Biodiversität und evolutionäre Entstehungsgeschichte von Nematoden-Gemeinschaften der Wüste (B08)

• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268236062

Nematoden zählen zu den artenreichsten Tiergruppen und leben häufig unter extremen Umweltbedingungen. Sie sind weltweit verbreitet und ein wichtiger Bestandteil vieler Bodenökosysteme. Ihre Vielfalt wurde bisher in der Atacama- oder Namib-Wüste nicht im Detail untersucht. Die Analyse der genomischen Biodiversität der Nematoden hat sich auf wenige Modellarten konzentriert. Daher ist die genomische Diversität in diesem Stamm noch nicht ausreichend erforscht. Dieses Projekt wird zunächst die Diversität von Nematoden in hyper-ariden Wüsten untersuchen, unter anderem durch die Etablierung einer feldbasierten, genomischen Biodiversitätsanalyse. Diese Daten ermöglichen uns die Erforschung der Evolution der Parthenogenese und der Variabilität von Mutationsraten in Wechselwirkung mit extremen Umweltbedingungen.Die Theorie der geographischen Parthenogenese besagt, dass sich ungeschlechtlich reproduzierende Organismen unter extremen Umweltbedingungen einen evolutionären Vorteil haben. Diese Theorie wurde bisher nicht systematisch getestet und es werden dringend mehr Daten zur Verbreitung und genomische Variabilität asexueller Taxa benötigt. Wir werden die Häufigkeit von asexuellen und sexuellen Schwesterarten bei Nematoden und die im CRC 1211 untersuchten hyper-ariden Wüstensystemen nutzen, um solche Daten zu sammeln.Neueste Studien zeigen, dass Mutationsraten keine artspezifischen Konstanten sein könnten, sondern als quantitatives Merkmal evolvieren und damit der lokalen Anpassung unterliegen. Mutationsraten könnten sich zwischen sexuellen und asexuellen Arten der gleichen Gattung unterscheiden. Wir werden untersuchen, ob Variabilität von Mutationsraten notwendig für das dauerhafte Überleben in extremen Umwelten ist, und analysieren, inwieweit Fortpflanzungsmechanismen dabei eine Rolle spielen.Die molekulare Uhr hängt von der Möglichkeit zur paläontologischen Kalibrierung ab. In Taxa mit wenig Fossilien und erheblicher Heterogenität der Nukleotid-Substitutionsraten, wie z. B. Nematoden, ist die Uhr sehr ungenau. Die Kenntnis der Mutationsrate einer Art kann eine präzise Kalibration der molekularen Uhr erlauben, aber für höchste Auflösung und Genauigkeit müssten die historischen Mutationsraten in Übereinstimmung mit paläoökologischen Faktoren modelliert werden. Wir werden die Mutationsraten in Nematoden mit der geologischen Geschichte der Landschaft verknüpfen, um eine neue Methode zu entwickeln, die eine präzise molekulare Uhr liefert und in die Modellierung der geologischen Geschichte der Wüstenlandschaft integriert werden kann.Zusammenfassend wird das vorgeschlagene Projekt eine feldbasierte, genomische Biodiversitätsanalyse von wirbellosen Bodentieren in einem der extremsten Lebensräume der Erde etablieren und wichtige Fragen der Evolutionsbiologie und Ökologie untersuchen, die Theorie der geographischen Parthenogenese und die öko-evolutionäre Dynamik der Mutationsraten.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit
• Antragstellende Institution: Universität zu Köln
• Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter: Dr. Philipp Schiffer; Professorin Dr. Ann-Marie Waldvogel