Globale Veränderungen können kurzfristige evolutionäre Anpassungen bei Mikroben fördern

Eine neue Studie unter der Leitung des Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) in Barcelona legt nahe, dass der globale Wandel die kurzfristige evolutionäre Anpassung des Mikrobioms der Erde fördert, das etwa 15 % der gesamten planetaren Biomasse ausmacht. Dies könnte direkte Auswirkungen auf die Gesellschaft haben, da wir bei so vielen wichtigen Prozessen auf Mikroben angewiesen sind.

Zum Beispiel ist die Fischerei im Wesentlichen auf mikrobielle Aktivität angewiesen, um das marine Nahrungsnetz zu erhalten. Außerdem tragen Meeresmikroben, die ~70 % der marinen Biomasse ausmachen, zur Klimaregulierung bei, indem sie CO2 aus der Atmosphäre binden, und sind für 50 % der Primärproduktion des Planeten verantwortlich. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass wir verstehen, wie aktuelle Meeresmerkmale die mikrobielle Evolution beeinflussen können und was passieren könnte, wenn sich die Bedingungen ändern.

Die Studie, gerade in der Zeitschrift veröffentlicht Trends in der Mikrobiologie, konzentriert sich auf die Evolution von Mikroben über kurze Zeiträume wie Jahre oder Jahrzehnte, die zuvor nicht direkt in freier Wildbahn analysiert wurden. Dies ist heutzutage besonders relevant, da wir über die technologischen Kapazitäten verfügen, um genomische Veränderungen in wilden Mikroorganismen zu untersuchen, und dazu beitragen können, die Auswirkungen vorherzusagen, die Umweltveränderungen auf die vom Mikrobiom bereitgestellten Ökosystemleistungen haben können.

„Es ist wichtig, die Evolution wilder Meeresmikroben zu berücksichtigen, um genaue Vorhersagen darüber zu treffen, wie sie sich unter zukünftigen globalen Veränderungen verändern werden, doch die meisten Studien haben sich bisher auf die Untersuchung kurzfristiger Reaktionen konzentriert, wobei Modellorganismen verwendet wurden, aber unser theoretischer Ansatz ganz anders“, sagt Georgina Brennan, Mitautorin der Studie.

Co-Autor Ramiro Logares sagt: „Diese zeitgenössischen Evolutionsprozesse sind eine Folge der schnellen Anpassung an biotische oder abiotische Faktoren (z. B. Temperatur), die sich aufgrund des Klimawandels schnell ändern können.“

Bewegen, anpassen oder sterben

Wenn Organismen mit Umweltveränderungen konfrontiert werden, haben sie drei mögliche Reaktionen: sich bewegen, anpassen oder sterben. Die Evolution kann in Abhängigkeit von Faktoren wie der Reproduktionsrate oder der Populationsgröße auf unterschiedlichen Zeitskalen stattfinden. Die Tatsache, dass sich Mikroben viel schneller an Umweltveränderungen anpassen als andere Tiere, ist dank mehrerer im Labor entwickelter Studien bekannt. Sie haben zum Beispiel gezeigt, dass einige Arten bei erhöhten Temperaturen schneller wachsen können. Reaktionen in freier Wildbahn wurden jedoch nur sehr wenig untersucht.

Dies erfordert eine DNA-Sequenzierung zum Nachweis von Mutationen, obwohl dies in der Natur bis zum letzten Jahrzehnt nicht wirtschaftlich durchführbar war. „Wir haben jetzt die Ressourcen und die Technologie, um zu verstehen, wie sich das Meeresmikrobiom unter dem zukünftigen globalen Klimawandel entwickeln wird“, schreiben die Autoren.

Sie glauben, dass es notwendig ist, genomische Observatorien einzurichten, um die mikrobielle Evolution in verschiedenen Meeresregionen und -tiefen zu überwachen, einschließlich unberührter und degradierter Gebiete, um lange DNA-Zeitreihen zu generieren, die eine Verfolgung der gegenwärtigen mikrobiellen Evolution und ihrer potenziellen Auswirkungen auf ermöglichen Ökosystemfunktion und Gesundheit.

Bereitgestellt vom Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC)