Black Box Larvenphysiologie - Mechanismen der Nahrungsverwertung und Energiestoffwechsel bei Larven mariner Wirbelloser, heute und im Ozean der Zukunft

• Antragstellerin: Dr. Meike Stumpp
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441084746

Bodenbewohnende Meeresorganismen, wie Korallen, Muscheln und Echinodermaten (z.B. Seeigel), gestalten maßgeblich marine Ökosysteme und schaffen eine für den Menschen überlebenswichtige Grundlage, entweder als Nahrungsquelle für den Menschen selbst oder als Beuteorganismen für ökonomisch wichtige Tiere. Der Großteil dieser Wirbellosen produziert Larvenstadien, die wenige Tagen bis mehrere Monate lang in den offenen Gewässern des Meeres leben und teils stark schwankende Bedingungen in Bezug auf Fraßdruck durch Räuber und Nahrungsverfügbarkeit erleben. Zu solchen Variablen gehören auch zukünftige Änderungen der abiotischen Faktoren, wie pH und Temperatur des Wassers, die durch den Menschen im Rahmen des Klimawandels – wie die Erwärmung und Versauerung der Meere – verursacht werden. Durch die larvale Lebensphase in offenen Gewässern können sich am Grund verankerte (z.B. Muscheln) oder langsam wandernde Arten (z.B. Seesterne) besser verbreiten und später genetisch austauschen und sichern dadurch das Überleben und die Weiterentwicklung der Art. Vorraussetzung ist dafür jedoch, dass die Larvenstadien die Zeit im offenen Wasser überleben und sich erfolgreich bis zum Jungtier entwickeln. Da sich der Großteil dieser mikroskopischen Larven von einzelligen Algen ernährt, spielt die Nahrungsaufnahme und Verwertung eine entscheidende Rolle beim Wachstum, bei der Entwicklung und beim Überleben der Larven. Das Ziel des Projektes ist es, die Schlüsselkomponenten der Verdauungs- und Energiestoffwechselprozesse dieser Teilzeitbewohner des offenen Ozeans zu identifizieren und zu charakterisieren. Dazu möchte ich mit meinem Team zunächst die molekularen und proteinbiochemischen Grundlagen der Verdauungsmachinerie am Modell der Seeigel-Larve mit Hilfe von Enzymkinetik, Transkriptomik, Proteomik und funktioneller Genomik analysieren. Um den Einfluss der Umwelt auf diese Prozesse zu verstehen, zielt der zweite Teil des Projektes darauf ab, physiologische Messungen an lebenden Tieren und Geweben (z.B. metabolische Raten und Verdauungsprozesse) unter für den Klimawandel relevanten Bedingungen durchzuführen. Im dritten Teil möchte ich dann überprüfen, ob die beobachteten Vorgänge von der Seeigel-Larve auf Vertreter anderer phylogenetischer Gruppen, z. B. Phoronida oder Polychaeta-Larven, übertragbar sind und sich somit grundsätzliche Prinzipien in der Verdauungsphysiologie mariner Wirbellosen-Larven identifizieren lassen. Diese Informationen führen zu einem ganzheitlichen Bild der Funktionsweise mariner Larven und zu einem besseren Verständnis, welche physiologischen Prozesse durch den Klimawandel beeinflusst werden. Außerdem sind die gewonnenen Erkenntnisse wichtig, um zu verstehen, wie effiziente, extrazelluläre Verdauungsprozesse während der Evolution vielzelliger Organismen entstanden sind.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen