation on red deer (<i>Cervus elaphus</i>) and European wildcat (<i>Felis silvestris silvestris</i>): a nation-wide landscape genetic analysis

Weltweit ist die Artenvielfalt durch die Fragmentierung der Landschaft und den Verlust von Lebensräumen bedroht. Die Folgen dieser beiden Prozesse sind vielfältig und können durch mangelnde Konnektivität und fehlenden genetischen Austausch zum Verlust von Ökosystemfunktionen und zum Aussterben von Arten oder Populationen führen. Besonders in menschlich geprägten Landschaften ist eine intakte funktionale Konnektivität zwischen Populationen notwendig, um die Auswirkungen der Lebensraumfragmentierung zu verringern. Gleichzeitig müssen Ausbreitungsbewegungen und der Genfluss aufrechterhalten werden, damit die Arterhaltung gewährleistet werden kann. Um die Auswirkungen der Fragmentierung abzumildern, nutzt der Naturschutz häufig Korridormodelle, die die Erhöhung der Durchlässigkeit von Landschaften als Ziel haben. Das Wissen über die Umweltauswirkungen auf den Genfluss und die Konnektivität von Arten ist jedoch oft nicht groß genug, und die Daten, die zur Schätzung von Korridormodellen verwendet werden, erfassen häufig die effektive Abwanderung nicht, da sie auf Expertenwissen, Bewegungsdaten oder Habitatmodellen beruhen. Landschaftsgenetische Analysen können die effektive Abwanderung berücksichtigen, da sie genetische Daten, Informationen über die Heterogenität der Landschaft und räumliche Statistiken kombinieren, um die Auswirkungen von Landschaftselementen auf den Genfluss zu ermitteln. Darüber hinaus können aus landschaftsgenetischen Analysen abgeleitete Modelle verwendet werden, um Korridornetzwerke abzuschätzen. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von Landschaftsvariablen auf den Genfluss von zwei sehr unterschiedlichen Arten in Deutschland untersucht. Anhand des Rothirsches (Cervus elaphus) und der Europäischen Wildkatze (Felis silvestris silvestris) werden die negativen Auswirkungen der menschlichen Infrastruktur und des derzeitigen Artmanagements auf den Genfluss gezeigt. Im Vergleich von genetisch abgeleiteten Korridormodellen beider Arten mit bereits existierenden Korridormodellen werden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede dargestellt. Nach einer allgemeinen Einführung in den Forschungskontext wird in Kapitel 1 der Einfluss verschiedener Landschaftsvariablen auf die genetische Vielfalt der Europäischen Wildkatze in ihrem deutschen Kernverbreitungsgebiet anhand hochauflösender genetischer Daten und multipler Regression auf Distanzmatrizen bzw. einer Kommonalitätsanalyse untersucht. Die Ergebnisse weisen auf die Relevanz verschiedener Landschaftsvariablen für die großräumige Vernetzung der Wildkatze hin und zeigen die positiven Auswirkungen von Wald und landwirtschaftlichen Flächen, betonen aber speziell die starken negativen Auswirkungen der anthropogenen Infrastruktur, insbesondere der Dichte von Landesstraßen, auf die Vernetzung der Wildkatze in ihrem deutschen Verbreitungsgebiet. Kapitel 2 gibt einen Überblick über die genetische Variabilität von Rotwildpopulationen in Deutschland und befasst sich mittels uni- und multivariater Optimierungsverfahren mit den Auswirkungen von Landschaftselementen auf den historischen und rezenten Genfluss bei diesem stark gemanagten Herbivoren. Die Ergebnisse bestätigen die Ergebnisse des ersten Kapitels und betonen die negativen Auswirkungen von Straßen und Siedlungen, spiegeln aber auch die negativen Auswirkungen der aktuellen Managementpraktiken durch Rotwildgebiete zur Regulierung des Rotwildvorkommens auf den Genfluss und die genetische Struktur wider. Die in Kapitel 3 beschriebene Studie bewertet den vorhergesagten Stromfluss innerhalb von Korridoren existierender Netzwerke für die Europäische Wildkatze und den Rothirsch und vergleicht den Verlauf der Korridore des Wildkatzenwegeplans und des Korridornetzwerks für Wald-gebundene größere Säuger mit Korridoren, die anhand von landschaftsgenetischen Daten berechnet wurden. Während die Ergebnisse darauf hindeuten, dass der Wildkatzenwegplan die Wiederbesiedlung Deutschlands durch die Wildkatze begünstigen, scheinen die Korridore für Rotwild in isolierten Populationen und in Rotwildgebieten nicht verfügbar zu sein. Das Kapitel zeigt zusätzlich die große Überschneidung zwischen den verfügbaren und den landschaftsgenetischen Korridoren und gibt Empfehlungen zur weiteren