Modellhafte Untersuchungen zum Nachweis von frühen Entwicklungsstadien des Echten Rebenmehltaus (Erysiphe necator) durch dafür speziell ausgebildete Spürhunde

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Tierärztliche Hochschule Hannover

Modellhafte Untersuchungen zum Nachweis von frühen Entwicklungsstadien des Echten Rebenmehltaus (Erysiphe necator) durch dafür speziell

ausgebildete Spürhunde

INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer

Doktorin der Veterinärmedizin Doctor medicinae veterinariae

(Dr. med. vet.)

vorgelegt von Anneke Herlyn geboren in Wolfsburg

Hannover 2018

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Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. med. vet. H. Hackbarth Institut für Tierschutz und Verhalten Tierärztliche Hochschule Hannover

1. Gutachter: Prof. Dr. med. vet. H. Hackbarth 2. Gutachterin: PD Dr. rer. nat. Sabine Schmidt

Tag der mündlichen Prüfung: 07.11.2018

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Der Hund ist der 6. Sinn des Menschen

Arthur Schopenhauer

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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ... - 1 -

1.1 Ziel der Arbeit ... - 1 -

1.2 Fragestellung und Hypothesen ... - 2 -

2 Literaturübersicht ... - 3 -

2.1 Der Echte Rebenmehltau ... - 3 -

2.1.1 Taxonomie und Entwicklungszyklus ... - 3 -

2.1.2 Derzeitige Methoden zum Nachweis und zur Bekämpfung ... - 5 -

2.2 Hunde als Geruchsspürhunde ... - 8 -

2.2.1 Anatomie des Geruchsorganes und Physiologie des Geruchsinnes .. - 8 -

2.2.2 Einsatzbereiche und Leistung von Geruchsspürhunden ... - 13 -

2.2.3 Training von Hunden als Geruchsspürhunde ... - 16 -

3 Material und Methoden... - 18 -

3.1 Versuchstiere und -material ... - 18 -

3.2 Versuchsaufbau und –aufzeichnung ... - 20 -

3.3 Training der Hunde ... - 22 -

3.4 Versuchsdurchführung ... - 25 -

3.5 Versuchsauswertung ... - 27 -

3.5.1 Videographische Auswertung ... - 27 -

3.5.2 Statistische Auswertung ... - 27 -

4 Ergebnisse ... - 29 -

4.1 Anzeige von Rebenmehltau ... - 30 -

4.2 Vergleich der Leistung mit und ohne Fremdgeruch ... - 33 -

4.3 Vergleich der Leistung verschiedener Hundetypen ... - 34 -

5 Diskussion ... - 38 -

5.1 Eignung und Leistung von Hunden als Mehltauspürhunde ... - 38 -

5.2 Eignung verschiedener Hundetypen als Mehltauspürhunde ... - 39 -

5.3 Ausbildung von Hunden als Mehltauspürhunde... - 41 -

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5.4 Ausblick ... - 44 -

6 Zusammenfassung ... - 45 -

7 Summary... - 46 -

8 Literaturverzeichnis ... - 47 -

9 Anhang ... - 57 -

9.1 Abbildungsverzeichnis ... - 57 -

9.2 Tabellenverzeichnis ... - 58 -

10 Danksagung ... - 59 -

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1 Einleitung

Der Echte Rebenmehltau Erysiphe necator ist ein wirtschaftlich bedeutsamer Schadpilz im Weinanbau (RÜGNER et al., 2002). Wie bei vielen Pilzkrankheiten läuft dessen anfängliche Entwicklung für das menschliche Auge weitgehend unerkannt ab und das Ausgangsinokulum ist im Freiland nur sehr schwer zu entdecken (s. Kap.

2.1.1).

Sowohl für die weinbauliche Praxis als auch für die Beratung und in der phytopathologischen Forschung besteht deshalb ein erheblicher Bedarf an neuen Instrumenten, die bei der Suche nach den ersten Symptomen dieses Schaderregers hilfreich sein könnten (s. Kap. 2.1.2).

Hunde mit ihrem ausgeprägten Geruchssinn und ihrer leichten Trainierbarkeit und Kooperationsbereitschaft mit dem Menschen könnten für diese Arbeit zukünftig eingesetzt werden.

1.1 Ziel der Arbeit

Das Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, ob Hunde in der Lage sind, eine der besonders wichtigen Pilzkrankheiten Erysiphe necator in Weinreben olfaktorisch zu detektieren und mittels eines trainierten Verhaltens und auch unter Ablenkung durch etwaige Fremdgerüche sicher anzuzeigen.

Sollten entsprechend ausgebildete Hunde dazu in der Lage sein, könnten Pflanzenschutzdienste, die Rebschutzforschung und auch die weinbauliche Praxis und die Rebschutzdienste davon insofern profitieren, als dass in kurzer Zeit große Flächen kontrolliert werden könnten und der erforderliche Kostenaufwand vergleichsweise gering wäre. Letztendlich könnte der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln reduziert werden, ohne dadurch große wirtschaftliche Verluste zu riskieren, was insbesondere für den ökologischen Weinbau enorme Vorteile bringen würde.

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1.2 Fragestellung und Hypothesen

Um zu klären, ob Hunde die Fähigkeit besitzen, den Echten Rebenmehltau geruchlich zu erkennen, sollen Hunde trainiert werden, an einer speziellen Geruchsmaschine zu arbeiten und dort den entsprechenden Zielgeruch, den Echten Rebenmehltau, anzuzeigen. Dabei sollen die Versuchshunde eine jeweils von Mehltau befallene Weinpflanze und eine von Mehltau freie Weinpflanze olfaktorisch unterscheiden und entsprechend die mit Mehltau befallene Pflanze erkennen und anzeigen.

Außerdem soll untersucht werden, ob sich die Ergebnisse unter Anwesenheit eines Ablenkungsgeruches verändern, wozu die den Hunden präsentierten Pflanzen zusätzlich mit einem Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch behandelt werden sollen. Die Hunde sollen auch unter Anwesenheit dieses Fremdgeruches jeweils die mit Mehltau befallene Pflanze erkennen und anzeigen.

Für die Versuche werden Hunde verschiedener Hundetypen und –rassen eingesetzt.

In jahrhundertelanger Zuchtauslese wurden verschiedene Hunderassen bezüglich ihrer verschiedenen Eigenschaften selektiert und weitergezüchtet. Hütehunde wurden für das Zusammentreiben von Schafen und anderen hütbaren Tieren gezüchtet. Dabei arbeiten sie vermehrt auf Sicht in enger Zusammenarbeit mit dem Menschen. Vorstehhunde sollen selbstständig mit der Nase Federwild aufsuchen und anzeigen und besitzen eine hohe soziale Aufgeschlossenheit dem Menschen gegenüber (MAHNKE, 2014). Der Vergleich dieser beiden für eine sehr unterschiedliche Zusammenarbeit mit dem Menschen gezüchteten Hundetypen hinsichtlich ihrer Leistung in den Versuchen soll zeigen, ob bestimmte Hundetypen für den Einsatz als „Mehltauspürhunde“ besser geeignet sind als andere.

Folgende Hypothesen sollen mit den geplanten Versuchen überprüft werden:

► Hunde besitzen die Fähigkeit den Echten Mehltau Erysiphe necator olfaktorisch zu detektieren und mittels eines trainierten Verhaltens anzuzeigen

► Auch unter Anwesenheit eines Fremdgeruches besitzen Hunde die Fähigkeit den Echten Mehltau Erysiphe necator olfaktorisch zu detektieren und mittels eines trainierten Verhaltens anzuzeigen

► Es gibt Unterschiede in der Leistung verschiedener Hundetypen den Echten Mehltau Erysiphe necator zu detektieren und anzuzeigen

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2 Literaturübersicht

Der erste Teil dieses Kapitels beschäftigt sich mit dem Modellorganismus Erysiphe necator und soll einen Überblick über dessen Biologie geben. Zudem werden derzeitige Methoden zum Nachweis und zur Bekämpfung dieses Schadpilzes erläutert.

Im zweiten Teil wird auf die Eignung von Hunden als Geruchsspürhunde eingegangen, indem zunächst die Physiologie des Geruchssinnes dargestellt wird.

Anschließend werden derzeitige Einsatzbereiche und Leistungen von Hunden als Geruchsspürhunde erläutert und ein kurzer Einblick in die für das Training der Hunde wichtigen lerntheoretischen Grundlagen gegeben.

2.1 Der Echte Rebenmehltau

2.1.1 Taxonomie und Entwicklungszyklus

Der Modellorganismus Erysiphe necator (Synonym: Uncinula necator (Schw.)), der Echte Rebenmehltau, ist eine Pilzkrankheit, die ursprünglich in Nordamerika beheimatet war. Die aus Europa stammenden Weinreben entwickelten sich ohne Kontakt zu diesem Schadpilz. Aufgrund dieser fehlenden Co-Evolution sind die aus dem europäischen Raum stammenden Kulturreben gegen den Echten Rebenmehltau hoch anfällig. Seit 1845 tritt der Rebenmehltau in Europa auf und verursacht mittlerweile in nahezu allen Weinbaugebieten, in denen europäische Kulturreben angebaut werden, große Schäden (MOHR, 2012). Dabei wird zum einen der Ertrag der Weinernte (PEARSON u. GOHEEN, 1988) und zum anderen die Qualität des Weines vermindert (LOPEZ PINAR et al., 2017; OUGH u. BERG, 1979).

Der Echte Rebenmehltau gehört zur Gattung Erysiphe, Familie Erysiphaceae der Ordnung Erysiphales (Echte Mehltaupilze) und ist in die Klasse der Leotiomycetes in der Unterabteilung der Pezizomycotina (Echte Schlauchpilze) einzuordnen.

Erysiphe necator befällt die Epidermiszellen aller grünen Pflanzenteile der Weinrebe.

Das Myzel selbst ist durch dieses oberflächliche Wachstum sichtbar, jedoch mit bloßem Auge nur dann, wenn der Pilz Sporenträger bildet. Dann ist auf den befallenen Teilen ein grauer, mehlartiger Belag zu erkennen. Am häufigsten ist die

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Blattunterseite befallen. Das Wachstum des Pilzes führt zu Deformierung der Blätter und Aufplatzen der Beeren, wodurch eine Sekundärinfektion begünstigt wird (O.V., 2003).

Abb. 1: Echter Rebenmehltau auf der Blattunterseite einer Weinpflanze und auf Weintrauben (Bilder: Staatliche Lehr- und Versuchsanstalt Weinsberg)

Durch seine obligat biotrophe Lebensweise ist der Erreger für die Forschung nur schwer zugänglich, da eine Kultivierung somit nur auf bzw. in der Pflanze möglich ist.

Insbesondere die Überwinterungsstadien, die sich in der Pflanze befinden lassen sich so nur schwer untersuchen. Deshalb bestehen noch wesentliche Lücken in den Kenntnissen, insbesondere bei der Überwinterung von Erysiphe necator, obwohl die Biologie dieses Schadpilzes seit vielen Jahren untersucht wird.

Der Echte Mehltau verfügt über zwei verschiedene Überwinterungsformen, zum einen als auf geschlechtlichem Wege gebildete Fruchtkörper (Kleistothecien) und zum anderen als Myzel in im Vorjahr befallenen Knospen (siehe Abb. 2), wobei im mitteleuropäischen Raum letztere Überwinterungsform häufiger ist (RÜGNER et al., 2002). Mit der Austreibung der Pflanze in der neuen Vegetationsperiode breitet sich der Pilz dann erneut aus. Die befallenen Pflanzenteile fallen jedoch erst sehr spät (im 6-Blatt-Stadium der Pflanze) auf. Die Überwinterung in Fruchtkörpern, die an der Pflanzenoberfläche anhaften, ist im mitteleuropäischen Raum erschwert, da die

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Kleistothecien mit Niederschlägen von den Blättern abgewaschen werden. Die dennoch an zumeist borkigen Teilen der Pflanze anhaftenden Fruchtkörper werden unter feuchten Witterungsbedingungen häufig von Hyperparasiten, insbesondere von Pilzen der Gattung Ampelomyces, befallen und zerstört. Bis zum Frühjahr überlebende Kleistothecien bilden sogenannte Ascosporen (geschlechtlich gebildete Sporen). Ascosporen werden über Niederschläge verbreitet und bilden neue Pilzkolonien aus. Im Sommer bildet der Pilz Konidien (Sporen), über die eine weitere, schnelle Verbreitung mit dem Wind stattfindet.

Abb. 2: Entwicklungszyklus des Echten Rebenmehltaus (aus: MOYER u. GROVE, 2012)

Die optimalen Witterungsbedingungen für die Entwicklung des Echten Mehltaus sind Temperaturen von 20-25°C, wobei eine Entwicklung bei Temperaturen zwischen 5 und 35°C möglich ist, keine Niederschläge und eine hohe Luftfeuchtigkeit (O.V., 2003).

2.1.2 Derzeitige Methoden zum Nachweis und zur Bekämpfung

Schadpilzzellen des Echten Rebenmehltaus lassen sich mit Hilfe moderner

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physikalischer Methoden (BÉLANGER et al., 2007) oder mittels ELISA- und PCR- Techniken (z.B. CULLEN et al., 2000 und FALACY et al., 2007) zwar in geringen Mengen nachweisen, zum Beispiel Pilzsporen, die mit Sporenfallen gefangen wurden. Neben ihren relativ hohen Kosten und störenden Einflüssen massenhaft vorkommender ähnlicher Erreger haben diese Methoden jedoch das Problem, dass mit ihnen eine genaue Lokalisation der Erreger-Quelle nicht möglich ist und zusätzlich durch die Laboranalysen eine erhebliche zeitliche Distanz entsteht, was die Praktikabilität in der Regel auf ein nicht nutzbares Maß verringert.

Um diese Probleme zu relativieren wurde von SUTHERLAND et al. (2010) der Einsatz von gezielt auf Rebenmehltau konditionierten Bienenvölkern mit einer Methode zur Erfassung ihrer Aktivität zu einem Aufsattelgerät für Traktoren kombiniert. Damit sollte versucht werden nach entsprechendem Training des Bienenvolkes Erysiphe necator sofort vor Ort nachzuweisen.

Um unnötige Anwendung von Pflanzenschutzmitteln zu vermeiden, wird weltweit versucht, mit Hilfe von Wetterdaten die Epidemien der Erreger zu simulieren. In Europa zum Beispiel von HILL (1989), CALONNEC et al. (2008) und BLEYER et al.

(2013). Eine aktuelle Übersicht über den Stand der Wissenschaft zur Modellisierung bei Erysiphe necator ist z.B. in CALONNEC et al. (2010) zu finden. Ein Programm, welches in Deutschland Anwendung findet, ist zum Beispiel Vitimeteo, OiDiag 3.0 (BLEYER et al., 2013). Besondere Bedeutung hat dabei der Beginn der Behandlungen, denn durch einen verspäteten Eingriff sind die Epidemien des Erregers nur mit erhöhtem Aufwand und hoher Rückstandsbelastung zu kontrollieren (MAGAREY u. MOLLER, 2010). Jedoch ist es äußerst schwierig, die Modelle am Beginn der Epidemien im Freiland zu verifizieren. Dabei auftretende Ungenauigkeiten beruhen unter anderem auch darauf, dass die ersten Stadien des Erregers in sehr geringer Zahl auftreten können. Der Erreger des Echten Rebenmehltaus ist mit bloßem Auge erst sichtbar, wenn er sich bereits rasch vermehrt hat und es für eine Bekämpfung viel zu spät ist (MAGAREY u. MOLLER, 2012; KAST u. BLEYER, 2011). Versuche, die Analyse historischer Daten für die Berechnung eines sicheren Termins für erste Behandlungen gegen den Erreger des Echten Mehltaus zu nutzen, zum Beispiel die Zusammenhänge zwischen den tiefsten Temperaturen im Winter, und dem Auftreten des Rebenmehltaus (HILL, 1990; KAST et al., 2011), leiden unter dem Problem, dass die eigentlichen Ursachen für den festgestellten Zusammenhang zwischen der tiefsten Temperatur und dem Auftreten des Mehltaus nicht bekannt sind.

In der weinbaulichen Praxis wird der Echte Mehltau in der Regel vorbeugend mit sechs bis zehn Behandlungen jährlich bekämpft (KAST, 2012 a). Dazu werden

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Netzschwefel sowie diverse weitere Fungizide aus den zugelassenen Stoffgruppen Amidoxide (Cyflufenamid), Azanaphthalene (Proquinazid), Benzophenonderivate (Metrafenon, Pyriofenon), Carbonsäureamide (Boscalid), Caprylsäurederivate (Kupferoktanoat), Chinoline (Quinoxyfen), Pyridinyl-ethylbenzaminde (Fluopyram), Strobilurine (Azoxystrobin, Kresoxim-methyl, Trifloxystrobin), Triazole (Myclobutanil, Penconazol, Tebuconazol, Tetraconazol) und Pyrazole (Fluxapyroxad) sowie Kaliumhydrogencarbonat (BVL, 2018) in abwechselnder Reihenfolge eingesetzt, um eine Resistenzbildung zu vermeiden (WBI u. LVWO, 2017). Auch im ökologischen Weinbau müssen zumindest bei traditionellen Rebsorten Fungizide wie Netzschwefel eingesetzt werden.

VOGELWEITH und THIÉRY (2017) postulieren den zusätzlichen Einsatz von Deckfrüchten, der einen negativen Einfluss auf Schadpilze wie den Echten Rebenmehltau und einen positiven Einfluss auf nützliche Arthropoden hat. Diese können zwar den Schadpilz eindämmen, erreichen jedoch nicht so große Populationszahlen, als dass sie den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln verzichtbar machen könnten (GADOURY, 2012).

