Wissenschaftler kündigen eine umfassende regionale Diagnostik des mikrobiellen Meereslebens mithilfe von DNA-Tests an

Wissenschaftler der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego, des J. Craig Venter Institute (JCVI) und der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) verwendeten Werkzeuge der Genetikforschung, die denen der Ahnenforschung ähneln, um die Vielfalt des Meereslebens zu bewerten vor der kalifornischen Küste.

Das Ergebnis ist eine bahnbrechende Technik, mit der Forscher Bedingungen an der Basis des Nahrungsnetzes der Ozeane diagnostizieren können, die die Fülle kommerziell wichtiger Fische beeinträchtigen oder schädliche Algenblüten hervorrufen. Aus den durch eine Methode namens „Metabarcoding“ gesammelten Informationen können Wissenschaftler auch mithilfe sogenannter Umwelt-DNA (eDNA) bewerten, wie effektiv die Ozeane den Planeten vor den Auswirkungen des Klimawandels schützen können.

Das Team berichtet über die Ergebnisse am 4. Mai im Journal Naturkommunikation.

„Es ist die ökologische Probenahmemethode der Zukunft“, sagte der Erstautor der Studie, Chase James, ein Doktorand bei Scripps Oceanography und JCVI-Forscher. „Diese Studie stellt den ersten Einsatz dieses Ansatzes in einem langfristigen ökologischen Sampling-Kontext dar. Sie zeigt, was Sie sehen können, wenn all diese verborgene Vielfalt endlich gezeigt wird.“

Die neue Methode zur Bewertung von Meeresmikrobiomen – Sammlungen von mikroskopisch kleinen Pflanzen, Tieren und anderen Organismen, die in bestimmten Lebensräumen leben – verbessert die Fähigkeit von Wissenschaftlern, Diagnosen in den Ozeanen durchzuführen, erheblich. Im Fall dieser Studie konnten die Forscher mithilfe genetischer Informationen den wichtigsten Faktor identifizieren, der bestimmt, wie viele Organismen sich im Ozean in Oberflächengewässern vor der kalifornischen Küste befinden und wo sie verteilt sind. Sie fanden heraus, dass die Nährstoffversorgung das Profil des mikrobiellen Lebens im Kalifornienstrom noch stärker prägt als die Temperatur. Diese Schlussfolgerung hätte mit herkömmlichen Mitteln nicht erreicht werden können.

James verglich den Vorgang mit dem Scannen der Barcodes aller Produkte in einem Lebensmittelgeschäft, um eine Bestandsaufnahme zu erhalten. Der Berater von James, Andrew Allen, startete 2014 die Bemühungen mit dem Titel NOAA CalCOFI Ocean Genomics Project (NCOG), beginnend mit Wasserproben, die während der Kreuzfahrten der Ikone gesammelt wurden CalCOFI Umfragen, ein vierteljährliches Programm, das Scripps seit 1949 mitverwaltet. Die in Zwei-Liter-Flaschen gesammelten Proben wurden gefiltert, und die Filter wurden eingefroren und ins Labor zurückgebracht. Die Wissenschaftler profilierten dann alle DNA, die sie in diesen Proben fanden, in der Weise, wie kommerzielle DNA-Testunternehmen die genetischen Profile von Menschen identifizieren und alle Mikroorganismen in den Proben identifizieren. Sie schätzten auch, wie viele Exemplare aller identifizierten Arten in der Probe waren.

Die Methode ist eine Verbesserung herkömmlicher Techniken wie der Lichtmikroskopie, mit der Sentinel-Arten erfasst werden, die häufig im Meerwasser vorkommen, oder von Massenindikatormessungen, z. B. wie viel Chlorophyll im Wasser ist. Im Vergleich zum Metabarcoding geben diese Methoden nur grobe Informationen darüber, was Leben wo lebt. Metabarcoding ermöglicht eine genauere Artenbestimmung und die Erfassung von mehr Daten bei gleichem Aufwand.

CalCOFI wurde kurz nach dem Zweiten Weltkrieg gegründet, um Beamten und der Fischereiindustrie zu helfen, zu verstehen, was den plötzlichen Zusammenbruch der Sardinenpopulationen vor der Westküste verursacht hat. Das Programm führt vierteljährlich Kreuzfahrten an einer Reihe von Stationen vor der Küste durch. Dort wiederholen Wissenschaftler eine Reihe von physikalischen und biogeochemischen Messungen, die die ökologischen Bedingungen aufzeigen. Aus den Untersuchungen haben Wissenschaftler eine weltweit einzigartige Geschichte der Meeresumwelt gesammelt.

„Es ist interessant, dass sich CalCOFI vor 70 Jahren nicht einmal vorstellen konnte, dass man zwei Liter Meerwasser entnehmen und umfassende Daten über die mikrobiologische Gemeinschaft im Meer erhalten könnte“, sagte James, „aber ein wichtiges zukünftiges Ziel dieser Studie ist es, dies zu erreichen Anfangsziele, die CalCOFI erreichen wollte, nämlich die Prozesse zu verstehen, die den Erfolg und Misserfolg unserer regionalen Fischerei bestimmen. Diese hochmoderne Forschung kann dazu verwendet werden, 70 Jahre alte Fragen zu beantworten.“