Stellen Sie sich vor, wir könnten zwanzig Generationen von Walen oder Haien beobachten, wie sie sich an den Klimawandel anpassen – und messen, wie sie sich entwickeln und wie sich ihre Biologie verändert, wenn Temperaturen und Kohlendioxidwerte steigen. Das könnte uns viel darüber verraten, wie widerstandsfähig das Leben in den Ozeanen gegenüber einer wärmeren Welt sein könnte. Aber es würde auch Hunderte von Jahren dauern – nicht sehr nützlich für Wissenschaftler oder politische Entscheidungsträger, die versuchen, unsere sich erwärmende Welt heute zu verstehen.
Betrachten wir stattdessen das Leben des Copepoden Acartia tonsa, eines winzigen und bescheidenen Meeresbewohners am unteren Ende des Nahrungsnetzes. Er pflanzt sich fort, reift heran und erzeugt in etwa zwanzig Tagen eine neue Generation. Zwanzig Copepoden-Generationen vergehen in etwa einem Jahr.
Ein Team von sechs Wissenschaftlern unter der Leitung der Biologin Melissa Pespeni von der University of Vermont und des promovierten Wissenschaftlers Reid Brennan hat genau das getan: In einem erstmalig durchgeführten Laborexperiment setzten sie Tausende von Copepoden den hohen Temperaturen und dem hohen Kohlendioxidgehalt aus, die für die Zukunft der Ozeane vorhergesagt werden. Und beobachteten, wie zwanzig Generationen überlebten. Dann nahmen sie einige der Copepoden und setzten sie wieder den Ausgangsbedingungen aus – der Temperatur und dem CO2-Gehalt, mit denen die erste Generation begann, was den heutigen Meeresbedingungen entspricht. Und dann beobachteten sie drei weitere Generationen.
Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurden, “zeigen, dass es Hoffnung gibt”, sagt Pespeni, “aber auch die Komplexität, mit der das Leben auf den Klimawandel reagiert.”
Der Preis der Plastizität
Ihre Hoffnung beruht auf der Beobachtung des Teams, dass die Copepoden unter den Bedingungen des Klimawandels nicht starben. Stattdessen überlebten sie und gediehen sogar. Die Wissenschaftler – von der UVM, der University of Connecticut, dem GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Deutschland und der University of Colorado, Boulder – zeichneten viele Veränderungen in den Genen der Ruderfußkrebse auf, die damit zusammenhängen, wie sie mit Hitzestress umgehen, ihr Skelett in saurerem Wasser wachsen lassen, Energie produzieren und andere zelluläre Prozesse, die vom Klimawandel betroffen sind. Dies zeigt, dass diese Lebewesen in ihrem Erbgut die Fähigkeit haben, sich über zwanzig Generationen hinweg anzupassen und ihre Fitness in einer radikal veränderten Umwelt aufrechtzuerhalten, indem sie die in natürlichen Populationen vorhandene Variation nutzen. Die Beobachtungen des Teams stützen die Idee, dass Copepoden – eine weltweit verbreitete Gruppe von Krustentieren, die von vielen kommerziell wichtigen Fischarten gefressen werden – der beispiellos schnellen Erwärmung und Versauerung, die derzeit durch die Nutzung fossiler Brennstoffe durch den Menschen in den Ozeanen ausgelöst wird, standhalten könnten.
Die Komplexität – “es ist wirklich eine Warnung”, sagt Pespeni – ergibt sich aus der Beobachtung des Teams, was mit den Copepoden geschah, die zu den Ausgangsbedingungen zurückgebracht wurden. Diese Lebewesen zeigten die versteckten Kosten der zwanzig vorangegangenen Generationen der Anpassung. Die Flexibilität, die es den Copepoden ermöglichte, sich über zwanzig Generationen hinweg weiterzuentwickeln – was die Wissenschaftler als “phänotypische Plastizität” bezeichnen – wurde untergraben, als sie versuchten, zu den zuvor günstigen Bedingungen zurückzukehren. Nach ihrer Rückkehr waren die Copepoden in gewissem Sinne weniger gesund und bildeten kleinere Populationen. Nach drei Generationen waren sie in der Lage, sich zu den Bedingungen ihrer Vorfahren zurückzuentwickeln – aber sie hatten die Fähigkeit verloren, ein begrenztes Nahrungsangebot zu tolerieren und zeigten eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber anderen neuen Formen von Stress.
“Wenn Copepoden oder andere Lebewesen diesen Weg der Anpassung beschreiten müssen – und einen Teil ihrer genetischen Variation aufgeben, um mit dem Klimawandel fertig zu werden – werden sie dann in der Lage sein, einen neuen Umweltstressor oder eine andere Veränderung der Umwelt zu tolerieren?” fragt sich Pespeni. Copepoden gehören zu einer großen Gruppe von Arten, denen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem raschen Klimawandel vorausgesagt wird – und diese neue Studie, die von der National Science Foundation unterstützt wird, bestätigt diese Ansicht.
“Aber wir müssen uns vor allzu einfachen Modellen hüten, die nur eine einzige Variable betrachten, um zu sagen, wie gut es den Arten gehen wird und welche von ihnen in der Zukunft überleben werden”, sagt Reid Brennan, der diese Studie im Labor von Melissa Pespeni an der University of Vermont durchgeführt hat und jetzt am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel arbeitet. Die neue Studie der Wissenschaftler über Ruderfußkrebse weist auf eine größere Wahrheit über die komplizierte Wirtschaft der Evolution hin: Die schnelle Entwicklung in einer plötzlich heißen Welt kann unvorhergesehene Kosten verursachen.
Datum: März 22, 2022
Quelle: Universität von Vermont
Journal Reference:
- Reid S. Brennan, James A. deMayo, Hans G. Dam, Michael B. Finiguerra, Hannes Baumann, Melissa H. Pespeni. Loss of transcriptional plasticity but sustained adaptive capacity after adaptation to global change conditions in a marine copepod. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-28742-6