Wählen Sie Ihre Nachrichten​

Mikroben helfen bei der Anpassung an den Klimawandel
Panorama 3 Min. 05.07.2022
Mikrobiom-Forschung

Mikroben helfen bei der Anpassung an den Klimawandel

Die Seeanemone Nematostella bei der Eiablage. Sie kann ihre Temperaturanpassung durch die Weitergabe bestimmter Bakterien an ihre Nachkommen vererben.
Mikrobiom-Forschung

Mikroben helfen bei der Anpassung an den Klimawandel

Die Seeanemone Nematostella bei der Eiablage. Sie kann ihre Temperaturanpassung durch die Weitergabe bestimmter Bakterien an ihre Nachkommen vererben.
Foto: Hanna Domin
Panorama 3 Min. 05.07.2022
Mikrobiom-Forschung

Mikroben helfen bei der Anpassung an den Klimawandel

Ein Forschungsteam hat nachgewiesen, dass Mikrobiome Lebewesen resistenter gegen Temperaturänderungen machen und dass dies vererblich ist.

(fw/C.) – Menschen sind wie alle vielzelligen Lebewesen von einer unvorstellbar großen Anzahl von Mikroorganismen besiedelt. Das natürliche Mikrobiom, also die Gesamtheit dieser Bakterien, Viren und Pilze, die in und auf einem Körper leben, ist von fundamentaler Bedeutung für den Gesamtorganismus: Es übernimmt von der Unterstützung der Nährstoffaufnahme bis hin zur Abwehr vor Krankheitserregern lebenswichtige Aufgaben für den Wirtsorganismus.


x
Zehn Jahre Spitzenforschung
Rudi Balling, Direktor des „Luxembourg Center for Systems Biomedicine“ (LCSB), blickt auf das erste Jahrzehnt des Luxemburger Forschungszentrums.

Ein Forschungsteam von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel ist nun der Frage nachgegangen, wie das Mikrobiom einen Organismus bei der Anpassung an geänderte Umweltbedingungen unterstützen kann. In einer Studie haben sie in einem sogenannten Akklimatisierungsexperiment die Beteiligung des Mikrobioms an der Temperaturanpassung von Seeanemonen untersucht. Das Forschungsteam um Projektleiter Sebastian Fraune konnte zeigen, dass sich die Bakterienbesiedlung der Tiere infolge der Akklimatisierung ändert und deren Organismus zudem resistenter gegenüber Hitzestress wird. Zusätzlich gelang es ihnen, einen ursächlichen Zusammenhang zu belegen: Übertrugen sie das Mikrobiom der wärmeangepassten auf nicht akklimatisierte Anemonen, wurden auch diese unempfindlicher gegenüber höheren Temperaturen.

Mehrjähriges Akklimatisierungsexperiment

Grundlage der neuen Arbeit ist ein vom „Human Frontier Science Program“ gefördertes Langzeitexperiment, in dem die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler seit mehr als vier Jahren die Anpassung der Seeanemonen an geänderte Umweltbedingungen untersuchten. Dazu arbeiteten sie mit Klonen eines einzigen Ursprungstiers und verglichen genetisch identische Anemonen in verschiedenen Kolonien miteinander. Diese Kolonien unterteilten die Forscherinnen und Forscher in drei Gruppen, die bei 15, 20 und 25 Grad Celsius gehalten wurden. So konnten sie die Anpassung an unterschiedliche Temperaturbedingungen der Akklimatisierung der Anemonen analysieren. Im Laufe des langen Beobachtungszeitraums zeigten sich charakteristische Änderungen bei den Anemonen: Unter anderem erreichten die Tiere bei niedrigeren Temperaturen eine gesteigerte Körpergröße und änderten ihren Fortpflanzungsmodus.

Besonders interessant waren zudem Änderungen in der Temperaturtoleranz. „Die Anemonen unterschieden sich sehr stark in der Stressresistenz gegenüber hohen Temperaturen. Setzten wir sie für sechs Stunden einem sehr starken Temperaturstress von 40 Grad Celsius aus, überlebten fast ausschließlich die bei 25 Grad Celsius akklimatisierten Tiere“, sagt Laura Baldassarre, ehemalige Mitarbeiterin in Fraunes Arbeitsgruppe und Erstautorin der Studie. Frühere Forschungsarbeiten deuteten darauf hin, dass die Anpassung an den Temperaturstress mit Veränderungen in der Mikrobiomzusammensetzung der Tiere zusammenhängen könnten. Es änderte sich nämlich auch das Mikrobiom der akklimatisierten Anemonen gegenüber ihren nicht angepassten Artgenossen. Ob zwischen der Veränderung des Mikrobioms und der Temperaturanpassung tatsächlich ein ursächlicher Zusammenhang besteht, war bisher jedoch nicht belegt. 

