Auf der Suche nach Widerstandsfähigkeit gegen die durch Seesterne verschwendete Krankheit

Ihr Körper beherbergt eine einzigartige Ansammlung von Bakterien, Viren und Pilzen, die in und auf Ihnen leben und als Ihr Mikrobiom bezeichnet werden. Wenn alles im Gleichgewicht ist, fühlt man sich gut. Aber wenn Ihr Mikrobiom gestört ist, können Sie krank werden. Das Gleiche gilt für den Rest des Tierreichs – einschließlich der Seesterne. Wenn ihr Mikrobiom aus dem Gleichgewicht geraten ist, können sie anfällig für Infektionen wie die mysteriöse Sea Star Wasting Disease (SSWD) werden, die zum Verlust von Gliedmaßen und schlimmer noch dazu führen kann, dass sie in gallertartige Pfützen auf dem Meeresboden zerfallen.

Die Krankheit scheint den Trends der Erwärmung des Wassers zu folgen, das von Mexiko nach Alaska nach Norden fließt, erklärt Andrew McCracken, ein Ph.D. Student an der University of Vermont, der untersucht, wie Tiere sich anpassen, um mit Stressfaktoren in ihrer Umgebung umzugehen. „Jedes Jahr breitet sich SSWD immer weiter nach Norden aus und erreicht in den Sommermonaten seinen Höhepunkt.“

Seit 2013, als es zu Massensterben kam, sind Wissenschaftler auf der Suche nach der Ursache für SSWD. Eine führende Theorie besagt, dass die Krankheit wahrscheinlich das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels zwischen Umweltbelastungen wie steigenden Wassertemperaturen, niedrigeren Gehalten an gelöstem Sauerstoff und einem Krankheitserreger ist. McCracken war der Hauptautor eines kürzlich in veröffentlichten Artikels Grenzen in der Meereswissenschaft Dass ein Ungleichgewicht im Mikrobiom in Proben von Seesternhaut beschrieben wurde, nahm häufig zu, bevor Symptome von SSWD auftraten.

Seesterne haben wie Menschen normalerweise eine gesunde Mikrobengemeinschaft auf ihrer Haut, die als „erste Verteidigungslinie“ gegen Krankheitserreger oder Mikroben dient, die versuchen könnten, in den Körper einzudringen, erklärt McCracken. „Sie besetzen diese Nische und füllen sie im Wesentlichen aus, sodass sich nichts anderes durchsetzen kann.“

Probleme treten auf, wenn diese natürlichen mikrobiellen Gemeinschaften gestört werden und opportunistische Mikroben eindringen, was zu noch mehr Ungleichgewicht führt und den Weg für das Eindringen potenzieller Krankheitserreger ebnet. Und Umweltbelastungen können die Gemeinschaft völlig zum Erliegen bringen.

„Wenn wir gestresst sind, sind wir anfälliger für Krankheiten und deren Auswirkungen“, sagt McCracken.

Bei den Sonnenblumen-Seesternen dürfte es nicht anders sein. Im letzten Jahrzehnt hat SSWD etwa 90 % der riesigen Seesterne entlang der Westküste ausgelöscht. So viele starben, dass die National Oceanic and Atmospheric Administration im März beantragte, die Arten auf den Schutzstatus zu setzen. Sonnenblumen-Seesterne sind eine „Schlüsselart“ – diejenigen, die zur Erhaltung eines gesamten Ökosystems beitragen –, sodass ihr Verschwinden das Meeresleben an der Pazifikküste grundlegend verändern könnte.

In seiner Arbeit im Labor von Melissa Pespini, außerordentlicher Professorin für Biologie, untersucht McCracken, wie Umweltstressoren die Krankheitsdynamik beeinflussen. Aber er versucht nicht, die Ursache für SSWD herauszufinden (obwohl er diesen Sommer dafür ein Praktikum am Haikai Institute of British Columbia macht), sondern er möchte wissen, ob es ihnen vielleicht gelingen könnte, sich davon zu erholen. Um das herauszufinden, erhielt er im Frühjahr 2023 ein dreijähriges Graduate Research Fellowship der National Science Foundation.

Das mehrteilige Projekt geht auf frühere Arbeiten zurück, die McCracken und Kollegen bei der Analyse des Seestern-Mikrobioms durchgeführt haben. Die Gruppe stellte einen 1.200-fachen Anstieg des Vorhandenseins von Vibrio fest – einer Bakteriengattung, die häufig mit zahlreichen Meereskrankheiten bei Seesternen in Verbindung gebracht wird, die von einer Auszehrungskrankheit betroffen sind. Sie identifizierten einen wahrscheinlichen Täter, fanden jedoch keinen eindeutigen Beweis.

McCracken wird einen Metagenomiktest durchführen, um alle Bakterien, einschließlich Vibrio-Stämme, zu identifizieren, die deutlich an SSWD-Anzeichen leiden. Die Studie wird auch untersuchen, wie widerstandsfähig Seesternpopulationen im Laufe der Zeit sein könnten. Allerdings sind Seesterne sowohl schwer zu bekommen als auch im Labor schwer am Leben zu halten, was McCracken dazu veranlasste, stattdessen Seeigel als Modellart zu verwenden.

„[Sea Stars and sea urchins] „Beide sind Stachelhäuter, sie haben die gleiche Art von Immunzellen und ihr Immunsystem funktioniert auf die gleiche Weise“, sagt er. Und Seeigel „erleben auch sehr ähnliche Krankheitsausbrüche wie der Seestern.“

Ziel von McCracken ist es, die kurz- und langfristige Widerstandsfähigkeit von Seeigeln gegenüber mehreren Umweltstressoren zu testen, um das Potenzial für Organismen zu ermitteln, sich anzupassen, Resistenzen zu entwickeln und schließlich ihre Populationen wiederherzustellen. Er wird Seeigellarven hervorbringen und sie höheren Wassertemperaturen – sowohl allmählichen Anstiegen als auch akuten Spitzen, um natürliche Ereignisse nachzuahmen – und einem bekannten Larvenpathogen aussetzen. Er wird verfolgen, welche Larven Temperaturerhöhungen überleben, welche den Krankheitserreger überleben und, falls welche beide Stressfaktoren überleben, feststellen, ob die Auswahl nützlicher Gene stattgefunden hat, was auf Anpassungspotenzial schließen lässt. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, eine Simulation zu erstellen, die zeigt, wie Evolution über Generationen hinweg stattfinden könnte.

Es ist möglich, dass keine vorteilhaften Gene entstehen – die Veränderungen waren einfach zu groß und zu schnell. Es ist auch möglich, dass bestimmte Eigenschaften, die dem Einzelnen zum Überleben verhelfen, an künftige Generationen weitergegeben werden.

Für McCracken, der an der Küste von Maine aufgewachsen ist, kann es schwierig sein, über die Folgen von SSWD nachzudenken. Es zog ihn dazu, Biologie und Krankheitsökologie zu studieren, weil er Veränderungen in der Umwelt beobachtete, da Lebensräume schrumpften und die Wassertemperaturen stiegen.

„Die Meeresumwelt ist sehr, sehr fragil“, sagt er.

McCracken kam zu UVM, weil er etwas tun wollte, das zur Rettung beitragen könnte. Er entschied sich dafür, seine Fähigkeiten zu nutzen, um die Auswirkungen des Menschen auf die Tierwelt und die Fähigkeit von Organismen zu beurteilen, auf einem Planeten zu überleben, der sich rasch verändert.

„Letztendlich besteht das Ziel darin, die Auswirkungen des globalen Wandels auf Meeresökosysteme vorherzusagen, gefährdete Arten zu identifizieren und von denen zu lernen, die in unserer sich verändernden Welt Widerstandskraft zeigen“, sagt er.