Grüne Gene geben Einblick in den Klimawandel
Internationale Forscher haben die Genome zweier Algenstämme entschlüsselt, die in geografisch sehr weit voneinander entfernten ozeanischen Gebieten vorkommen, und neue Einsichten zu den Genen gewonnen, die den Algen die Abscheidung von Kohlendioxid ermöglichen. Die im Fachmagazin Science veröffentlichten Erkenntnisse bringen neues Licht in altbekannte zelluläre Prozesse, die sich auf die Untersuchung des Klimawandels und auf die Entwicklung von aus Algen gewonnenen Biokraftstoffen auswirken werden. Die Meeresalgen Micromonas haben ungefähr die Größe eines Fünfzigstels der Breite eines Menschenhaares und gedeihen sowohl in tropischen als auch in polaren Gewässern. Sie nutzen CO2, Sonnenlicht, Wasser und Nährstoffe, um in der Welt der Ozeane Kohlenhydrate und Sauerstoff zu erzeugen. Die Algen stellen eine wichtige Nahrungsquelle dar und nehmen Kohlendioxid auf, was sie in den Mittelpunkt intensiver Erforschung rückt. In der aktuellen Studie verwendeten die Forscher zwei Arten der Micromonas: eine aus dem Südpazifik und eine andere aus dem Ärmelkanal. In genetischen Analysen wurden jeweils etwa 10.000 Gene identifiziert und es ergaben sich dramatische Abweichungen in den Genomen der 2 Stämme. "Überraschenderweise sind sie weitaus verschiedener als wir ursprünglich dachten", sagt Leitautorin Alexandra Worden vom Monterey Aquarium Research Institute in den USA. "Bei diesen zwei Picoeukaryoten [die Gruppe, zu denen Micromonas gehört], die oft als der gleichen Art zugehörig betrachtet wurden, gleichen sich allerdings nur etwa 90 Prozent der Gene." Ein Unterschied von 10 Prozent scheine vielleicht nicht viel zu sein, dabei müsse man aber jedoch bedenken, dass die Menschen und einige Primaten tatsächlich rund 98 Prozent identische Gene hätten. Die verschiedenen Gene bei diesen zwei Micromonas-Stämmen könnten laut Dr. Worden für unterschiedliche Reaktionen der Algen auf Umweltbedingungen verantwortlich sein. "Dies bedeutet auch, dass die verschiedenen Populationen bei Umweltveränderungen für unterschiedliche Auswirkungen anfällig sind, und wir wissen nicht, ob sie in ähnlicher Weise reagieren werden", erläutert sie. Zusammen mit genomischen Daten früherer Studien erweitern die neuen Informationen zum genetischen Code der photosynthetischen Algen auch das Verständnis dafür, auf welche Weise die Erde durch die Photosynthese eine lebenserhaltende Biosphäre erhielt. "In den Micromonas-Genomen sind Merkmale eingekapselt, von denen wir jetzt erfahren, dass sie den urzeitlichen Algen zu eigen waren, die den Milliarden Jahre dauernden Entwicklungsablauf einleiteten, in dessen Folge die Erde - mit dem Entstehen der Landpflanzen - ergrünte", so Dr. Worden. Picoeukaryoten sind äußerst produktiv und gehören zum Speiseplan vieler Meeresbewohner. Sie spielen als Teil der "biologischen Pumpe" bzw. einer Abfolge von Ereignissen, die es den Algen ermöglicht, atmosphärisches Kohlendioxid aufzunehmen und dieses von der Oberfläche zum Meeresgrund zu transportieren, eine wichtige Rolle im CO2-Abscheidungsprozess. Nach Aussage der Forscher kann das neue Wissen mit genomischen Informationen anderer Algen- und Pflanzengenome verglichen werden, wodurch man zu einem klareren Bild der Dynamik evolutionärer Prozesse gelangen könnte. Es sollten sich auch Einblicke ergeben, die zu einem Verständnis der komplexen funktionellen Natur von Phytoplankton-Populationen im Allgemeinen hinführen. Die Fähigkeit der Algen zur Anpassung an eine Vielzahl von Umgebungen könne dazu geführt haben, dass sie sehr viel widerstandsfähiger als andere ähnliche Arten geworden seien, vermutet Dr. Worden. Das würde es ihnen ermöglichen, Umweltveränderungen besser als andere Algen zu überstehen, die nur in einem eng begrenzten geografischen Bereich gedeihen könnten. Die Forscher gehen davon aus, dass durch weitere Untersuchungen dieser Idee man dem Verständnis der Biologie und der Ökologie dieser wichtigen Organismen näherkommen wird. "Mit dem Verständnis, welche Gene ein spezieller Stamm unter bestimmten Bedingungen entwickelt, gewinnen wir einen Einblick in die Faktoren, die den Erfolg einer Gruppe gegenüber einer anderen beeinflussen", ergänzt Dr. Worden. "Wir sind dann in der Lage, Modelle zu entwickeln, die eine Reihe möglicher zukünftiger Szenarien, die aus dem aktuellen Klimawandel resultieren, besser vorhersehen können." Die Studie wurde von Forschern aus Belgien, Frankreich, Deutschland, den Niederlanden, Norwegen, Australien und den USA durchgeführt.
Länder
Frankreich, Vereinigte Staaten