Projekte & Expeditionen
KiGuMi
KiGuMi - Krill Gut Microbiome project
Das Krill Gut Microbiome-Projekt (KiGuMi) untersucht die mikrobielle Vielfalt im Verdauungstrakt des Antarktischen Krills, Euphausia superba. Krill enthält einzigartige enzymatische Kapazitäten, die den hochwirksamen hydrolytischen Abbau komplexer Substrate ermöglichen. Die Biomasseschätzung von E. superba im Südpolarmeer beträgt ungefähr 379 Millionen Tonnen und entspricht 300 bis 400 Milliarden Individuen, was den Antarktischen Krill zu einer wildlebenden Art mit der größten Biomasse auf der Erde macht. Das Volumen des Verdauungstrakts eines durchschnittlichen Individuums wird auf 100 ul geschätzt, was bedeutet, dass die gesamte Krill-Population einen enormen Reaktionsraum (bis zu 8 x 107 m3), sowohl für den Umsatz komplexer organischer Stoffe, als auch das Potenzial zur Entdeckung relevanter Enzyme für die Biotechnologie enthält. Die mikrobielle Gemeinschaft und die Stoffwechselwege im Verdauungstrakt von Krill müssen jedoch noch eingehend untersucht werden. Wissenschaftler im KiGuMi-Projekt untersuchen die mikrobielle Vielfalt von präparierten Geweben des Verdauungstrakts (Magen, Mitteldarmdrüse und Hinterdarm), erste metaOMICS für dieses System erstellen und im Zuge dessen hydrolytische Enzyme und Mikroben entdecken, die möglicherweise biotechnische Anwendungen finden werden.
Beteiligte
Prof. Dr. Ralf Rabus (ICBM) (Projektleitung)
Prof. Dr. Heinz Wilkes (ICBM)
Prof. Dr. Bettina Meyer (AWI)
Dr. Kai Sohn (Faunhofer Institute IGB)
Sara Driscoll (AWI)
Kooperationen
Prof. Dr. Gabriele Sales, Universität Padua, Italien
Laufzeit
2020-2023
Finanzierung
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
POSER
Population Shift and Ecosystem Response – Krill vs. Salps (POSER)
Die Region um den nördlichen Bereich der westlichen antarktischen Halbinsel (WAP) stellt eine der sich am schnellsten erwärmenden Region unseres Planeten dar, und bildet somit ein geeignetes, natürliches Laboratorium um die Auswirkungen von Klimaveränderungen auf das Ökosystem zu untersuchen. Langzeitdaten haben in der WAP Region eine signifikante Abnahme des Meereises in den letzten 30 Jahren gezeigt, mit umfassenden Veränderungen der marinen Biota (z.B. Abnahme des Krillbestandes, der eine zentrale Rolle im Nahrungsnett darstellt, Anstieg der Salpenpopulation, Abnahme der Nahrungsqualität und –quantität). Salpen bevorzugen aufgrund ihres Fressapparates „wärmeres“, eisfreies Wasser mit geringerer Phytoplankton Konzentration. Zusammen stellen Krill und Salpen die bedeutendsten Phytoplankton konsumierenden Makrozooplanktonorganismen im atlantischen Sektor des Südpolarmeeres dar, unterscheiden sich jedoch wesentlich in ihrer Lebensgeschichte, Fressbiologie, Populationsdynamik und ihrer trophischen Position im marinen Ökosystem des Südozeans. Eine Veränderung in der Häufigkeitsverteilung dieser beiden Organismen würde somit eine Kaskade von Kurz- und Langzeit Veränderungen in der Ökosystemstruktur sowie wichtiger Ökosystemfunktionen auslösen und damit die Biodiversität und die biogeochemische Zyklen langfristig beeinflussen. Gesamtziel von POSER ist es festzustellen, inwieweit Krill und Salpen die Produktivität, die Regenerierung von Makronährstoffen (N, P, Si) und Spurennährstoffen (Fe, Zn, Co, Cu, Cd, Pb) mit Schwerpunkt auf Fe, den Kohlenstoffexport und die Zusammensetzung des mikrobiellen Nahrungsnetzes im atlantischen Sektor des Südozeans beeinflussen.
Beteiligte
Prof. Dr. Bettina Meyer (AWI / ICBM)
Prof. Dr. Helmut Hillebrand ( ICBM)
Dr. Stefanie Moorthi (ICBM)
Prof. Dr. Bernd Blasius (ICBM)
Prof. Dr. Scarlett Trimborn (AWI)
Prof. Dr. Morten Iversen (AWI)
Kooperationen
- National:
Dr. Katja Metfies und Dr. Christine Klaas (AWI), - International:
Prof. Dr. Evgeny Pakhomov, University of British Columbia (UBC), Kanada
Dr. Marina Monti, Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale (OGS), Italien
Laufzeit
2016-2020
Finanzierung
Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK).
Das Projekt und die Finanzierung ist lokalisiert an der Universität Oldenburg
PEKRIS II
PEKRIS II - The PErformance of KRIll vs. Salps to withstand in a warming Southern Ocean II
Antarktischer Krill (Euphausia superba) ist ein strukturelles Schlüsselelement für die funktionelle Biodiversität des Ökosystems Südpolarmeer und wichtiger Gegenstand einer hochspezialisierten Fischereiindustrie. Diese findet fast ausschließlich im südwestatlantischen Sektor des Südpolarmeers statt, wo Krill die höchste Abundanz aufweist. Diese Region ist jedoch auch eine der am stärksten vom Klimawandel betroffenen Regionen weltweit. Diese Veränderungen haben Auswirkungen auf die Biodiversität und die Integrität des pelagischen Nahrungsnetzes. Darüber hinaus macht die zunehmende Abundanz der Tunikate Salpa thompsoni in dieser Region die Vorhersage der zukünftigen Populationsdynamik äußerst schwierig. Für eine bessere Vorhersage der Populationsdynamik von Salpen und Krill im Südpolarmeer in Zeiten des Klimawandels wurden in der ersten Projektphase von PEKRIS bereits die Temperatur-Abhängigkeit physiologischer Prozesse in Feld- und Laborversuchen untersucht und das daraus entstandene Prozessverständnis in Modellen zusammengefasst. Es wurden aber auch entscheidende Wissenslücken und ein Bedarf an zusätzlicher Forschung identifiziert, insbesondere hinsichtlich des Einflusses von erhöhten Wassertemperaturen auf die Fortpflanzungsfähigkeit der Elterngenerationen sowie auf die Nachkommen beider Arten. Gleiches gilt für die Folgen von Änderungen der Qualität und Quantität der Primärproduktion, sowie für den Einfluss der Krill-Fischerei in Laichgebieten. Dies soll nun in PEKRIS II untersucht werden. Gemeinsam mit den Ergebnissen aus der ersten Projektphase sowie der Integration der empirischen Daten in die weitere Verbesserung ökologischer Modellierungsansätze werden zukünftig realistischere Vorhersagen über mögliche Auswirkungen der fortschreitenden Veränderungen auf das Ökosystem des Südpolarmeers möglich sein, welche gleichzeitig eine adaptivere Risikobewertung der Krill-Fischerei im Südpolarmeer unterstützen.
