Oktopus-DNA könnte Aufschluss über den künftigen Meeresspiegelanstieg geben

Die innovative Forschung konzentrierte sich auf die genetische Geschichte des Turquet-Kraken (Pareledone turqueti), der auf dem Meeresboden in der Antarktis lebt, und darauf, was sie über die Geologie der Region im Laufe der Zeit verraten könnte.

Die Rückverfolgung früherer Begegnungen zwischen den verschiedenen Populationen der Art deutet darauf hin, dass der jüngste Zusammenbruch des Eisschilds vor mehr als 100 000 Jahren während des so genannten letzten Interglazials stattfand - etwas, das Geowissenschaftler zwar vermutet hatten, aber nicht endgültig bestätigen konnten, so die am Donnerstag in derZeitschrift Science veröffentlichte Studie.

"Dieses Projekt war aufregend, weil es eine ganz neue Perspektive zur Lösung einer langjährigen Frage in der Geowissenschaft bietet", sagte die Hauptautorin der Studie, Sally Lau, eine Postdoktorandin an der James Cook University in Australien.

"Die DNA der heute lebenden Tiere enthält alle Informationen über ihre Vorfahren aus der Vergangenheit, sie ist also wie eine Zeitkapsel", sagte sie.

Das Forscherteam kam zu seinen Ergebnissen, indem es die DNA von 96 Turquet-Kraken sequenzierte, die im Laufe der Jahre von Institutionen in aller Welt und durch Fischereibeifang gesammelt worden waren. Die ältesten Proben stammten aus den 1990er Jahren, aber die Sequenzierung ihrer Gene ergab im Wesentlichen einen detaillierten Stammbaum, der Millionen von Jahren zurückreicht.

Oktopus-Stammbaum

Das Team untersuchte genetische Informationen von Turquets Tintenfisch, der oben abgebildet ist.

Die DNA-Analyse ermöglichte es den Forschern zu verstehen, ob sich verschiedene Populationen von Turquet-Kraken miteinander gekreuzt hatten und zu welchem Zeitpunkt diese Kreuzung stattgefunden hatte.

"Es ist, als würde man eine 23andMe-Analyse des Tintenfisches durchführen", sagte Lau und bezog sich dabei auf das Gentestunternehmen. "Diese Informationen werden von den Eltern an die Kinder und Enkelkinder weitergegeben und so weiter".

Heute sind die Populationen des Turquet-Kraken im Weddell-, Amundsen- und Ross-Meer durch das kontinentgroße westantarktische Schelfeis getrennt und können sich nicht vermischen.

Die Studie deutet jedoch darauf hin, dass die letzte genetische Verbindung zwischen diesen Populationen vor etwa 125.000 Jahren, während der letzten Zwischeneiszeit, bestand, als die globalen Temperaturen ähnlich hoch waren wie heute.

Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass das westantarktische Eisschild in dieser Zeit zusammengebrochen ist - ein Ereignis, das die Küstenregionen überflutet, aber auch eisbedeckte Gebiete auf dem Meeresboden geöffnet hat, in denen die Kraken sich aufhalten konnten und schließlich auf Mitglieder von Turquets Populationen trafen und sich mit ihnen fortpflanzten, die einst geografisch voneinander getrennt waren.

"Das WAIS ist deshalb so wichtig, weil die Antarktis derzeit am stärksten zum globalen Meeresspiegelanstieg beiträgt. Ein vollständiger Zusammenbruch könnte den globalen Meeresspiegel um 3 bis 5 Meter ansteigen lassen", erklärte Studienautor Jan Strugnell, Professor und Direktor des Zentrums für nachhaltige tropische Fischerei und Aquakultur an der James Cook University, in einer Erklärung. Strugnell hatte die Idee, mit genomischen Methoden zu untersuchen, ob der Eisschild während der letzten Zwischeneiszeit zusammengebrochen ist.

"Wenn wir verstehen, wie das WAIS in der jüngsten Vergangenheit konfiguriert war, als die globalen Temperaturen ähnlich hoch waren wie heute, können wir die Prognosen für den künftigen Anstieg des Meeresspiegels verbessern", sagte sie.

Sally Lau (rechts), Postdoktorandin an der James Cook University in Australien, und Jan Strugnell, Professor und Direktor des Zentrums für nachhaltige tropische Fischerei und Aquakultur an der James Cook University, leiten die Forschungsarbeiten.

Warum Tintenfische?

Das Team wählte diese Tintenfischart für die Studie aus, weil die Tiere relativ unbeweglich sind - sie können nur auf dem Meeresboden kriechen, was bedeutet, dass sie sich eher innerhalb ihrer genetisch unterschiedlichen lokalen Populationen fortpflanzen. Im Gegensatz dazu hätte eine sich schnell bewegende Meeresart wie der Krill eine homogenere DNA, die historische genetische Verbindungen verwischen würde, so Lau.

Außerdem sei die Biologie des Turquet-Kraken relativ gut erforscht, und die Wissenschaftler kennen die DNA-Mutationsrate und die Generationszeit, die für eine genaue molekulare Datierung entscheidend sind, so Lau weiter.

Frühere Studien mit Krustentier- und Molluskenarten hatten eine biologische Signatur des Schelfeiszusammenbruchs mit direkter Verbindung zwischen dem Ross- und dem Weddellmeer festgestellt, so Lau. Die neue Turquet-Krakenstudie war jedoch die erste mit ausreichend hochauflösenden Daten und einer angemessenen Stichprobengröße, um zu verstehen, ob diese genetische Verbindung durch den Zusammenbruch des Schelfeises oder durch eine viel allmählichere Bewegung der Kraken an dessen Rändern verursacht wurde.

Lau sagte, dass der genetische Ansatz ihres Teams nicht genau aufzeigen konnte, wann das Eisschild kollabierte oder wie lange dieses Ereignis dauerte. Mit frischen Tintenfischproben und fortschrittlicheren DNA-Analysetechniken könnte es jedoch möglich sein, diese Fragen in Zukunft zu klären.

"Wir würden gerne weiterhin DNA als Proxy verwenden, um andere Teile der Antarktis zu erforschen, deren Klimageschichte noch nicht ausreichend erforscht ist", sagte sie. "Wir sind ständig auf der Suche nach neuen Arten, um diese wissenschaftlichen Fragen zu untersuchen.

Wegweisende" Studie

In einem Kommentar, der zusammen mit der Studie veröffentlicht wurde, bezeichneten Andrea Dutton, Professorin in der Abteilung für Geowissenschaften an der University of Wisconsin-Madison, und Robert M. DeConto, Professor an der School of Earth and Sustainability an der University of Massachusetts Amherst, die neue Forschung als bahnbrechend".

Sie wiesen darauf hin, dass sich zwar die geologischen Beweise dafür häufen, dass die eisige Ausdehnung des westantarktischen Eisschilds während der letzten Zwischeneiszeit zusammengebrochen sein könnte, dass aber jede Studie mit Vorbehalten behaftet ist".

Der Einsatz eines völlig anderen Datensatzes zu diesem dringenden Thema "warf einige interessante Fragen auf, darunter die, ob sich diese Geschichte angesichts der aktuellen Temperaturentwicklung der Erde wiederholen wird", fügten sie hinzu.

Der Einsatz der Krakengenomik sei "ein innovativer und aufregender Weg", um eine wichtige Frage zum historischen Klimawandel zu beantworten, sagte Douglas Crawford, Professor für Meeresbiologie und -ökologie an der Universität von Miami, der nicht an der Forschung beteiligt war.

"Dies ist eine sorgfältige Studie mit ausreichender Stichprobengröße und sorgfältig überprüften genetischen Markern", fügte er hinzu.

"Sie nimmt eine schwierige Hypothese auf und verwendet einen völlig unabhängigen Datensatz, der (letztendlich) den Zusammenbruch von WAIS unterstützt", sagte er per E-Mail.