Ein weiterer Ansatz zur Bekämpfung ist die Forschung hinsichtlich der Resistenzgene von Weinpflanzen gegen den Echten Rebenmehltau, wie sie in nordamerikanischen Wildrebenarten wie Muscadinia rotundifolia natürlicherweise vorkommen (DONALD et al., 2002). Dieser Ansatz spielt allerdings in der derzeitigen Forschung eher eine untergeordnete Rolle, was auch mit der Tatsache einhergehen könnte, dass die Qualität des Weines unter der Einkreuzung resistenter Arten leidet (GADOURY et al., 2012).

Der hohe erforderliche Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und die begrenzten Möglichkeiten des frühzeitigen Nachweises zeigen, dass Erysiphe necator insbesondere im ökologischen Weinbau ein großes Problem darstellt (KAST, 2012 b) und in der Regel nur durch besonders frühzeitigen Einsatz von vorbeugenden Mitteln kontrolliert werden kann (HOFMANN et al., 1995). Dieser erfolgt in einem Stadium, in dem der Befall für das menschliche Auge noch nicht sichtbar ist (WBI u. LVWO, 2017). Neue Ansätze im frühzeitigen Nachweis könnten somit auch die Bekämpfung vereinfachen und einen großen Nutzen für die Weinwirtschaft erbringen.

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2.2 Hunde als Geruchsspürhunde

2.2.1 Anatomie des Geruchsorganes und Physiologie des Geruchsinnes

Der Geruchssinn des Hundes spielt für seine Orientierung in der Umwelt eine wichtige Rolle, er wird in die Gruppe der Makrosmatiker eingeordnet (NICKEL et al., 2004). Die Physiologie und Anatomie der Hundenase und die daraus resultierenden aerodynamischen Ströme sind die Ursache der exzellenten Riechleistung des Hundes. Die Gesamtfläche der Riechschleimhaut eines Hundes, auch Riechfeld genannt, beträgt einige hundert Quadratzentimeter. Vergleichsweise ist das Riechfeld des Menschen nur etwa fünf Quadratzentimeter groß.

In Abb. 3 ist die Ausdehnung des Riechfeldes, gekennzeichnet durch die gestrichelten Linien, dargestellt. Die Siebbeinmuscheln wurden rot markiert. Cranial davon befinden sich die Nasenmuscheln.

Abb. 3.: Schematische Darstellung der Riechfeldausdehnung (aus: NICKEL et al., 2004).

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Die enorme Größe des Riechfeldes des Hundes resultiert aus einer Oberflächenvergrößerung der Riechschleimhaut durch viele Windungen der Nasenmuscheln (NICKEL et al., 2004). Diese sind in Abb. 4 dargestellt. Die mit Riechschleimhaut bedeckten Areale sind durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet.

Abb. 4: Schematische Darstellung eines Querschnittes durch das Siebbein (aus: NICKEL et al., 2004).

Die Riechschleimhaut (s. Abb. 5) ist als mehrstufiges Epithel aus Basalzellen und mehreren Reihen von Riechzellen aufgebaut, die oberflächlich von einer Reihe Stützzellen bedeckt sind (NICKEL et al., 2004). Die Anzahl der Riechzellen, welche als Rezeptoren für Geruchsmoleküle dienen, ist bei Hunden um ein Vielfaches höher als zum Beispiel beim Menschen (BREVES u. ENGELHARDT, 2005).

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Abb. 5: Schematische Darstellung des Riechepithels (aus: NICKEL et al., 2004).

So liegt die Gesamtzahl der menschlichen Riechzellen bei etwa 20 Millionen und beim Hund, je nach Größe bei 125 bis 225 Millionen, was etwa 15.000 Riechzellen pro Quadratmillimeter Riechschleimhaut entspricht. Die Riechzellen tragen sechs bis acht lange Riechhärchen und der basale Fortsatz jeder Zelle zieht als Filum olfactorium direkt in den Bulbus olfactorius des Gehirns (NICKEL et al., 2004). Die Fila olfactoria aller Riechzellen bilden gemeinsam die Nervi olfactorii. Die Information jeder einzelnen Riechzelle als Rezeptor für Geruchsstoffe wird an den Bulbus olfactorius, den sogenannten Riechkolben, gesendet und dort verarbeitet. Die Riechzellen sind somit die einzigen Sinneszellen, die direkt in das Gehirn projizieren (BREVES u. ENGELHARDT, 2005; NICKEL et al., 2004). Zudem werden die Riechzellen der Riechschleimhaut laufend erneuert. Diese beiden besonderen Eigenschaften haben dazu geführt, dass die Riechzelle nicht als Neuron sondern als Paraneuron angesprochen wird (NICKEL et al., 2004).

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Abb. 6: Schichtung des Bulbus olfactorius schematisch und histologisch (aus: NICKEL et al., 2004).

Der Bulbus olfactorius besitzt einen geschichteten Aufbau (s. Abb. 6). Als wichtigste Strukturen sind hier die Glomerula olfactoria zu nennen. Sie bilden als dicht verästelte Endbäumchen die Verbindung zwischen den Riechzellen und den Mitralzellen, welche für die Weiterleitung der ankommenden Sinnesreize in die verschiedenen Bereiche des Gehirnes zuständig sind (NICKEL et al., 2004).

Alle dem Riechkolben des Hundes zugeordneten Gehirnareale nehmen mit etwa zehn Prozent einen großen Teil des gesamten Gehirnes ein (DEL AMO, 2014). Die Reizweiterleitung aus dem Riechkolben des Gehirns erfolgt, im Vergleich zu den anderen Sinnen, nicht direkt von den Mitralzellen über das Zwischenhirn in die Hirnrinde, sondern der Geruchsreiz wird zunächst in verschiedene Areale des limbischen Systems geleitet (s. Abb. 7). Erst danach erfolgt die Weiterleitung in Thalamus und Cortex (BREVES u. ENGELHARDT, 2005).

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Abb. 7: Bahnen des olfactorischen Systems (aus BREVES u. ENGELHARDT, 2005).

Dadurch besteht eine direkte Verbindung zum „Emotionszentrum“ des Gehirns.

Gerüche können somit auch emotionale Empfindungen auslösen und sprechen nicht nur Bereiche des Gehirns an, die für planvolles Handeln und Aufmerksamkeit zuständig sind (DEL AMO, 2014). Andere zusätzliche Geruchswahrnehmungen, wie z.B. ein stechendes Gefühl bei ätzenden Substanzen, erfolgen über afferente Fasern des Nervus trigeminus (Nervus nasociliaris und Nervus ophthalmicus), deren Endigungen sich direkt im Epithel der Riechschleimhaut befinden. Darüber können Schutzreflexe wie Husten oder Niesen ausgelöst werden (NICKEL et al., 2004).

Die Geruchswahrnehmung des Hundes erfolgt zusätzlich zur klassischen Weise über das Vomeronasalorgan, welches am Boden der Nasenhöhle unter der Nasenschleimhaut liegt. Beim Menschen ist dieses nur embryonal angelegt (NICKEL et al., 2004). Das Vomeronasalorgan ist ebenfalls von Riechschleimhaut ausgekleidet und seine Nervenfasern ziehen als Nervus vomeronasalis in den Bulbus olfactorius accessorius, wo deren Weiterverarbeitung erfolgt. Ebenfalls existieren in der Riechschleimhaut dieses Organs Nervenendigungen des Nervus trigeminus. Die Funktion des Vomeronasalorgans ist noch nicht vollständig erforscht, jedoch ist bekannt, dass hierüber die Rezeption nichtflüchtiger Duftstoffe und Pheromone erfolgt (NICKEL et al., 2004).

Die Neuroanatomie des Geruchsorgans Hundenase ist Voraussetzung für die enorme Riechleistung der Hunde, jedoch spielt insbesondere auch die Aerodynamik der Hundenase eine entscheidende Rolle. Der Hund kann seine Nase als „Druck- Saug-Pumpe“ einsetzen und ist somit in der Lage, nicht nur flüchtige Stoffe an der

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Riechschleimhaut wahrzunehmen. Dabei kann er in einem speziellen Atemrhythmus bis zu 300 Mal pro Minute Luft einatmen (DEL AMO, 2014). Nicht flüchtige Stoffe aus der Umwelt können durch diese Funktion aus der Umgebung ihrer Quelle mit der eingeatmeten Luft in die Nase aufwärts transportiert werden (SETTLES et al., 2002).

Zudem werden einzelne Geruchsmoleküle durch die als Schnüffeln bezeichnete Art der Geruchsaufnahme und die Geschwindigkeit der Luftströme in der Hundenase, bis zu einem Schwellenwert aufkonzentriert, ab dem dann eine Detektion möglich ist.

Denn die Luftströme werden bei der Ein- und Ausatmung beim Schnüffeln über zwei verschiedene Wege geführt, sodass sich bei jedem Einatmen immer mehr Geruchsmoleküle auf der Riechschleimhaut anheften können (DEL AMO, 2014).

