Lebende Zeitkapseln: auf den Spuren evolutionärer Adaptation in einer sich wandelnden Welt

• Antragstellerin: Dr. Dagmar Frisch
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461099895

Die Erwärmung der Arktis erfolgte in den letzten Jahrzehnten drei- bis viermal schneller als in anderen geographischen Regionen der Erde. Die Auswirkungen auf arktische Süßwassersysteme, die als Indikatoren für den Klimawandel gelten, sind besonders gravierend. Angesichts der rasch zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels in dieser Region ist ein besseres Verständnis der molekularen Anpassung der in der Arktis verbreiteten polyploiden Art Daphnia pulicaria, einer Schlüsselart des Süßwassers, von entscheidender Bedeutung. In diesem Projekt steht die Erforschung der evolutionären Anpassung arktischer Daphnien an die Auswirkungen des Klimawandels in Südwest-Grönland im Mittelpunkt. Hierfür soll die genomische Populationsstruktur auf räumlich-zeitlicher Ebene rekonstruiert werden. In der ersten Phase dieses Projektes wurde mithilfe der Sequenzierung von Dauereiern aus den letzten 300 Jahren die genotypische Zusammensetzung der Daphnienpopulation eines oligosalinen Sees (Braya Sø, auch SS4 genannt) analysiert. Dabei konnte die Dominanz eines einzigen Daphnia Superklons während der letzten drei Jahrhunderte bis in die frühen 2000er Jahre nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu wiesen Daphnien der historischen, aus dem Jahr 2011 stammendenden, sowie der heutigen Population genetische Unterschiede zum langfristig erfolgreichen Superklon auf. Zusätzlich ergab die experimentelle physiologische Charakterisierung abweichende Phänotypen zwischen der historischen (2011) und der heutigen Daphnienpopulation. Weitere Ergebnisse zeigten genetisch sehr ähnliche Populationen in drei benachbarten Seen. Trotz dieser Ähnlichkeit deuten unsere Ergebnisse auf eine genomische Grundlage für eine mögliche lokale Anpassung der asexuellen Daphnien hin. In der Fortsetzungsphase dieses Projekts sollen die bisherigen Ergebnisse um die folgenden Zielsetzungen ergänzt werden: (1) Die Erforschung der räumlich-zeitlichen Populationsstruktur arktischer Daphnien im Untersuchungsgebiet auf genomischer Ebene, um die relative Bedeutung regionaler und lokaler evolutionärer Rettung von asexueller Populationen zu bestimmen, (2) die experimentelle Untersuchung der lokalen Anpassung an niedrige oder erhöhte Salinität, ein wichtiger Umweltgradient im Untersuchungsgebiet, (3) die Analyse der Bedeutung von DNA-Methylierungsmustern für die beobachteten phänotypischen Unterschiede und damit für die evolutionäre Anpassung asexueller Daphnienlinien. Als letztes soll die Synthese der Projektergebnisse mittels eines "Multi-Omics" Ansatzes erfolgen, der die aus den Untersuchungen hervorgehenden Daten zur genomischen Populationstruktur, Phänotypisierung, Genexpression und DNA-Methylierung zusammenfasst. Übergeordnetes Ziel ist hier, das Potenzial und die Mechanismen der adaptiven Evolution bei asexuellen Tieren im Hinblick auf Klima- und Umweltveränderungen zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen