Erkundung des „wurmweiten Netzes“ der Tierwelt

Viele von uns versuchen, den Gedanken an sie zu unterdrücken, während andere sie mittlerweile akzeptieren. Was auch immer Sie über Parasiten denken, sie können Wissenschaftlern viel über Ökologie, Gesundheit und Umwelt verraten.

Überlegen Sie zum Beispiel, welche Tiere Parasiten teilen. Es ist eine einfache Frage mit vielen Implikationen für Nahrungsnetze, seltene Arten und sogar Umweltveränderungen. Es ist auch entscheidend für das Verständnis der Krankheitsübertragung in einer Welt, in der menschliche und tierische Wirte zunehmend miteinander verbunden sind. Die Beantwortung dieser Frage ist jedoch schwierig, insbesondere wenn die Forschung gefährdete und bedrohte Arten betrifft.

Eine internationale Studie unter der Leitung eines Forschers der UC Santa Barbara bietet eine vielversprechende Lösung. Unter Verwendung von DNA aus dem Dung großer Pflanzenfresser entdeckten Wissenschaftler ein ganzes Netzwerk von Magen-Darm-Parasiten, die sich 17 wilde und einheimische Pflanzenfresserarten teilen. Das Papier, veröffentlicht in Verfahren der Royal Society B, wirft ein Licht auf Muster der Parasitendiversität an der Schnittstelle zwischen Wildtieren und Nutztieren. Insbesondere stellten die Autoren fest, dass Magen-Darm-Parasiten dazu neigen, Wirte mit ähnlichen Darmtypen und einer ähnlichen Evolutionsgeschichte zu infizieren, und dass Haustiere zentrale Akteure in diesem Netzwerk sind.

Die Hauptautorin Georgia Titcomb war eine Doktorandin an der UC Santa Barbara, als sie anfing, sich die Hände mit riesigem Säugetierkacke schmutzig zu machen. Bei der Arbeit an ihrer Dissertation wollte sie verstehen, wie große, wilde und domestizierte Tiere Parasiten an Wasserquellen teilen können, an denen sie sich versammeln. Aber sie wurde zunehmend frustriert, als sie die typischen Methoden zum manuellen Identifizieren und Zählen von Parasiteneiern verwendete. „Ich würde über das Mikroskop brüten und Eier sehen, die alle genau gleich aussahen“, sagte sie. „Es gab keine Möglichkeit zu sagen, ob das amorphe mikroskopisch kleine Oval, das ich in Kuhhaufen gefunden habe, in der Lage sein könnte, eine Antilope zu infizieren.“

Auf der Suche nach einem besseren Weg wandte sich Titcomb an den Co-Autor Rob Pringle von der Princeton University, der DNA im Mist von Pflanzenfressern verwendet hatte, um ihre Ernährung herauszufinden. „Ich war von ihrer Arbeit inspiriert“, erinnerte sich Titcomb, der sich der Fakultät der Colorado State University anschließt. „Ich fragte mich: Was wäre, wenn wir diese Methode anpassen könnten, um die immense Vielfalt an Parasiten in diesen Pflanzenfressern zu entdecken?“ Vielleicht könnte es vorhersagbare Muster der Parasitendiversität und -teilung aufdecken.

„Wir wollten die Faktoren verstehen, die die Zusammensetzung und Ähnlichkeit von Parasitengemeinschaften in verschiedenen Wirtsarten beeinflussen“, sagte Pringle, „und ein Gefühl dafür bekommen, wer Parasiten mit wem teilt.“

Das Team verwendete DNA-Metabarcoding – eine Technik, die einen kurzen DNA-Strang in einer Probe amplifiziert und ihn mit Sequenzen in einer genetischen Datenbank abgleicht –, um das Vorhandensein und die Vielfalt von Parasiten in 17 großen Pflanzenfresserarten herauszufinden, die im Mpala Research Center in Zentralkenia gefunden wurden . „Eine so reiche Vielfalt an Pflanzenfressern zu haben, dass sich alle an einem Studienort überlappten, ermöglichte es uns, eine Vielzahl von Faktoren zu untersuchen, die ihre Parasiteninfektionen erklären könnten“, sagte Titcomb.

Die Autoren testeten mehrere Variablen – wie Körpergröße, Ernährung und soziale Gruppengröße eines Wirts – und fanden einige Schlüsselmuster. „Der wichtigste Faktor war die Evolutionsgeschichte des Wirts“, erklärte Titcomb. „Näher verwandte Wirte hatten enger verwandte Parasiten.“ Darüber hinaus könnte die Struktur des Darms des Wirts – des Lebensraums des Parasiten – die dort vorkommende Parasitengemeinschaft bestimmen.

