Ausbreitung infektiöser Muschelkrankheiten im Ozean: Prognose und Quantifizierung durch biophysikalische Simulationen

• Antragstellerin: Dr. Lara Schmittmann
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535573424

Infektionskrankheiten beeinträchtigen den ökologischen und wirtschaftlichen Wert von Meeresorganismen. Mit fortschreitendem Klimawandel werden Massensterben im Ozean weiterhin zunehmen. Allerdings gestaltet sich die Verfolgung der räumlichen und zeitlichen Ausbreitung von Krankheitsausbrüchen durch Beobachtungen als schwierig. Daher haben wir derzeit kein vollständiges Bild davon, wie schnell und in welchem Ausmaß sich Krankheiten im Ozean mithilfe von Meeresströmungen ausbreiten können. Dies begrenzt unsere Möglichkeiten, die Ausbreitung von Infektionskrankheiten zu verhindern und einzudämmen. In diesem Projekt schlage ich einen interdisziplinären biophysikalischen Modellierungsansatz vor, der darauf abzielt, die Rolle von Ozeandynamik, Hydrographie, Biogeochemie und Biologie bei der Verbreitung von Muschelkrankheiten abzuschätzen. Vier Muschel-Pathogen-Paare entlang des nordwesteuropäischen Schelfs werden untersucht, die eine Reihe von Infektionskrankheiten, räumlichen Verteilungen, Populationsdichten und Entwicklungsmerkmalen repräsentieren. Die generierten Ergebnisse sollen unser Verständnis darüber verbessern, welche Faktoren die Krankheitsausbreitung im Ozean bestimmen, und als Risikobewertungs- und Modellierungspipeline bereitgestellt werden. Hydrodynamische Modelle und Lagrange Partikelausbreitungssimulationen werden als Werkzeuge verwendet, um Krankheitsausbreitung im Ozean bei variablen biologischen Parametern vorherzusagen und zu quantifizieren (Arbeitspaket 1). Die Ausbreitung von Krankheiten wird als passiv treibende Krankheitserreger (wie Viren) simuliert, und zusammen mit infizierten Muschellarven. Muschellarven zeigen ein vielfältiges Repertoire an aktivem Schwimmverhalten. Dieses Verhalten wird experimentell an einer Muschelart untersucht und zur Simulation und Quantifizierung der Auswirkungen aktiver Bewegungen auf die Krankheitsausbreitung verwendet. Das Ausbreitungsmodell wird mit einem epidemiologischen Infektionsmodell gekoppelt, um die Auswirkungen der vorhergesagten Krankheitsausbreitung auf Populationsebene zu interpretieren. Anschließend wird der Einfluss von Hydrographie und Biogeochemie auf die Ausbreitung anhand der Umweltvariabilität der letzten Jahrzehnte bewertet (Arbeitspaket 2). Sowohl biologische Prozesse (Infektionsdynamik, Muschelreproduktion, Larvenentwicklung) als auch physikalische Prozesse im Ozean sind von Umweltbedingungen abhängig. Daher wird erwartet, dass auch die Ausbreitung von Krankheiten durch Hydrographie und Biogeochemie beeinflusst wird. Abschließend wird ein Simulationstool zur Vorhersage der Krankheitsausbreitung und zur Bereitstellung von Risikobewertungen entwickelt und potenzielle Stakeholder identifiziert (Arbeitspaket 3). Insgesamt ist das vorgeschlagene Projekt relevant, um die Früherkennung, Vorhersage und letztendlich Verhinderung von Massensterben bei wirtschaftlich und ökologisch relevanten Muscheln zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Italien
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Arne Biastoch; Professor Dr. Frank Melzner
• Kooperationspartner: Tim Bean, Ph.D.; Professor Dr. Renato Casagrandi; Professor Dr. Lorenzo Mari