Verbesserung dieser Korridore, um die funktionale Vernetzung zu unterstützen. In der allgemeinen Diskussion werden die Ergebnisse der einzelnen Kapitel zusammengefasst und im Zusammenhang mit der aktuellen Forschung diskutiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit können zum Verständnis der Konnektivität in fragmentierten Landschaften beitragen und einen Beitrag zum Schutz zweier naturschutzfachlich wertvoller Arten leisten, die durch anthropogene Landnutzung und Fragmentierung beeinflusst werden.All around the globe, species biodiversity is threatened by landscape fragmentation and habitat loss. The consequences of these two processes are manifold and they can result in loss of ecosystem functions and extinction of species or populations due to a lack of connectivity and genetic exchange. Especially in human-dominated landscapes, intact functional connectivity between populations is necessary to decrease impacts of habitat fragmentation and to maintain dispersal movements and gene flow ensuring viable species. To mitigate the effects of fragmentation, wildlife conservation often relies on corridor models to increase the permeability of landscapes. However, knowledge about the environmental impacts on gene flow and connectivity of species is often lacking on a large scale, and data used to estimate corridor models often do not capture effective dispersal because they rely on expert knowledge, movement data, or habitat models. Taking effective dispersal into account, landscape genetic analyses combine genetic data, information on landscape heterogeneity, and spatial statistics to reveal the effects of landscape elements on gene flow. In addition, models derived from landscape genetic analyses can be used to estimate informed corridor networks. This thesis investigates the effects of environmental variables on gene flow and migration of two contrasting species across Germany. Using red deer (Cervus elaphus) and European wildcat (Felis silvestris silvestris) as study species, the impeding effects of human infrastructure and current species management are demonstrated. Comparing genetically derived corridor models with already existing corridor models for both species, similarities and differences are presented. After a general introduction into the research context, Chapter 1 examines the effect of several environmental variables on the genetic diversity of European wildcat in its German core distribution area using high-resolution genetic data and multiple regression on distance matrices in combination with commonality analysis. The results document the importance of a combination of landscape variables for large-scale wildcat connectivity and highlight the large negative effects of anthropogenic infrastructure on wildcat connectivity, and in particular of state road densities, but also the positive effects of forest and agricultural land. Chapter 2 presents an overview of the genetic variability of red deer populations in Germany and deals with the impacts of environmental variables on historic and recent gene flow among this highly managed herbivore using uni- and multivariate optimization procedures. The results confirm the results of the first chapter and emphasize the negative effects of roads and settlements, but also reflect the negative impact of current management practices regulating red deer occurrence on gene flow and genetic structure. The study described in Chapter 3 evaluates the proposed current flow for European wildcat and red deer within available conservation corridor networks and compares corridors created using circuit theory and least-cost paths to the already available Wildcat Routing Map and the Corridor Network for Forest-Inhabiting Larger Mammals. While the results indicate that available corridors for wildcat favor its recolonization, corridors seem unavailable to red deer in managed populations. In addition, the chapter highlights the large overlap between available and landscape genetic corridors and provides recommendations for their improvement to support functional connectivity. The general discussion summarizes the findings of the chapters and discusses them in light of current research. The results of this thesis can help to understand connectivity in fragmented landscapes and, thus, contribute to the conservation of two valuable species threatened by anthropogenic land-use and fragmentation.2022-04-2