Pflanzenfresser von Säugetieren fallen in zwei Hauptgruppen: diejenigen, die Pflanzenmaterial in ihrem Vorderdarm verdauen, und diejenigen, die Pflanzenmaterial im Hinterdarm verdauen. Vorderdarm-Fermenter – wie Kühe, Antilopen, Büffel und Giraffen – sind sehr effizient darin, Nährstoffe aus Pflanzen zu extrahieren, weil sie einen komplizierten Magen haben. Die Autoren vermuteten, dass diese Mägen mit mehreren Kammern eine Menge Habitatkomplexität für Darmparasiten bieten könnten. Infolgedessen haben diese Tiere möglicherweise eine andere Reihe von Parasiten als Enddarm-Fermenter – wie Zebras, Esel, Elefanten und Warzenschweine – die einen langen Dickdarm haben, wo sie die meisten Nährstoffe aufnehmen.

Warum kommen verschiedene Parasiten in verschiedenen Bereichen des Darms vor? „Ein Grund könnte sein, dass der Verdauungsprozess eine wirklich auffällige Variation des Säuregehalts sowie der Mikroben beinhaltet“, sagte Titcomb. Parasiten müssen an das Leben unter diesen Bedingungen angepasst werden, daher spezialisieren sie sich wahrscheinlich auf verschiedene Bereiche des Magen-Darm-Trakts.

Tiere mit ähnlichen Darmtypen neigen auch dazu, ähnliche Evolutionsgeschichten zu haben – und könnten daher mehrere andere Faktoren teilen, die Parasiten beeinflussen, wie z. Allerdings fanden die Autoren genetisch ähnliche Parasiten in sehr unterschiedlichen Tiergruppen – wie Warzenschweinen, Zebras und Elefanten –, sodass sie vermuten, dass der Darmtyp für einen beträchtlichen Teil dieser Variation verantwortlich ist.

Eine Schlussfolgerung, die die Autoren nicht erwartet hatten, stellte sich als ziemlich wichtig heraus. „Wir fanden heraus, dass mehrere Nutztierarten wirklich in dieses Parasiten-Sharing-Netzwerk eingebettet waren“, sagte Titcomb. „Kamele, Kühe und Esel teilten jeweils Parasiten mit mehreren Wildtierarten. Obwohl sie beim Absetzen entwurmt wurden, teilten Kühe immer noch Parasiten mit mindestens acht anderen Arten.“

Die Berücksichtigung der wichtigen Rolle, die Nutztiere in diesen Netzwerken spielen, ist von entscheidender Bedeutung für die Zukunftsplanung. „Weltweit gehen die Populationen großer Säugetiere zurück und werden zunehmend durch Nutztiere verdrängt“, sagte Pringle. „Die Parasiten dieser Tiere haben einen wichtigen Einfluss auf ihre Gesundheit und Fitness, was ein potenzielles Problem für den Naturschutz und die menschliche Lebensgrundlage darstellt, da Wildtiere Krankheiten auf Nutztiere übertragen können.“

Die Autoren glauben, dass ihre Ergebnisse für die Viehhaltung wichtig sein werden. Ein richtiges Verständnis der Faktoren, die diese Parasitennetzwerke beeinflussen, ist entscheidend für die Entwicklung effektiver Erhaltungspläne und die Antizipation und Bewältigung von Krankheitsausbrüchen, fügte Pringle hinzu.

Beispielsweise ist es wichtig zu verstehen, inwieweit Kamele und Rinder Parasiten mit wilden Pflanzenfressern teilen. Das Team fand heraus, dass 90 % der Kamele mit mindestens einer parasitären Nematodenart infiziert waren. Kamele verdrängen aufgrund ihrer Trockenheitstoleranz zunehmend Rinder im Untersuchungsgebiet und waren eine der wichtigsten Arten im Parasitennetzwerk.

Titcomb merkte auch an, dass dies noch in einem frühen Stadium sei und noch viel zu tun sei. „Wir haben uns nur eine Facette der Parasitenwelt angesehen“, sagte sie, „wenn auch eine wichtige für Pflanzenfresser. Aber es gibt auch viele andere Parasitengruppen, die man sich ansehen muss.“

Die Autoren weisen auch darauf hin, dass die Metabarcoding-Methode nicht perfekt ist. „Bei der Verwendung dieser Techniken, die sich ständig weiterentwickeln, sind viele Aspekte zu berücksichtigen“, sagte Titcomb. „Außerdem sind wir noch nicht in der Lage, die Intensität einer Infektion zuverlässig zu quantifizieren, was für die Tiergesundheit und die Erkennung potenzieller Superspreader wichtig ist.“

Für die Zukunft erwartet Titcomb, dass Parasiten-DNA-Metabarcoding ein wichtiges Werkzeug für Parasitologen und Krankheitsökologen sein wird, wenn sie Infektionen in sich verändernden Landschaften untersuchen. „Ich denke, das Coolste ist, dass wir jetzt dieses winzig kleine Stück DNA völlig nicht-invasiv entnehmen und eine ganze Welt von Parasiten billig und effizient für Hunderte von Proben enträtseln können“, sagte sie. Dies bietet eine beispiellose Möglichkeit, Tiere durch ihre gemeinsamen Parasiten zu verbinden, sie im Laufe der Zeit zu untersuchen und zu untersuchen, wie sich diese Dynamiken in verschiedenen Kontexten ändern.