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Jun 23, 2023

Die süßen Bemühungen der Seeanemone tragen zum Gedeihen der Riffökosysteme bei

Tropische Ozeane sind normalerweise nährstoffarm, beherbergen jedoch große biologische Arten

Tropische Ozeane sind normalerweise nährstoffarm, beherbergen jedoch riesige, biologisch vielfältige Riffökosysteme, die von symbiotischen Nesseltieren (einschließlich Korallen und Anemonen) aufgebaut werden. Dieser scheinbare Widerspruch, bekannt als Darwin-Paradoxon, gibt Wissenschaftlern Rätsel auf, seit er 1842 erstmals von Charles Darwin beschrieben wurde.

Nun eine internationale StudieUnter der Leitung von KAUST-Forschern hat die Seeanemone Aiptasia gezeigt, wie die Seeanemone Aiptasia den Zucker, den sie von ihren Symbionten erhält, verteilt, um Stickstoffabfälle effizient in ihrem Körper zu recyceln, sodass sie in nährstoffarmen Umgebungen gedeihen kann.

„Viele frühere Studien konzentrierten sich auf die Meeresumwelt, um herauszufinden, woher die begrenzten Nährstoffe kommen – insbesondere Stickstoff, der sehr knapp ist“, sagt der Forscher Guoxin Cui, der unter der Leitung von Manuel Aranda an dem Projekt arbeitete.

„Einige korallenbasierte Studien stellten die Hypothese auf, dass die Korallen-Algen-Symbiose diese ökologischen Hotspots erzeugte. Der zugrunde liegende molekulare Mechanismus, der es den Nesseltieren ermöglicht, diese riesigen Ökosysteme aufzubauen, blieb jedoch unklar“, sagt Cui.

Cui war besonders daran interessiert, die symbiotische Beziehung auf Gewebeebene zu untersuchen. Nesseltiere haben eine einfache Gewebestruktur, die aus zwei Hauptzellschichten besteht: der Gastrodermis und der Epidermis. Nur die innere Schicht, die Gastrodermis, stellt die intrazelluläre Beziehung zu Algen her.

Zunächst adaptierte das Team eine Laser-Mikrodissektionstechnik, um die beiden Gewebeschichten von Aiptasia zu trennen und die gewebespezifische Genexpression zu untersuchen. Mithilfe der neuen Einzelzell-RNA-Sequenzierungstechnologie untersuchten sie die mit der Symbiose verbundenen RNA-Transkriptionsprofile auf feiner zellulärer Ebene. Dies ist das erste Mal, dass solche Techniken zur Untersuchung der Symbiose bei Seeanemonen eingesetzt werden.

Der Ansatz ermöglichte es den Forschern, die wichtigsten Transporter zu identifizieren, die an der Stickstoffassimilation beteiligt sind, und anschließend mithilfe der Antikörperfärbung die Lokalisierung dieser Nährstofftransporter innerhalb der Anemone zu verfolgen.

„Wir fanden heraus, dass die Anemone die Expression und Lokalisierung von Nährstofftransportern verändert, um die Glukose, die sie von ihren Symbionten erhält, über alle ihre Gewebe zu verteilen“, sagt Aranda. „Es verwendet den größten Teil seiner Körpermasse, um den erzeugten Stickstoffabfall zu recyceln und gleichzeitig jegliches Ammonium zu verarbeiten, das in der Umwelt verfügbar ist.“

Die symbiotische Beziehung verwandelt den gesamten Organismus in einen Stickstoffassimilator, bemerkt Cui. „Dies stellt die weit verbreitete Annahme in Frage, dass Algen die einzigen Akteure bei der Stickstoffassimilation sind; die Anemone spielt auch eine wichtige Rolle bei der Wiederverwertung dieses knappen Nährstoffs. Sie bilden einen einzigen untrennbaren Metaorganismus.“

Das Team hofft, dass diese Studie die Grundlage für die Entwicklung besserer selektiver Zuchtmethoden liefert und als Grundlage für Bemühungen zum Schutz von Riffökosystemen dienen kann. Sie erweitern ihre Forschung, um symbiotische Beziehungen zwischen verschiedenen Nesseltier-Taxa und ökologischen Kontexten zu untersuchen.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der King Abdullah University of Science & Technology veröffentlicht