Forscher identifizieren die Mikroben in 100 Jahre alten Schneckendärmen

An einem regnerischen Tag im Juli 1920 wanderte ein Wissenschaftler aus Colorado namens Junius Henderson um den Dakota Hogback herum, einen Sandsteinkamm nördlich von Boulder. Dort entdeckte er eine Gruppe Rocky-Mountain-Schnecken (Oreohelix strigosa), die über den Boden sickerten. Henderson sammelte die Weichtiere ein und brachte sie zurück in sein Labor im heutigen Museum für Naturgeschichte der Universität von Colorado, wo er seine Funde sorgfältig aufbewahrte.

Jetzt, ein Jahrhundert später, ist ein Team von Ökologen des CU-Museums zu diesen Schnecken zurückgekehrt und hat überraschende Einblicke in etwas erhalten, das Henderson damals nicht hätte vorhersagen können: die vielfältigen Gemeinschaften von Bakterien und anderen Mikroben, die zusammen als Mikrobiom bekannt sind , das in den Eingeweiden der Mollusken blühte.

Zum ersten Mal überhaupt haben Forscher moderne DNA-Screening-Tools verwendet, um die Mikroben zu identifizieren, die einst im Darm von Tieren lebten, die seit einem Jahrhundert tot sind. Bridget Chalifour, die die Studie leitete, sagte, die Ergebnisse zeigen, wie wertvoll Museumssammlungen sein können – Mikrobiome könnten einen unerwarteten Einblick in die Interaktion von Tieren mit ihrer Umgebung bis in die Ära der Prohibition oder sogar noch weiter zurück bieten.

„Wir haben gelernt, dass Proben von vor 50 oder 100 Jahren genauso geeignet sind, moderne, ökologische Fragen zu beantworten wie Proben, die vor zwei Jahren gesammelt wurden“, sagte Chalifour, die kürzlich an der CU Boulder in Ökologie und Evolutionsbiologie promoviert hat.

Sie und ihre Kollegen veröffentlichten ihre Ergebnisse am 29. Juni in der Zeitschrift Mikrobiom.

Die Ergebnisse kommen, während Wissenschaftler erkennen, wie wichtig Darmmikrobiome für viele Tiere und sogar Menschen sind. Jüngste Forschungen von CU Boulder haben beispielsweise gezeigt, dass eine gesunde Population von Darmbakterien Menschen helfen kann, Stress zu bekämpfen oder sogar besser zu schlafen.

Der neue Ansatz muss nicht bei Schnecken haltmachen: Wissenschaftler könnten mit einer ähnlichen Methode die Mikrobiome einer Reihe anderer Tiere scannen, die Museen oft in Ethanol lagern, darunter viele Spinnen, Frösche und Schlangen.

„Diese Arbeit öffnet die Tür zu unbegrenzten Möglichkeiten“, sagte der Co-Autor der Studie, Jingchun Li, Kurator für Wirbellose am Museum und Assistenzprofessor für Ökologie und Evolutionsbiologie. „Das bedeutet, dass Millionen von Museumsexemplaren, die sich über Jahrhunderte weltweit angesammelt haben, für die Mikrobiomforschung verwendet werden können.“

Pass auf

Sie haben vielleicht noch nie eine Rocky-Mountain-Schnecke gesehen, selbst wenn Sie jahrelang in Colorado gelebt und gewandert sind. Diese Tiere, die etwa die Größe Ihres Daumennagels haben, fressen Blätter und andere Pflanzenteile an Standorten von Kanada bis nach New Mexico.

Aber sie neigen dazu, nur herauszukommen, wenn es nass ist.

„Wenn es regnet, grasen sie normalerweise auf Felsen oder Bäumen an Orten wie dem Eldorado Canyon in Boulder“, sagte Chalifour.

Im Laufe der Jahre haben Boulder-Forscher ungefähr 1.000 dieser Schnecken gesammelt und sie, wie Hendersons frühe Funde, in Ethanol gelagert.

„Museumsexemplare und Artefakte sind das Nächstbeste für eine Zeitmaschine“, sagte Li. „Anhand vieler solcher Proben und Daten können wir fragen, wie das sich ändernde Klima die Gemeinschaften von Bergpflanzen im Laufe der Zeit geprägt hat. Wir können erkennen, welche Organismen Massensterben überlebt haben.“

Li und Chalifour sowie eine ehemalige Sammlungsleiterin der CU Boulder namens Leanne Elder beschlossen, einen besonderen Blick auf die Innereien der Schnecken zu werfen.

Verlorene Populationen

Das Team trug eine Sammlung von 55 Rocky-Mountain-Schnecken zusammen, die zwischen 1920 und 2018 aus einer Region gepflückt wurden, die sich von Boulder im Osten bis Telluride im Südwesten erstreckt. Darunter waren auch drei Schnecken, die Henderson, deren Name heute das Hauptgebäude des Museums auf dem Campus ziert, gefunden hatte. Anschließend entleerten die Forscher die Mollusken. Die Mikroorganismen in ihren Eingeweiden waren ebenfalls seit Jahrzehnten tot, aber das Team konnte die Überreste ihrer DNA sequenzieren.

Der mutige Ansatz zahlte sich aus:

Als sie vor Jahrzehnten starben, strotzten die Mollusken vor Leben. Die Forscher identifizierten Hinweise auf mehr als 7.000 Organismen, hauptsächlich Bakterien, die sich in jeder Schnecke verstecken.

Auch Ethanol schien ihre DNA nicht abzubauen: Das Team fand in Hendersons jahrhundertealten Proben ebenso unterschiedliche Mikrobiome wie in Schnecken, die Chalifour selbst gesammelt und nie in einem Glas aufbewahrt hatte.

„Es ist aufregend für mich, weil ich jetzt viele Proben im Museum deponiert habe“, sagte Chalifour. „Ich denke gerne darüber nach, was die Leute in 15 Jahren mit meinen Schnecken machen werden.“

Sie stellte fest, dass sich die Mikrobiome der Schneckenexemplare im Laufe des Jahrhunderts aus unklaren Gründen etwas verändert haben. Henderson-Mollusken zum Beispiel beherbergten viele Bakterien der Gattungen Bradyrhizobium, Alicycliphilus und Cloacibacterium. Schnecken, die 2018 gesammelt wurden, waren unterdessen teilweise von Flavobacterium und den Familien Chitinophagaceae und Cerasicoccaceae betroffen. Wo die Tiere leben, war jedoch viel wichtiger und machte etwa 20% der mikrobiellen Variation zwischen Schnecken aus.

Diese Mikroorganismen, sagte Chalifour, halfen den Schnecken wahrscheinlich, in den Rocky Mountains zu überleben: Viele der Bakterien, die das Team fand, gehörten zu Gruppen, die oft in der Lage sind, komplexe organische Moleküle abzubauen – wie die Zellulose in den Blättern, die Schnecken fressen.

Heutzutage könnten Dürren und Waldbrände diese Regenwettertiere aus ihren früheren Lebensräumen verdrängen, fügte Chalifour hinzu.

Sie verbrachte Tage damit, in Boulder County, wo Henderson seine Originalexemplare sammelte, nach Schnecken zu suchen. Sie konnte keine finden.

„Viele der Populationen, die wir in unseren Sammlungen haben, sind nicht mehr da“, sagte Chalifour.