Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stichlingsweibchen stimmen Nachwuchs auf Klimawandel ein

02.02.2015

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben erstmals nachgewiesen, dass Dreistachlige Stichlinge aus der Nordsee Informationen über ihre Lebensbedingungen und Umwelt auch ohne Genveränderungen an ihren Nachwuchs weitergeben.

Diese Fähigkeit könnte ein wichtiger Baustein für die Anpassung der Art an die Folgen des Klimawandels sein, berichten die AWI-Forscher in einer kürzlich erschienenen Studie im Fachmagazin Functional Ecology. Interessanter Weise obliegt die Informationsweitergabe jedoch hauptsächlich den Stichlingsweibchen. Die Temperaturerfahrungen der Männchen spielen bei dieser Art nur eine kleine Rolle.


Dreistachlige Stichlinge (Gasterosteus aculeatus), die im Zuge der Studie aufgewachsen sind.

Foto: Tina Wagner / Alfred-Wegener-Institut

Der Klimawandel und die damit einhergehende Erwärmung der Meere beschäftigt Wissenschaftler weltweit. Vor allem geht es um die Frage: Was passiert mit den Meereslebewesen, wenn die vorhergesagten Veränderungen Wirklichkeit werden? Werden sich die vielen Arten zum Beispiel an die steigende Wassertemperatur anpassen können?

Dieser Frage sind Dr. Lisa Shama und Dr. Mathias Wegner vom AWI-Sylt am Beispiel des Dreistachligen Stichlings (Gasterosteus aculeatus), gefischt aus dem Sylter Wattenmeer, nachgegangen.

In einem mehrmonatigen Laborversuch untersuchten sie, ob allein die Erfahrungen der Elternfische die Wachstumsraten ihrer Nachkommen beeinflussen können. „Uns ging es dabei nicht um die genetische Vererbung, sondern allein um die gen-unabhängige Informationsweitergabe. Denn sollte es derartige Effekte geben, würden diese eine entscheidende Rolle spielen, um die Folgen rapider Klimaveränderungen abzupuffern“, sagt Biologe Mathias Wegner.

Der Ausgangspunkt der Studie: Die Nordsee wird wärmer

Für die Nordsee, den Lebensraum des Dreistachligen Stichlings, sagen Klimamodelle bis zum Jahr 2100 einen Anstieg der mittleren Wassertemperatur im Sommer um bis zu 4 Grad Celsius vorher. Das bedeutet konkret eine Erwärmung von aktuell 17 Grad im Mittel auf dann 21 Grad Celsius. „Der Dreistachlige Stichling ist ideal, um Anpassungen an derartige Umweltänderungen zu untersuchen“, sagt AWI-Biologin Lisa Shama. „Die Art kommt erstens auf der ganzen Nordhalbkugel vor. Sie hat sich zweitens in der Vergangenheit an eine große Spanne von Umweltbedingungen angepasst. Drittens sind die Fische leicht zu züchten und im Labor über mehrere Generationen hinweg zu halten“, so die Erstautorin der Studie.

In ihrem Laborversuch haben Lisa Shama und Mathias Wegner Stichlingsweibchen und Stichlingsmännchen entweder in 17 oder 21 Grad Celsius warmem Wasser gehalten. Nach zwei Monaten wurden die Fische dann innerhalb und zwischen ihren Akklimatisierungstemperaturen verpaart. Stichlinge vermehren sich über eine externe Befruchtung: Eier und Spermien treffen erst im Wasser aufeinander. Indem die Forscher befruchtete Eier mehrerer Elternpaare für die Untersuchungsgruppen mischten, stellten sie sicher, dass in allen Gruppen Nachkommen verschiedener Eltern waren. So konnten die Wissenschaftler genetische Effekte ausschließen.

Diese Nachkommen wurden anschließend wiederum bei 17 oder 21 Grad Celsius aufgezogen, um die akuten Umwelteffekte von solchen zu trennen, welche die Mütter und Väter übertragen. Nach 30 Tagen wuchsen jene Nachkommen am besten, die in Wasser mit derselben Temperatur aufwuchsen, in der auch ihre Mutter gelebt hat. „Dieses Ergebnis bedeutete für uns, dass wir uns bei der Ursachenforschung der Informationsweitergabe auf die Weibchen konzentrieren konnten“, erklärt Mathias Wegner.

