In den weiten Ozeanen würde man annehmen, dass ihre Bewohner weit und breit reisen können und sich die Populationen einer Art daher frei vermischen würden. Dies scheint jedoch bei einem lebenswichtigen Futterfisch namens Sandlanze nicht der Fall zu sein.
Sandlanzen sind kleine Schwarmfische, die beeindruckend reich an Lipiden sind, was sie zu einer fantastischen und bedeutenden Nahrungsquelle für mindestens 70 verschiedene Arten macht, von Walen und Haien bis hin zu Seevögeln, sagt Hannes Baumann, außerordentlicher Professor für Meereswissenschaften an der UConn.
Die Nördliche Sandlanze kann von den Gewässern vor New Jersey bis in den Norden bis nach Grönland gefunden werden. Forscher, darunter Baumann und Ph.D. Student Lucas Jones, waren daran interessiert zu sehen, ob Sandlanzen eine massive, homogene Population darstellen oder ob es genetisch unterschiedliche Gruppen gibt. Ihre Ergebnisse werden in der veröffentlicht ICES Zeitschrift für Meereswissenschaften.
Baumann erklärt, dass dies wichtige Fragen sind, die es zu beantworten gilt, wenn es um den Schutz und die nachhaltige Bewirtschaftung der Art geht, zumal sich die Gebiete, in denen Sandlanzen leben, aufgrund des Klimawandels schneller erwärmen als viele Gebiete der Erde.
Die Probenahme von Fischen aus einem so breiten Spektrum ist keine leichte Aufgabe, aber vor zwei Jahren begannen Baumann und Jones, sich an andere Forscher zu wenden, um zu sehen, ob sie Gewebeproben übrig hatten. Baumann schreibt die Arbeit der internationalen Gruppe von Kollegen zu, die Proben beigetragen haben, darunter Co-Autoren aus Kanada und Grönland, und die bei der Sequenzierung und Analyse der Daten geholfen haben, einschließlich Co-Autoren der Cornell University.
Insgesamt konnten Baumann, Jones und das Team fast 300 Proben von verschiedenen Orten im gesamten Verbreitungsgebiet der Sandlanze sequenzieren und analysieren, indem sie eine Technik namens Low-Coverage Whole Genome Sequencing verwendeten. Sie sequenzierten auch das erste Referenzgenom für die Sandlanze.
Kurz gesagt sagt Baumann, dass sie ein Gebiet auf dem Scotian Shelf vor der Küste von Nova Scotia gefunden haben, wo ein genetischer Bruch auftritt. Die Forscher unterschieden zwei unterschiedliche Gruppen, eine nördlich und eine südlich der Wasserscheide, wobei sich Teile des Genoms ziemlich stark unterschieden – nämlich auf den Chromosomen 21 und 24. Ohne offensichtliche physische Barrieren wie eine Bergkette, die die Gruppen trennt, ist es laut Baumann logisch zu fragen wie diese Unterschiede möglich sind.
„Das ist das wissenschaftliche Rätsel“, sagt Baumann, und die Antwort scheint in den Strömungen zu liegen.
„Wenn sich Fische aus dem Norden vermehren und nach Süden treiben, sind sie genetisch weniger an wärmere südliche Gewässer angepasst, selbst wenn es im Winter fünf oder sechs Grad wärmer ist, überleben sie einfach nicht“, sagt Baumann. „Diese Populationen mögen durch die Meeresströmungen verbunden sein, aber die realisierte Konnektivität ist im Grunde genommen gleich Null.“
Dieser Befund ist eine Premiere für die Sandlanze, wurde aber auch bei anderen Arten wie Hummer, Kabeljau und Jakobsmuscheln gezeigt, und diese Forschung fügt weitere Beweise für eine offensichtliche Temperaturunterschiede am Scotian Shelf hinzu und hilft zu zeigen, dass die Temperatur eine ist wichtiger Überlebensfaktor.
„Beispiel für Beispiel zeigt, dass der Ozean kein so homogener Ort ist wie erwartet, und es gibt allerlei Dinge, die diese ständige Durchmischung verhindern“, sagt Baumann. „Dafür haben wir ein weiteres markantes Beispiel gefunden.“
Wenn Forscher in einer Umgebung mit kontinuierlicher Vermischung wie im Ozean Anpassung finden, stellt sich die Frage, sagt Baumann, wie es möglich ist, dass Gruppen unterschiedlich bleiben, obwohl sie ständig auf andere Genotypen treffen. Hier kommen leistungsstarke genomische Methoden, wie sie in diesem Artikel verwendet werden, ins Spiel.
„Teile des Genoms vieler Arten haben eine sogenannte ‚genetische Inversion‘, was bedeutet, dass die Gene auf dem Chromosom eines Elternteils eine bestimmte Reihenfolge haben und die Gene auf demselben Chromosom, die vom anderen Elternteil stammen, für die kodieren dasselbe, und sie sind derselbe Bereich, aber sie sind umgedreht“, sagt Baumann.
Diese Inversionen bedeuten, dass keine Rekombination stattfinden kann; Daher werden die Gene über Generationen weitergegeben und spielen eine wichtige Rolle bei der Anpassung.
„Wir haben auf den Chromosomen 21 und 24 entdeckt, dass es ganze Regionen gibt, die völlig unterschiedlich sind, und das ist wie die Markensignatur dessen, was wir eine Inversion nennen, weil keine Rekombination stattfindet.“
Baumann sagt, dass es wichtig ist zu wissen, dass es genetische und ökologische Barrieren auf dem Scotian Shelf gibt, denn mit dem Klimawandel kann sich diese Barriere nach Norden verschieben, und während das für südliche Fische eine gute Nachricht sein mag, ist es eine schlechte Nachricht für die Fische, die derzeit dort sind.
Die Forscher waren auch ein wenig erleichtert, zwei Cluster zu finden, denn wenn es viele kleinere Cluster gegeben hätte, könnte dies die Verwaltung und Erhaltung schwieriger machen, insbesondere in Anbetracht von Szenarien wie dem Bau von Offshore-Windparks. Potenziell gut gelegene Gebiete für Windkraftanlagen können auch Lebensräume für Sandlanzen sein, und Bauarbeiten stören Lebensräume.
Wenn es viele, kleinere Bevölkerungscluster gäbe, könnte ein einzelnes Bauprojekt das Risiko bergen, einen Cluster vollständig auszulöschen, während bei weiter verstreuten Populationen die lokale Bevölkerung zwar vorübergehend gestört werden kann, es jedoch nicht lange dauern wird, bis sie dazu in der Lage ist nach Abschluss der Bauarbeiten wieder aufbauen.
Baumann plant, die weitere Forschung auf die Erforschung der genetischen Grundlagen der thermischen Spaltung zu konzentrieren.
„Wir wollen sicherstellen, dass dieser Fisch trotz des Klimawandels produktiv und widerstandsfähig ist, also sollten wir sicherstellen, dass diese Gebiete, in denen er vorkommt, geschützt werden“, sagt Bauman. „Diese Entscheidungen sollten Experten einbeziehen, um sicherzustellen, dass, wenn es einen Bereich gibt, der für Sandlanzen sehr kritisch ist, jede Störung nur vorübergehend ist.“
Das sei kein unlösbarer Konflikt, aber etwas, das wir tun müssten, sagt Baumann, der auch anmerkt, dass es möglich sei, dass Sandlanzen nördlich der thermischen Wasserscheide bereits stärker unter der Erwärmung leiden, weil sich die Region schneller erwärme.
„Es könnte sein, dass diese beiden Cluster unterschiedlich anfällig für den Klimawandel sind“, sagt er. „Das wissen wir noch nicht, aber das ist etwas, das weiterverfolgt werden sollte.“
Mehr Informationen:
Lucas F. Jones u. ICES Zeitschrift für Meereswissenschaften (2022). DOI: 10.1093/icesjms/fsac217