Was uns die Oktopus-DNA über den Zusammenbruch des antarktischen Eisschildes verrät

Wenn wir die Zukunft verstehen wollen, ist es oft sinnvoll, einen Blick in die Vergangenheit zu werfen. Und noch nützlicher, wenn Sie Oktopus-DNA verwenden, um in längst vergangene Welten zu blicken.

Vor etwa 125.000 Jahren befand sich die Erde in ihrer letzten Warmzeit zwischen den Eiszeiten. Die globalen Durchschnittstemperaturen während dieser Zwischeneiszeit waren etwa 0,5–1,5 °C wärmer als vorindustrielle Werte.

Das weist starke Parallelen zu unserer Zeit auf. Für ein Drittel 2023Aufgrund des Klimawandels war die Temperatur auf der Erde um 1,5 °C wärmer als im vorindustriellen Zeitalter.

Für fast 50 Jahre Physiker haben nach der Antwort darauf gesucht, ob der riesige westantarktische Eisschild zusammengebrochen ist, als die globalen Temperaturen das letzte Mal so hoch waren. Anstatt uns nur auf geologische Proben zu verlassen, suchten wir anhand der DNA eines kleinen antarktischen Oktopus nach Hinweisen auf die tiefe Vergangenheit.

Die DNA hatte eine Antwort. Unsere neuen Untersuchungen zeigen, dass es höchstwahrscheinlich zusammengebrochen ist.

Der westantarktische Eisschild ist sehr anfällig für eine Erwärmung. Wenn es schmilzt, hat es genug Wasser, um den globalen Meeresspiegel um 3,3 bis 5 Meter anzusteigen.

Von Kraken und riesigen Eisplatten

Sedimentaufzeichnungen und andere Eiskerne zeigen uns, dass sich die Eisdecke im Laufe der letzten etwa 1 Million Jahre im späten Pleistozän irgendwann zurückgezogen hat, aber der genaue Zeitpunkt und das Ausmaß eines möglichen Zusammenbruchs bleiben unklar.

Um eine genauere Antwort zu erhalten, haben wir uns mit der Genetik von Kopffüßern befasst.

Die DNA jedes Organismus ist ein Geschichtsbuch, und wir verfügen jetzt über die Technologie, es zu lesen. Mithilfe der DNA können wir in der Zeit zurückblicken und genau bestimmen, wann sich verschiedene Tierpopulationen kreuzten.

Der Turquet-Oktopus (Pareledone turqueti) ist recht klein und wiegt bis zu 600 Gramm. Sie leben auf dem Meeresboden rund um die Antarktis, aber einzelne Tiere ziehen nicht weit von zu Hause weg. Die Antarktis ist so groß, dass sich Populationen verschiedener Regionen normalerweise nicht kreuzen können.

Tief unter der Westantarktis gibt es Lücken in den Felsen. Diese sind derzeit durch die Eisdecke aufgefüllt, wodurch das Weddell-, Amundsen- und Rossmeer voneinander getrennt sind.

Wenn das Eis schmilzt, würden sich Seewege öffnen und diese isolierten Becken verbinden. Kraken könnten direkt in diese Regionen einwandern und der Beweis ihrer Fortpflanzung würde in der DNA festgehalten.

Aber wenn die Eisdecke nicht schmelzen würde, würden wir nur Hinweise auf die Fortpflanzung zwischen Krakenpopulationen entlang des Kontinentumfangs sehen.

Wir haben DNA-Muster in den Genomen von Turquet-Tintenfischen in der gesamten Antarktis verglichen, um herauszufinden, ob es direkte und einzigartige Verbindungen zwischen Krakenpopulationen im Weddell-, Amundsen- und Rossmeer gibt. Wir haben statistische Modelle verwendet, um herauszufinden, ob diese Verbindungen durch ihre heutigen Verbindungen rund um die antarktische Küste erklärt werden können.

Die Geschichte war in der DNA klar: Ja, es gab direkte Verbindungen zwischen diesen drei Oktopuspopulationen. Ihre Verbindungen konnten statistisch nicht durch Kreuzungen rund um die heutige antarktische Küste erklärt werden. Diese Populationen konnten nur über Seewege in Kontakt kommen, die jetzt durch den westantarktischen Eisschild blockiert sind.

Noch interessanter ist, dass wir erstmals direkte Verbindungen zwischen den drei Populationen im mittleren Pliozän vor 3 bis 3,6 Millionen Jahren fanden, als die Temperaturen 2–3 °C höher und der Meeresspiegel 25 m höher waren als heute. Das unterstützt vorhandene geologische Beweise dass der westantarktische Eisschild in dieser Zeit zusammenbrach.

Die jüngsten DNA-Signaturen direkter Verbindungen zwischen den Kraken dieser drei Meere stammen aus der letzten Zwischeneiszeit vor etwa 125.000 Jahren. Dies deutet darauf hin, dass der Eisschild zusammenbrach, als die globale Durchschnittstemperatur etwa 1,5 °C höher war als vorindustrielle Werte.

Unsere Arbeit liefert den ersten empirischen Beweis, dass der Eisschild der Westantarktis zu kollabieren beginnen könnte, wenn wir das Ziel des Pariser Abkommens, die Erwärmung auf 1,5 °C oder sogar 2 °C zu begrenzen, überschreiten.

Diese Entdeckung erforderte disziplin- und länderübergreifende Anstrengungen

Um tierische DNA als Proxy für Veränderungen im Eisschild zu verwenden, mussten wir disziplin- und länderübergreifend arbeiten. Durch die Zusammenführung von Physikern und Biologen entstanden neue Wege zur Beantwortung langjähriger Fragen, die für uns alle von entscheidender Bedeutung sind.

Für Proben wandten wir uns auch an Museumssammlungen. Einige sind drei Jahrzehnte alt – lange bevor die von uns verwendeten genetischen Sequenzierungs- und Analysetechniken verfügbar waren. Dies zeigt die entscheidende Bedeutung einer sorgfältigen Probenkonservierung, verknüpft mit Metadaten, damit die Proben für den zukünftigen Zugriff geschützt sind.

Interdisziplinäre Wissenschaft ist schwierig. Es erfordert Zeit, Mühe und Offenheit, neue Terminologien, Maßstäbe und Ansätze zu schätzen. Zeitschriftenredakteure und Wissenschaftler zögern möglicherweise, solche Arbeiten zu begutachten, da einige Aspekte der Forschung zwangsläufig außerhalb ihres Fachgebiets liegen. Wir hoffen jedoch, dass unsere Ergebnisse den Wert dieses Ansatzes zeigen.

Was kommt als nächstes?

Wir hoffen, DNA weiterhin als Stellvertreter für die Erforschung anderer Teile der Antarktis nutzen zu können, deren Klimageschichte kaum verstanden ist.

Da ist ein Reichtum an Information über die jüngste und ferne Vergangenheit der Antarktis, die auch in anderen Arten biologischer Daten in Moosbetten und Torfprofilen, Wirbeltierkolonien sowie lebenden wirbellosen Land- und Meerestieren verborgen ist. Bisher wurden nur sehr wenige dieser biologischen Archive in unser Verständnis des vergangenen Klimas der Antarktis einbezogen.

Da sich die Welt in einem beispiellosen Tempo erwärmt, müssen wir diese Art von Ansätzen nutzen, um zu verstehen, was sonst noch auf dem Eis passieren wird.

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