Schnelle Anpassung invasiver gebietsfremder Arten in unterschiedlichen Umgebungen
Invasive gebietsfremde Arten stellen eine der größten globalen Bedrohungen für die biologische Vielfalt dar. Sie werden versehentlich oder absichtlich in eine Umgebung freigesetzt, in der sie eigentlich nicht vorkommen, wodurch es zu negativen Konsequenzen für diese Umgebung kommt. Durch die rasche Anpassung und Evolution als Reaktion auf Umweltstressoren kann sich die Möglichkeit, invasiv auf die Umgebung zu wirken, bedeutend verändern. Zu dem Thema liegt auch zu wenig Forschung vor. Unterstützt über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) wurde das Phänomen im Projekt EvoTox untersucht, das von Jehan-Hervé Lignot vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) koordiniert wurde. Das Team betrachtete drei Populationen des Roten Amerikanischen Sumpfkrebses (auch Louisianakrebs, Procambarus clarkii, P. clarkii) in unterschiedlichen Umgebungen und im Labor, um die Auswirkungen von Stressoren auf Phänotypen und Genotypen zu prüfen.
Flusskrebse als Modellsystem der schnellen evolutionären Anpassung
Evolutionsprozesse und eine schnelle Anpassung stehen mit einer größeren Möglichkeit invasiver gebietsfremder Arten, sich auf fremde Gebiete auszuwirken, im Zusammenhang. Die Mechanismen sind jedoch weitestgehend unbekannt. Der Rote Amerikanische Sumpfkrebs ist ein Überträger der Aphanomykose bzw. Krebspest. Durch ihn ist der heimische europäische Flusskrebs nahezu ausgestorben. „Wir haben drei unterschiedliche Populationen der P. clarkii betrachtet. Zwei davon leben in Küstengebieten mit ähnlichen Veränderungen des Salzgehalts und unterschiedlichen Belastungsgraden, hauptsächlich durch Herbizide. Die dritte ist eine Süßwasserpopulation, die keine dieser Veränderungen durchlebt hat. Wir wollten bestimmte molekulare und physiologische Mechanismen wichtiger schneller lokaler Anpassungen bestimmen und vergleichen“, erklärt Lignot.
Umweltabhängige Veränderungen bei Flusskrebsen
Die MSCA-Stipendiatin Diana Martínez Alarcón erforscht die molekularen und physiologischen Unterschiede zwischen einzelnen Exemplaren aus diesen drei isolierten Umgebungen, die dann unter Laborbedingungen geprüft wurden. Die zusätzlichen Herausforderungen waren eine akute subletale Verunreinigung (mit einem Cocktail aus Herbiziden und Pestiziden), abrupte Veränderungen des Salzgehalts und eine Belastung durch verunreinigtes Süßwasser, gefolgt von einem Anstieg des Salzgehalts. Aus den physiologischen Daten zum Sauerstoffverbrauch, Verhalten, Säure-Basen-Haushalt und hydromineralischen Haushalt ging eine geringe individuelle Variabilität des Sauerstoffverbrauchs und eine geringe genetische Vielfalt der Küstenpopulation von der Camargue hervor. Bei der Süßwasserpopulation und der zweiten Küstenpopulation zeigte sich jedoch eine größere interindividuelle Variabilität. Das deutet auf eine spezifische lokale Anpassung des Sauerstoffverbrauchs und des Genoms hin. Martínez erklärt weiter: „Nur bei der Süßwasserpopulation konnten wir ein verändertes hydro-osmotisches Gleichgewicht und eine abweichende Proteaseaktivität in der Verdauungsdrüse (Hepatoplankton) aufgrund der Schadstoffexposition erkennen. Die Ergebnisse zeigen unterschiedliche phänotypische Anpassungen, aus denen sich lokale Anpassungen an unterschiedliche Umgebungen auf Populationsebene ableiten lassen. Bei den Exemplaren aus der größtenteils verunreinigten Küstenumgebung an der Camargue zeigte sich eine bemerkenswerte Herabregulierung der Gene, insbesondere an den Kiemen. Das ging aus einer Transkriptomanalyse des Hepatoplanktons und der Kiemen aller Gruppen hervor.“
Schnelle Evolution bei invasiven gebietsfremden Arten
Der Forschungsschwerpunkt von EvoTox waren schnelle Evolutionen invasiver gebietsfremder Arten – bei denen genetische Veränderungen schnell genug auftreten, dass eine messbare Auswirkung auf ein ökologisches Merkmal folgt. Es ist bekannt, dass bei diesen Arten schnelle Veränderungen vorkommen können. „Das EvoTox-Team hat eine invasive gebietsfremde Art in unterschiedlichen Umgebungen mit verschiedenen Stressoren in der Natur und auch im Labor erforscht. So konnten erste Faktoren und Effekte der schnellen Evolution aufgedeckt und konnte nachgewiesen werden, dass dieselbe Art je nach Umgebung unterschiedliche physiologische Reaktionen und genetische Strukturen entwickeln kann.“ Die Erkenntnisse werden in kommende Forschung zu schnellen Evolutionsprozessen bei invasiven gebietsfremden Arten einfließen, um die Risikobewertung und das Risikomanagement zu stärken und die globale biologische Vielfalt besser zu schützen.
Schlüsselbegriffe
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