Molecular identification of eukaryotic communities from polar glacial ice cores BIOICE-UC
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gletschereis sollte in der Lage sein, einzellige Organismen über einen langen Zeitraum zu konservieren, womit eine Möglichkeit bestehen sollte, die Biodiversität vergangener Epochen im Zusammenhang mit langfristigen Veränderungen des Klimas zu untersuchen. Für heterotrophe Protisten gab es vor Aufnahme der Untersuchungen kaum Befunde. Im Mittelpunkt des Projektes stand die Frage, ob Zysten von heterotrophen Flagellaten durch den Wind aus benachbarten polaren Regionen auf das Gletschereis verdriftet werden, so dass diese vitalen Dauerstadien auch in messbaren Mengen in alten Eiskernen identifiziert werden können. Bisher wurde aus Eisproben nur Protisten-DNA, nicht aber vitale Protozoen gefunden. Wir konnten erstmalig nachweisen, dass die im Eis bzw. Permafrost teilweise über 40.000 Jahre konservierten Zysten von Protisten noch vital sind. Aus Proben, die wir vom Grönländer Inlandeisgletscher gewonnen haben, konnten wir eine Reihe von Protistenkulturen etablieren, darunter verschiedene heterotrophe Flagellaten, mehrere verschiedene Rhizaria und eine Ciliatenart. Die im Eis vorhandene Vielfalt von konservierten Protisten ist offensichtlich sehr hoch. Die Konservierung bei niedrigen Temperaturen dürfte in Zukunft für die langfristige Konservierung von Stämmen (im wirtschaftlichen und musealen Bereich) von Bedeutung werden. Nach unseren bisherigen Untersuchungen reichen die Konzentrationen an heterotrophen Protisten im Gletschereis allerdings nicht aus, um mit den derzeitig verfügbaren Methoden quantitative und qualitative Unterschiede in der vertikalen Zonierung im Eis so genau, wie für andere Proxy (vor allem chemische Parameter) bereits möglich, durchzuführen. Mehrere Liter Eis wären derzeitig für Analysen notwendig. Dies mag sich künftig ändern, wenn noch weiter verfeinerte molekulare Analysemethoden zur Verfügung stehen. Mit den Ergebnissen aus der Kultivierung und Next Generation Sequencing konnten wir nachweisen, dass die Artenvielfalt von Boden über Schnee und Luft hin zu Gletschereis in der Arktis deutlich abnimmt. Erstaunlicherweise konnten wir keinen ubiquitären, das heißt weltweit und damit sehr häufig anzutreffenden, heterotrophen Protisten in allen vier Habitaten nachweisen. Rhizaria und Ciliaten stellten den höchsten Anteil der Morphoarten in Boden und Schnee. Die Untersuchungen an Referenzproben ergaben einen extrem hohen Prozentsatz von nicht zuweisbaren Sequenzen (auf dem Niveau von 99,7% Identität, d.h. Artniveau). Dieses Ergebnis deutet auf eine hohe kryptische Diversität in Extremhabitaten hin. Zu ähnlichen Ergebnissen kamen wir kürzlich bei Untersuchungen extrem salzreicher Gewässer. Außerdem fanden wir fanden, dass die Verbreitung über die Luft sehr selektiv ist, was der in der Literatur vertretenen Hypothese einer potentiell weltweiten Verdriftung von kleinen Protisten deutlich entgegensteht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
(2011) Higher Level Taxonomy and Molecular Phylogenetics of the Choanoflagellatea. J. Eukaryot. Microbiol. 58: 452-462
Nitsche, F., Carr, M., Arndt, H., Leadbeater, B.S.C.
-
(2012) CBOL Protist Working Group: Barcoding Eukaryotic Richness beyond the Animal, Plant, and Fungal Kingdoms. PLOS Biology, 10: e1001419
Pawlowski, J., Audic, S., Adl, S., Bass, D., Belbahri, L., Berney, C., Bowser, S.S., Cepicka, I., Decelle, J., Dunthorn, M., Fiore-Donno, A.M., Gile, G.H., Holzmann, M., Jahn, R., Jirku, M., Keeling, P.J., Kostka, M., Kudryavtsev, A., Lara, E., Lukes, J., Mann, D.G., Mitchell, E.D.M., Nitsche, F., Romeralo, M., Saunders, G.W., Simpson, A.G.B., Smirnov, A.V., Spouge, J.L., Stern, R.F., Stoeck, T., Zimmermann, J., Schindel, D., de Vargas, C.
-
(2012) Cryptic diversity within the choanoflagellate morphospecies complex Codosiga botrytis – phylogeny and morphology of ancient and modern isolates. Europ. J. Protistol., 48: 263- 273
Stoupin, D., Kiss, A.K., Arndt, H., Shatilovich, A.V., Gilichinski, D.A., Nitsche, F.
-
(2013) A short guide to common heterotrophic flagellates of freshwater habitats based on the morphology of living organisms. Protist 164: 842–860
Jeuck, A. & Arndt, H.
-
(2014) Extended phylogeny of the Craspedida (Choanomonada). Europ. J. Protistol. 50: 430-443
Jeuck, A., Arndt, H, Nitsche, F.
-
(2015) Comparison of similar Arctic and Antarctic morphotypes of heterotrophic protists regarding its genotypes and ecotypes. Protist 166: 42-57
Nitsche, F., & Arndt, H.
-
Protozoans and global climate change in aquatic systems. In: Climate Change and Microbial Ecology: Current Research and Future Trends (J. Marxsen (ed.)). Caister Academic Press, 2016. Chapter 3. - Book: 978-1-910190-31-9
Arndt, H. & Monsonís Nomdedeu, M.
