Gossamer worm diversity (Annelida; Tomopteridae): resolving species of a holopelagic polychaete

Der offene Ozean ist der größte Lebensraum der Erde, ein riesiges, dunkles Wasservolumen, das sich von der sonnenbeschienenen Oberfläche bis zum Meeresboden erstreckt. Lange Zeit nahmen Wissenschaftler an, dass die Tiere, die in diesem mittleren Bereich leben, weit entfernt von der Küste und dem Boden, nur in geringer Zahl vorkommen und über riesige Distanzen verteilt sind. Die Logik schien fundiert: Ohne Landbarrieren, die sie aufhalten könnten, sollten diese Kreaturen frei über den Globus schwimmen und somit überall verbreitet sein. Diese Annahme beruhte jedoch auf einem Mangel an Daten. Der tiefe Ozean ist schwer zu erreichen, und die dort lebenden Tiere sind oft zerbrechlich, transparent und schwer zu untersuchen. Wenn es Forschern gelingt, sie zu sammeln, sind die Exemplare häufig beschädigt, was es nahezu unmöglich macht, eine Art von einer anderen zu unterscheiden, wenn man traditionelle Methoden verwendet. Diese Wissenslücke bedeutet, dass wir wahrscheinlich ein sehr mangelhaftes Verständnis davon haben, wie viele verschiedene Arten im tiefen Meer tatsächlich existieren und wie diese Kreaturen mit dem Klima und den chemischen Kreisläufen des Planeten interagieren.

Ein Team von Forschern des Smithsonian National Museum of Natural History machte sich daran, dieses Rätsel für eine bestimmte Gruppe von Würmern, den sogenannten Schleimwürmern (Gossamer Worms), zu lösen. Diese Kreaturen gehören zu einer Familie, die als Tomopteridae bekannt ist. Sie kommen in Ozeanen auf der ganzen Welt vor und leben von der Oberfläche bis in Tiefen von fast 2.700 Metern. Sie sind leicht an ihren transparenten, gelatinösen Körpern, ihren langen, paddelartigen Anhängen und einem Paar markanter „Barthaare“ zu erkennen, die aus ihrem Kopf ragen. Trotz ihrer Häufigkeit war ihre Klassifizierung ein Chaos. Die meisten der über das letzte Jahrhundert verfassten Artbeschreibungen sind unvollständig oder widersprüchlich, und die ursprünglichen Exemplare, die zur Definition der Arten verwendet wurden, sind oft verloren gegangen oder in einem so schlechten Zustand, dass sie nicht für Vergleiche genutzt werden können. Da diese Würmer in ihrem Aussehen so einfach und so leicht beschädigbar sind, hatten Wissenschaftler Schwierigkeiten zu zählen, wie viele verschiedene Arten tatsächlich existieren, und nahmen oft an, dass ein einziger Name für Würmer gilt, die im Atlantik, im Pazifik und im Indischen Ozean gefunden werden.

Um diese Verwirrung zu beseitigen, wandten die Forscher eine Strategie an, die als „Reverse Taxonomie“ bekannt ist. Anstatt mit einer physischen Beschreibung zu beginnen und dann zu versuchen, einen Wurm zu benennen, begannen sie mit dem genetischen Code des Wurms. Sie sammelten über 300 Exemplare von verschiedenen Standorten, darunter die Pazifikküste der Vereinigten Staaten, der Golf von Kalifornien, der Nordatlantik und der Südliche Ozean. Mit ferngesteuerten Fahrzeugn und spezialisierten Netzen fingen sie diese zerbrechlichen Tiere ein, fotografierten sie, solange sie noch lebendig waren, um ihre wahren Farben und Formen einzufangen, und konservierten dann Gewebeproben für die genetische Analyse. Das Team sequenzierte fünf verschiedene Teile der DNA der Würmer und erstellte so ein genetisches Profil für jedes Individuum. Anschließend nutzten sie Computerprogramme, um diese Würmer basierend auf der Ähnlichkeit ihrer genetischen Codes zu gruppieren, wodurch sie effektiv einen Stammbaum erstellten, um zu sehen, welche Würmer eng verwandt und welche verschieden waren.

Die Ergebnisse enthüllten eine verborgene Welt der Vielfalt. Die genetische Analyse zeigte, dass die Würmer nicht, wie zuvor angenommen, nur in wenigen breiten Kategorien unterteilt sind. Stattdessen identifizierten die Forscher mindestens 20 deutliche Gruppen oder vermeintliche Arten, die durch die genetischen Daten gut gestützt wurden. Allein im Nordostpazifik fanden sie 18 deutliche Gruppen, während zuvor nur acht Arten offiziell beschrieben worden waren. Dies deutet darauf hin, dass die aktuelle Liste der bekannten Schleimwürmer mehr als die Hälfte der Arten, die tatsächlich in dieser Region leben, vermissen lässt. Die Studie deckte auch mindestens drei Gruppen auf, die offenbar völlig neu für die Wissenschaft sind und keinen passenden Namen in der bestehenden Literatur haben.

Die Forscher prüften dann, ob diese genetischen Gruppen mit physischen Unterschieden übereinstimmten. Sie betrachteten die Fotografien und konservierten Exemplare, um zu sehen, ob die genetisch unterschiedlichen Gruppen einzigartige physische Merkmale aufwiesen. Sie fanden heraus, dass die Antwort ja lautete. Spezifische Merkmale, wie die Anzahl der Körpersegmente, die Form der Sinnesorgane am Kopf, das Vorhandensein oder Fehlen eines Schwanzes und die Anordnung winziger Drüsen am Körper, passten konsistent zu den genetischen Gruppen. Zum Beispiel hatten einige Gruppen einen langen Schwanz mit Anhängen, während andere gar keinen Schwanz hatten. Einige hatten leuchtend rote oder gelbe innere Organe, die durch ihre transparente Haut sichtbar waren, während andere schlicht waren. Diese physischen Merkmale, die in der Vergangenheit oft übersehen oder als zu variabel für eine Verwendung angesehen wurden, erwiesen sich als zuverlässige Wege, um die verschiedenen Arten zu identifizieren, sobald die genetischen Gruppen etabliert waren.

Eine der bedeutendsten Erkenntnisse war, dass die Idee der „kosmopolitischen“ Arten – Würmer, die unter einem einzigen Namen überall auf der Welt leben – wahrscheinlich nicht korrekt ist. Die Studie zeigte, dass viele der Gruppen auf spezifische Ozeanbecken oder sogar kleinere Regionen beschränkt waren. So wurden beispielsweise einige Gruppen nur im Nordpazifik gefunden, während andere auf den Atlantik begrenzt waren. Dies deutet darauf hin, dass die Annahme, diese Würmer würden frei über den gesamten Globus schwimmen, falsch ist; stattdessen sind sie oft durch geografische Barrieren oder Meeresströmungen getrennt, was in verschiedenen Gebieten zur Evolution unterschiedlicher Arten führt. Die Forschung hob auch hervor, dass einige Arten über einen weiten Tiefenbereich leben können, von der Oberfläche bis über 1.000 Meter, während andere stärker eingeschränkt sind.

Das Paper kommt zu dem Schluss, dass die traditionelle Art und Weise, diese Würmer zu benennen – basierend allein auf beschädigten Exemplaren und vagen Beschreibungen –, nicht länger ausreichend ist. Die Autoren argumentieren, dass die Familie der Schleimwürmer einer vollständigen Revision bedarf. Sie schlagen einen neuen Rahmen vor, in dem Wissenschaftler einen einfachen genetischen Test oder eine Kombination aus genetischen Daten und spezifischen physischen Merkmalen nutzen können, um diese Kreaturen genau zu identifizieren. Dieser Ansatz ermöglicht es den Forschern, die Verwirrung der Vergangenheit hinter sich zu lassen und damit zu beginnen, die wahre Vielfalt des Lebens in der mittleren Wasserschicht zu verstehen. Durch die Kombination von schneller genetischer Entdeckung mit sorgfältiger Beobachtung physischer Merkmale bietet die Studie einen klaren Weg nach vorn, um die Millionen von weichkörperigen Tieren zu katalogisieren, die durch den tiefen Ozean driften, und sicherzustellen, dass der wahre Reichtum dieses riesigen Lebensraums endlich anerkannt wird.