Hunde sind so in der Lage 1mg Buttersäure in rund einer Milliarde Kubikmeter Luft wahrzunehmen. Dies entspricht einer Menge von 1,3x10^-18 g Buttersäure pro ml Luft.

Für Essigsäure liegt der minimal detektierbare Bereich sogar bei 5,0x10^-17g pro ml Luft. Hunde besitzen somit für Buttersäure eine millionenfach und für Essigsäure sogar eine 100-millionenfach höhere Riechleistung als Menschen (NICKEL et al., 2004). Einige Studien konnten zeigen, dass die olfaktorische Leistungsfähigkeit für bestimmte Gerüche bei einer trillionenfachen oder sogar quadrillionenfachen Verdünnung liegt (HAYES et al., 2018).

Zudem sind Hunde aufgrund der Verarbeitungsweise der Gerüche in der Lage die Quelle des Geruchs eindeutig zu identifizieren. Zwei vollkommen getrennte flächendeckende Luftströme erreichen beide Nasenlöcher und damit -höhlen, sodass die Intensitäten der beiden Stimuli verglichen werden können und darüber eine Quellenlokalisation möglich wird (CRAVEN et al., 2010). Neben der eigentlichen Fähigkeit Gerüche zu differenzieren, ist das der Grund, weshalb Hunde so erfolgreich als Spürhunde genutzt werden können (CRAVEN et al., 2010).

2.2.2 Einsatzbereiche und Leistung von Geruchsspürhunden

Durch ihre außerordentliche Riechleistung werden Hunde bereits seit hunderten von Jahren trainiert und eingesetzt, um dem Menschen bestimmte Gerüche anzuzeigen (JOHNEN et al., 2013). So verwenden staatliche Behörden schon seit langem Hunde zum Auffinden von Betäubungsmitteln, Brandmittelbeschleunigern, Sprengstoffen, Leichen, vermissten Personen und vielem mehr (FURTON u. MYERS, 2001; HAYES et al, 2018; KATZ u. MIDKIFF, 1998; KURZ et al., 1994 und 1996; LORENZO et al., 2003; ROMANES, 1887). In der Humanmedizin werden Hunde eingesetzt, um bestimmte Erkrankungen bereits in einem sehr frühen Stadium zu erkennen,

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beispielsweise Krebs, Epilepsie oder Hypoglykämie (BROWNE et al., 2006;

SONODA et al., 2011; WILLIS et al., 2004) und auch im Naturschutz, bei der Identifikation und Zählung geschützter und gefährdeter Arten sowie zur Probengewinnung in diesem Bereich, werden Hunde bereits seit einigen Jahren eingesetzt (BEEBE et al., 2016; BROWNE et al., 2006). Ein weiterer Einsatzbereich für den Geruchssinn der Hunde stellt seit einigen Jahren die Erkennung bestimmter gesundheitsgefährdender Pilze in Gebäuden dar (KAUHANEN et al., 2002). Zudem wird in neueren Studien beschrieben, dass Hunde in der Lage sind einzelne Bakterienarten in der Umgebung oder in Lebensmitteln zu erkennen (BRYCE et al., 2017; FISCHER-TENHAGEN et al., 2018).

Die Riechleistung der Hunde beim Aufspüren von verschiedenen Substanzen ist bereits vielfach untersucht und nachgewiesen worden. Speziell trainierte Hunde sind in der Lage selbst geringste Konzentrationen an Chemikalien wie Organochloriden, beispielsweise DDT, über weite Strecken zu detektieren, bei denen technische Apparate versagen (ARNER et al., 1986; CROOK, 2000). In sämtlichen Einsatzbereichen der Geruchssuche, in denen sie eingesetzt werden, erwiesen sich Hunde als weit spezifischer als instrumentelle Methoden es sein können (ANGLE et al., 2016; CROOK, 2000; FURTON u. MYERS, 2001; HAYES et al., 2018; KURZ et al., 1994 und 1996). BACH und MCLEAN (2003) stellten fest, dass die Detektionsfähigkeiten der Hunde beim Aufspüren von Landminen um ein Vielfaches höher sind als die aller vergleichbaren Methoden. Zudem sind Hunde in diesem Zusammenhang schneller und kostengünstiger als sämtliche instrumentelle Methoden (FURTON u. MYERS, 2001).

Ein weiterer enormer Vorteil gegenüber instrumentellen Methoden ist die geringe Anfälligkeit von gut ausgebildeten Hunden gegenüber Störungen wie beispielsweise anderen anwesenden Stoffen bei der Suche nach Sprengstoffen oder Brandmittelbeschleunigern (JOHNSTON, 1999; FURTON u. MYERS, 2001; GAZIT et al., 2005 a; KURZ et al., 1994 und 1996). Störende Substanzen können die zu detektierenden Substanzen entweder maskieren oder sogar mit diesen interagieren.

In technischen Apparaten haben diese Wechselwirkungen eine geringere Sensitivität zur Folge, die nur über aufwändige Probenaufbereitung kompensiert werden kann.

Der Einsatz von Hunden macht eine solche Probenaufbereitung unnötig, denn Hunde sind in der Lage, nur für sie relevante Substanzen aufzufinden und anzuzeigen (JOHNSTON, 1999; GAZIT et al., 2005 b; OESTERHELWEG et al, 2008). Im Training wird dies über den Prozess der Generalisierung erzeugt, bei dem die Hunde lernen, unabhängig von anderen anwesenden Substanzen und Stoffen die gesuchte Substanz zu detektieren. Der Generalisierung ist somit im Trainingsaufbau

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und Versuchsdesign ein hoher Wert zuzuschreiben, auf sie muss ein besonderer Wert gelegt werden (JOHNSTON, 1999).

Mit Auftauchen der ersten Hinweise, dass Hunde auch Krebs olfaktorisch detektieren können, stellte sich die Frage, was genau Hunde riechen, beziehungsweise was Krebserkrankungen geruchlich wahrnehmbar macht (BALSEIRO u. CORREIA, 2006). Es ist keineswegs neu, dass bestimmte Erkrankungen mit geruchlichen Veränderungen am menschlichen Körper einhergehen. So existieren zahlreiche Berichte von Krankenhausmitarbeitern, die bei bestimmten Krankheiten diese aufgrund ihres charakteristischen Geruchs riechen können (PICKELI et al., 2004).

Aufgrund der Natur olfaktorischer Sinneswahrnehmungen müssen bestimmte flüchtige Stoffe anwesend sein, um geruchlich wahrnehmbar zu sein. Viele Autoren widmeten sich daher der Suche nach der Art der Stoffe und deren Zusammensetzung, die bei Krebserkrankungen in flüchtiger Form vorliegen könnten.

Für verschiedene Krebsarten konnten solche Stoffe bereits nachgewiesen werden (MATSUMARA et al., 2009; MCCULLOCH et al., 2006; MOSER u. MCCULLOCH, 2010; SONODA et al., 2011; ULANOWSKA et al., 2010). Auch beim Einsatz der Hunde zum Aufspüren von Schimmelpilzen in Innenräumen von Gebäuden konnten solche flüchtigen organischen Komponenten identifiziert werden (GRIFFITH et al., 2007).

In sämtlichen oben genannten Bereichen sind die Zielsubstanzen entweder nicht ausreichend bekannt oder aber für die menschlichen Sinne nicht wahrnehmbar, beziehungsweise durch instrumentelle Methoden ebenfalls nicht zuverlässig wahrnehmbar (HAYES et al., 2018). An dieser Stelle sind Hunde und deren Riechleistung von besonderer Bedeutung. Dabei sind keine genauen Kenntnisse bezüglich der Stoffzusammensetzung der zu suchenden flüchtigen Substanz notwendig, da Hunde in der Lage sind, ein ihnen auftrainiertes „Geruchsmuster“ aus anderen Gerüchen und unter verschiedensten Ablenkungen zu erkennen (FURTON u. MYERS, 2001; GAZIT et al., 2005 b; OESTERHELWEG et al., 2008). Diese Hypothese wird gestützt durch die jahrzehntelangen Erfahrungen bei der Anwendung von Hunden als Drogen-, Sprengstoff-, Minen- und Brandbeschleunigerspürhunden.

Die bisher festgestellten Leistungen von Hunden lassen es als wahrscheinlich gelten, dass diese Tiere auch im phytopathologischen Bereich sehr hilfreich sein können.

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2.2.3 Training von Hunden als Geruchsspürhunde

Nicht nur ihre enorme Riechleistung, sondern auch ihre leichte Trainierbarkeit machen Hunde besonders geeignet für den Einsatz als Geruchsspürhunde. In 15000 Jahren Domestikation sind Hunde zu einem Sozialpartner des Menschen geworden und an einer kooperativen Zusammenarbeit mit diesem interessiert. Für das Training der Hunde sind einige lerntheoretische Grundsätze von Nöten sowie wesentliche Fehlerquellen zu bedenken und zu vermeiden.

