Understanding the MEchanistic bases of MArine clocks and Rhythms in the Antarctic key species Euphausia superba - MEMAREs

Understanding the MEchanistic bases of MArine clocks and Rhythms in the Antarctic key species Euphausia superba - MEMAREs

Biologische Uhren kommen in fast allen Lebensformen vor, von Bakterien bis hin zu Menschen. Sie ermöglichen es den Organismen, Umweltzyklen zu antizipieren und ihr Verhalten und ihre Physiologie entsprechend zu regulieren. Während die mechanistischen Prinzipien dieser endogenen Mechanismen bei terrestrischen Modellarten (z. B. Fruchtfliege oder Maus) eingehend untersucht wurden, ist in marinen Systemen, in denen sich das Leben und somit auch die biologischen Uhren entwickelt haben, bislang wenig bekannt. Der Antarktische Krill (Euphausia superba) ist eine endemische Schlüsselart im Südpolarmeer. Dies ist eine Region in hohen Breitengraden, welche durch extreme saisonale Schwankungen der Umweltfaktoren (Photoperiode, Meereisausdehnung, Nahrungsverfügbarkeit) gekennzeichnet ist. Der Lebenszyklus des Antarktischen Krills ist geprägt von starken täglichen Rhythmen die mit dem Tag-Nacht-Zyklus synchronisiert sind (DVM, Stoffwechselaktivität) und von saisonalen Rhythmen (Wachstum, Lipidakkumulation, Genexpression), die mit der saisonalen Veränderung der Photoperiode und der Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln synchronisiert sind Dadurch ist der Antarktische Krill in hohem Maße an ein Leben unter extremen Bedingungen angepasst. Jüngste Untersuchungen legen nahe, dass eine endogene Uhr sowohl an täglichen (DVM, Stoffwechselaktivität) als auch an saisonalen Prozessen (z. B. Wachstum, Enzymaktivität und Genexpression) beteiligt ist. Darüber hinaus wurden die molekularen Komponenten einer endogenen Uhr in einer transkriptomischen Studie in E. superba bereits charakterisiert. Bisher ist jedoch nichts über die zugrunde liegenden mechanistischen Prinzipien, die neuronale Architektur dieser Uhr sowie deren Synchronisation mit der Umgebung bekannt. Dies ist der Schlüssel zum Verständnis des täglichen und saisonalen Timings in Antarktischem Krill. Angesichts der raschen Erwärmung von Teilen des Südpolarmeeres aufgrund des Klimawandels ist es von grundlegendem Interesse, die Beteiligung endogener Zeitmechanismen an den Lebenszyklusfunktionen des Antarktischen Krills zu verstehen. Durch die Kombination von saisonalen Probennahmen im Feld und molekularbiologischen Methoden mit Laborexperimenten (Verhalten, Stoffwechselaktivität) zielt das MEMAREs-Projekt darauf ab, die zugrunde liegenden Prinzipien des täglichen und saisonalen Timings in Antarktischem Krill besser zu verstehen und somit tiefere Einblicke in seine Plastizität gegenüber Umweltveränderungen zu erhalten.

Beteiligte
Prof. Dr. Charlotte Förster (University of Würzburg)
Prof. Dr. Bettina Meyer (AWI/ICBM/HIFMB)
MSc Lukas Hüppe (University of Würzburg/AWI)

Kooperationen
Dr. David Wilcockson (University of Aberystwyth)
Prof. Dr. Heinrich Dircksen, University of Stockholm
Dr. Sören Häfker (University of Vienna)

Laufzeit
2021 –2024

Finanzierung
DFG-Schwerpunktprogramm “SPP1158 - Antarctic Research with Comparative Investigations in Arctic Ice Areas” der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG)

(Stand: 09.06.2021)