Technologie (KIT) 5 tick-radar, Berlin. Förderkennzeichen: BWZ 11001, 11005, 11006, 11007

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1 Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung (BWPLUS) Zwischenbericht anlässlich des Statuskolloquiums des BWPLUS am 12. Februar 2014 im Karlsruher Institut für Technologie Untersuchung der Ökologie von Zecken als Überträger von Krankheitserregern in Baden-Württemberg in Bezug auf Habitat, Landnutzung, Wirtstiere und Klima Von Petney T. 1, Pfäffle M. 1, Littwin N. 1, Norra S. 2, Böhnke D. 2, Hogewind F. 2, Gebhardt R. 2, Oehme R 3., Sebastian P. 3, Steidle J. 4, Kahl O. 5, Dautel H. 5 1 Abteilung für Ökologie und Parasitologie, Zoologisches Institut, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 2 Institut für Geographie und Geoökologie, Karlsruher Institut für Technologie (IfGG, KIT) 3 Landesgesundsheitsamt Stuttgart (LGA) 4 FG Tierökologie, Institut für Zoologie, Universität Hohenheim 5 tick-radar, Berlin Förderkennzeichen: BWZ 11001, 11005, 11006, Die Arbeiten des Programms Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung werden mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg gefördert.

2 Zusammenfassung Im Jahr 2013 wurde die Datenerhebung für das Projekt, nach den gleichen Methoden, die bereits im ersten Zwischenbericht 1 erläutert wurden, fortgeführt. Somit stehen zum jetzigen Zeitpunkt Daten für den Zeitraum Mai 2012 bis Dezember 2013 zur Verfügung. Mit den erhobenen Daten konnten wir erste quantitative und qualitative Analysen durchführen, die gezeigt haben, dass es erhebliche Unterschiede in den biotischen und abiotischen (inkl. mikroklimatischer Parameter) Faktoren zwischen den untersuchten Standorten und zwischen den Jahren gibt. Darüber hinaus wurden umfangreiche Analysen der Bodeneigenschaften, insbesondere von Bodenfeuchte, und der Vegetation durchgeführt. Die Hauptaktivitätszeit der Zeckennymphen variierte zwischen den Standorten. Höher gelegene Standorte zeigten häufig einen unimodalen Jahresverlauf der Aktivität, während tiefer gelegene Standorte das übliche, bimodale Aktivitätsmuster, mit hohen Aktivitäten im Frühjahr und im Herbst, aufwiesen. An den Intensivmessstationen konnten beim Vergleich der Kleinsäugerdichten ein Einbruch der Populationen in 2013 an drei von vier Standorten festgestellt werden. Dies hängt vermutlich mit dem besonders kalten und langen Winter 2012/2013 zusammen. Trotz geringere Kleinsäugerdichten, blieb die Gesamtzahl an von Kleinsäugern gesammelten Zecken relativ konstant, was sich in einer erhöhten Befallsintensität wiederspiegelt. Die Ergebnisse der Zeckenparzellen haben gezeigt, dass es starke Unterschiede zwischen den Standorten Karlsruhe (im Rhein-Tal) und dem höher gelegenen Standort in der Nähe von Stuttgart gibt. Nymphen und Adulte der Karlsruher Parzellen wurden früher aktiv und zeigten allgemein eine höhere Aktivität, als die Zecken aus den Parzellen in Stuttgart. Hohen Sommertemperaturen führten zu einer verminderten Aktivität an beiden Standorten. Bei den Pathogenanalysen wurde in den 2013 geflaggten Zecken der vor kurzem entdeckte, humanpathogene Erreger Candidatus Neoehrlichia mikurensis gefunden. Zusätzlichen konnten hohe Prävalenzen von Rickettsien und Borrelien in den untersuchten Zecken gefunden werden. Wie auch bei den mikroklimatischen Faktoren, gab es erhebliche Unterschiede zwischen den untersuchten Standorten im Auftreten der Pathogene in den geflaggten und den von Kleinsäugern gesammelten Zecken. Ende 2013 wurden die ersten umfassenden, statistischen Analysen zu Zeckenpopulationsdynamiken in Abhängigkeit verschiedener abiotischer und biotischer Faktoren in Zusammenarbeit mit Prof. Agustin Estrada-Peña in Zaragoza, Spanien durchgeführt. Die ersten Ergebnisse zeigen einen positiven, hoch signifikanten Zusammenhang zwischen der akkumulierten Lufttemperatur über 6 C sowohl mit der Dichte der wirtsuchenden Nymphen als auch mit der mittleren Anzahl der Zecken auf den Kleinsäugern. Die bisher erhobenen Daten und die erste Analyse zeigen, dass wir mit einer ausreichenden Datenmenge, die von uns gesetzten Ziele im Projekt erreichen können. Sollte das Projekt ab April 2014 nicht mehr weiter gefördert werden, können die von uns angestrebten Ziele nicht erreicht werden und die bisher geleistete Arbeit würde dadurch zur Mittelmäßigkeit herabgesetzt werden. 1 Petney T, Pfäffle M, Norra S, Oehme R, Steidle J, Littwin N, Böhnke D, Hogewind F, Sebastian P, Kahl O, Gebhard R, Dautel H (2013), Untersuchung der Ökologie von Zecken als Überträger von Krankheitserregern in Baden-Württemberg in Bezug auf Habitat, Landnutzung, Wirtstiere und Klima. Zwischenbericht zum Statuskolloquium Umweltforschung Baden-Württemberg 2013,

3 Summary During the year 2013 the data collection for the project was continued as outlined in the first interim report 2. Thus, data are now available for the period May 2012 to December This has allowed us to make initial qualitative and quantitative analyses, which have shown that there is very substantial variation among the intensively studied and small scale sites for both the biotic and abiotic (including microclimatic) parameters within and between years. In addition, comprehensive analyses were made of soil characteristics, especially soil moisture, and vegetation. Peak tick activity varied between sites with higher altitude sites showing a single peak while the lower lying sites had the usual bimodal peaks in spring and autumn. There were also differences between years when comparing small mammal activity in the intensively studied sites with substantially lower numbers in 2013 after an especially cold and long winter at all sites except for the Auwald station. In spite of this the total number of ticks collected at each site remained similar indicating an increase in the intensity of infestation. The tick activity plots provided dramatic evidence of the differences for locations within the Rhine Valley showing earlier activity for both nymphs and adults with higher peak activity than field plots in the area around Stuttgart. High summer temperatures led to reduced activity in both areas. Molecular analyses for pathogens in flagged ticks for 2013 showed the presence of the recently discovered human pathogen Candidatus Neoehrlichia mikurensis in Baden-Württemberg. In addition, ticks positive for Rickettsia and Borrelia showed high prevalences similar to those found in Again there was considerable variation among the sites sampled. This was also true for ticks collected from small mammals. Towards the end of 2013 the first multifactorial statistical analyses of tick population dynamics in relation to climate, both for free-living specimens and those attached to small mammal hosts, were carried out in conjunction with Prof. Agustin Estrada-Peña in Zaragoza, Spain. These showed highly significant positive correlations between temperature-related environmental parameters and nymph density, whereas saturation deficit in air showed no significant correlation. These data and the preliminary analyses indicate that a sufficient data set would enable us to achieve the goals outlined in our project proposal. Should the project cease in March 2014, these goals will not be reached and the work to date will deteriorate to mediocrity 2 Petney et al. (2013), Untersuchungen zur Ökologie von Zecken

4 1. Einleitung Das Vorkommen zeckenübertragener Krankheiten in einer Region wird durch eine Vielzahl verschiedener ökologischer Faktoren beeinflusst. Bislang existieren keine Langzeitstudien, welche die komplexe Beziehung zwischen Zecken, zeckenübertragenen Pathogenen und der biotischen wie abiotischen Umwelt ganzheitlich untersuchen. Ohne umfassende Informationen über den Einfluss von Umweltfaktoren ist es jedoch nicht möglich Veränderungen der Abundanz und die Ausbreitung von Zecken und zeckenübertragenen Erregern richtig darzustellen und zu verstehen. Gleiches gilt für die Entwicklung und Einführung geeigneter Präventions- und Kontrollstrategien. 2. Projektziel Das vorrangige Ziel des Projekts ist es, die komplexen Interaktionen zwischen Zecken, ihren Wirten und den durch sie übertragenen Pathogenen im Rahmen einer räumlich und zeitlich variablen Umwelt zu verstehen. Auf folgende Punkte soll hierbei besonders eingegangen werden: Analyse des großflächigen Verbreitungsmusters von Zecken in Baden-Württemberg unter Berücksichtigung von Landschaftsmustern, Habitateigenschaften und Bestandsklima. Detaillierte, lokale Langzeitstudien über Zecken und ihre Kleinsäugerwirte zur Erhebung der saisonalen und jährlichen Schwankungen der Zeckenaktivität und Pathogenabundanz bzw. - prävalenz in Abhängigkeit von Mikroklima, Habitatstruktur und Wirtspopulationen. Untersuchungen zum Auftreten und der Dynamik der wichtigsten humanpathogenen, zeckenübertragenen Erreger (Borrelia spp., FSME-Virus, Rickettsia spp., Babesia spp.) in Habitaten Baden-Württembergs in Abhängigkeit von Habitatstruktur, Bestandsklima und Wirtspopulationen. Ganzheitliche Analyse der erhobenen Daten zur erstmaligen umfassenden Aufstellung eines konzeptionellen Modells der Zecken-Wirt-Pathogen-Umwelt-Interaktionen in Habitaten Baden-Württembergs. 3. Methodik und Arbeitsablauf Die Studie ist in vier Module unterteilt, wobei sich die Module 1-3 mit der Datenerhebung und Einzelanalysen und Modul 4 mit der gemeinsamen Analyse aller Daten aus den Modulen 1-3 beschäftigen (Abb.1). Weitere Details zur Methodik und dem Arbeitsablauf wurden bereits beschrieben 3. Abb. 1: Projektstruktur 3 Petney et al. (2013), Untersuchungen zur Ökologie von Zecken 1

5 4. Durchgeführte Arbeiten im Berichtszeitraum und erste Ergebnisse 4.1. Modul 1 großflächige Verteilung Durchgeführte Untersuchungen Die im ersten Projektjahr (2012) installierten 25 Mikroklimamessstationen wurden 2013 über das gesamte Jahr weiter betrieben. 20 dieser Standorte sind mit Luftfeuchte- und -Temperatursensoren in den zeckenrelevanten Höhen von 50 cm und Bodenfeuchte- und Temperatursensoren in 5 cm Bodentiefe ausgestattet. An fünf Intensivmessstandorten, die auch die Standorte für die detaillierten Langzeituntersuchungen (s. 4.2) darstellen, werden diese Parameter an mehreren Punkten in 0,5 m Höhe sowie in 2 m Höhe inner- und außerhalb des Waldbestandes gemessen. Zudem werden Temperatur und Feuchte der Streuschicht aufgezeichnet. Die Standorte sind über ganz Baden- Württemberg zwischen Karlsruhe und dem Bodensee verteilt 4. In monatlichem Rhythmus wurden hier 2013 zwischen März und Oktober Zecken geflaggt und auf Art und Entwicklungsstadium bestimmt. Darüber hinaus wurden Bodenuntersuchungen an den Standorten durchgeführt, mit Schwerpunkt auf den Bodenwasserhaushalt. Dies umfasste u.a. die Aufnahme der Bodentypen im Gelände, der Analyse der Bodenart nach dem Köhn-Pipettierverfahren, die Analyse der Versickerungsfähigkeit des Bodens (kf) und an den fünf Intensivmessstationen die Matrixpotentialverteilung (pf) 5, 6. Weiterhin wurden Vegetationsaufnahmen zur floristischen und strukturellen Charakterisierung der Standorte durchgeführt sowie Spuren von Großwild aufgenommen, um einen möglichen Zusammenhang zur Zeckenabundanz aufzuzeigen. Erste Auswertungen der Daten wurden Ende 2013 zusammen mit dem Zeckenexperten Prof. Agustin Estrada-Peña in Spanien, Zaragoza durchgeführt (s. 4.4) Ergebnisse Zeckenverteilung Die Zeckensammlungen 2013 zeigten, dass sich Aktivitätsphase und Anzahl gefundener Zecken über das Jahr von Standort zu Standort z.t. stark unterscheiden (Abb. 2). Abb. 2: Nymphen/100m² im Jahresverlauf 2013 an verschiedenen Standorten Je nach Standort liegt die Hauptaktivitätszeit der Nymphen im April, Mai oder Juni. Zudem gibt es an manchen Standorten eine zweite, kleinere Hochphase der Aktivität im Spätsommer bis Herbst. Vieles deutet darauf hin, dass mit zunehmender Höhe und den sich damit ändernden Umweltvariablen die Aktivität auf wenige Wochen beschränkt ist und damit zu einem unimodalen Aktivitätsverlauf führt, während an allen tiefergelegenen Standorten ein bimodaler Verlauf zu sehen war. Bemerkenswert war, dass trotz teils starker Unterschiede nahegelegener Standorte auch fast identische Verläufe der Zeckenaktivität im Jahresverlauf an 200 km entfernten Standorten (Eppingen und Friedrichshafen) festgestellt werden konnten. Es ist daher anzunehmen, dass bestimmte Umweltfaktoren die Entwicklung und das Verhalten der Zecken so beeinflussen, dass beides im Rückschluss bei Kenntnis dieser Stellschrauben auch vorhersagbar sind. 4 Petney et al. (2013), Untersuchung zur Ökologie von Zecken 5 Jonderko B (2013), Bodenwasserhaushalt in verschiedenen Waldbiotopen Baden-Württembergs, Zulassungsarbeit, Institut für Geographie und Geoökologie, KIT 6 Wandler M (2013), Variabilität von Bodenwasserhaushaltsparametern an ausgewählten Waldstandorten, Zulassungsarbeit, Institut für Geographie und Geoökologie, KIT 2

6 Klima und Zeckenverteilung Die bisher durchgeführten mikroklimatischen Messungen zeigen deutliche Unterschiede hinsichtlich der ausgesuchten Habitate. Hierbei ist die Höhe der Untersuchungsstation allerdings nicht in allen Fällen mikroklimabestimmend, auch wenn ein genereller Trend zu durchschnittlich niedrigeren Temperaturen mit der Höhe beobachtet wurde. Regionale und lokale Einflüsse wie Exposition spielen hier auch eine Rolle. Generell nimmt im Durchschnitt die Zeckenanzahl mit der Höhe ab, auf der Station Feldberg (1285 m ü. NN) wurden bis jetzt keine Zecken gefunden. Die höchsten Zeckenzahlen wurden an den Standorten Staffort (110 m ü. NN) und Botnang (340 m ü. NN) gesammelt. Hier sind neben idealen Klimabedingungen vermutlich hohe Wildtierdichten für diese extrem hohen Zeckendichten verantwortlich. Tabelle 1 zeigt eine Übersicht über die Daten zu den mikroklimatischen Faktoren und den Zeckensammlungen an verschiedenen Standorten in Baden-Württemberg. Tab. 1: Übersicht der Daten zum Mikroklima und zu Ixodes ricinus-nymphen an einigen Beispielen der untersuchten Standorte RLF Relative Luftfeuchte; SD Sättigungsdefizit, berechnet aus RLF und Luft-T; die Werte sind Mittelwerte der Zeit von Sept.2012 Sept Die Standorte sind nach der Höhe der Menge gefundener Nymphen in 2013 sortiert. Die Zeckenabundanz ist aufgrund der Aufnahmemethodik ein semiquantitativer Wert für das Zeckenaufkommen eines Standortes zum Vergleich der Standorte. Erste Auswertungen der Daten zeigen einen Einfluss der Lufttemperatur auf die Zeckenaktivität an allen Standorten (s ). Für detailliertere Schlussfolgerungen zum Zusammenhang zwischen der Zeckendichte und dem Mikroklima sind allerdings längere Zeitreihen unabdingbar. Grund dafür ist das komplexe und in hohem Maße Schwankungen unterliegende Wirt-Zecke-Pathogen-Verhältnis, dessen Komplexität durch seine direkte wie indirekte Abhängigkeit von Umweltfaktoren, in erster Linie auch mikroklimatischen Faktoren, bedingt wird. Es werden daher noch Daten von zumindest einem, besser zwei bis drei weiteren Jahren benötigt, um über das Rauschen der Daten hinweg zu stabilen Erkenntnissen der Zeckenökologie in Baden-Württemberg zu gelangen Modul 2 detaillierte Langzeitstudien In diesem Projektbaustein wurde untersucht, inwiefern Umweltfaktoren wie Bestandsklima, Habitatstruktur und die Dynamik von Wirtstierpopulationen die Aktivität und das Vorkommen von Zecken und die Persistenz der von ihnen übertragenen Krankheitserreger beeinflussen. Die wurde bereits beschrieben Kleinsäugerdynamik Die bisherigen Ergebnisse zur Populationsdichte bzw. -dynamik der Kleinsäuger in den vier Untersuchungsgebieten zeigen ausgeprägte Schwankungen der Populationsdichten zwischen den Jahren 2012 und 2013 (Abb. 3). 7 Petney et al. (2013), Ökologie von Zecken 3

7 # Individuen/ha Mai 12Jun 12 Jul 12 Aug 12Sep 12Okt 12 Mrz 13Apr 13Mai 13Jun 13 Jul 13 Aug 13Sep 13Okt 13 Abb. 3: Kleinsäugerindividuen pro Hektar im Untersuchungszeitraum Mai bis Oktober 2012 und März bis Oktober 2013 für die Intensivmessstandorte Hardtwald (HW), Michaelsberg (MB), Auwald (AW)und Schwarzwald (SW). Die Kleinsäugerdichten waren 2012 an allen Standorten durchgehend vergleichsweise hoch (Mai- Oktober 2012: Individuen/ha), nahmen 2013 an den Standorten Hardtwald (HW), Michaelsberg (MB) und Schwarzwald (SW) aber deutlich ab (Mai-Oktober 2013: Individuen/ha). Der Standort Auwald (AW) bildete mit durchschnittlich 98 Individuen/ha eine Ausnahme. Hier konnten im Vergleich zu 2012 mit durchschnittlich 118 Individuen/ha vergleichbare Werte ermittelt werden. Dies ist ein Anzeichen für einen Standort mit einer nicht-zyklischen Kleinsäugerpopulation, welche längerfristig einen enormen Einfluss auf die Epidemiologie von zeckenübertragenen Pathogenen an diesem Standort haben kann. Mögliche Gründe für den starken Einbruch der Wirtspopulationen an den übrigen Standorten sind zum einen das fehlende Mastjahr 2012 sein, das über reduzierte Nahrungsressourcen zu einer erhöhten Wintermortalität beigetragen haben kann 8. Zum anderen führt ein langer, kalter Winter mit geschlossener Schneedeck üblicherweise zu einer erhöhten Mortalität unter den Kleinsäugern. Die geringen Kleinsäugerdichten 2013 können einen Einfluss auf die Zeckenpopulationen, wie auch auf die Erregerprävalenzen haben, da weniger Zecken einen geeigneten Kleinsäugerwirt finden und somit auf andere Wirtstiere (z.b. Großwild) übergehen oder aber keinen Wirt finden. Larven und Nymphen, die an solchen, für bestimmte zeckenassoziierte Erreger ungeeigneten Wirten saugen, können sich nicht infizieren bzw. könnten an Großwildwirten eine bestehende Infektion sogar verlieren 9. Solche Auswirkungen der Kleinsäugerdichte auf die Zeckenpopulationen und Erregerprävalenzen an einem Standort werden allerdings frühestens Ende 2014 messbar sein. Ohne eine Verlängerung des Zeitraums für die Datenaufnahme reichen die bisherigen und künftigen Daten (bis Ende März 2014) nicht aus, um die komplexe Interaktion zwischen Zecken, ihren Wirten und klimatischen Faktoren zu bestimmen Zecken und Kleinsäuger In einem ersten Ansatz wurde die Zeckenbelastung der Kleinsäuger-Hauptarten Apodemus flavicollis (Gelbhalsmaus) und Myodes glareolus (Rötelmaus) ohne Hinzunahme klimatologischer Parameter betrachtet, um das grundlegende Wirt-Parasit-System zu untersuchen. Apodemus flavicollis stellt die Art mit der signifikant höheren Zeckenbelastung an allen Standorten dar (bis zu fünfmal mehr Zecken als M. glareolus). Dies gilt sowohl für I. ricinus-larven als auch Nymphen. An allen Standorten konnte eine signifikant höhere Zeckenbelastung männlicher Tiere, sowohl für A. flavicollis als auch M. glareolus, nachgewiesen werden. Diese Resultate waren zu erwarten, da Rötelmause im Gegensatz zu Gelbhalsmäusen Immunität gegen progressiven Zeckenbefall erwerben können 10 und männliche Tiere häufig anfälliger für Parasitenbefall sind 11. Vergleiche der individuellen Kleinsäuger-Zeckenbelastung zwischen den vier Intensivstandorten ergab zudem, dass zum Einen die Individuen an den Standorten HW und MB einen signifikant höheren Befall durch I. ricinus aufweisen als an AW und SW. Eine Ursache hierfür können abiotische, bestandesklimatologische Einflüsse sein. HW MB SW AW 8 Wenk M (2007), Mäuse (Muridae), Waldschutz-Merkblatt 53, Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg 9 Pfäffle M, Littwin N, Muders SV, Petney TN (2013), The ecology of tick-borne diseases, International Journal for Parasitology 43: Dizij A, Kurtenbach K (1995), Clethrionomys glareolus but not Apodemus flavicollis, acquires resistance to Ixodes ricinus L., the main European vector of Borrelia burgdorferi, Parasite Immunology 17: Hughes VL, Randolph SE (2001), Testosterone depresses innate and acquired resistance to ticks in natural rodent hosts: a force for aggregated distribution of parasites, Journal of Parasitology 87:

