Ein neues Projekt von zwei NAU-Wissenschaftlern zielt darauf ab, die Zukunft vorherzusagen – insbesondere die Zukunft verschiedener Amphibienarten angesichts einer unvorhersehbaren Umwelt.
Joseph Mihaljevic, Assistenzprofessor an der School of Informatics, Computing and Cyber Systems, der sich mit der Ökologie von Infektionskrankheiten befasst, und Jason Ladner, Assistenzprofessor am Pathogen and Microbiome Institute, der sich mit genomischer Epidemiologie befasst, haben von der National Science Foundation einen Zuschuss in Höhe von 844.000 Dollar erhalten, um Ektothermen zu untersuchen – eine Art von kaltblütigen Organismen, zu denen Amphibien, Fische, Reptilien und Insekten gehören. Ihr Projekt wird bessere, vorhersagbarere Modelle entwickeln, die den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie der Klimawandel und Infektionskrankheiten in Zukunft wahrscheinlich zusammenwirken werden, um die Gesundheit von Wildtierarten zu beeinflussen und vorherzusagen, wie sich Klima und Krankheiten auf diese Arten auswirken, einschließlich der vom Aussterben bedrohten Arten.
Amphibien fressen viele Insekten, die als Schädlinge gelten, und sie sind Nahrungsquelle für Schlangen, Fische, Vögel und andere Tiere. Da sie Lebensstadien im Wasser und an Land haben, sind sie ein wichtiger Teil des Nahrungsnetzes für mehrere Ökosysteme.
„Unser Ziel ist es, besser zu verstehen und vorherzusagen, wie der Klimawandel mit Infektionskrankheiten interagiert und sich darauf auswirkt, ob einige Arten einem höheren oder niedrigeren Aussterberisiko ausgesetzt sind, insbesondere ektotherme Arten“, so Mihaljevic. „Bei diesen Arten, deren Körpertemperatur durch die Umwelt reguliert wird, bestimmt das Klima, wie gut sie mit Infektionskrankheiten zurechtkommen, und das Klima wirkt sich auch darauf aus, wie gut diese Arten in ihren Lebensräumen überleben und sich vermehren. Wir brauchen bessere Prognosemodelle dafür, wann Klima und Krankheiten in Zukunft voraussichtlich die größten Auswirkungen auf diese Arten haben werden. Dies ist wichtig für die Erhaltung der biologischen Vielfalt sowie für die Landwirtschaft und die Aquakultur“.
Die Forschung wird sich auf Ranaviren, eine natürlich vorkommende Gruppe von Viren, die Amphibien infizieren, und ihre Auswirkungen auf die Tigersalamanderpopulation konzentrieren. Mihaljevic bezeichnete es als „Ebola-Virus der Amphibienwelt“, das bei Larven von Salamandern eine systemische Infektion und Organversagen hervorruft, während Erwachsene in der Regel in der Lage sind, eine wirksame Immunantwort zu entwickeln. Tigersalamander können ein Jahrzehnt oder länger leben. Selbst wenn ein Virusausbruch eine Gruppe von Nachkommen dezimiert, haben die Tiere noch viele Jahre Zeit, sich fortzupflanzen. In der Vergangenheit hat dies dazu geführt, dass die Gesamtpopulation der Salamander relativ stabil war.
Das ist eine gute Nachricht für den Tigersalamander, aber nicht alle Amphibien leben so lange. Viele Arten haben nicht so viele Möglichkeiten zur Fortpflanzung, was bedeutet, dass ihre Populationen einem viel größeren Risiko durch diese und andere Krankheiten ausgesetzt sind – Krankheiten, die sich im Zuge des Klimawandels auf unvorhersehbare Weise entwickeln.
Die Forscher werden natürliche Populationen von Larvensalamandern in Gewässern in Arizona untersuchen. Sie testen auf das Virus, indem sie Abstriche von der Haut der Larven und der erwachsenen Tiere machen; das Virus wird von der Haut zurück ins Wasser abgegeben, so dass sie das Virus auf molekularer Ebene in den Abstrichen nachweisen können. Sie werden auch beobachten, wann die erwachsenen Tiere brüten und wie viele Eier sie produzieren, und können diese Muster mit Niederschlägen, Temperaturmustern und anderen Klimaindikatoren in Beziehung setzen.
Anhand von Laborexperimenten werden sie untersuchen, wie sich die Wassertemperatur auf die Übertragung des Virus auswirkt, und dieses Wissen in mathematische Modelle einfließen lassen, die erklären, wie das Klima die Fortpflanzung der Salamander und die Schwere der Virusausbrüche beeinflusst. In einem nächsten Schritt werden die langfristigen Auswirkungen auf die Populationsgrößen untersucht, indem simuliert wird, wie das Klima in 20, 30 oder 50 Jahren aussehen wird, und es wird versucht, die Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, dass die Salamanderpopulationen im Laufe der Zeit zurückgehen werden. Die Erkenntnisse über die Salamander werden dazu beitragen, bessere Modelle zu erstellen, mit denen sich vorhersagen lässt, ob andere Amphibienarten in Zukunft stärker oder weniger stark vom Aussterben bedroht sind.
Diese Frage ist von entscheidender Bedeutung, denn wir wissen zwar, dass der Klimawandel eine reale Bedrohung darstellt, aber wir wissen nicht, welche konkreten Formen diese Bedrohung annehmen wird.
„Neu auftretende Infektionskrankheiten sind ein ernsthaftes Problem für die globale Artenvielfalt, insbesondere aufgrund der Verbringung von Tieren und Krankheitserregern durch den Menschen, und der künftige Klimawandel hat das Potenzial, die Auswirkungen von Infektionskrankheiten zu verschlimmern, insbesondere für exotherme Arten, die ihre Innentemperatur nicht selbst regulieren können“, so Ladner. „Diese Arbeit ist wichtig, weil sie es uns ermöglicht, die saisonale Krankheitsdynamik mit der Temperaturvariabilität zu verknüpfen, um zu verstehen, wie die Auswirkungen von Infektionskrankheiten durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten.“
Im Rahmen des Projekts wird das Team auch bis zu 50 Genome des Ambystoma tigrinum-Virus (eine Art Ranavirus) sequenzieren, das aus verschiedenen Wildtierarten isoliert wurde, um grundlegende Fragen darüber zu untersuchen, wie dieser Erreger überlebt und im Südwesten zirkuliert.
Mihaljevic und Ladner arbeiten auch mit Greg Dwyer von der University of Chicago und Wissenschaftlern von Arizona Game and Fish zusammen. Mehrere Studenten und ein Doktorand werden sich an der Forschung beteiligen, die auf der Arbeit der Masterstudenten Kelsey Banister und Kathryn Cooney, der Alumni Diego Olivo und Monica Long sowie der Studenten Braden Spencer und Zane Ondovcik aufbaut. Das gemeinsame Projekt von Olivo und Spencer wurde von Urdea finanziert, Ondovciks aktuelles Projekt wird durch den Hooper Undergraduate Research Award finanziert. Es baut auch auf Bemühungen auf, die durch einen Heritage Grant von Arizona Game & Fish und TRIF finanziert wurden.
Datum: February 3, 2022
Quelle: Northern Arizona University
Materials provided by Northern Arizona University.