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Understanding the drivers of the genetic and functional structure of deep-sea sponge symbiont communities

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Tiefseeschwämme enthüllen Geheimnisse über die Evolution

Neue Erkenntnisse über die Beziehung zwischen Tiefseeschwämmen und mikrobiellen Gemeinschaften könnten uns so einiges über die Evolution, extreme Lebensbedingungen und sogar Änderungen der Meeresumwelt verraten.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Schwämme sind faszinierende, uralte Tiere, die an Riffen und auf Meeresböden sowie in Flüssen und Seen auf der ganzen Welt zu finden sind. Sie gehören zu den primitivsten Tiergruppen, die heute auf der Erde leben, und sind möglicherweise einige der ersten Tiere, die jemals auf der Erde erschienen sind. Sie können die Hälfte der Biomasse eines Riffs ausmachen und kommen in einer Vielzahl von Formen, Farben und Größen vor. Insgesamt wurden bisher mehr als 9 000 Arten erfasst. „Schwämme sind eine lebenswichtige Spezies für die Meeresumwelt“, erklärt DeepSym-Projektkoordinatorin Ana Riesgo, Hauptforscherin am Natural History Museum, Vereinigtes Königreich. „Sie spielen eine wesentliche Rolle bei der Erhaltung der Gesundheit der Meere.” Eine Schlüsselrolle der Schwämme besteht darin, Schwebstoffe im Wasser in Biomasse umzuwandeln, wobei ihnen ihre großen Kapazitäten zur Nahrungsaufnahme durch Filtern zugutekommen. Auf diese Weise bilden sie ihre schwammartigen Körper, deren Größe von wenigen Zentimetern bis zu über zwei Meter reichen kann. „So erhalten andere Tiere einen Unterschlupf, um zu leben, Raubtieren zu entkommen und sich fortzupflanzen, was wiederum für die biologische Vielfalt förderlich ist“, merkt Riesgo an.

Symbiotische Beziehungen

Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführte Projekt DeepSym wurde ins Leben gerufen, um diese oft übersehenen Tiere genauer zu untersuchen. Das Projekt versuchte insbesondere, die Bedeutung der symbiotischen Beziehung zwischen Schwämmen und mikrobiellen Gemeinschaften im Wasser besser zu verstehen. „Schwämme sind für ihre Ernährung, Gesundheit und chemische Abwehr auf mikrobielle Gemeinschaften angewiesen“, erläutert Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Cristina Diez vom Natural History Museum. „Um eine hochspezifische Menge von Mikroben zu erhalten, filtern und selektieren Schwämme dank ihres fein abgestimmten Immunsystems mikrobielle Symbionten aus dem umgebenden Meerwasser.“ Dieses Schwammmikrobiom ist bekanntermaßen artspezifisch. Das bedeutet, dass jedes Mitglied einer bestimmten Schwammart unabhängig von seiner geografischen Lage über eine ähnliche mikrobielle Zusammensetzung verfügt. Im Gegensatz dazu weisen zwei Schwämme verschiedener Arten, die im selben Gebiet koexistieren, ein sehr unterschiedliches Mikrobiom auf.

Lebensweisen in der Tiefsee

Ziel des Projekts DeepSym war es, mehr über die verschiedenen Eigenschaften des Schwammmikrobioms in Erfahrung zu bringen. Dabei konzentrierte sich Diez auf die mikrobielle Zusammensetzung und Stoffwechselfunktionalität von Tiefseeschwämmen. „Wir fanden heraus, dass unsere Zielschwämme ein sehr ähnliches Mikrobiom beherbergten und auf sehr ähnliche Weise funktionierten“, sagt Diez. „Diese Situation war höchst unerwartet, denn wenn wir uns Flachwasserschwämme ansehen, zeigen selbst eng verwandte Arten sehr unterschiedliche Mikrobiome.“ Diez ist der Ansicht, dass die extreme Ähnlichkeit im Hinblick auf die Zusammensetzung und Funktionalität des Mikrobioms bei Tiefseeschwämmen höchstwahrscheinlich eine Reaktion auf eine Anpassung an eine Lebensweise in der Tiefsee ist. „Insgesamt weisen unsere Ergebnisse auf ein sehr spezifisches physiologisches Bedürfnis hin“, fügt sie hinzu. „Das Leben in einem extremen Lebensraum hat zur Entwicklung eines konsistenten, fein abgestimmten Mikrobioms geführt, das den Schwämmen ökologische Vorteile bietet.“ Durch seine Arbeit hat das Projekt DeepSym neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie sich ein Mikrobiom nach der Weiterentwicklung des Schwammwirts verändert. Die Analyse dieser Veränderungen könnte Forschenden helfen, Änderungen in der Meeresumwelt sowie auch im Ökosystem Meer, das unter anderem durch die Schwämme getragen wird, zu erkennen. Zweitens deutet die Tatsache, dass Tiefseemikroben bei Schwammarten mit unterschiedlichen Mikrobiomen unerwarteterweise ähnliche Funktionen ausführen, darauf hin, dass auch Symbionten gelernt haben, sich an extreme Tiefseeumgebungen anzupassen. „Diese Ergebnisse gilt es nun um weitere Schwammarten und Standorte zu ergänzen“, so Diez abschließend.

Schlüsselbegriffe

DeepSym, Schwämme, Mikrobiom, mikrobiell, Meer, Ozean, biologische Vielfalt, Ökosystem, Symbionten

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