Forschende berichten: Tiefseemuscheln passen Bakterienpartnerschaften an, wenn Energieangebot sinkt

Ein von Qian Peiyuan, Chair Professor am Department of Ocean Science der Hong Kong University of Science and Technology, geleitetes Forschungsteam berichtete laut Phys.org über Erkenntnisse dazu, wie Tiefsee-chemosynthetische Symbiosen – Partnerschaften zwischen Tieren und Mikroben, die auf chemischer Energie basieren – mit Umweltveränderungen zurechtkommen. Die Arbeit entstand mit internationalen Partnern und wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht. Der Artikel trägt den Titel „In-situ-Belege für gestufte Anpassungen, die einen chemosynthetischen Muschel-Holobionten gegen Schwankungen des Umwelt-Sulfids puffern.“

Dem Bericht zufolge fehlten lange direkte Belege dafür, wie sich symbiotische Tiefseeorganismen an schwankende Umweltbedingungen anpassen und wie Wirte und Symbionten zusammenwirken, um die Stabilität des Systems aufrechtzuerhalten. Das Team konzentrierte sich auf Archivesica marissinica, eine dominierende Tiefseemuschel am Haima-Kaltseep, und ihre schwefeloxidierenden bakteriellen Symbionten – Bakterien, die mit den Muscheln leben und Energie aus Schwefelverbindungen gewinnen.

Der Haima-Kaltseep umfasst Quellstellen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, die die Forschenden als „natürliches Labor“ zur Untersuchung biologischer Reaktionen auf Umweltveränderungen bezeichneten. Die Muscheln wurden aus ihren heimischen Sedimenten in Transplantationskäfige umgesetzt, die etwa 0,5 Meter (1,6 Fuß) über dem Meeresboden positioniert waren, sodass sie schwefelwasserstoffreiches Sediment nicht erreichen konnten. Dem Bericht zufolge simulierte dieser Aufbau eine verringerte Verfügbarkeit von Schwefelwasserstoff, was zu einer reduzierten Energie- und Nährstoffaufnahme führte.

Die Forschenden führten Transplantationsstudien an zwei Standorten durch, HM-2 und HM-3, wobei HM-2 eine starke Schwefelwasserstofflimitierung und HM-3 eine relativ moderate Limitierung repräsentierte. Sie kombinierten Tiefsee-In-situ-Transplantationsexperimente mit In-situ-Probenfixierung und nutzten Techniken zur Analyse von Genen, Proteinen und Zellstrukturen, darunter Metagenomik, Transkriptomik, Proteomik, quantitative PCR, In-situ-Hybridisierung, Transmissionselektronenmikroskopie und Proteinstrukturvorhersage. Dem Bericht zufolge löste die verringerte Verfügbarkeit von Schwefelwasserstoff zunächst eine ausgeprägte metabolische Reprogrammierung in den bakteriellen Symbionten aus.

Die Forschenden beschrieben eine abgestufte Anpassungsstrategie im Holobionten – dem Wirtstier zusammen mit seinen mikrobiellen Partnern –, die den Stoffwechsel der Symbionten, die Wirtsregulation der Symbiose und den Ressourcentransport umfasst. Sie berichteten, dass die metabolische Flexibilität der Symbionten zusammen mit der fein regulierten Population bakterieller Symbionten im Wirt dazu beiträgt, die Energiestabilität des Wirts aufrechtzuerhalten. Dem Bericht zufolge liefern die Ergebnisse In-situ-Belege dafür, wie chemosynthetische Holobionten an Tiefsee-Kaltseeps widerstandsfähig bleiben, wenn die Energiezufuhr schwankt.

Neben der HKUST waren laut dem Bericht das Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), die Ocean University of China, das Institute of Oceanology der Chinese Academy of Sciences und die University of Calgary in Kanada an der Forschung beteiligt. Sie ist ein Ergebnis im Rahmen zweier Programme der UN-Dekade, „CliMetS“ und „MOCSI“.