Neues über den Artenreichtum unter der Erde



Bio-News vom 16.12.2023

Sie sind winzig klein, enorm vielfältig und im Erdboden weit verbreitet: wirbellose Bodenlebewesen wie Springschwänze, Hornmilben, Tausendfüßer oder Fadenwürmer. Im Ökosystem Boden übernehmen diese Tiere wichtige Aufgaben. Daher rücken sie auch zunehmend in den Blickpunkt von behördlichen Maßnahmen zur Erhaltung der biologischen Vielfalt im Boden.

Mit dem Projekt „MetaInvert“ stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler umfangreiche genomische Daten zu 232 Arten dieser bisher wenig erforschten Organismen bereit. Die Informationen tragen erheblich zur Identifizierung sowie zum Wissen über Zusammensetzung und Funktion von Gemeinschaften und die Entdeckung evolutionärer Anpassungen an Umweltbedingungen bei.


In Waldböden der gemäßigten Breiten können bis zu 200.000 Individuen von Hornmilben (Oribatida) pro Quadratmeter Humusauflage vorkommen. Gemeinsam mit anderen Bodenlebewesen sorgen sie für die Streuzersetzung und die Fruchtbarkeit der Böden.

Publikation:


Collins, G., Schneider, C., Boštjančić, L.L. et al.
The MetaInvert soil invertebrate genome resource provides insights into below-ground biodiversity and evolution

Commun Biol 6, 1241 (2023)

DOI: 10.1038/s42003-023-05621-4



Doch durch welche Eigenschaften und Fähigkeiten genau zeichnen sich die einzelnen Arten aus, welche Informationen gibt ihr Erbgut preis und wie haben sie sich im Laufe der Evolution entwickelt? Mit dem Projekt „MetaInvert“ stellt ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern umfangreiche genomische Daten zu 232 Arten dieser bisher wenig erforschten Organismen bereit. Die Informationen tragen erheblich zur Identifizierung sowie zum Wissen über Zusammensetzung und Funktion von Gemeinschaften und die Entdeckung evolutionärer Anpassungen an Umweltbedingungen bei.



Für die Gesundheit des Erdbodens ist ihre Leistung unerlässlich: Heerscharen von kleinen vielzelligen, aber wirbellosen Tieren zersetzen unermüdlich organisches Material, regulieren die Aktivität von Mikroorganismen und befördern den Kreislauf von Nährstoffen und die Speicherung von Wasser. Damit tragen sie nicht zuletzt zur Produktion von Nahrungsmitteln für uns Menschen bei. Doch so wichtig – und inzwischen auch in ihrer Bedeutung für den Boden anerkannt – Bodentiere auch sind; ihre umfassende Erforschung steht noch aus. Hier setzt das Projekt „Metagenomic monitoring of soil communities (MetaInvert)“ an, das am hessischen LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (TBG) entwickelt wurde und an dem sich neben TBG- und Senckenberg-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch Forschende aus Frankreich, Spanien und Schweden beteiligen.


Mit dem Projekt „MetaInvert“ werden umfassende genomische Daten für winzig kleine und bisher wenig erforschte Bodenlebewesen wie Springschwänze (hier die Art Neelus murinus) bereitgestellt.

In einer Studie beschreiben sie ihren Ansatz und die von ihnen angewendeten neuen Methoden der Genomik. „Die wirbellosen Bodenlebewesen sind aufgrund ihrer mikroskopisch kleinen Größe und ihrer unglaublichen Vielfalt schwer zu erfassen. Wir vermuten, dass es weltweit noch Hunderttausende unbeschriebener Arten gibt. Neue genomische Analysemethoden ermöglichen nun ganz neue Einblicke“, berichtet Studienleiter Miklós Bálint, Professor für Funktionale Umweltgenomik am Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum, der Justus-Liebig-Universität Gießen und Co-Sprecher bei LOEWE-TBG.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler setzen vor allem auf Methoden der Metagenomik und Metatranskriptomik. „Während DNA- und RNA-basierte Methoden bereits seit langem zur Unterstützung der traditionellen Taxonomie und ökologischer Studien in schwierig zu analysierenden Organismengruppen angewendet werden, sequenzieren wir mit der ‚Shotgun Metagenomik‘ DNA-Fragmente aus einer Probe nach dem Zufallsprinzip. Da sie alle vorhandenen genomischen Informationen zur taxonomischen Identifizierung nutzen kann, stellt sie einen zunehmend praktikablen Ansatz dar, um das Vorhandensein höherer Lebewesen mit Zellkern, sogenannter Eukaryoten, zu erfassen“, erläutert Bálint.

Mittels Metatranskriptomik werden wiederum Gene aufgespürt, die aktiv in Ribonukleinsäuren (RNA) als wichtige Informations- und Funktionsträger einer Zelle umgeschrieben werden und somit laufende biologische Prozesse steuern. Dies gibt Aufschluss über die Stoffwechselaktivität der Mitglieder der Bodengemeinschaft und über funktionelle Veränderungen in diesen Gemeinschaften.

Umfassende Genomsammlungen und -datenbanken bilden laut der Forschenden gewissermaßen das „Rückgrat“ dieser beiden Methoden. „Im Rahmen unserer Studie haben wir mit der genomischen Analyse der 232 unterschiedlichen Arten nun eine große genomische Ressource geschaffen, um Einblicke in die Struktur, die Aktivität und die Funktionsweise von Gemeinschaften wirbelloser Bodenbewohner zu gewinnen. Darüber hinaus konnten wir bestätigen, dass Theorien zur Genomevolution nicht über evolutionär unterschiedliche Wirbellosengruppen hinweg verallgemeinert werden können“, so Bálint.

Mit ihren Ergebnissen wollen die Autorinnen und Autoren dazu beitragen, das Verständnis und den Schutz der biologischen Vielfalt im Boden zu stärken. Die neuen Erkenntnisse und Methoden ermöglichen laut der Studie ein detaillierteres Monitoring sowohl der Zusammensetzung als auch der Funktion von Gemeinschaften. Zudem könnten evolutionäre Anpassungen an veränderte Bodenbedingungen nachvollzogen werden.

Das parallel ebenfalls am LOEWE-Zentrum TBG initiierte Teilprojekt „MetaInvert-ISO“ hat die Erstellung eines Katalogs von standardisierten Analyseverfahren zur Beurteilung der Bodenbiodiversität zum Ziel. Anhand dieser Verfahren könne die Erfassung, Bestimmung und Nutzung von belastbaren taxonomischen Daten zum Schutz der Bodenbiodiversität in transparenter und zugleich praktikabler Weise – unabhängig von gesetzlichen Anforderungen – erfolgen.


Diese Newsmeldung wurde mit Material der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung via Informationsdienst Wissenschaft erstellt.

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