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 Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie