Die Genetik von Korallen-Algen-Partnerschaften kann Auswirkungen auf den Naturschutz haben
Die mikroskopisch kleinen Algen, die im Inneren leben und ihre riffbildenden Korallenwirte mit Nährstoffen versorgen, entwickeln sich möglicherweise parallel zu den Korallen, in denen sie leben, sodass jeder Partner genau auf die Bedürfnisse des anderen abgestimmt ist. Eine neue Studie von Biologen aus Penn State zeigt, dass genetische Unterschiede innerhalb von aSpeziesdieser Mikroalgensymbionten entsprechen den Korallenarten, in denen sie leben, eine Entdeckung, die Auswirkungen auf die Erhaltung dieser gefährdeten Korallen haben könnte.
„Acroporid-Korallen gehören zu den wichtigsten riffbildenden Arten in der Karibik und bieten Küstenschutz und Lebensraum für wirtschaftlich wichtige Arten“, sagte Iliana Baums, Professorin für Biologie an der Penn State und Leiterin des Forschungsteams. „Allerdings sind diese Korallen aufgrund der Erwärmung des Wassers, der Umweltverschmutzung und anderer vom Menschen verursachter Veränderungen stark gefährdet, und ihr Überleben hängt zum Teil von den Symbionten ab, die in ihnen leben. Das Verständnis der Beziehungen zwischen den Korallen und ihren Symbionten kann uns dabei helfen, die Schutzbemühungen zu verbessern.“
Riffbildende Korallen wie Acroporiden beziehen Nährstoffe von den Mikroalgensymbionten, die in ihren Zellen leben. Das Forschungsteam verglich genetische Unterschiede zwischen Mitgliedern der SymbiontenartSymbiodinium 'fitti'gesammelt von Elchgeweihkorallen (Ahandförmiger Körper), die eng verwandte Hirschhornkoralle (Acropora cervicornis) oder die Hybride, die bei der Vermehrung der beiden Arten entsteht und als verschmolzene Hirschhornkoralle bezeichnet wird. Die Forscher sammelten Symbiontenproben von jeder Korallenart an mehreren Orten im Karibischen Meer. Ihre Ergebnisse erscheinen online im JournalMolekulare Ökologie.
Korallenmikroumgebungen prägen die Symbiontenanpassung
„Die genetischen Unterschiede, die wir innerhalb des Symbionten sahen, wurden hauptsächlich durch die Wirtsart erklärt, von der wir sie gesammelt haben“, sagte Hannah Reich, eine Doktorandin an der Penn State zum Zeitpunkt der Forschung und derzeit Postdoktorandin an der University of Rhode Island. „Jede Korallenart ist ein einzigartiger Mikrolebensraum für ihre Symbionten. Beispielsweise sind die Kalksteinskelette der beiden Korallenarten unterschiedlich und reflektieren das Sonnenlicht unterschiedlich. Daher müssen sich die Symbionten an die von jedem Wirt geschaffenen Bedingungen anpassen, um die Sonnenenergie bestmöglich zu nutzen und in Nahrung umzuwandeln. Diese Nahrung stellen sie dann ihren Wirten zur Verfügung, die für den Großteil ihrer Ernährung darauf angewiesen sind.“
Die Forscher vermuten, dass sich jede der Korallenarten mit einer Untergruppe der Korallenstämme koevolutionär entwickelt hatS. 'fitti'.Im Laufe der Generationen haben sie immer speziellere Beziehungen aufgebaut. Diese Spezialisierung kam sogar bei der natürlichen Korallenhybride vor, die relativ jungen Ursprungs ist.
„Einige der genetischen Unterschiede, die wir zwischen ihnen beobachtet habenS. 'fitti'Stämme befanden sich in Genen, von denen vorhergesagt wurde, dass sie nachgelagerte Auswirkungen auf den Stoffwechsel und die Physiologie des Symbionten haben“, sagte Sheila Kitchen, zum Zeitpunkt der Forschung Postdoktorandin am Penn State und derzeit Postdoktorandin am California Institute of Technology. „Diese Veränderungen können es dem Symbionten ermöglichen, sich an die einzigartigen Stoffwechsel- und Ernährungsanforderungen anzupassen, die die Mikroumgebung jedes Wirts stellt.“
Die Treue zwischen den Korallenarten und ihren Symbionten könnte gestärkt werden, wenn Symbionten selektiv entscheiden, welche Korallenarten sie besiedeln, und/oder wenn die Korallenwirte selektiv entscheiden, welcher Symbiontenstamm in ihren Zellen verbleiben darf, obwohl die Mechanismen der Partnerselektivität unklar bleiben. Die Forscher weisen darauf hin, dass Umweltfaktoren möglicherweise auch eine Rolle bei genetischen Unterschieden zwischen den Symbiontenstämmen spielen, beispielsweise indem sie die Symbionten beeinflussen, bevor sie eine Koralle besiedelt haben, oder indirekt durch die Beeinflussung der Mikroumgebung innerhalb des Korallenwirts.