Um dem Menschen einen Zielgeruch anzuzeigen, muss der Hund zum einen lernen, um welchen Geruch es sich handelt und zum anderen ein entsprechendes Verhalten, welches dem Menschen zuverlässig zeigt, dass und wo der Hund den gewünschten Geruch erkannt hat. Zwei lerntheoretische Prozesse sind hierbei anzuwenden. Die klassische und die instrumentelle Konditionierung. Beide Lernformen werden heutzutage standardmäßig in der Ausbildung von Geruchsspürhunden eingesetzt (HAYES et al., 2018).

Zunächst ist es im Training hilfreich, dem Hund mittels der klassischen Konditionierung (PAVLOV, 1927) einen konditionierten Verstärker (LINDSAY, 2000) aufzutrainieren. Dieses auch als sekundärer Verstärker bezeichnete Signal erlaubt es dem Trainer ein bestimmtes Verhalten des Hundes eindeutig zu markieren und somit für das gewünschte Verhalten zu belohnen. Zudem kann über die klassische Konditionierung der Zielgeruch trainiert werden, den der Hund später anzeigen soll, indem der Hund lernt, dass dieser Geruch mit etwas für ihn Positivem assoziiert ist, welches dazu führt, dass der Hund aktiv nach diesem Geruch sucht. Bei dem von PAVLOV (1927) beschriebenen Prozess der klassischen Konditionierung wird zunächst eine Assoziation zwischen einem zuvor neutralem Reiz und einem unkonditionierten Reiz geschaffen. Dabei wird zuerst der neutrale und danach der unkonditionierte Reiz präsentiert. Ein unkonditionierter Reiz ist zum Beispiel Futter.

Dieses führt zu einer unkonditionierten Reaktion (Speicheln, freudige Emotion).

Findet eine Assoziation zwischen dem neutralen und dem unkonditionierten Reiz statt, so wird der neutrale Reiz zum konditionierten Reiz. Dieser führt dann ohne Auftauchen des unkonditionierten Reizes zu der konditionierten Reaktion (Speicheln, freudige Emotion). Bei der klassischen Konditionierung wird immer eine willentlich nicht steuerbare Körperreaktion, sprich ein Reflex oder eine Emotion, hervorgerufen (DEL AMO, 2014 b).

Mittels der instrumentellen Konditionierung (DEL AMO, 2014 b) wird dann ein Anzeigeverhalten auftrainiert. Die instrumentelle Konditionierung ist das Lernen an Erfolg und Misserfolg. Verhalten, welches sich lohnt, wird nach diesem Prinzip häufiger gezeigt, Verhalten, welches sich nicht lohnt, seltener. Diesen

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Zusammenhang bezeichneten THORNDIKE und GATES (1929) als Gesetz der Wirkung. Für das Training einer Geruchsanzeige lernt der Hund, dass sich ein bestimmtes Verhalten zu zeigen lohnt, sobald er den entsprechenden Zielgeruch wahrnimmt. Ist der Geruch nicht anwesend, lohnt sich dieses Verhalten nicht. Somit wird er nach dem erfolgten Training das gewünschte Anzeigeverhalten zeigen, wenn er den Zielgeruch wahrnimmt und Fremdgerüche beziehungsweise andere Gerüche ignorieren.

Verschiedene Herangehensweisen sind für das Trainieren eines bestimmten Verhaltens möglich. Über das Locken kann der Hund in eine bestimmte Position gebracht werden, die dann mittels sekundärem Verstärker markiert und belohnt werden kann. Diese Trainingsmethode kann im Training des Anzeigeverhaltens eingesetzt werden, um dem Hund zunächst beizubringen auf ein Signal hin (hier:

Wahrnehmen eines bestimmten Geruches) ein bestimmtes Verhalten auszuführen.

In der Regel soll ein Zielverhalten über eine bestimmte Dauer ausgeführt werden.

Dazu muss der Hund lernen, dieses Verhalten über einen längeren Zeitraum auszuführen. Um dies zu erreichen, kann das Verhalten über das freie Formen verändert werden. Dazu wird das Verhaltenskriterium, welches für den Hund zu einer Belohnung führt, kontinuierlich verändert (PRYOR, 2017). Den geeigneten Trainingszeitpunkt für die Veränderung des Verhaltenskriteriums zu treffen ist wichtig, damit der Hund weiter motiviert bleibt, das Verhalten zu zeigen. Wird das Kriterium zu früh erhöht, so wird der Hund frustriert, da es für ihn zu schwer ist, das Zielverhalten zu zeigen. Als Folge wird der Hund weniger motiviert mitarbeiten. Wird das Kriterium zu spät erhöht, so ist das gelernte Verhalten bereits so gefestigt, dass der Hund dafür sicher eine Belohnung erwartet. Bekommt er diese nicht, führt dies wiederum zu einer Frustration und der Hund wird weniger motiviert mitarbeiten. Eine geeignete Regel, um diese Trainingsfehler zu umgehen, ist beispielsweise die 90- Prozent-Regel (OVERALL, 2013). Diese besagt, dass das Verhaltenskriterium beim freien Formen verändert werden soll, wenn der Hund das derzeitige Kriterium in 90 Prozent der Fälle richtig ausführt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Verhalten bereits abrufbar, jedoch noch nicht gefestigt.

Weiterhin ist wichtig, dass die Anforderungen in kleinen Schritten erhöht werden, sodass der Hund eine realistische Chance hat, eine Belohnung zu bekommen und immer nur an einem Verhaltensdetail gearbeitet wird (PRYOR, 2017).

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3 Material und Methoden

Dieses Kapitel dient der Beschreibung der durchgeführten Versuche. Dazu werden zunächst die für die Versuche verwendeten Materialien und Versuchstiere beschrieben. Anschließend erfolgen eine eingehende Beschreibung des Trainings der Hunde sowie eine Erläuterung der Versuchsdurchführung. Abschließend werden die videographische und die statistische Auswertung der Ergebnisse beschrieben.

3.1 Versuchstiere und -material

Für die Versuche wurden sieben adulte Hunde verschiedener Rassen und verschiedenen Geschlechts verwendet (s. Tab. 1). Die Tiere wurden alle in privaten Haushalten als Familien- und Begleithunde gehalten. Sie befanden sich teilweise seit dem Welpenalter und teilweise seit dem Erwachsenenalter bei den jeweiligen Besitzern.

Während der Trainings- und Versuchsphase wurden die Hunde von ihren Haltern zum Trainings- und Versuchsort gebracht. Die restliche Zeit des Tages erlebten die Hunde ihren normalen Alltag. Der Trainingsstand der Hunde zum Studienzeitpunkt war sehr unterschiedlich. Alle Hunde kannten jedoch bereits einen sekundären Verstärker und waren mit dem Arbeiten über positive Belohnung vertraut. Die Futtermenge der Hunde wurde aufgrund des für das Training und die Versuche notwendigen Futtereinsatzes vom Besitzer individuell um die entsprechend im Training eingesetzte Menge reduziert. Alle Hunde waren zum Zeitpunkt der Studie klinisch allgemeingesund.

Während der Trainingsphase fiel ein Hund (Kalle) aufgrund einer Futtermittel- unverträglichkeit gegenüber dem als Belohnung eingesetzten Futter aus. Zu Beginn der Versuchsphase fiel ein zweiter Hund (Püppie) aufgrund einer Verletzung am Nasenrücken aus, die er sich an der im Versuch eingesetzten Geruchsmaschine (siehe Kapitel 3.2) zugezogen hatte, sodass letztendlich fünf Hunde alle Versuchsreihen durchliefen.

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Tab. 1: Name, Rasse, Hundetyp, Geschlecht und Alter der für die Versuche verwendeten Hunde.

Name Rasse Hundetyp Geschlecht Alter

Alfred Magyar Vizsla Vorstehhunde männlich 3

Bertha Bracco Italiano Vorstehhunde weiblich-kastriert 6 Bruno Australien Shepard Hütehunde männlich-kastriert 7 Kalle * Border Terrier Terrier männlich-kastriert 8 Kukkie Labrador Retriever Apportierhunde weiblich-kastriert 5 Lotta Collie-Whippet-Mischling Hütehunde weiblich-kastriert 7 Püppie * Miniatur Bullterrier-Mischling Terrier weiblich-kastriert 6

Die mit * gekennzeichneten Hunde fielen als Versuchshunde aus.

Als Versuchsmaterial dienten Stecklinge der Edlen Weinrebe Vitis vinifera subsp.

vinifera. Die Pflanzen wurden von der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau Weinsberg gezogen und ein Teil der Pflanzen wurde vorher mit Erysiphe necator geimpft. Zum Zeitpunkt des Trainings der Hunde und der Versuchsdurchführung waren die Pflanzen circa sechs Wochen alt. Die infizierten Pflanzen zeigten Myzel auf den Blättern, welches mit bloßem Auge nicht erkennbar war. Die infizierten und nicht infizierten Pflanzen wurden in separaten Räumen gelagert und dort mit verschiedenen Gießkannen gegossen, sodass keine Infektion der von Mehltau freien Pflanzen stattfinden konnte. Für die Versuche wurden jeweils Blätter der Weinreben verwendet. Die verwendeten Blätter der mit Mehltau geimpften Pflanzen waren dabei makroskopisch nicht von den Blättern der ungeimpften Pflanzen zu unterscheiden.

