Tagesrhythmus-Ansatz verbessert Austernzuchtertrag
Eine wachsende Bevölkerung nachhaltig zu ernähren, stellt eine globale Herausforderung dar. Die Aquakultur gilt als ein wichtiger Wirtschaftszweig, um den Ernährungsbedarf zu decken, ohne die Meeresumwelt übermäßig zu beanspruchen. Die Kultivierung aquatischer Arten, insbesondere von Austern, ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, um Meereslebensräume wiederherzustellen. Das Ziel des mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführten Projekts NEUROSHELL bestand darin, eine wissenschaftliche Ausbildung von hohem Stellenwert in aquatischer Neuroendokrinologie und -physiologie sowie einen besseren Einblick in die Entwicklungsstadien von Ostrea edulis (O. edulis), der in Europa heimischen Auster, bereitzustellen.
Einführung einer Tagesrhythmus-Methode
Eine Herausforderung bei der Optimierung der Austernproduktion stellt die zeitliche Abstimmung der Entwicklungsstadien dar, insbesondere des Laichens und der Metamorphose der Larven bis zum Ablaichen. Die Forschungsstipendiatin Mairi Cowan dazu: „Forschung und Innovation wie die im Rahmen von NEUROSHELL sind von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, den Muschelbrutanlagen dabei zu helfen, die Effizienz und die Kontrolle der Fortpflanzung zu verbessern, höhere Produktionsausbeuten zu ermöglichen und die Sicherheit der Nachkommenschaft zu gewährleisten.“ Umweltvariablen wie Temperatur und Licht haben einen direkten Einfluss auf die Entwicklungsstadien von Muscheln. In Austernbrutanlagen wird darauf abgezielt, die Fortpflanzung zu optimieren, die Entwicklung der Zuchtpopulationen zu synchronisieren und hohe Überlebensraten bei den geschlechtsreifen Organismen zu erzielen. Um dies zu erreichen, ist es überaus wichtig, den Tagesrhythmus der Umweltbedingungen zu verstehen. Cowan führte zwei siebenmonatige In-vivo-Studien zur Fortpflanzung unter Umgebungs- und festen Temperatur- und Tageslängenbedingungen durch. Die Experimente variierten in der Temperatur und Lichtmenge, der die sich entwickelnden erwachsenen Austern ausgesetzt waren, einschließlich einer konstanten Lichtexposition von 24 Stunden pro Tag, einer Simulation der natürlichen Tageslänge und einem kontrollierten Verhältnis (18:6) von Licht- zu Dunkelstunden. Auch die Art des Lichts wurde berücksichtigt, wobei Versuche mit weißen, blauen und roten Lichtquellen durchgeführt wurden. Neben der Untersuchung erwachsener Austern wurden im Zuge von NEUROSHELL auch die Auswirkungen von Temperatur und Licht auf junge, sich entwickelnde Austern erforscht. Drei Temperaturregime wurden untersucht: konstante hohe Temperatur (20 °C), konstante niedrige Temperatur (16,5 °C) und eine zyklische Temperatur (15 °C bis 18 °C). In den Versuchen wurden außerdem Beleuchtungsregime (12 hell:12 dunkel) mit weißem, blauem oder rotem Licht sowie konstant weißes Licht erprobt.
Physiologische, biochemische und molekulare Verfahren
Neben der Kontrolle der Temperatur- und Lichteinwirkung setzte Cowan eine Reihe von Instrumenten ein, um zu erkunden, was mit den Organismen unter den Versuchsbedingungen geschah. Insbesondere kamen Real Time Quantitative PCR, d. h. quantitative Echtzeit-PCR-Assays, zum Einsatz, um reproduktive Neurohormone und Glykoproteine, die wichtige Marker für die Fortpflanzung sind, sowie Neurotransmitterrezeptoren zu ermitteln, die bei der Metamorphose eine Rolle spielen. Diese Assays geben auch Aufschluss über das molekulare Uhrwerk und die Komponenten des melatonergen Systems. Im Rahmen von NEUROSHELL konnten viele Erkenntnisse über die Physiologie von O. edulis gewonnen werden, indem festgestellt wurde, wie verschiedene Gene in den Geweben exprimiert werden. Bei allen Versuchen wurden physische Merkmale wie Gewicht, Länge, Gonadenentwicklung und Eizellenstadien gemessen. Viszerale Ganglien und Keimdrüsen wurden seziert, um molekulare Genexpressionsanalysen durchzuführen. NEUROSHELL vereinte akademische Einrichtungen aus Schottland und Spanien mit Aquakulturunternehmen im Vereinigten Königreich. Die Experimente waren an der Scottish Association for Marine Science, einem Meeresforschungsinstitut, angesiedelt. Die Universität Cádiz in Spanien bot eine Ausbildung in der Entwicklung molekularer Instrumente an. Austernzuchtbetriebe und Brutanlagen steuerten wichtige Ratschläge und Austernproben bei. Mit dem Schwerpunkt Muscheln konnten im Zuge von NEUROSHELL außerdem die Kompetenzen der Projektstipendiatin erweitert werden. Die projektintern durchgeführten Datenanalysen fördern die meeresbiologische Forschung und unterstützen optimale Aquakulturpraktiken. Cowan fasst zusammen: „Die Ergebnisse von NEUROSHELL können nicht nur der direkten Verbesserung der Brutanlagenproduktion dienen, sondern sie haben auch dazu beigetragen, die Grundlagen für zukünftige Forschungsstudien zu schaffen.“
Schlüsselbegriffe
NEUROSHELL, Austern, Aquakultur, Tagesrhythmus, In-vivo-Experimente, Muschelproduktion, molekulare Verfahren
