Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Kieler Förde – ein Trainingsbecken für Miesmuscheln

28.04.2017

Miesmuscheln aus der Kieler Förde können sich durch Evolution an Ozeanversauerung anpassen. In einem Vergleichsexperiment reagierten sie weniger empfindlich auf erhöhte Kohlendioxid-Konzentrationen als ihre Artgenossen aus der Nordsee. Dies führt ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, des Alfred-Wegener-Instituts, der Universität Bremen und des Senckenberg am Meer auf eine langfristige genetische Anpassung an die extremen Lebensbedingungen zurück. Ihre Ergebnisse sind im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

Die Ostsee ist ein einzigartiges Freiland-Labor für Untersuchungen zu Auswirkungen der Ozeanversauerung, einem wichtigen Aspekt des Klimawandels – und offenbar auch ein Trainingsbecken für die Miesmuschel Mytilus edulis. Im Zuge der Evolution hat sich die Population aus der Kieler Förde an starke Schwankungen im Säuregehalt angepasst. In einem Vergleichsexperiment bildeten Mytilus-Larven ihre Kalkschalen im saureren Wasser schneller als ihre Artgenossen aus der Nordsee.


Unter dem Polarisations-Mikroskop werden die etwa 0,2 Millimeter breiten Schalen der Miesmuscheln und ihr Velum sichtbar, mit dem die Larven schwimmen und Nahrung aufnehmen.

Foto: GOMAR

Gleichzeitig überlebten auch deutlich mehr Förde-Muscheln. Ein ergänzendes, drei Jahre dauerndes Mehr-Generationen-Experiment mit Muscheln aus der Kieler Förde legt nahe, dass die erfolgreiche Anpassung durch Evolution jedoch nicht innerhalb weniger Generationen erfolgte.

Vermutlich lief die Evolution über mehrere Jahrzehnte, wenn nicht Jahrhunderte oder Jahrtausende ab, urteilen Meeresbiologinnen und Meeresbiologen des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, der Universität Bremen und des Senckenberg am Meer.

Die Ergebnisse der beiden Experimente, die im Rahmen des deutschen Forschungsverbunds zur Ozeanversauerung BIOACID stattfanden, sind in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science Advances veröffentlicht.

Für das Vergleichsexperiment wurden Miesmuscheln aus der Kieler Förde nach List auf Sylt gebracht und an die Lebensbedingungen in der Nordsee gewöhnt. Ihre Larven wurden gemeinsam mit Larven heimischer Individuen bei heutigen Kohlendioxid-Konzentrationen von 390 Mikroatmosphären und einem Extremwert von 2400 Mikroatmosphären gehalten.

Die hohe Konzentration tritt in der Kieler Förde schon jetzt regelmäßig auf, wenn der Wind im Sommer sauerstoffarmes und kohlendioxidreiches Wasser an die Oberfläche transportiert. Sie wird im Zuge des Klimawandels noch häufiger erreicht werden. Beide Larven-Populationen entwickelten ihre erste Muschelschale bei erhöhten Kohlendioxid-Konzentrationen langsamer, wodurch die Schalen zunächst kleiner blieben als unter Normalbedingungen. Larven, die von Muscheln aus der Kieler Förde abstammten, zeigten sich jedoch weitaus robuster und überlebensfähiger.

„Die deutlichen Unterschiede zwischen den Kieler und den Sylter Miesmuschel-Larven legen nahe, dass die langfristige, genetische Anpassung eine entscheidende Rolle für ihr Überleben und ihre Fähigkeit zum Aufbau der Schalen gespielt hat“, betont Dr. Jörn Thomsen, Post-Doktorand in der Arbeitsgruppe Ökophysiologie am GEOMAR und Erst-Autor der Publikation. „Aus früheren Analysen wissen wir, dass sich die beiden Populationen auch genetisch unterscheiden.“

Offen ist jedoch, über welchen Zeitraum die genetische Anpassung stattgefunden hat. „Sie kann in den vergangenen Jahrzehnten stattgefunden haben, als Klimawandel, Überdüngung und andere Faktoren für eine zunehmende Versauerung und steigende Schwankungen im Säuregehalt gesorgt haben“, erläutert Co-Autor Dr. Frank Melzner, Ökophysiologe am GEOMAR.

„Es kann aber genauso gut sein, dass sich die genetischen Unterschiede, von denen die Förde-Muscheln im Experiment profitierten, schon vor tausenden Jahren herausgebildet haben. Der niedrigere Salzgehalt der Ostsee hat seit jeher den Karbonat-Haushalt auf ähnliche Weise beeinflusst, wie es heute die Versauerung tut.“ Im Vergleich zur Nordsee haben sich die Ostsee-Muscheln bereits langfristig an niedrigere Konzentrationen von gelöstem Kalziumkarbonat, das sie für den Schalenaufbau nutzen, anpassen müssen.

Ein Mehrgenerationen-Experiment lässt vermuten, dass die Miesmuscheln einerseits über genügend genetische Vielfalt verfügen, um sich prinzipiell an die saureren Lebensbedingungen anzupassen. Anderseits scheint dieser Prozess nicht innerhalb weniger Generationen abgeschlossen zu sein. „Auch in der dritten Larvengeneration beobachteten wir bei der Population aus der Kieler Förde noch die Fähigkeit, die ungünstigeren Lebensbedingungen auf Basis des vorhandenen Erbmaterials zu kompensieren“, berichtet Dr. Thomsen.

Nur deutlich längere Experimente würden Aufschluss darüber geben, wann sich die Widerstandsfähigkeit in den Genen der Tiere niederschlägt, wie schnell die genetische Anpassung abläuft – und ob sie mit dem Klimawandel Schritt halten kann. „Angesichts unserer Einblicke glauben wir, dass die Forschung sehr vorsichtig mit Hypothesen über die Anpassungsfähigkeit von Organismen sein sollte, die auf kurzen Experimenten mit nur wenigen Generationen beruhen“, hebt Dr. Melzner hervor.

„Unser Experiment lief nur über drei Generationen, war aber eines der bisher längsten zu dieser Fragestellung. Es führt deutlich vor Augen, dass weitaus mehr Aufwand nötig wäre, um die Chancen einer Anpassung an den Klimawandel abschätzen zu können.“

Aktuell untersuchen die Forschenden, welche chemischen Prozesse der Schalenbildung den Miesmuscheln so viel Energie abverlangt und welche Faktoren diese besonders beeinträchtigen. Besseren Aufschluss sollen Untersuchungen an Populationen aus der östlichen Ostsee geben. Dort herrschen aufgrund des im Vergleich zur Kieler Förde noch niedrigeren Salzgehalts bereits heute Bedingungen, die die Schalenbildung und damit die Lebensfähigkeit der Muschellarven stark beeinträchtigen.

Dr. Melzner: „Die Ostsee mit ihren verschiedenen Becken gibt uns einen guten Einblick in marine Lebensbedingungen, die in anderen Regionen erst in vielen Jahrzehnten eintreten werden. So können wir aus Beobachtungen vor der eigenen Haustür vieles lernen – aber um sie auf die Zukunft übertragen zu können, sind viele weitere Analysen nötig.“

Original-Veröffentlichung:
Thomsen, J., Stapp, L. S., Haynert, K., Schade, H., Danelli, M., Lannig, G., Wegner, K. M., and Melzner, F.: Naturally acidified habitat selects for ocean acidification tolerant mussels. Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.1602411.

BIOACID in Kürze:
Unter dem Dach von BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) untersuchen zehn Institute, wie marine Lebensgemeinschaften auf Ozeanversauerung reagieren und welche Konsequenzen dies für das Nahrungsnetz, die Stoff- und Energieumsätze im Meer sowie schließlich auch für Wirtschaft und Gesellschaft hat. Eine Liste der Mitglieds-Institutionen, Informationen zum wissenschaftlichen Programm und den BIOACID-Gremien sowie Fakten zur Ozeanversauerung sind auf der Website www.bioacid.de zu finden.