Fündig wurden die Wissenschaftler dann auch tatsächlich in den Mitochondrien, den „Kraftwerken“ der Zellen. Diese nämlich werden ausschließlich über die Eier, also nur von den Stichlingsweibchen an den Nachwuchs weitergegeben. Bereits in der Eizelle sind tausende Mitochondrien vorhanden, damit die Embryonen sofort mit der weiteren Entwicklung beginnen können. In Zusammenarbeit mit Dr. Felix Mark und Dr. Anneli Strobel vom AWI-Bremerhaven konnten die Biologen zeigen, dass Mitochondrien im Herzmuskel der Jungfische weniger Energie verbrauchen, wenn der Nachwuchs in Wasser mit jener Temperatur lebt wie es auch schon die Mütter getan hatten.

Diese Erkenntnis bedeutet mit Blick auf die Stichlinge: Der Nachwuchs, der in derselben Umgebung wie die Mutter aufwuchs, hatte einen optimierten Energieverbrauch im Herzmuskel, also einen optimierten Stoffwechsel. „Die Mutter gibt mit ihren Mitochondrien Informationen über die Umwelt an ihre Kinder weiter“, resümiert Lisa Shama. „Dieser Effekt blieb auch längerfristig bestehen, obwohl das Wachstum dann hauptsächlich von der Umwelt der Nachkommen bestimmt wurde“, ergänzt Mathias Wegner.

Denn: Nach 60 Tagen wuchsen alle Gruppen besser bei 17 als bei 21 Grad Celsius. Die mütterlichen Effekte waren aber in der ungünstigeren Umwelt (21 Grad Celsius) immer noch deutlich vorhanden, während die väterlichen Effekte kaum einen Einfluss auf das Wachstum der Nachkommen hatten.

Die Schlussfolgerung: Die Informationen stecken in den Mitochondrien

„Stichlingsweibchen geben ihrem Nachwuchs trainierte Mitochondrien mit, welche an die selbst erfahrenen Umweltbedingungen angepasst sind. Auf diese Weise erhalten die Jungfische Informationen über die Umwelt und Lebensbedingungen der Mutter, ohne eine genetische Veränderung erfahren zu haben. Das heißt, bei dieser Art spielen mütterliche Effekte eine entscheidende Rolle, wenn es für die Fische darum geht, sich an Veränderungen ihres Lebensraumes anzupassen“, fasst Mathias Wegner das Ergebnis der Studie zusammen.

Dieser Mechanismus funktioniert besonders gut in ungünstigen Umwelten – das heißt, bei Stichlingen in warmen Gewässern. „Daraus können wir schlussfolgern, dass der Mechanismus der Informationsweitergabe – also die Weitergabe der optimal angepassten Mitochondrien - einen selektiven Vorteil darstellt und somit das Ergebnis von Evolution ist“, so Lisa Shama.


Informationen für Redaktionen:
Die Studie erschien im Dezember 2014 unter folgendem Titel im Fachmagazin Functional Ecology:
Lisa N. S. Shama, Anneli Strobel, Felix C. Mark und K. Mathias Wegner (2014): Transgenerational plasticity in marine sticklebacks: maternal effects mediate impacts of a warming ocean, Functional Ecology, doi: 10.1111/1365-2435.12280 (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2435.12280/abstract)

Druckbare Bilder finden Sie in der Onlineversion dieser Pressemeldung unter http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/

Ihre wissenschaftlichen Ansprechpartner am Alfred-Wegener-Institut sind:
• Dr. Lisa Shama (Tel: 04651 9564-204, ; E-Mail: Lisa.Shama(at)awi.de)
• Dr. Mathias Wegner (Tel: 04651 9564-205; E-Mail: Mathias.Wegner(at)awi.de)
• Dr. Felix Mark (Tel: 0471 4831-1015; E-Mail: Felix.Christopher.Mark(at)awi.de)

In der AWI-Pressestelle steht Ihnen Sina Löschke (Tel: 0471 4831-2008; E-Mail: medien(at)awi.de) für Rückfragen zur Verfügung.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Ralf Röchert | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics