“Who did you eat before I ate you?”: a metagenomic analysis of gut contents of the Arctic lamprey (Lethenteron camtschaticum) during its feeding phase (Gulf of Ob, Kara Sea)

In den kalten, dunklen Gewässern der Arktis lebt eine kieferlose Fischart, der Neunauge, seit Hunderten von Millionen Jahren und überlebt, indem er sich an anderen Fischen festheftet und sich von deren Blut und Fleisch ernährt. Obwohl diese Kreaturen uralt und bekannt sind, hatten Wissenschaftler lange Zeit Schwierigkeiten zu verstehen, was sie in spezifischen Regionen genau fressen. Traditionelle Methoden, die das Innere eines Neunauges untersuchen, scheitern oft, da das weiche Gewebe ihrer Beute so schnell verdaut wird, dass keine Knochen oder Schuppen mehr übrig bleiben, um die Mahlzeit zu identifizieren. Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher auf eine moderne Technik namens Shotgun-Metagenomik zurückgegriffen. Anstatt nach physischen Überresten zu suchen, liest diese Methode den genetischen Code, oder die DNA, die im Mageninhalt gefunden wird. Durch die Sequenzierung jedes vorhandenen genetischen Fragments können Wissenschaftler die Art des Fisches identifizieren, der gefressen wurde, selbst wenn die Mahlzeit zu einer flüssigen Paste reduziert wurde. Das Verständnis dieser Diäten ist entscheidend für die Verwaltung von Fischpopulationen und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts mariner Nahrungsnetze, insbesondere in der sich schnell verändernden arktischen Umgebung.

Im August 2018 sammelten Forscher zwei Arktische Neunaugen aus der Ob-Bucht, einem riesigen Ästuar im Kara-Meer in Russland. Diese Fische wurden im Rahmen eines Standard-Forschungserkundungsfahrts gefangen, und ihr Darminhalt wurde sorgfältig für die Analyse konserviert. Das Material im Inneren war keine Sammlung erkennbarer Teile, sondern eine halb verdaut, rötlich-braune Paste, die konsistent mit Blut und zerkleinertem Muskelgewebe war. Um die Identität der letzten Mahlzeiten der Neunaugen zu enthüllen, extrahierte das Team die gesamte DNA aus dieser Paste und sequenzierte sie mit einer leistungsstarken Methode, die Millionen von genetischen Fragmenten gleichzeitig liest. Die Herausforderung bestand darin, dass der Darm eine Mischung aus der DNA des Neunauges selbst, Bakterien und der Forscher, die die Proben handhabten, enthielt, die alle herausgefiltert werden mussten, um das wahre Ernährungssignal offenzulegen.

Nach dem Entfernen des genetischen Rauschens von Menschen, Bakterien und dem Neunaugen-Wirt ließen die verbleibenden Daten ein klares Bild davon entstehen, was diese Prädatoren konsumiert hatten. Die Analyse zeigte, dass die primäre Nahrungsquelle für das Arktische Neunauge in dieser Region der Weißfisch ist, eine große Gruppe von Fischen, die zur Gattung Coregonus gehört. In einem der Neunaugen machte die DNA des Weißfisches fast zwei Drittel des identifizierbaren Fisch-Genmaterials aus, während sie im anderen mehr als vier Fünftel ausmachte. Dieser Befund bestätigt, dass die Neunaugen in der Ob-Bucht Raubfische großer, zahlreicher Fische sind und nicht bloß Parasiten kleinerer Arten. Die Studie detektierte auch Spuren anderer Fische, darunter den Dreistachligen Stichling, den Arktischen Seeforellen und Mitglieder der Dorschefamilie, obwohl diese jedoch in viel geringeren Mengen auftraten.

Die Forscher mussten vorsichtig bei der Interpretation dieser Ergebnisse sein, da die genetischen Datenbanken, die sie zur Identifizierung der Fische verwendeten, nicht perfekt waren. Die ursprünglichen Daten enthielten genetische Übereinstimmungen mit Fischarten, die nicht in der Arktis leben, wie etwa tropische Arten aus Amerika oder Afrika. Diese wurden als Fehler identifiziert, die durch Lücken in den wissenschaftlichen Referenzbibliotheken verursacht wurden, welche stark auf gut untersuchte, wirtschaftlich bedeutsame Fische ausgerichtet sind und unzureichende Daten über arktische Arten aufweisen. Um dies zu korrigieren, entwickelte das Team ein System, das die genetischen Funde gegen das abwog, was über die tatsächlich in der Ob-Bucht lebenden Fische bekannt ist. Dieser Ansatz ermöglichte es ihnen, die exotischen, unmöglichen Übereinstimmungen sicher zu verwerfen und sich auf die lokalen Arten zu konzentrieren, die tatsächlich in den Mägen der Neunaugen präsent waren.

Die gefundene Diät in der Ob-Bucht steht in starkem Kont contrast zu dem, was in anderen Teilen der Welt beobachtet wurde. Im Beringmeer beispielsweise wurde festgestellt, dass Arktische Neunaugen hauptsächlich kleine, Schwarmfische wie Capelan und Hering fressen. Die Neunaugen in der russischen Arktis hingegen zielen eindeutig auf die großen Weißfische ab, die ihre lokalen Gewässer dominieren. Dieser Unterschied unterstreicht die Flexibilität der Ernährungsgewohnheiten des Neunauges; sie halten nicht an einer einzigen Art von Beute fest, sondern passen sich an, welche großen, nahrhaften Fische in ihrer spezifischen Umgebung am meisten verfügbar sind. Die Studie stellte auch fest, dass die beiden untersuchten einzelnen Neunaugen leicht unterschiedliche Diäten hatten, wobei eines eine vielfältigere Mischung von Fischen gefressen hatte, während das andere fast ausschließlich Weißfisch konsumiert hatte. Dies deutet darauf hin, dass die individuelle Futtergeschichte und die lokale Verfügbarkeit eine signifikante Rolle dabei spielen, was jedes Neunauge frisst.

Obwohl die Studie den ersten molekularen Einblick in die Ernährung der Arktischen Neunaugen im europäischen Arktisraum bietet, räumt die Autorenschaft ein, dass ihre Stichprobengröße sehr klein war und nur aus zwei Fischen an einem einzigen Ort und zu einem einzigen Zeitpunkt bestand. Sie warnen davor, dass dies ein explorativer Blick auf die Ernährungsökologie der Art ist und keine vollständige Bestandsaufnahme ihrer Ernährung. Das Vorhandensein einiger Fisch-DNA, wie etwa die des Stichlings, könnte auch das Ergebnis eines sekundären Konsums sein, was bedeutet, dass das Neunauge möglicherweise einen Fisch gefressen hat, der vor kurzem einen Stichling gefressen hatte, anstatt den Stichling direkt zu fressen. Trotz dieser Einschränkungen demonstriert die Forschung erfolgreich, dass die Shotgun-Metagenomik ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung der Diäten von Tieren ist, bei denen traditionelle Methoden versagen. Sie unterstreicht zudem die dringende Notwendigkeit für Wissenschaftler, bessere, vollständigere genetische Bibliotheken für arktische Arten aufzubauen, um sicherzustellen, dass zukünftige Studien die Beute mit noch größerer Genauigkeit identifizieren können.