Bildmaterial:
Unter www.geomar.de/n5152 steht Bildmaterial zum Download bereit.

Weitere Informationen:

http://www.geomar.de Das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
http://www.awi.de Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
http://www.senckenberg.de Senckenberg am Meer
http://www.uni-bremen.de Universität Bremen
http://www.bioacid.de BIOACID – Biological Impacts of Ocean Acidification

Dr. Andreas Villwock | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Katalysatoren - Fluktuationen machen den Weg frei
15.02.2019 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Leipziger Forscher entwickeln neue Methode zur Entschlüsselung chemischer Reaktionen
15.02.2019 | Universität Leipzig

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: Grüne Spintronik: Mit Spannung Superferromagnetismus erzeugen

Ein HZB-Team hat zusammen mit internationalen Partnern an der Lichtquelle BESSY II ein neues Phänomen in Eisen-Nanokörnern auf einem ferroelektrischen Substrat beobachtet: Die magnetischen Momente der Eisenkörner richten sich superferromagnetisch aus, sobald eine elektrische Spannung anliegt. Der Effekt funktioniert bei Raumtemperatur und könnte zu neuen Materialien für IT-Bauelemente und Datenspeicher führen, die weniger Energie verbrauchen.

In heutigen Datenspeichern müssen magnetische Domänen mit Hilfe eines externen Magnetfeld umgeschaltet werden, welches durch elektrischen Strom erzeugt wird....

Im Focus: Regensburger Physiker beobachten, wie es sich Elektronen gemütlich machen

Und können dadurch mit ihrer neu entwickelten Mikroskopiemethode Orbitale einzelner Moleküle in verschiedenen Ladungszuständen abbilden. Die internationale Forschergruppe der Universität Regensburg berichtet über ihre Ergebnisse unter dem Titel “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunnelling microscopy on insulators” in der weltweit angesehenen Fachzeitschrift ,,Nature‘‘.

Sie sind die Grundbausteine der uns umgebenden Materie - Atome und Moleküle. Die Eigenschaften der Materie sind oftmals jedoch nicht durch diese Bausteine...

Im Focus: Regensburg physicists watch electron transfer in a single molecule

For the first time, an international team of scientists based in Regensburg, Germany, has recorded the orbitals of single molecules in different charge states in a novel type of microscopy. The research findings are published under the title “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunneling microscopy on insulators” in the prestigious journal “Nature”.

The building blocks of matter surrounding us are atoms and molecules. The properties of that matter, however, are often not set by these building blocks...

Im Focus: Universität Konstanz gewinnt neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Immunsystems

Wissenschaftler der Universität Konstanz identifizieren Wettstreit zwischen menschlichem Immunsystem und bakteriellen Krankheitserregern

Zellbiologen der Universität Konstanz publizieren in der Fachzeitschrift „Current Biology“ neue Erkenntnisse über die rasante evolutionäre Anpassung des...

Im Focus: University of Konstanz gains new insights into the recent development of the human immune system

Scientists at the University of Konstanz identify fierce competition between the human immune system and bacterial pathogens

Cell biologists from the University of Konstanz shed light on a recent evolutionary process in the human immune system and publish their findings in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Thema Desinformation in Online-Medien

15.02.2019 | Veranstaltungen

FfE-Energietage 2019 - Die Energiewelt heute und morgen vom 1. bis 4. April 2019 in München

15.02.2019 | Veranstaltungen

Deutscher Fachkongress für kommunales Energiemanagement: Fokus Energie – Architektur – BauKultur

13.02.2019 | Veranstaltungen

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

Katalysatoren - Fluktuationen machen den Weg frei

15.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Berührungsgeschützt, kompakt, einfach: Rittal erweitert Board-Technologie

15.02.2019 | Energie und Elektrotechnik

Wie kann digitales Lernen gelingen? Lern-Prototypen werden auf der didacta vorgestellt

15.02.2019 | Bildung Wissenschaft

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