Das Training der Hunde und die Durchführung der Versuche fanden an einer speziellen Geruchsmaschine (Esther Schalke und Hans Ebbers, Kynoscience, Lupologic GmbH, Düsseldorf) statt, die mit einer speziellen Futtersorte arbeitet (Frolic® mini, Mars GmbH, Verden (Aller)). Die Geruchsmaschine wurde in den Räumlichkeiten des Institutes für Tierschutz und Verhalten der Tierärztlichen Hochschule Hannover aufgebaut.

Als Ablenkungsgeruch wurde das Pflanzenschutzmittel CELAFLOR^® PILZFREI SAPROL^® (Bayer Crop-Science Deutschland GmbH, Langenfeld) verwendet, welches die Wirkstoffe Trifloxystrobin und Tebuconazol enthält, die zur Behandlung von Echtem Mehltau eingesetzt werden.

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3.2 Versuchsaufbau und –aufzeichnung

Die Versuche wurden in einem abgeschlossenen Raum durchgeführt, in dem sich an einer Wandseite die Geruchsmaschine (s. Abb. 9) befand.

Abb. 8: Versuchsaufbau (Eigene Darstellung).

Die Geruchsmaschine besitzt vier Probenöffnungen zur Präsentation von Geruchsmustern. Unter jeder Probenöffnung befindet sich ein Probenrädchen an dem jeweils vier Probenbehältnisse austauschbar befestigt sind. Die Probenbehältnisse bestehen aus Glas und haben einen Radius von 7,5 cm und eine Höhe von 8 cm. Die Gläschen können gereinigt und einzeln befüllt werden.

Unter den Probenbehältnissen kann ein Magnet montiert werden. Der Magnet löst, bei Betätigung des Bewegungssensors, die Freigabe eines Futterstückes aus dem Futtervorrat in den Metallnapf aus. Der Futtervorrat befindet sich an einer Metallaufhängung und ist mit einer Abdeckung versehen, sodass die Hunde diesen nicht selbstständig erreichen können.

Die Dauer, mit der der Bewegungssensor durch den Hund betätigt werden muss, um die Freigabe eines Futterstückes auszulösen, kann individuell durch die Steuereinheit eingestellt werden. Die Betätigung des Bewegungssensors erfolgt durch das Einführen und dortiges Verbleiben der Hundeschnauze in die

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Probenöffnung. Nachdem der Bewegungssensor ausgelöst und ein Futterstück freigegeben wurde, drehen sich alle vier Probenrädchen eine Position weiter. Damit können jeweils verschiedene Reihenfolgen der Darbietung der Geruchsmuster erzeugt werden.

Abb. 9: Geruchsmaschine und Detaildarstellung eines Probenrädchens (Eigene Darstellung).

Die Geruchsmaschine wurde sowohl für das Training der Hunde, als auch für die Versuchsphase verwendet. Die hierfür verwendeten Blätter der Weinpflanzen wurden jeweils mittels einer Pinzette von der Pflanze abgenommen und in das Probenbehältnis gegeben. Somit wurde eine Kontamination mit einem menschlichen Geruch verhindert und erreicht, dass sich die Weinblätter geruchlich ausschließlich durch die Anwesenheit des anzuzeigenden Geruches des Echten Rebenmehltaus unterschieden. Vor jeder neuen Befüllung wurden die Probenbehältnisse jeweils einmal mit Spülmittel und anschließend nochmal mit kochendem Wasser ausgespült, um ein möglichst ‚neutrales‘ Geruchsmilieu zu erreichen.

Die Versuche wurden mittels einer Videokamera aufgezeichnet und über deren USB- Anschluss für die Auswertung nachträglich auf einen Computer übertragen.

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3.3 Training der Hunde

Das Training der Hunde erfolgte über einen Zeitraum von sieben Tagen. Dabei wurden pro Tag je Hund sechs Trainingseinheiten durchgeführt. Die Dauer der einzelnen Trainingseinheiten wurde individuell an den jeweiligen Hund angepasst.

Nach jeder Trainingseinheit bekamen die Hunde eine Pause von mindestens 15 Minuten, in der sie sich lösen und ausruhen konnten.

Das Training der Hunde erfolgte in zehn Trainingsschritten (s. Tab. 2). Im ersten Trainingsschritt wurden die Hunde mithilfe der instrumentellen Konditionierung ausgebildet, ihre Nase in die Öffnung der Geruchsmaschine zu platzieren. Dazu wurde ein Probenbehältnis mit einem Futterstück als Lockmittel versehen. Der Moment, in dem der Hund seine Nase in die Probenöffnung hielt, wurde mit einem sekundären Verstärker markiert. Danach bekam der Hund eine Futterbelohnung.

Im zweiten Trainingsschritt wurde der Hund auf das Auslösegeräusch der Maschine als sekundären Verstärker konditioniert. Dazu wurde die Zeit, bis die Maschine auslöste, auf 0,2 Sekunden eingestellt. Sobald der Hund seine Schnauze in die

„richtige“, mit Lockmittel versehene, Probenöffnung hielt, löste die Maschine aus und gab ein Futterstück in den Metallnapf frei, welches der Hund sich nehmen durfte.

Nach einigen Wiederholungen wurde im dritten Trainingsschritt in das Probengefäß mit dem Lockmittel zusätzlich ein Weinblatt einer mit Mehltau geimpften Pflanze platziert, damit eine Verknüpfung mit dem entsprechenden olfaktorischen Reiz (im Folgenden „Zielgeruch“) hergestellt werden konnte.

Im vierten Trainingsschritt wurde nach weiteren wenigen Wiederholungen des letzten Trainingsschrittes das Lockmittel aus dem Probengefäß entfernt, sodass der Hund zunächst zwischen drei leeren, geruchslosen Probenöffnungen und einer Probenöffnung mit dem Zielgeruch diskriminieren musste.

Sobald der Hund in neun von zehn Fällen die richtige Probenöffnung wählte, wurden die restlichen Probengefäße mit Weinblättern der von Mehltau freien Pflanzen (im Folgenden „Standardverleitung“) versehen. Dies war der fünfte Trainingsschritt.

Wenn unter diesen Bedingungen wiederum in neun von zehn Fällen vom Hund die richtige Probenöffnung gewählt wurde, wurde das Zeitintervall, das zum Auslösen der Futterbelohnung führte, im sechsten Trainingsschritt zunächst auf 0,5 Sekunden erhöht.

Die weitere Erhöhung dieses Zeitintervalls erfolgte in den Trainingsschritten sieben bis neun um jeweils eine Zeit von 0,5 Sekunden und jeweils bei einer Erfolgsquote des Hundes von 90 Prozent. Als Zielverhalten wurde ein Anzeigeverhalten von zwei

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Sekunden gewählt, um in der Versuchsphase das Anzeigeverhalten sicher von einem Inspizieren des Probengeruches unterscheiden zu können.

Im zehnten und letzten Trainingsschritt wurden die Hunde daran gewöhnt, dass der Halter sich nicht mehr bei ihnen im Raum befand. Dazu entfernte sich der Halter bei jeder Trainingseinheit ein kleines Stückchen weiter von der Geruchsmaschine, bis er sich nicht mehr mit im Raum befand.

Während der Trainingsphase wurde bei einem Hund (Kalle, Border Terrier)

festgestellt, dass er nach jeder Trainingseinheit ein massiv aufgeblähtes Abdomen hatte. Dies stellte sich als Unverträglichkeit gegenüber dem eingesetzten Futter heraus. Da die Geruchsmaschine jedoch nur mit genau diesem Futter zu verwenden war, musste der betroffene Hund aus der Studie herausgenommen werden.

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Tab. 2: Zusammenfassung der einzelnen Trainingsschritte

Trainingsschritt Beschreibung Verhalten Annehmen der

Probenöffnung

1 Probenbehälter mit Lockmittel, 3 leere Probenbehälter

Schnauze wird für 0,2 Sekunden in die Probenöffnung gehalten, Futter aus der Hand

Konditionierung des Auslösegeräusches

1 Probenbehälter mit Lockmittel, 3 leere Probenbehälter

Schnauze wird für 0,2 Sekunden in die Probenöffnung gehalten, Futter wird durch Maschine freigegeben

Konditionierung des Zielgeruches

1 Probenbehälter mit Zielgeruch und Lockmittel, 3 leere Probenbehälter

Abbau des Lockmittels

1 Probenbehälter mit Zielgeruch, 3 leere Probenbehälter

Einführung der

"Standardverleitung"

1 Probenbehälter mit Zielgeruch, 3

Probenbehälter mit Standardverleitung

Verlängerung des Anzeigeverhaltens

Schnauze wird für 1 Sekunden in die Probenöffnung gehalten, Futter wird durch Maschine freigegeben

Entfernung des Hundehalters

Probenbehälter mit Standardverleitung, Hundehalter nicht mehr im Raum

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3.4 Versuchsdurchführung

Die Versuche wurden an insgesamt vier Tagen durchgeführt. Die erste Versuchsphase fand in den ersten drei Tagen statt und die zweite Versuchsphase wurde am vierten Tag durchgeführt. Pro Tag durchlief jeder Hund jeweils zwei bis drei Versuchsreihen. In jeder Versuchsreihe musste der Hund jeweils 16 positive Anzeigen ausführen. Dabei änderte sich die Position des Zielgeruches drei Mal, danach wiederholte sich die Probenreihenfolge. Nach jeder Versuchsreihe folgte eine Pause von mindestens zehn Minuten. Eine Versuchsreihe dauerte zwischen fünf und neun Minuten.

