Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zeit für den Aufstieg

14.07.2017

Genetische Uhren in Zooplanktonarten regulieren die vermutlich größte tägliche Bewegung von Biomasse

Der Ruderfußkrebs Calanus finmarchicus richtet seinen Tag nach einer genetischen Uhr aus, die unabhängig von äußeren Reizen funktioniert. Diese Uhr beeinflusst Rhythmen des Stoffwechsels sowie die tägliche Vertikalwanderung der Krebse.


Ruderfußkrebs

Foto: David Pond / Scottish Associatio

Das hat einen enormen Einfluss auf das gesamte Nahrungsnetz im Nordatlantik, denn Calanus finmarchicus ist dort eine zentrale Planktonart. Je nachdem, wo sich der energiereiche Krebs gerade befindet, müssen sich auch seine Fressfeinde aufhalten. Die Ergebnisse der Studie erscheinen nun im Fachjournal Current Biology.

Tag für Tag findet in den Meeren der Welt eine gigantische Vertikalwanderung statt: Bei Sonnenuntergang schwimmen unzählige Planktonorganismen wie Ruderfußkrebse oder Krill in Richtung Oberfläche, um sich an einzelligen Algen satt zu fressen, die nur dort gedeihen können, wo ausreichend Licht zur Verfügung steht. Die Nacht bietet den Tieren Schutz vor Räubern wie Fischen, die Licht zum Jagen brauchen.

Am Morgen wandern die Tiere dann in die dunkle Tiefe zurück, wo sie sich tagsüber vor ihren Fressfeinden verstecken. Das ist die vermutlich größte tägliche Bewegung von Biomasse auf dem ganzen Planeten. Obwohl dieses Phänomen seit mehr als 100 Jahren bekannt ist, haben Wissenschaftler erst in Ansätzen verstanden, welche Signale Meereslebewesen nutzen, um zu entscheiden, wann sie nach oben und wann sie nach unten wandern.

Licht scheint dabei eine große Rolle zu spielen – doch auch in der Polarnacht und im Dunkel der Tiefsee, wo nur sehr wenig Licht zur Verfügung steht, finden solche Wanderungen statt. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) konnten nun nachweisen, dass der Ruderfußkrebs Calanus finmarchicus eine innere genetische Uhr besitzt, die unabhängig von äußeren Reizen einen 24-Stunden Rhythmus erzeugt. Licht wird dabei nur benötigt, um die Uhr hin und wieder richtig zu „stellen“. „Diese Uhr beeinflusst neben den Rhythmen der Stoffwechselaktivität der Tiere auch deren tägliche Vertikalwanderung“, sagt Erstautor Sören Häfker.

Zusammen mit Kollegen der Universität Oldenburg und der Scottish Association for Marine Science hat er eine detaillierte Untersuchung des gesamten Uhr-Mechanismus für diese wichtige Krebsart durchgeführt und die tägliche Wanderung mit der Rhythmik der genetischen Uhr verglichen. „Für uns war es erstaunlich, wie präzise die genetische Uhr den 24-Stunden-Rhythmus ohne äußere Reize beibehält und dass wir diesen Rhythmus sowohl unter kontrollierten Laborbedingungen als auch im natürlichen Lebensraum im schottischen Loch Etive fanden“, sagt Sören Häfker.

In der freien Natur können die Tiere bei ihren täglichen Wanderungen mehrere hundert Meter zurücklegen. Doch auch in Laborexperimenten wiesen die Wissenschaftler dasselbe Bewegungsmuster nach. Hier haben sie für die Tiere zuerst einen natürlichen Tag-Nacht-Rhythmus simuliert und sie danach mehrere Tage in konstanter Dunkelheit gehalten. Unter diesen Bedingungen haben sie dann den Sauerstoffverbrauch der Tiere als Hinweis für den Stoffwechsel, die Vertikalwanderung sowie die Aktivität verschiedener Uhr-Gene gemessen.

In den knapp einen Meter hohen Säulen der Versuchsanordnung findet selbst bei konstanter Dunkelheit eine rhythmische Vertikalwanderung statt. Dieses Verhalten zeigt, dass die Wanderung von der genetischen Uhr reguliert wird. Die Krebse können so den Tageszyklus vorausahnen und sich zum Beispiel in tiefere Wasserschichten zurückziehen, noch bevor es für Räuber hell genug wird, um sie zu jagen.

Der Ruderfußkrebs Calanus finmarchicus sammelt im Körper große Fettreserven an und ist daher für viele größere Tiere eine attraktive Nahrungsquelle. Die tägliche Wanderung hat somit eine herausragende Bedeutung für das Ökosystem. Das ist besonders relevant, weil durch die Klimaerwärmung viele marine Arten ihre Verbreitung in Richtung der Pole verschieben.

Dort schwankt die Tageslänge über das Jahr jedoch deutlich stärker und es stellt sich die Frage, ob die inneren Uhren dieser Tiere mit den extremeren Bedingungen klarkommen. „Nur wenn wir verstehen, wie genetische Uhren funktionieren und wie sie das Leben im Meer beeinflussen, können wir in Zukunft besser vorhersagen, wie marine Arten auf Veränderungen der Umwelt – etwa durch den Klimawandel – reagieren und welche Konsequenzen das für marine Ökosysteme hat“, betont Sören Häfker.

Hinweise für Redaktionen:

Die Studie erscheint unter folgendem Titel im Fachmagazin Current Biology:
N. Sören Häfker, Bettina Meyer, Kim S. Last, David W. Pond, Lukas Hüppe, Mathias Teschke: „Circadian Clock Involvement in Zooplankton Diel Vertical Migration“. DOI: 10.1016/j.cub.2017.06.025

Ihr Ansprechpartner in der Abteilung Kommunikation und Medien ist Sebastian Grote,
(Tel.: + 49 (0) 471 4831-2006; E-Mail: sebastian.grote(at)awi.de). Ihr wissenschaftlicher Ansprechpartner am Alfred-Wegener-Institut ist Sören Häfker (Tel.: +49 471 4831-2360; E-Mail: soeren.haefker(at)awi.de).

Nach Ablauf der Sperrfrist finden Sie Fotos unter: https://www.awi.de/nc/ueber-uns/service/presse.html

Das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der gemäßigten sowie 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 Informationen:
http://www.awi.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik