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Adaptations to temperature regimes in sponges: Genomic insights into the developmental and physiological evolutionary changes of early-branching metazoans

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Die Geheimnisse des Lebens in den extremsten Meeresumgebungen der Erde lüften

Untersuchungen der genetischen Anpassungen von Schwämmen, die in polaren Gewässern leben, könnten uns dabei helfen, besser zu verstehen, welche Mechanismen sie einsetzen, um zu überleben.

KLIMAWANDEL UND UMWELT

© NHM London

Sogar unter den rauen Bedingungen der Antarktis und der Arktis hält sich hartnäckig Leben. Bestimmte Organismen im Meer haben Methoden entwickelt, dank derer sie mit Wassertemperaturen vom Gefrierpunkt bis zu -2 °C zurechtkommen, also in einer Umgebung, in der es oft außerdem noch schwierig ist, Nahrung zu beschaffen. Die Grundlage hierfür muss eine genetische Anpassung sein und die Erforschung molekularer Adaptionen könnte für künftige kommerzielle Anwendungen nützlich sein, wie etwa den Schutz von Fahrzeugen vor extremer Kälte. Das Team von ADAPTOMICS hat sich mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm auf eine Mission begeben, um diese Geheimnisse der Natur in Lebewesen an beiden Polen der Erde zu ergründen. „Unser Ziel war es, die molekularen Adaptionen von Schwämmen zu verstehen, die es ihnen ermöglichen, bei äußerst niedrigen Temperaturen, wie sie beispielsweise in der Antarktis herrschen, zu leben. Dazu verglichen wir die Genome und Transkriptome antarktischer Schwämme mit denen ihrer Gegenstücke aus gemäßigten Klimazonen und tropischen Regionen“, berichtet Dr. Ana Riesgo vom Naturkundlichen Museum in London, die das Projekt ADAPTOMICS koordiniert. „Insbesondere wollten wir herausfinden, ob voneinander unabhängige Arten von Schwämmen in gleicher Weise auf kalte Bedingungen reagieren oder völlig unterschiedliche Mechanismen entwickeln, um mit diesen umzugehen“, erklärt Dr. Nathan Kenny, Stipendiat der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahme und Forschungsleiter des Projekts.

Probennahme

Dr. Riesgo reiste in die Antarktis, wo sie in den Gewässern mit Temperaturen unter null Grad tauchte, um Schwämme für die Studie zu sammeln. „Es war wegen der extremen Kälte und der äußerst voluminösen Ausrüstung, die wir tragen mussten, sehr schwierig, aber auch überaus bereichernd, denn was man dort unter Wasser sieht, haben nur wenige Menschen überhaupt zuvor zu sehen bekommen“, sagt Dr. Riesgo. Dr. Kenny reiste zum Nördlichen Polarkreis und nahm dort von einem Schiff aus Proben aus Tiefseegewässern. Die größte Herausforderung, die sich im Rahmen des Projektes stellte, war es, nach der Rückkehr Zugriff auf frische Proben zu erhalten. „Wir hatten wirklich großes Glück, uns auf ausgezeichnete Kooperationspartner in Chile verlassen zu können, die über die Proben verfügten, allerdings gestaltete sich die Organisation des interkontinentalen Transports schwierig!“, erzählt Dr. Kenny. Zurück in London untersuchte das Team die widerstandsfähigen Schwämme mittels verschiedener analytischer Sequenzierungsverfahren. Sie sequenzierten die Genome sechs verschiedener Arten und führten im Anschluss transkriptomische Analysen durch (um zwischen den Zeilen der Genetik zu lesen). Zudem wendeten sie ein Verfahren an, das als In-situ-Hybridisierung von RNA bekannt ist, wobei sie sich auf bestimmte Teile der genetischen Datensätze konzentrierten.

Eintauchen in die Daten

Nach ausgiebiger Analyse stellte die Forschungsgruppe fest, dass sich in einigen Proben ähnliche Gene verändert hatten. Dieser Prozess ist als „konvergente Evolution“ bekannt, bei der Organismen unabhängig voneinander das gleiche Merkmal ausbilden. Es gab jedoch auch viele Beispiele für Anpassungen, die nur bei einzelnen Schwammarten auftraten. „Als verblüffendstes Ergebnis stach hervor, wie normal viele der Gene waren, die sich verändert hatten. Es wäre so schön gewesen, ein Gen zu finden, das für die ‚zentrale Steuerung‘ der Anpassung an die Antarktis zuständig ist. Stattdessen entdeckten wir, dass hier viele der ‚Haushaltsgene‘, die grundlegende, für das Überleben wichtige Aufgaben erfüllen, beteiligt sind“, erläutert Dr. Kenny.

Zukunftsaussichten

„Wir möchten gerne hervorheben, dass uns die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen die hervorragende Gelegenheit gegeben haben, zu erkunden, wie die Natur an abgelegenen Orten und in extremen Umgebungen funktioniert. Es war wirklich eine bahnbrechende Erfahrung“, sagt Dr. Riesgo. Das Projekt ebnet den Weg für umfangreiche vergleichende Genomanalysen, die zu einem besseren Verständnis von Strategien zur Anpassung an Kälte bei weiteren Tieren und in unterschiedlichen Regionen der Erde führen werden. „Es bleibt noch viel über die Antarktis und die sonderbaren, aber wundervollen Geschöpfe, die dort leben, zu lernen!“, schließt Dr. Riesgo.

Schlüsselbegriffe

ADAPTOMICS, extrem, Leben, Antarktis, Arktis, Pole, Gene, überleben, Mechanismus

Projektinformationen

ID Finanzhilfevereinbarung: 750937

  • Startdatum

    1 Juni 2017

  • Enddatum

    31 Mai 2019

Finanziert unter:

H2020-EU.1.3.2.

  • Gesamtbudget:

    € 195 454,80

  • EU-Beitrag

    € 195 454,80

Koordiniert durch:

NATURAL HISTORY MUSEUM