Tab. 3: Zeitplan der Versuchsphase

Versuchstage 4

Versuchsreihen in Versuchsphase 1 8 Versuchsreihen in Versuchsphase 2 3 Anzeigen pro Versuchsreihe 16*

* bedingt durch den Versuchsablauf entstanden hier individuelle Abweichungen

In der ersten Versuchsphase durchlief jeder Hund acht Versuchsreihen, in denen ein mit Mehltau befallenes Weinblatt angezeigt werden sollte und in denen in den drei weiteren Probenöffnungen jeweils ein Weinblatt ohne Mehltau platziert war. Das heißt, der Hund musste innerhalb einer Versuchsreihe seine Nase insgesamt 16 Mal für zwei Sekunden in die mit dem Zielgeruch gefüllte Probenöffnung hineinhalten. Da sich die Reihenfolge der den Zielgeruch enthaltenden Probenöffnung nach jeweils vier richtigen Anzeigen wiederholte, wurde die Reihenfolge der Probenbehältnisse zwischen den einzelnen Versuchsreihen jeweils nach dem Zufallsprinzip verändert.

Somit wurde verhindert, dass die Hunde eine Reihenfolge erkennen konnten und sich nicht mehr aufgrund des olfaktorischen Reizes für die richtige Probenöffnung entschieden.

In der zweiten Versuchsphase durchlief jeder Hund drei Versuchsreihen mit jeweils etwa 16 Anzeigen, in der die Pflanzen alle zusätzlich mit einem Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch versehen wurden. Auch in diesem Versuch wurde zwischen den einzelnen Versuchsreihen jeweils die Reihenfolge der den Zielgeruch

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enthaltenden Probenöffnung nach dem Zufallsprinzip verändert. Die Hunde kannten den Geruch des Pflanzenschutzmittels zuvor nicht und wurden ohne vorheriges Training dieses Ablenkungsgeruches im Versuch eingesetzt, um Fehler, die durch ablenkende Gerüche gemacht wurden, besser darstellen zu können.

Der Ablauf der Versuchsreihen und ein Beispiel einer möglichen Probenreihenfolge ist in Abb. 10 veranschaulicht.

Abb. 10: Versuchsablauf. Nach viermaliger Wiederholung der Probenreihenfolge wurde diese für die nächste Versuchsreihe geändert (Eigene Darstellung).

In beiden Versuchsphasen waren die Hunde alleine in dem Raum, in dem sich die Maschine befand und arbeiteten dort selbstständig, um eine Verfälschung der Ergebnisse durch die Anwesenheit eines Menschen zu verhindern. Die Anzahl der positiven Anzeigen konnte somit nur aufgrund des Auslösegeräusches der Geruchsmaschine mitgezählt werden und es kam dadurch zu individuellen Abweichungen in der Anzahl der positiven Anzeigen pro Hund. Während der Versuchsphase zog sich ein Hund (Püppie, Miniatur Bullterrier-Mischling) eine Abrasionsverletzung am Nasenrücken zu. Aufgrund der negativen Erfahrung mit der Geruchsmaschine und des Risikos einer schlechteren Heilung musste der betroffene Hund aus der Studie herausgenommen werden.

(33)

3.5 Versuchsauswertung

3.5.1 Videographische Auswertung

Die Auswertung der videographischen Aufzeichnungen der Versuche erfolgte mittels Interact 8, Rel.8.0.4, (Mangold, Arnstorf; Deutschland).

Es wurden zwei Verhaltensweisen ausgewertet, die jeweils als Ereignis, also in ihrer Häufigkeit, erfasst wurden: die positive Anzeige und die negative Anzeige. Das Belassen der Schnauze des Hundes in der Probenöffnung für mindestens zwei Sekunden wurde als positive Anzeige des Geruches gewertet. Somit konnten richtig positive und falsch positive Anzeigen des jeweiligen Hundes ermittelt werden. Jedes Einführen der Hundeschnauze in die Probenöffnung, die kürzer als zwei Sekunden betrug, wurde als negative Anzeige gewertet. Somit konnten richtig negative und falsch negative Anzeigen ermittelt werden.

Tab. 4: Kriterien der Verhaltensauswertung

Verhalten Definition

positive Anzeige Schnauze für ≥ 2Sekunden in der Probenöffnung negative Anzeige Schnauze für < 2Sekunden in der Probenöffnung

3.5.2 Statistische Auswertung

Die statistischen Auswertungen der Ergebnisse wurden mit dem Programm R für Windows (R 3.4.3, GNU GPL) durchgeführt.

Die Ergebnisse der Versuchsphasen wurden hinsichtlich ihrer Sensitivität und Spezifität ausgewertet. Dabei gibt die Sensitivität an, wieviel Prozent der von Mehltau befallenen Weinblätter durch die Hunde erkannt wurden.

Sensitivität = richtig positive Anzeigen

richtig positive Anzeigen+falsch negative Anzeigen

(34)

Die Spezifität hingegen gibt an, wieviel Prozent der von Mehltau freien Weinblätter durch die Hunde als solche erkannt wurden.

Spezifität = richtig negative Anzeigen

richtig negative Anzeigen+falsch positive Anzeigen

Um die Ergebnisse zu verifizieren, wurden zusätzlich der positive und der negative prädiktive Wert für beide Versuchsphasen berechnet. Der positive prädiktive Wert gibt an wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Weinblatt, welches im Versuch als ein mit Mehltau befallenes Weinblatt angezeigt wurde, tatsächlich mit Mehltau befallen ist. Der negative prädiktive Wert ist die Wahrscheinlichkeit mit der ein Weinblatt, welches im Versuch als ein von Mehltau freies Weinblatt angezeigt wurde, auch tatsächlich nicht von Mehltau befallen ist. Diese beiden Vorhersagewerte hängen zum einen von der Sensitivität und Spezifität des Versuchsverfahrens ab und zum anderen von der Prävalenz, also des Anteils der im Versuch mit Mehltau befallenen Pflanzen. Die Prävalenz lag im Versuch aufgrund des Versuchsaufbaus bei 25% (drei Weinblätter ohne Mehltau, ein mit Mehltau befallenes Weinblatt), sodass mit folgenden Formeln gerechnet wurde:

positiver prädiktiver Wert = Sensitivität*25

Sensitivität*25+(100- Spezifität)*75 ∗100

negativer prädiktiver Wert = Spezifität*75

Spezifität*75+(100- Sensitivität)*25 ∗100

Zudem wurden beide Versuchsphasen mittels Chi²-Test verglichen, um darzustellen, ob die Leistung der Hunde unter Anwesenheit eines Fremdgeruches mit der Leistung ohne Anwesenheit dieses Fremdgeruches vergleichbar sind.

Zuletzt wurde ebenfalls mittels Chi²-Test geprüft, ob sich die zwei Hundetypen

„Vorstehhunde“ und „Hütehunde“ in ihren Ergebnissen unterscheiden.

Die zu erreichende Irrtumswahrscheinlichkeit lag jeweils bei 0,05.

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4 Ergebnisse

Im Folgenden werden zunächst die Ergebnisse der Versuche zusammengefasst dargestellt. Weiterhin werden diese hinsichtlich der Fragestellung, ob Hunde in der Lage sind Mehltau anzuzeigen, besprochen. Anschließend wird auf die Ergebnisse hinsichtlich der Ablenkung durch ein Pflanzenschutzmittel eingegangen und abschließend der Vergleich der beiden Hundetypen „Vorstehhunde“ und „Hütehunde“

besprochen.

Die Ergebnisse der Versuchsauswertung der einzelnen Hunde sind in den Tab. 5 und Tab. 6 dargestellt. In der ersten Versuchsphase lag die Gesamtanzahl der positiven Anzeigen zwischen 142 und 165. Die Hunde zeigten zwischen 140 und 161 Mal den Zielgeruch (Weinblatt mit Mehltau) richtig an und lagen mit einer Anzahl der falsch positiven Anzeigen zwischen zwei und fünf nur selten falsch.

Die Gesamtanzahl der negativen Anzeigen lag zwischen 239 und 329. Die Hunde ignorierten hier zwischen 239 und 329 Mal den Verleitungsgeruch (Weinblatt ohne Mehltau) und zeigten mit einer Anzahl an falsch negativen Anzeigen zwischen eins und fünf nur selten den Verleitungsgeruch als Weinblatt mit Mehltau an.

Zu erkennen ist, dass der Hund Bruno (Gruppe „Hütehunde“) insgesamt am häufigsten eine falsche Anzeige machte, wohingegen der Hund Bertha (Gruppe

„Vorstehhunde“) am seltensten einen falschen Geruch anzeigte.

Die unterschiedlichen Werte in der Gesamtanzahl der Anzeigen der einzelnen Hunde sind bedingt durch den Versuchsaufbau.

Tab. 5: Ergebnisse der Versuchsphase 1 (Anzeige von Mehltau mit Standardverleitung).

Hund richtig positiv

falsch positiv

positiv Anzeigen

gesamt

richtig negativ

falsch negativ

negativ Anzeigen

gesamt

Alfred ^VH 150 3 153 235 4 239

Bertha ^VH 140 2 142 251 2 253

Bruno ^HüH 140 5 145 324 5 329

Kukkie ^AH 161 4 165 281 1 282

Lotta ^HüH 148 2 150 300 3 303

VH: Vorstehhund HüH: Hütehund AH: Apportierhunde

(36)

In der zweiten Versuchsphase lag die Gesamtanzahl der positiven Anzeigen zwischen 67 und 81. Dabei zeigten die Hunde zwischen 65 und 81 Mal den Zielgeruch richtig an und zeigten mit einer Anzahl an falsch positiven Anzeigen von 0 bis 5 nur selten den Verleitungsgeruch falsch als Zielgeruch an.

Die Gesamtanzahl der negativen Anzeigen variierte hier zwischen 93 und 133. Die Hunde ignorierten hier den Verleitungsgeruch mit einer Anzahl von 93 bis 133 fast immer, wohingegen der Zielgeruch nur maximal fünfmal fälschlicher Weise ignoriert wurde.

Tab. 6: Ergebnisse der Versuchsphase 2 (Anzeige von Mehltau mit Ablenkungsgeruch).

Hund richtig positiv

falsch positiv

positiv Anzeigen

gesamt

richtig negativ

falsch negativ

negativ Anzeigen

gesamt

Alfred^VH 81 0 81 93 0 93

Bertha^VH 65 2 67 120 5 125

Bruno^HüH 71 5 76 127 0 127

Kukkie^AH 70 0 70 131 1 132

Lotta^HüH 78 1 79 133 0 133

VH: Vorstehhund HüH: Hütehund AH: Apportierhunde

In dieser Versuchsphase machte der Hund Bertha (Gruppe „Vorstehhunde“) am häufigsten eine falsche Anzeige und der Hund Alfred (Gruppe „Vorstehhunde“) zeigte kein Mal einen falschen Geruch an.

Die Schwankung in der Gesamtzahl der positiven und negativen Anzeigen war bedingt durch den Versuchsaufbau.

4.1 Anzeige von Rebenmehltau

Die Ergebnisse beider Versuchsphasen sind in Abb. 11 und Abb. 12 graphisch dargestellt. Bedingt durch den Versuchsaufbau übersteigt die Anzahl der negativen Anzeigen die der positiven Anzeigen.

In beiden Versuchsphasen ist eindeutig zu erkennen, dass bei allen Hunden die Anzahl der richtigen Anzeigen die Anzahl der falschen Anzeigen bei Weitem

(37)

übersteigt.

Abb. 11: Ergebnisse der Versuchsphase 1 (Anzeige von Mehltau mit Standardverleitung)

Abb. 12: Ergebnisse der Versuchsphase 2 (Anzeige von Mehltau mit Ablenkungsgeruch) 0

50 100 150 200 250 300 350

richtig positiv falsch positiv richtig negativ falsch negativ

Anzahl der Anzeigen

Alfred Bertha Bruno Kukkie Lotta

0 20 40 60 80 100 120 140

richtig positiv falsch positiv richtig negativ falsch negativ

Anzahl der Anzeigen

Alfred Bertha Bruno Kukkie Lotta

(38)

Um zu erkennen, wie sicher die Hunde in der Lage waren mit Mehltau befallene Weinblätter von solchen ohne Mehltau zu unterscheiden und anzuzeigen, wurden die Sensitivität und die Spezifität dieses Testverfahrens ermittelt.

In der Versuchsphase ohne Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch zeigten die Hunde den Zielgeruch mit einer Sensitivität von 96,55% bis 99,38% und einer Spezifität von 98,48% bis 99,34%.

In der Versuchsphase mit Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch wurde eine Sensitivität von 92,86% bis 100% und eine Spezifität von 96,21% bis 100% erreicht.

Diese Ergebnisse (s. Tab. 7) zeigen, dass die Hunde sicher in der Lage waren mit Mehltau befallene Weinblätter anzuzeigen und die von Mehltau freien Weinblätter zu ignorieren. Eine sichere Anzeige wurde sowohl ohne, als auch mit Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch erzielt.

Tab. 7: Sensitivität und Spezifität der beiden Versuchsphasen in Prozent

ohne Pflanzenschutzmittel mit Pflanzenschutzmittel Hund Sensitivität Spezifität Sensitivität Spezifität

Alfred 97,40 98,74 100,00 100,00

Bertha 98,59 99,21 92,86 98,36

Bruno 96,55 98,48 100,00 96,21

Kukkie 99,38 98,60 98,59 100,00

Lotta 98,01 99,34 100,00 99,25

Gesamt 98,01 98,86 98,38 98,69

Um diese Ergebnisse zu validieren wurde zusätzlich jeweils der positive und negative prädiktive Wert ermittelt (s. Tab. 8).

(39)

Tab. 8: positive und negative prädiktive Werte der beiden Versuchsphasen in Prozent ohne Pflanzenschutzmittel mit Pflanzenschutzmittel

Hund

positiv prädiktiver Wert

negativ prädiktiver Wert

positiv prädiktiver Wert

negativ prädiktiver Wert

Alfred 96,26 99,13 100,00 100,00

Bertha 97,65 99,53 94,97 97,64

Bruno 95,49 98,85 89,80 100,00

Kukkie 95,94 99,79 100,00 99,53

Lotta 98,01 99,34 97,81 100,00

Gesamt 96,64 99,33 96,17 99,46

Der positive Vorhersagewert, für die Versuchsphase ohne Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch, lag zwischen 95,49% und 98,01% und der negative Vorhersagewert zwischen 98,85% und 99,79%.

Für die Versuchsphase mit Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch lag der positive Vorhersagewert zwischen 89,80% und 100% und der negative Vorhersagewert zwischen 97,64% und 100%. Diese Werte verdeutlichen ebenfalls eine hohe Genauigkeit der Hunde in der Anzeige von mit Mehltau befallenen Weinblättern.

4.2 Vergleich der Leistung mit und ohne Fremdgeruch

Für den Vergleich der beiden Versuchsphasen wurden die Ergebnisse aller Hunde in ihrer Gesamtheit betrachtet. Die graphische Darstellung der Ergebnisse (s. Abb. 13) zeigt, dass die Performance der Hunde in der Versuchsphase ohne Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch sich nur geringgradig von der Performance in der Versuchsphase mit Pflanzenschutzmittel als Ablenkungsgeruch unterschied.

(40)

Abb. 13: Sensitivität und Spezifität beider Versuchsphasen im Vergleich

So unterschieden sich beide Versuchsphasen in der Sensitivität lediglich um 0,37 Prozentpunkte. Für die Spezifität ergab sich ein Unterschied von nur 0,31 Prozentpunkten.

Der statistische Vergleich der beiden Versuchsphasen mittels Chi²-Test ergab ebenfalls, dass die Ergebnisse der Versuche ohne und mit Pflanzenschutzmittel sich mit einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht voneinander unterschieden (Chi²=2,685;

df=3; p=0,447). Dabei wurde eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 10% erreicht, womit eine sehr starke Tendenz vorliegt. Zusammen mit dem Vergleich der Gesamtsensitivität und –spezifität kann davon ausgegangen werden, dass die Leistungsfähigkeit der Hunde durch die Anwesenheit des getesteten Pflanzenschutzmittels als Fremdgeruch nicht beeinträchtigt wurde.

4.3 Vergleich der Leistung verschiedener Hundetypen

Für den Vergleich der beiden Hundetypen „Vorstehhunde“ und „Hütehunde“ wurden die Ergebnisse von jeweils zwei, dem entsprechenden Hundetyp zuzuordnenden, Individuen verglichen (Vorstehhunde: Alfred und Bertha; Hütehunde: Bruno und Lotta). Dabei ergab sich, dass diese beiden Hundetypen sich nicht in den erzielten

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Sensitivität Spezifität

Prozent

ohne Pflanzenschutzmittel mit Pflanzenschutzmittel