Mikrobiomtransplantation liefert Bestätigung

„In einem Transplantationsexperiment haben wir anschließend die Mikrobiome von den an 15, 20 und 25 Grad Celsius akklimatisierten Anemonen auf nicht temperaturangepasste, aber genetisch identische Tiere übertragen. Es zeigte sich, dass die Tiere, die das Mikrobiom der bei 25 Grad Celsius akklimatisierten Anemonen erhalten haben, anschließend ebenfalls die Toleranz gegenüber hohen Temperaturen übernahmen“, sagt Laura Baldassarre. Wenn das gesamte Mikrobiom eines Tieres übertragen wird, lässt sich so also tatsächlich auch dessen geänderte Temperaturtoleranz transplantieren. „Uns ist es damit gelungen, einen kausalen Zusammenhang von Mikrobiomzusammensetzung und Umweltanpassungen herzustellen. Damit bestätigen wir experimentell das Hologenom-Konzept, das die Evolution als Entwicklung von Wirtslebewesen mit ihren besiedelnden Mikroorganismen hin zu gemeinsamen Fitnessvorteilen für den gesamten Metaorganismus definiert“, so Prof. Fraune.


überschwemmungen - Ermsdorf -  aufräumarbeiten - Photo : Pierre Matgé
Klimawandel
Vom grünen Randthema zum weltweiten Gesprächsstoff, der die Massen bewegt: Der Klimawandel und seine Folgen dominieren zurzeit den politischen Diskurs.

Anschließend analysierte das Forschungsteam, ob das aufgrund von Temperaturanpassungen geänderte Mikrobiom zwischen den Seeanemonen weitergegeben werden kann – eine notwendige Voraussetzung für einen dauerhaften Akklimatisierungsprozess. In einer Vorgängerarbeit konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits zeigen, dass bei der Seeanemone Nematostella bestimmte Bakterien von der Elterngeneration an die Nachkommen weitergegeben werden können. Der evolutionäre Vorteil der Temperaturanpassung könnte also im Prinzip direkt vererbt werden, und die dafür nötigen Bakterien müssen nicht erneut aus der Umwelt aufgenommen werden. Auch die aktuelle Studie belegte die Übertragung von mütterlichen Bakterien auf die Nachkommen: Die Nachkommen zeigten eine unter Temperaturstress höhere Überlebenswahrscheinlichkeit, wenn die Muttertiere bei 25 Grad Celsius akklimatisiert wurden. 

Mechanismen auf Ebene der Einzelarten weiter erforschen

Mit den neuen Forschungsergebnissen tragen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dazu bei, die Rolle des Zusammenspiels von Wirtslebewesen und Mikroorganismen bei der Anpassung an sich schnell ändernde Umweltbedingungen besser zu verstehen. „Unsere Ergebnisse helfen dabei, die Mechanismen der schnellen, durch das Mikrobiom vermittelten Temperaturanpassungen und ihre Übertragung auf folgende Generationen zu erklären“, so Prof. Fraune. In weiteren Forschungsarbeiten wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun die Mechanismen der Akklimatisierung im Detail erforschen und dabei besonders die Rolle der beteiligten einzelnen Bakterienarten untersuchen.

Folgen Sie uns auf Facebook, Twitter und Instagram und abonnieren Sie unseren Newsletter.


Lesen Sie mehr zu diesem Thema

Vor der UN-Klimakonferenz in Glasgow
Trotz düsterer Zukunftsprognosen ist Optimismus gefragt. Denn der Klimawandel bietet auch einmalige Gelegenheiten für Verbesserungen.
Erneuerbare Energie: Für mache der Buhmann, für andere die Lösung der Energieprobleme
Vögel und Schmetterlinge können offenbar mit dem Klimawandel nicht mithalten. In den vergangenen beiden Jahrzehnten habe sich der ideale Lebensraum der Tiere in Europa schneller nach Norden verschoben als die Tiere mitwandern konnten.
Der Klimawandel führt zu einer deutlichen Verschiebung der Lebensräume.