Beteiligte
Prof. Dr. Bettina Meyer (AWI/ICBM) (Projektleitung)
Prof. Dr. Uta Berger (Technische Universität Dresden)
Dr. Katharina Michael (ICBM)
MSc Svenja-Julica Müller (ICBM)
Kooperationen
Prof. Dr. Gabriele Sales, University of Padua, Padua, Italien
Prof. Dr. Cristiano DePittà, University of Padua, Padua, Italien
Prof. Dr. Evgeny Pakhomov (UBC), Canada
Dr. So Kawaguchi, Australian Antarctic Division, Kingston, Tasmania
Prof. Dr. Loyd Peck, British Antarctic Survey
Laufzeit
2019-2022
Finanzierung
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
KrillBIS II
Krill Bestandsforschung Im Südpolarmeer (KrillBIS)
Das Ziel von KrillBIS II ist die Weiterführung der Krillbestandsforschung als wissenschaftliche Entscheidungshilfe für das Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und als Forschungsbeitrag der Bundesrepublik Deutschland im Rahmen der Kommission zur Erhaltung der lebenden Meeresschätze in der Antarktis (CCAMLR). Zurzeit wird die Abundanz und Verteilung der Krill-Prädatoren in Abhängigkeit der Krill-Abundanz und -Verteilung unter Einbeziehung der Fischerei als Maß für die Fangquoten herangezogen. Es hat sich jedoch im KrillBIS I - Projekt gezeigt, dass der Fokus auf den Zielorganismus Krill selbst, auf seine Biologie, das saisonale Verteilungsmuster, seine Entwicklungsstadien sowie seine Adaptationsfähigkeit gegenüber den klimatisch bedingten Umweltveränderungen in dem Bestandsschutzgedanken bislang keine ausreichende Berücksichtigung fand und daher einer Korrektur bedarf. Im KrillBIS II - Projekt soll nun gezeigt werden, inwieweit dieser neue Ansatz gegenüber dem bisherigen Prädatoren-Ansatz hilfreichere Aussagen zur Entwicklung des Krillbestands vor dem Hintergrund prognostizierter Umweltveränderungen liefern kann. Um dies zu realisieren, muss a) der momentane Wissenstand über Krill analysiert und entsprechende Wissenslücken aufgedeckt werden, b) aufgezeigt werden, wie die Wissenslücken zeitnah geschlossen werden können, sowie c) bereits vorhandene Daten zur Biologie und Adaptationsfähigkeit des Krills müssen in Modelle integriert werden, um realistische Vorhersagen zur Populationsentwicklung unter Berücksichtigung verschiedener Klima-Szenarien zu ermöglichen.
Beteiligte
Prof. Dr. Bettina Meyer (AWI/ICBM/HIFMB)
Dr. Ryan Driscoll (AWI)
Kooperationen
International:
Dr. Thomas Badewien (ICBM)
Dr. Christian Reiss (NOAA)
Laufzeit
2019 - 2022
Finanzierung
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
Das Projekt und die Finanzierung sind lokalisiert am AWI
CHASE
CHASE - CHronobiology of changing Arctic Sea Ecosystems
Biologische Uhren sind für alle lebenden Systeme von zentraler Bedeutung. Sie bieten für Organismen eine Möglichkeit der Zeitmessung, mit deren Hilfe sie zyklische Veränderungen in ihrer Umgebung antizipieren und sich an diese anpassen können. Während die genetische Basis dieser Uhr bei terrestrischen Arten bereits umfassend charakterisiert wurde, war sie bei marinen Organismen bis vor Kurzem unbekannt. Neue Erkenntnisse unserer Gruppe legen nahe, dass zirkadiane Uhr-Gene den täglichen Rhythmus von Verhalten sowie physiologischen Prozessen in Zooplankton unterstützen. Durch die Messung der Tageslänge synchronisiert die circadiane Uhr den Zeitpunkt saisonaler Lebenszyklusereignisse als Reaktion auf jährliche Änderungen der Lichtverhältnisse (Photoperiodismus). Während sich der Arktische Ozean erwärmt, wird jedoch das Habitat der arktischen Zooplankton-Arten in Richtung Pol ausgeweitet. Dies führt dazu, dass sie neuen und extremeren Tageslängen (Photoperioden) in den höheren Breiten ausgesetzt sein werden. Bei vielen terrestrischen Arten ist bekannt, dass dies negative Auswirkungen auf die ökologische Fitness haben kann. Wir wollen daher die Effekte der natürlichen und sowie der neuen photoperiodischen Umgebungen auf das Verhalten, auf die Physiologie sowie die Antwort auf Gen-Ebene in zwei ökologisch zentralen Taxa, dem Copepoden Calanus finmarchicus und dem Euphasiiden Thysanoessa inermis untersuchen. Die zentrale Hypothese von CHASE ist, dass Änderungen in der Photoperiode den Rhythmus der circadianen Uhr und das Timing wichtiger täglicher und saisonaler Lebenszyklusereignisse stören wird.
Beteiligte
Prof. Dr. Bettina Meyer (AWI/ICBM/HIFMB)
Dr. Laura Payton (ICBM)
Kooperationen
Dr. Kim Last (SAMS), UK
Dr. Jordan Grigor (SAMS), UK
Laufzeit
2018 - 2021
Finanzierung
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Britischer Natural Environment Research Council (NERC)
MEMAREs
MEMAREs - Understanding the MEchanistic bases of MArine clocks and Rhythms in the Antarctic key species Euphausia superba
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” of the German Science Foundation (DFG)