Auswirkungen auf Korallenschutzstrategien
„Einige Naturschutzbemühungen suchen nach Möglichkeiten, Korallen dabei zu helfen, neue Lebensräume zu besiedeln und sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen“, sagte Reich. „Wenn sich Symbionten und ihre Korallenwirte jedoch gemeinsam entwickelt haben und bevorzugte Beziehungen zueinander aufgebaut haben, reicht es möglicherweise nicht aus, die Erhaltungsbemühungen nur auf die Korallenwirte zu konzentrieren. Die weitere Untersuchung dieser Beziehungen wird wichtige Informationen darüber liefern, wie wir die Erhaltungsbemühungen am besten angehen können.“
Referenz: „Genomische Variation eines endosymbiotischen Dinoflagellaten (Symbiodinium 'fitti') unter eng verwandten Korallenwirten“ von Hannah G. Reich, Sheila A. Kitchen, Kathryn H. Stankiewicz, Meghann Devlin-Durante, Nicole D. Fogarty und Iliana B. Baums, 8. Mai 2021,Molekulare Ökologie.
DOI: 10.1111/mec.15952
Zum Forschungsteam an der Penn State gehören neben Baums, Reich und Kitchen auch Kathryn Stankiewicz, Doktorandin der Biologie, und Meghann Devlin-Durante, leitende Forschungstechnologin zum Zeitpunkt der Forschung. Zum Team gehört auch Nicole Fogarty von der University of North Carolina, Wilmington. Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation unterstützt.
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Die Genetik von Korallen-Algen-Partnerschaften kann Auswirkungen auf den Naturschutz haben
Die mikroskopisch kleinen Algen, die im Inneren leben und ihre riffbildenden Korallenwirte mit Nährstoffen versorgen, entwickeln sich möglicherweise parallel zu den Korallen, in denen sie leben, sodass jeder Partner genau auf die Bedürfnisse des anderen abgestimmt ist. Eine neue Studie von Biologen aus Penn State zeigt, dass genetische Unterschiede innerhalb von aSpeziesdieser Mikroalgensymbionten entsprechen den Korallenarten, in denen sie leben, eine Entdeckung, die Auswirkungen auf die Erhaltung dieser gefährdeten Korallen haben könnte.
„Acroporid-Korallen gehören zu den wichtigsten riffbildenden Arten in der Karibik und bieten Küstenschutz und Lebensraum für wirtschaftlich wichtige Arten“, sagte Iliana Baums, Professorin für Biologie an der Penn State und Leiterin des Forschungsteams. „Allerdings sind diese Korallen aufgrund der Erwärmung des Wassers, der Umweltverschmutzung und anderer vom Menschen verursachter Veränderungen stark gefährdet, und ihr Überleben hängt zum Teil von den Symbionten ab, die in ihnen leben. Das Verständnis der Beziehungen zwischen den Korallen und ihren Symbionten kann uns dabei helfen, die Schutzbemühungen zu verbessern.“
Riffbildende Korallen wie Acroporiden beziehen Nährstoffe von den Mikroalgensymbionten, die in ihren Zellen leben. Das Forschungsteam verglich genetische Unterschiede zwischen Mitgliedern der SymbiontenartSymbiodinium 'fitti'gesammelt von Elchgeweihkorallen (Ahandförmiger Körper), die eng verwandte Hirschhornkoralle (Acropora cervicornis) oder die Hybride, die bei der Vermehrung der beiden Arten entsteht und als verschmolzene Hirschhornkoralle bezeichnet wird. Die Forscher sammelten Symbiontenproben von jeder Korallenart an mehreren Orten im Karibischen Meer. Ihre Ergebnisse erscheinen online im JournalMolekulare Ökologie.
Korallenmikroumgebungen prägen die Symbiontenanpassung
„Die genetischen Unterschiede, die wir innerhalb des Symbionten sahen, wurden hauptsächlich durch die Wirtsart erklärt, von der wir sie gesammelt haben“, sagte Hannah Reich, eine Doktorandin an der Penn State zum Zeitpunkt der Forschung und derzeit Postdoktorandin an der University of Rhode Island. „Jede Korallenart ist ein einzigartiger Mikrolebensraum für ihre Symbionten. Beispielsweise sind die Kalksteinskelette der beiden Korallenarten unterschiedlich und reflektieren das Sonnenlicht unterschiedlich. Daher müssen sich die Symbionten an die von jedem Wirt geschaffenen Bedingungen anpassen, um die Sonnenenergie bestmöglich zu nutzen und in Nahrung umzuwandeln. Diese Nahrung stellen sie dann ihren Wirten zur Verfügung, die für den Großteil ihrer Ernährung darauf angewiesen sind.“
Die Forscher vermuten, dass sich jede der Korallenarten mit einer Untergruppe der Korallenstämme koevolutionär entwickelt hatS. 'fitti'.Im Laufe der Generationen haben sie immer speziellere Beziehungen aufgebaut. Diese Spezialisierung kam sogar bei der natürlichen Korallenhybride vor, die relativ jungen Ursprungs ist.
„Einige der genetischen Unterschiede, die wir zwischen ihnen beobachtet habenS. 'fitti'Stämme befanden sich in Genen, von denen vorhergesagt wurde, dass sie nachgelagerte Auswirkungen auf den Stoffwechsel und die Physiologie des Symbionten haben“, sagte Sheila Kitchen, zum Zeitpunkt der Forschung Postdoktorandin am Penn State und derzeit Postdoktorandin am California Institute of Technology. „Diese Veränderungen können es dem Symbionten ermöglichen, sich an die einzigartigen Stoffwechsel- und Ernährungsanforderungen anzupassen, die die Mikroumgebung jedes Wirts stellt.“
Die Treue zwischen den Korallenarten und ihren Symbionten könnte gestärkt werden, wenn Symbionten selektiv entscheiden, welche Korallenarten sie besiedeln, und/oder wenn die Korallenwirte selektiv entscheiden, welcher Symbiontenstamm in ihren Zellen verbleiben darf, obwohl die Mechanismen der Partnerselektivität unklar bleiben. Die Forscher weisen darauf hin, dass Umweltfaktoren möglicherweise auch eine Rolle bei genetischen Unterschieden zwischen den Symbiontenstämmen spielen, beispielsweise indem sie die Symbionten beeinflussen, bevor sie eine Koralle besiedelt haben, oder indirekt durch die Beeinflussung der Mikroumgebung innerhalb des Korallenwirts.
Auswirkungen auf Korallenschutzstrategien
„Einige Naturschutzbemühungen suchen nach Möglichkeiten, Korallen dabei zu helfen, neue Lebensräume zu besiedeln und sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen“, sagte Reich. „Wenn sich Symbionten und ihre Korallenwirte jedoch gemeinsam entwickelt haben und bevorzugte Beziehungen zueinander aufgebaut haben, reicht es möglicherweise nicht aus, die Erhaltungsbemühungen nur auf die Korallenwirte zu konzentrieren. Die weitere Untersuchung dieser Beziehungen wird wichtige Informationen darüber liefern, wie wir die Erhaltungsbemühungen am besten angehen können.“
Referenz: „Genomische Variation eines endosymbiotischen Dinoflagellaten (Symbiodinium 'fitti') unter eng verwandten Korallenwirten“ von Hannah G. Reich, Sheila A. Kitchen, Kathryn H. Stankiewicz, Meghann Devlin-Durante, Nicole D. Fogarty und Iliana B. Baums, 8. Mai 2021,Molekulare Ökologie.
DOI: 10.1111/mec.15952
Zum Forschungsteam an der Penn State gehören neben Baums, Reich und Kitchen auch Kathryn Stankiewicz, Doktorandin der Biologie, und Meghann Devlin-Durante, leitende Forschungstechnologin zum Zeitpunkt der Forschung. Zum Team gehört auch Nicole Fogarty von der University of North Carolina, Wilmington. Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation unterstützt.
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