Die Verknüpfung der molekularen Grundlagen von biologischen Uhren und Ekdysis: Wie Mond- und Gezeitenuhren die Häutungsrhythmen bei einem Krebstier steuern

• Antragstellerin: Dr. Jule Neumann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556460766

Das Forschungsprojekt leistet Pionierarbeit bei der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen zwei fundamental wichtigen Prozessen, nämlich der endogenen Zeitmessung und der periodischen Häutung (Ekdysis) bei Arthropoden. Die Arthropoden (Gliederfüßer) sind die artenreichste und bedeutendste Gruppe im Tierreich und prägen unweigerlich die Ökosysteme unseres Planeten. Da sie über ein Exoskelett verfügen, ist die regelmäßige Häutung das wohl wichtigste Ereignis ihres Lebens. Die zeitliche Regulation dieses Phänomens ist jedoch noch unbekannt. Für Organismen ist es entscheidend, ihre Häutung mit den günstigsten Umweltbedingungen zu synchronisieren, um ihre Fitness zu maximieren. Daher haben Organismen endogene Zeitmessmechanismen entwickelt, die als biologische Uhren bezeichnet werden. Dazu gehören die Tagesuhr (circadian, 24h), die Gezeitenuhr (circatidal, 12.4h) und die Monduhren (circalunar, 30d & circasemilunar, 15d). Die Erforschung des Zusammenhangs zwischen diesen beiden evolutionären Erfindungen, der periodischen Häutung und den biologischen Uhren, ist eine der großen Fragen unserer Zeit. Wie die Gezeiten- und Monduhren die Ekdysis auf molekularer und zellulärer Ebene steuern, ist unseres Wissens noch an keinem Organismus untersucht worden. Die in Europa heimische Gemeine Strandkrabbe Carcinus maenas ist ein aufstrebender Modellorganismus für Arthropoden, aber auch eine stark invasive, kosmopolitische Art, die Ökosysteme nachweislich negativ und tiefgreifend verändert. C. maenas ist auf der Verhaltensebene hinsichtlich seiner circadianen (24h) und circatidalen (12.4h) Uhr gut untersucht. Der semilunare (15d) Häutungsrhythmus, der mit den Spring- und Nipptiden synchronisiert ist, ist jedoch kaum erforscht. Ziel des hier vorgeschlagenen Forschungsprojektes ist es daher, ein Ecdysis-Clock-Studiensystem zu etablieren, das nicht nur evolutionäre Vergleiche im Tierreich ermöglicht, sondern auch die molekulare Architektur der immer noch rätselhaften Gezeiten- und Monduhr aufdeckt. Wir werden den lunaren und tidalen Häutungsrhythmus von C. maenas von der Verhaltensebene bis zur molekularen Ebene charakterisieren. Zuerst werden wir mit Hilfe von chronobiologischen Verhaltensprotokollen untersuchen, ob der Häutungsrhythmus durch eine endogene Monduhr gesteuert wird. Zweitens identifizieren wir mittels RNA-Sequenzierung Kandidatengene, die während des Mond- und Gezeitenzyklus rhythmisch exprimiert werden. Drittens kombinieren wir diese Ansätze, um eine detaillierte anatomische Lokalisation mittels Immunhistochemie von vermuteten Uhr- und endokrinen Faktoren im Nervensystem zu erhalten. Die Entschlüsselung des molekularen Zusammenhangs zwischen endogener Zeitmessung und der Häutung bei einem invasiven Arthropoden wird die methodischen Ansätze des Schädlingsmanagements und der Schädlingsbekämpfung im Naturschutz und in der Invasionsbiologie erweitern, und ist somit auch für die Fischerei und Aquakultur relevant.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Dr. David Wilcockson, Ph.D.