8 Mittlere Abundanz I. ricinus LL HW MB SW AW 0 Mai 12Jun 12 Jul 12Aug 12Sep 12Okt 12 Mrz 13Apr 13Mai 13Jun 13 Jul 13Aug 13Sep 13Okt 13 Abb. 4: Mittlere Abundanz von Ixodes ricinus-larven auf Kleinsäugern im Untersuchungszeitraum Mai bis Oktober 2012 und März bis Oktober 2013 für die Intensivmessstandorte Hardtwald (HW), Michaelsberg (MB), Auwald (AW)und Schwarzwald (SW). Die Dynamik der Zeckenabundanz auf den Kleinsäugern, schwankt an den einzelnen Standorten stark zwischen den beiden Untersuchungsjahren. Während sich in AW, dem einzigen Standort mit vergleichbaren Kleinsäugerdichten für 2012 und 2013, die mittlere Anzahl I. ricinus-larven pro Kleinsäuger konstant zeigt (2012 und 2013 jeweils 5,1 Larven/Individuum), weisen die mittleren Jahresabundanzen für die übrigen drei Habitate enorme Unterschiede zwischen den Jahren auf (Abb. 4). Die durchschnittliche Belastung mit I. ricinus-larven pro Nager lag in allen vier Habitaten 2012 in vergleichbaren geringen Bereichen (2,5-5,9 Larven/Individuum) jedoch stiegen die Werte in den drei Habitaten mit Kleinsäugerpopulationseinbruch um bis zu 438% (11,1-16,3 Larven/Individuum) an. In Anwesenheit hoher Kleinsäugerdichten zeigte sich somit eine geringe mittlere Abundanz für I. ricinus-larven auf den gefangenen Individuen in allen Habitaten. Das entgegengesetzte Bild ist 2013 für die Habitate HW, MB und SW zu beobachten, wo der Kleinsäuger-Populationseinbruch von einer erhöhten Zeckenbelastung auf den Nager-Wirten begleitet wurde. Ursache hierfür könnte sein, dass der Rückgang der Wirtsdichte im zweiten Jahr bei vergleichbarem Vorkommen und Aktivität von I. ricinus dazu geführt hat, dass sich im Durchschnitt mehr Zecken auf den einzelnen Wirtsindividuen befunden haben. Dem entspricht ebenfalls die konstante Zeckenbelastung der Kleinsäuger in AW in Diese Beobachtung legt nahe, dass die Aktivität und das Vorkommen von I. ricinus im Verlauf dieser beiden Jahre vergleichbar geblieben ist, unabhängig von der Kleinsäugerdichte. Jedoch ist aufgrund der geringen Gesamt-Fangzahlen in 2013 die Aussagekraft der Daten vorerst noch eingeschränkt und weitere Untersuchungen müssen die vorläufige Annahme bestätigen oder entkräften Mikroklima und Zeckenverteilung Es konnten bereits erste Erkenntnisse hinsichtlich der Unterschiede des Mikroklimas außerhalb und innerhalb des Bestandes und für den Bereich des Bodens und der Streuschicht, gewonnen werden. Abbildung 5 verdeutlicht die Dynamik der gemessenen Klimaparameter an den Intensivmessstandorten, hier für das Beispiel der Station im Hardtwald bei Karlsruhe. Die Betrachtung der Tagesgänge zeigen deutlich niedrigere maximale Temperaturen im Tagesverlauf in der Streuschicht gegenüber der Lufttemperatur (Abb. 6). Außerdem liegt die relative Feuchte in der Streuschicht über der der überlagernden Luftmasse und reagiert erst zeitverzögert im Tagesverlauf auf die geringer werdende Wasserverfügbarkeit im Biotop, was sich in der abnehmenden Bodenfeuchte in Zeiten länger fehlender Niederschläge widerspiegelt. Hiermit können im weiteren Projektverlauf Bestandsaußen- und Innenklima verglichen, zeckenrelevante Bedingungen untersucht und ein tieferes Verständnis für standortübergreifende klimaökologische Einflüsse auf die Populationsdynamik von I. ricinus gewonnen werden. 5

9 Abb. 5: Mikroklimatische Dynamik an einem der fünf Intensivmessstandorten, hier die Station Hardtwald. Relative Luftfeuchte und Sättigungsdefizit beziehen sich auf 50 cm Höhe. Der Wassergehalt wurde im Boden in 5 cm Tiefe gemessen. Abb. 6: Auszug aus einem fünftägigen Verlauf für die Temperatur. Außen 2 m: dieser Wert bezieht sich auf die Station außerhalb des Waldes in 2 m Höhe. Innen: Diese Werte beziehen sich auf die Station innerhalb des Bestandes in 2 m und 50 cm Höhe. Zudem wurde innerhalb des Bestandes in der Streuschicht und in 5 cm Bodentiefe gemessen Zeckenparzellen An zwei Standorten, Stuttgart und Karlsruhe, wurde die saisonale Wirtsuchaktivität (Questing) in Plotversuchen mit I. ricinus Zecken beobachtet. Beide Standorte sind mit Klimamessstationen ausgerüstet. Die Aktivität wurde an beiden Standorten von März bis Oktober dreimal und von November bis Februar einmal wöchentlich protokolliert. Parallel dazu wurden Zecken 1x wöchentlich mit der Flaggmethode gefangen. Da die Häutung von der gesogenen Larve zur Nymphe und von der gesogenen Nymphe zum Adultus in den Sommermonaten erfolgt, kommt in dieser Jahreszeit stets ein neuer sog. Häutungsjahrgang hervor (Tab. 2). Damit liegen für das laufende Projekt an jedem der beiden Standorte bisher nur für einen einzigen Häutungsjahrgangs die vollständigen Aktivitätskurven vor (Häutungsjahrgang 2012). Dies macht die Interpretation der bisherigen Daten schwierig bis unmöglich. Tab. 2: Freilassungs- und Beobachtungszeiträume gesogener Zecken (Larven, Nymphen, Adulte) 6

10 Die beobachteten saisonalen Aktivitäten des Häutungsjahrgangs 2012 von I. ricinus an den Standorten Karlsruhe und Stuttgart unterscheiden sich deutlich voneinander, sowohl was das Aktivitätsmuster als auch die Höhe der Aktivität angeht (Abb. 7). Abb. 7: Saisonale Aktivität von I. ricinus auf Plots in Karlsruhe (A) und Stuttgart (B) Häutungsjahrgang 2012 Am Standort Karlsruhe kam es zu einem kleinen ersten Aktivitätsgipfel bereits im Herbst 2012, am Standort Stuttgart lag die Zeckenaktivität in dieser Phase nahe bei null. Am Standort Karlsruhe begann die saisonale Aktivität 2013 bei Nymphen und Adulten im März. Im April stiegen Nymphen- und Adultenaktivität auf sehr hohe Werte, die bis Mitte Juni anhielten. Am Standort Stuttgart begannen 2013 die Aktivität der Adulten dagegen erst im April und die Nymphenaktivität erst im Mai. Bis Mitte Juni lag die Aktivität beider Entwicklungsstadien auf dem saisonal höchsten Niveau. In der zweiten Junihälfte ging die Zeckenaktivität an beiden Standorten im Zuge einer Hitzeperiode stark zurück und kam bei der Nymphenaktivität für den Rest des Jahres ganz zum Erliegen. Die Adultenaktivität erreichte an beiden Standorten von August bis November noch einmal ein Plateau Modul 3 Pathogenuntersuchungen In Modul 3 wurden die in Modul 1 und 2 geflaggten und von den Kleinsäugern gesammelten Zecken auf zeckenübertragene Erreger untersucht. Neben den bereits im Jahr 2012 untersuchten Pathogenen wurden die Zecken aus dem Jahr 2013 zusätzlich auf die Verbreitung von Candidatus Neoehrlichia mikurensis (CNM) analysiert. Dieses erst relativ kurz bekannte Bakterium gewinnt an Bedeutung und wurde schon mehrfach in Zecken beschrieben 12. Ebenfalls sind humane Krankheitsfälle bekannt, die durch Infektionen mit CNM hervorgerufen wurden 13. Für den Nachweis des Erregers wurde eine bereits entwickelte Methode modifiziert 14 und am Landesgesundheitsamt Baden-Württemberg etabliert. Die Analysen erfolgten analog zu den Untersuchungen im Jahr Insgesamt wurden von März bis September geflaggte Zecken gepoolt analysiert. Hiervon fielen 884 auf die fünf Intensivmessstationen Auwald (233), Michaelsberg (241), Hardtwald (303), Schwarzwald (67) und Drackenstein (40). Die restlichen Zecken verteilten sich auf die Kleinstationen. Die meisten Zecken wurden in Stuttgart-Botnang (835) und Staffort (600) gefunden, während in Bad Wurzach nur 3 und auf dem Feldberg keine Zecken geflaggt werden konnten. Zusätzlich zu den 2013 geflaggten wurden weitere 663 Zecken, die Ende 2012 an den Kleinstationen geflaggt wurden untersucht. Neben den gepoolten Zecken wurden ebenfalls Einzelaufreinigungen (EA) durchgeführt. In Tabelle 3 sind die Ergebnisse der Pathogenuntersuchungen der an den Intensivmessstationen geflaggten Zecken für das Jahr 2013 dargestellt. Wie 2012 konnten auch in 2013 keine FSME-Viren oder Babesien an den fünf Intensivmessstationen gefunden werden. Bei Rickettsia spec. liegt die Anzahl positiver Pools im Jahr 2013 in etwa in der Größenordnung von 2012, während die 12 Jahfari S, Fonville M, Hengeveld P et al. (2012), Prevalence of Neoehrlichia mikurensis in ticks and rodents from North-west Europe, Parasites & Vectors, 5:75, doi: / Maurer F, Keller P, Beuret C et al. (2012), Close geographic association of human neoehrlichiosis and tick populations carrying Candidatus Neoehrlichia mikurensis in Eastern Switzerland. Journal of Clinical Microbiology, Silaghi C, Woll D, Mahling M, Pfister K, Pfeffer M (2012), Candidatus Neoehrlichia mikurensis in rodents in an area with sympatric existence of the hard ticks Ixodes ricinus and Dermacentor reticulatus, Germany. Parasites & Vectors 5: Petney et al. (2013), Ökologie von Zecken 7

11 Prävalenzen der EA nur in AW auf demselben Niveau liegen (2012: 22,9%, 2013: 21,6%). Bei den anderen Stationen wurden 2013 weniger Rickettsien gefunden als Wie im Jahr 2012 liegt am Standort SW die niedrigste Infektionsrate mit Rickettsien vor. Sie beträgt mit 33% positiven Pools nur ca. die Hälfte der anderen drei Standorte. Für Borrelien konnte 2013 ein Anstieg der Prävalenzen, sowohl in den Pools als auch in den EA, gemessen werden. Am MB waren % der untersuchten Pools positiv, 2013 wurde der Erreger in 48,5 % der Pools nachgewiesen werden. An allen Standorten war die Prävalenz für Borrelia burgdorferi s. l höher als Sie lag zwischen 12,1% (HW) und 20% (SW) betrug die Prävalenzen zwischen 0% und 3,9%. Die Untersuchungen hinsichtlich CNM ergaben, dass die Prävalenzen der EA zwischen 6,1% und 10,8% betrugen und im Schnitt jeder Pool an den Stationen AW, HW und MB positiv waren. Hier ist es von besonderem Interesse die weitere Entwicklung der Verbreitung dieses Erregers zu beobachten, da bisher nur ein geringes Wissen über dessen Vorkommen in Zecken besteht. Für den Standort Drackenstein können keinen genaueren Aussagen getroffen werden, da sowohl die Anzahl der gesammelten Zecken als auch der EA zu gering ist. Tab. 3: Ergebnisse der Pathogenuntersuchungen der an den Intensivmessstationen geflaggten Zecken von März bis September AW = Auwald, DS = Drackenstein, HW = Hardtwald, MB = Michaelsberg, SW = Schwarzwald, N = Anzahl, EA = Einzelaufreinigungen, CNM = Candidatus Neoehrlichia mikurensis. a = gepoolt untersucht b = positive Pools c = Prävalenz [%] Wie an den Intensivmessstationen konnte auch an den Kleinstationen kein FSME-Virus nachgewiesen werden. Selbst am FSME Hotspot Stuttgart-Botnang 16 wurde der Erreger im Rahmen dieses Projekts nicht gefunden. In einer Zecke aus Friedrichshafen konnte Babesia spec. nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich um ein im August geflaggtes Männchen. Für die drei Erreger B. burgdorferi s.l., Rickettsia spec. und CNM schwankt die Anzahl der infizierten Pools sehr stark innerhalb der Standorte. Hier müssen weitere EA durchgeführt werden, um genauere Aussagen über Prävalenzen und Habitatseinflüsse auf diese zu treffen. Ebenfalls schwankt die Anzahl der geflaggten Zecken von Standort zu Standort relativ stark, so dass ebenfalls zum jetzigen Zeitpunkt des Projekts ein Vergleich der Daten wenig aussagekräftig wäre. Die in Modul 2 von Kleinsäugern abgesammelten Zecken wurden analog zu 2012 behandelt 17. Es wurde hauptsächlich I. ricinus auf den Kleinsäugern gefunden. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Pathogenuntersuchungen der von Kleinsäugern gesammelten Ixodes ricinus-larven. Sie wurden ebenfalls auf das Vorkommen von CNM untersucht. Es geht hervor, dass 2013 eine Vielzahl der untersuchten Larvenpools mit Rickettsien infiziert war. Die Durchseuchung reichte von 53,3 % im SW bis zu 93,6 % im AW. Ixodes ricinus scheint somit ein sehr effektiver Vektor für die Übertragung von Rickettsia spec. darzustellen. Für B. burgdorferi s. l. wurden besonders am Standort AW eine hohe Anzahl positiver Pools gefunden, während in SW der Erreger nicht nachgewiesen werden konnte. An den Standorten HW und MB war nur jeweils ein Pool des Saugstadiums 2 positiv. Hier werden ebenfalls EA durchgeführt, um genauere Prävalenzen zu ermitteln. Ähnlich wie in den geflaggten Zecken konnte auch in den Zeckenlarven der Kleinsäuger CNM nachgewiesen werden. Der Standort AW zeigte hier die höchsten Durchseuchungsraten. Auffällig ist weiterhin die Tatsache, dass auch am Standort SW dieses Bakterium sehr häufig gefunden wurde. Weiterführende Studien sind jedoch notwendig, um die Verbreitung von CNM genauer zu untersuchen. FSME-Viren und Babesien konnten 2013 nicht nachgewiesen werden. In Untersuchungen von den von Kleinsäugern gesammelten Zeckenlarven vom Standort HW konnte 16 Sebastian P, Littwin N, Pfäffle M, Petney T, Oehme R (2013) Stuttgart-Botnang - A stable TBE-V focus since 25 years. 2nd Workshop on Tick-Borne diseases 2013, Berlin, Germany 17 Petney et al. (2013), Ökologie von Zecken 8

12 2012 in zwei Larvenpools der FSME-Virus detektiert werden. Neben I. ricinus wurden auch in I. acuminatus und D. reticulatus Larven Rickettsien nachgewiesen. Tab. 4: Ergebnisse der Untersuchungen auf Pathogene der von den Kleinsäugern in Modul 2 gesammelten Ixodes ricinus-larven. AW = Auwald, HW = Hardtwald, MB = Michaelsberg, SW = Schwarzwald, Kl.1 = nüchterne Zecken, Kl.2 = saugende Zecken, Kl.3 = vollgesogene Zecken. a = Anzahl entsprechender Pools b = Anzahl positiver Pools c = Angabe in % Zusammengefasst konnten 2013 sowohl bei den geflaggten Zecken als auch bei den Zecken von Kleinsäugern hohe Infektionsraten mit Rickettsia spec. gefunden wurden. Diese Ergebnisse bestätigen die Daten aus 2012 und verdeutlichen die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen hinsichtlich dieses Erregers. Erste Ergebnisse der Speziesidentifikation des Erregers aus Friedrichshafen ergaben, dass es sich dort vor allem um Rickettsia helvetica handelt, die als Humanpathogen eingestuft wird 18. Jedoch müssen weiter Daten erhoben werden, um genauere Aussagen über das Vorkommen und die Prävalenz verschiedener Rickettsien-Arten zu ermitteln. Auch hinsichtlich Borrelien und CNM sind diese Analysen vonnöten. Zudem ist die Analyse des Einflusses des Bestandesklimas auf das Vorkommen von Pathogenen durchzuführen Modul 4- Umfassende statistische Analyse und modellbasierte Datenanalyse Ixodes ricinus und wetterbedingte Faktoren In einem ersten Ansatz wurde die Anzahl wirtssuchender Nymphen an den Kleinsäuger- Intensivstandorten im Jahr 2013 auf Zusammenhänge mit ausgewählten, klimatologischen Parametern hin untersucht. Die Zielsetzung war es, eine zuverlässige und übertragbare Methode zu entwickeln, um die jeweiligen Zeitpunkte innerhalb eines Jahres, an denen unterschiedlich hohe Aktivitäten von I. ricinus-nymphen beobachtet werden, zu berechnen. Die durchgeführte statistische Analyse (JMP Version 11.0) beschränkt sich vorläufig auf das Jahr 2013, da zu Projektbeginn im Mai 2012 die Klimalogger zunächst noch kalibriert und installiert werden mussten. Die Ergebnisse weisen auf eine hohe positive Korrelation zwischen der akkumulierten Langzeit (alt)- sowie Kurzzeittemperatur (akt) über 6 C und der akkumulierten Anzahl aktiver Nymphen an den Intensivstandorten hin. Die alt entspricht der Summe der mittleren Tagestemperaturen über dem ökologischen Schwellenwert von 6 C von Beginn des Jahres an. Dies gilt auch für die akt, jedoch für ein Zeitintervall von zehn Tagen vor der Kleinsäuger Fangperiode. Das hier zugrunde liegende Prinzip basiert auf Beobachtungen, dass die alt als Indikator für die Entwicklung von I. ricinus fungiert 19 und so Vorhersagen über den Zeitraum ermöglicht, in dem sich neu gehäutete Nymphen im Feld akkumulieren. Im Gegensatz dazu dient die akt als Indikator für die aktuelle Wirtssuchaktivität der I. ricinus-nymphen. Diese beiden Variablen liefern unter gemeinsamer Verwendung im Rahmen einer Regressionsanalyse einen R 2 -Koeffizienten von 0,9 bezogen auf die Akkumulierung des Nymphenbestandes an den vier Kleinsäuger-Intensivstandorten. Es wurde ebenfalls der Einfluss von Wasserstress auf das Überleben der Zecken überprüft. Die Ergebnisse der entsprechenden Regressionsmodelle legen jedoch den Schluss nahe, dass der Wassergehalt der Luft keinen direkten Einfluss auf die Phänologie der I. ricinus-nymphen an den untersuchten Standorten hat. Es scheint, dass die vergleichsweise hohe relative Luftfeuchtigkeit an den Standorten einen zu geringen Einfluss hat, um als zuverlässiger Einflusswert zu fungieren. Die erarbeiteten linearen Modelle wurden im 18 Parola P, Paddock CD, Socolovschi C, Labruna MB, Mediannikov O, Kernif T, Abdad MY, Stenos J, Bitam I, Fournier PE, Raoult D (2013), Update on Tick-Borne Rickettsioses around the World: a Geographic Approach. Clinical Microbiology Reviews 26, Estrada-Peña A, Martinez JM, Sanchez Acedo C, Quilez J, Del Cacho E (2004), Phenology of the tick, Ixodes ricinus, in its southern distribution range (central Spain), Medical and Veterinary Entomology 18:

13 Anschluss auf 15 weitere Standorte angewendet. Das in den vorherigen Abschnitten beschriebene Muster trat auch hier auf, jedoch mit niedriger ausfallenden R 2 -Werten. Die bisherigen Ergebnisse legen die Verlässlichkeit der Verwendung klimabasierter Variablen als Einflussgrößen für die Vorhersage der dynamischen Zeckenaktivität im gesamten Untersuchungsgebiet nahe. Es ist jedoch nicht möglich die absolute Anzahl an Zecken innerhalb eines Bereiches zu ermitteln, da dieser Aspekt in hohem Maß von der Verfügbarkeit von Wirtstieren abhängt. Aktuell beschäftigen wir uns mit den (partiellen) Daten des Jahres 2012 und werden sie mit in die Analyse einfließen lassen, um das Modell weiter zu verbessern Ixodes ricinus und Kleinsäuger Für wirtssuchende Nymphen wurden die als einflussreich ermittelten Parameter (alt, akt, siehe ) für Regressionsanalysen in Bezug auf die Anzahl auf Kleinsäugern vorhandenen I. ricinus Larven und Nymphen angewendet. Dieses Ergebnis zeigt ebenfalls, dass die Wetterlage den Zeckenbefall auf den untersuchten Nagern beeinflussen kann. Den stärksten Einfluss hat hierbei die akt, welche zu einem Anstieg der Zeckenbelastung auf den Kleinsäugern in den Untersuchungsgebieten führt. Ein Zusammenhang zwischen klimatologischen Faktoren und der Prävalenz von Borrelia sp. in den Kleinsäugern konnte auf diesem Weg bisher nicht nachgewiesen werden. Vermutlich kann aufgrund (i) der relativ geringen Gesamtprävalenz in den Habitaten und (ii) der eher langzeitlich ausgeprägten Wirkungsweise dieser Interaktionspartner erst nach einem längeren Untersuchungszeitraum ein Muster in den Daten erkannt werden. Was jedoch bereits gezeigt werden konnte, war eine direkte und hochsignifikante positive Korrelation zwischen der Borrelien-Prävalenz der von Kleinsäugern abgesammelten teilgesogenen Zeckenlarven (als Proxy für den Infektionsstatus der Wirte) und der individuellen Zeckenbelastung. "Infizierte" Kleinsäuger wiesen hierbei einen um das vier- bis sechsfach erhöhten I. ricinus-befall auf. Diese ersten Ergebnisse deuten auf einen direkten Zusammenhang zwischen der Dynamik des Wirt- Parasiten-Systems und ihrer abiotischen Umwelt hin. Aktuell werden weitere klimabasierten Variablen auf ihren Einfluss auf das System hin untersucht und zudem Ansätze zur weiteren Einbindung der Pathogendaten geprüft. 5. Öffentlichkeitsarbeit Das Thema Zecken und zeckenübertragene Krankheitserreger ist von hoher Bedeutung für die Bevölkerung, was auch das hohe Interesse der Medien an unsere Arbeit wiederspiegelt. Im Rahmen des Projektes wurde eine Website (deutsch und englisch) aufgebaut, die unter anderem die wichtigsten Pressemittelungen und Ergebnisse dokumentiert und der Öffentlichkeit zur Verfügung steht (siehe Außerdem enthält die Website Informationen zu unserem Projekt und beantwortet häufig gestellte Fragen rund um das Thema Zecken. Zusätzlich wurden das Projekt sowie erste Teilergebnisse bereits auf mehreren wissenschaftlichen Fachtagungen vorgestellt (siehe 6. Ausblick und Fazit Bedauerlicherweise wird das hier beschriebene Projekt, obwohl in allen Anträgen bzw. Berichten auf die Notwendigkeit einer langfristigen Datenaufnahme hingewiesen wurde, bis jetzt nicht über einen weiteren Zeitraum verlängert, weshalb die bisher aufgenommene Datenmenge nicht ausreichen wird, um die von uns und von BWPLUS angestrebten Ziele zu erreichen. Obwohl eine erste umfassende Analyse vielversprechend ist und andeutet, dass wir mit weiteren Daten über einen längeren Zeitraum (mindestens ein bis zwei weitere Jahre) mit hoher Wahrscheinlichkeit aufzeigen können wo, wann und wie viele Zecken in einem bestimmen Habitat auftreten werden, können wir mit unseren bisherigen Daten weder bestimmte umweltbezogene Muster erkennen noch interpretieren. 10