The green menace: non-native green seaweed detected in Western Antarctica using molecular tools
Durch die Kombination von Proben-DNA-Barcoding und Umwelt-DNA-Metabarcoding etabliert diese Studie eine molekulare Baseline für grüne Algen in Westantarktis, die eine potenziell endemische *Ulva*-Linie aufdeckt und gleichzeitig kosmopolitische, nicht-heimische Linien nachweist, die durch Schifffahrt und Drift transportiert werden, wodurch die wachsende Verwundbarkeit der Region gegenüber biologischen Invasionen hervorgehoben wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die Ozeane sind keine statischen Kulissen; sie sind dynamische Autobahnen, auf denen das Leben reist, manchmal mit Hilfe von Menschenschiffen und manchmal, indem es auf treibendem Abfall mitfährt. Seit Jahrzehnten besorgt sich die Wissenschaft über „invasive Arten“ – Pflanzen und Tiere, die sich als Mitfahrer an neue Orte verirren, die Einheimischen verdrängen und Ökosysteme stören. Dies ist ein großes Problem in gemäßigten und tropischen Gewässern, doch die eisigen Gewässer der Antarktis galten lange Zeit als eine Festung, die durch eisige Temperaturen geschützt ist, die die meisten fremden Lebensformen nicht überleben können. Doch während das Klima wärmer wird, wird diese eisige Barriere jedoch dünner. Die Westantarktische Halbinsel ist einer der am schnellsten erwärmenden Orte der Erde, und das Eis, das einst Außenstehende fernhielt, zieht sich zurück. Dies wirft eine kritische Frage auf: Beginnen nicht-heimische Algen, die schnell wachsen und sich leicht anpassen, durch die Lücken zu schlüpfen und in der Antarktis Wurzeln zu schlagen? Um dies zu beantworten, müssen Forscher zuerst genau wissen, was bereits dort ist. Lange Zeit war die Identifizierung von Algen in der Antarktis wie der Versuch, eine Person in einem nebligen Spiegel zu erkennen; Wissenschaftler verließen sich auf die Form und Farbe der Pflanzen, aber viele sehen sich so ähnlich, dass man eine lokale Art leicht mit einer fremden verwechseln kann. Ohne eine klare genetische Landkarte war es unmöglich zu sagen, ob ein neuer grüner Fleck auf einem Felsen ein einheimischer Bewohner oder ein ungebetener Besucher ist.
Ein Team von Wissenschaftlern setzte sich zum Ziel, diesen Nebel zu lichten, indem es zwei leistungsstarke Werkzeuge kombinierte: das Betrachten tatsächlicher Algenpräparate unter einem Mikroskop und das Lesen der genetischen „Fingerabdrücke“, die im Wasser und auf treibenden Objekten hinterlassen wurden. Sie konzentrierten sich auf Grünalgen, eine Gruppe, die für ihre opportunistischen Invasionen bekannt ist, in den Gewässern um die Westantarktische Halbinsel und nahegelegene subantarktische Inseln. Anstatt nur basierend auf dem Aussehen der Pflanzen zu raten, extrahierten sie DNA aus den Algen und aus Wasserproben, die in der Nähe von Touristen Schiffen, Forschungsstationen und treibendem Abfall gesammelt wurden. Dies ermöglichte es ihnen, die unsichtbaren genetischen Unterschiede zu sehen, die eine einheimische antarktische Pflanze von einem kosmopolitischen Reisenden trennen, der aus wärmeren Gewässern gekommen ist. Das Ziel war es, eine zuverlässige genetische Bibliothek dessen aufzubauen, was in die Antarktis gehört, und die Umgebung nach Anzeichen neuer Ankömmlinge zu scannen, die versuchen könnten, sich dort niederzulassen.
Die Forscher sammelten hunderte Proben aus den eisigen Gewässern der Antarktischen Halbersel und aus wärmeren Regionen wie Chile, Neuseeland und den Falklandinseln. Sie sammelten ausgewachsene Algenpräparate, um eine DNA-Referenzbibliothek zu erstellen, und sie untersuchten auch treibendes Plastik, treibende Algen und die Rümpfe von Schiffen. Sie filterten sogar Liter von Meerwasser, um mikroskopisch kleine Spuren des genetischen Materials aufzufangen, das von nahe lebenden Organismen abgestoßen wurde. Durch den Vergleich der DNA aus diesen Proben mit einer globalen Datenbank konnten sie genau identifizieren, welche Arten vorhanden waren. Die Ergebnisse offenbarten eine überraschende Geschichte von Isolation und Intrusion. In den antarktischen Gewässern fanden sie eine einzige, distinkte Linie von Grünalgen, die scheinbar einzigartig für die Region ist. Sie nannten diese Gruppe Ulva sp. „Antarctica“. Diese Pflanze ist genetisch verschieden von jeder Alge, die in den subantarktischen oder gemäßigten Zonen vorkommt, was darauf hindeutet, dass es sich um eine echte heimische Art handelt, die sich in Isolation entwickelt hat. Dieser Befund widerspricht älteren Aufzeichnungen, die behaupteten, dass die weit verbreitete, häufige Alge Ulva intestinalis in der Antarktis präsent sei; die Forscher fanden heraus, dass das, was zuvor als diese gewöhnliche Art angesehen wurde, tatsächlich diese einzigartige antarktische heimische Art war.
Die Geschichte endet jedoch nicht mit dem heimischen Bewohner. Die genetischen Scans des Wassers und der treibenden Objekte erzählten eine andere Geschichte und zeigten, dass die antarktischen Gewässer nicht so leer von fremden Besuchern sind, wie einst angenommen. Die Forscher detektierten DNA von mehreren Arten von Grünalgen, die bekanntlich im Norden der Hemisphäre und in anderen Teilen der Welt leben. Dazu gehörten Arten wie Ulva maeotica und Ulva shanxiensis, die ursprünglich aus dem Schwarzen Meer bzw. aus China stammen. Diese Spuren fremder DNA wurden auf Schiffsrümpfen, auf treibendem Kunststoff und sogar auf einheimischen Algen gefunden, die in der Strömung treiben. Dies deutet darauf hin, dass Propagula – die winzigen Fortpflanzungszellen oder Fragmente von Algen, die in der Lage sind, neues Leben zu begründen – über den Schiffsverkehr und natürliches Treiben in die Antarktis gelangen. Obwohl die Forscher keine Beweise dafür fanden, dass diese fremden Arten bereits große, etablierte Populationen auf dem Meeresboden gebildet haben, deutet ihre Präsenz im Wasser darauf hin, dass sie mit zunehmender Häufigkeit eintreffen. Die Studie fand auch heraus, dass einige der einheimischen antarktischen Algen, speziell die einzigartige Ulva sp. „Antarctica“, auf dem Rumpf eines Schiffes in subantarktischen Gewässern gefunden wurde, was darauf hindeutet, dass die Bewegung von Arten auch in beide Richtungen stattfinden kann, wobei antarktische Einheimische potenziell nach Norden reisen könnten.
Die Studie zeichnet das Bild einer Region im Übergang. Das kalte Wasser wirkt noch immer als Filter, der verhindert, dass die meisten dieser fremden Ankömmlinge den Winter überleben und dauerhafte Bewohner werden. Das „Invasionskontinuum“, der Prozess, bei dem eine Art von einer seltenen Ankunft zu einem dauerhaften Bewohner wird, scheint für die meisten dieser Grünalgen in den frühen Stadien festzustecken. Sie kommen an, aber sie übernehmen noch nicht das Kommando. Dennoch ist die Präsenz dieser fremden DNA-Signale eine Warnung. Während das Klima weiter erwärmt, könnten die thermischen Barrieren, die diese Arten derzeit in Schach halten, schwächer werden. Die Forscher fanden heraus, dass einige amphipolare Arten – Pflanzen, die sowohl in der Arktis als auch in der Antarktis leben – bereits gut in der Region etabliert sind, was darauf hindeutet, dass sich die Tür weiter öffnet. Die Entdeckung der einzigartigen antarktischen heimischen Ulva sp. „Antarctica“ ist eine entscheidende Basislinie; sie beweist, dass die Region ihre eigene, distinkte Biodiversität besitzt, die geschützt werden muss. Gleichzeitig zeigt der Nachweis fremden genetischen Materials, dass die Antarktis nicht mehr isoliert von den übrigen Ozeanen der Welt ist. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass, obwohl eine großflächige Invasion noch nicht stattgefunden hat, die Ankunft nicht-heimischer Grünalgen eine Realität ist. Die Frage ist nicht mehr, ob sie ankommen werden, sondern wie lange es dauern wird, bis das wärmere Klima es ihnen erlaubt, sich niederzulassen und das antarktische Ökosystem zu verändern.
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