Der ewige Barcoder
Mein Name ist Jan Pawlowski. Ich bin Biologe und arbeite in der Schweiz und in Polen. Bei meiner Arbeit geht es um die Identifizierung von Arten anhand von DNA. Jede Art kann durch eine bestimmte DNA-Sequenz, auch DNA-Barcode genannt, charakterisiert werden. Viele Arten sind morphologisch schwer zu bestimmen, und DNA-Barcodes können helfen, sie von ähnlichen Arten zu unterscheiden. DNA-Barcodes können nicht nur zur Identifizierung einzelner Arten verwendet werden, sondern auch zum Nachweis ihrer Anwesenheit in Umweltproben von Wasser, Boden, Sediment oder Luft. Sie können auch verwendet werden, um die Ernährung bestimmter Arten zu charakterisieren, einschließlich des Inhalts unserer eigenen verarbeiteten Lebensmittel.
Hier führe ich zusammen mit Prof. Andy Gooday vom NOC Southampton, UK, die Barcodierung (genetische Fingerabdrücke) der Foraminiferen des Aleutengrabens durch. Foraminiferen sind einzellige Organismen, die häufig in Meeressedimenten vorkommen. Sie zeichnen sich durch Granuloreticulopodien aus. Dabei handelt es sich um eine besondere Art von fadenförmigen Fortsätzen des Zytoplasmas, die es den Foraminiferen ermöglichen, sich zu ernähren, sich fortzubewegen und ihre äußere Hülle aufzubauen, die eine organische, agglutinierte oder mineralisierte Wand haben kann. Die Gemeinschaft der Tiefseeforaminiferen wird von Arten mit organischen Wänden oder agglutinierten Einzelkammern dominiert, deren Form von kugelförmig bis eiförmig oder röhrenförmig reicht. Sie dominieren in der Größenfraktion der Meiofauna, die zwischen 50 und 500 Mikrometer groß ist, aber einige von ihnen können auch viel größer sein. Das röhrenförmige Bathysiphon, das in Station 12 häufig vorkam, erreichte eine Länge von bis zu 12 cm, während die komplexen Strukturen der Xenophyophoren, die in der Beringsee gefunden wurden, einen Durchmesser von über 6 cm hatten. Diese mega-großen Foraminiferen sind Andys bevorzugtes Studienobjekt, während ich mich hauptsächlich mit kleineren Arten beschäftige.
Die aufregendste Entdeckung, die wir bisher gemacht haben, ist die große Anzahl einer winzigen Foraminiferenart, die in der < 250 Mikrometer großen Fraktion des Sediments an allen tiefsten Stationen des Aleutengrabens vorkommt. Wir schätzen ihre Häufigkeit auf etwa 100.000 Exemplare pro Quadratmeter. Die Art ähnelt der Gattung Bathyallogromia, die aus dem Weddellmeer des Südozeans beschrieben und später auch aus anderen Gebieten gemeldet wurde, allerdings nie in so großen Mengen. Ihre relativ einfache Morphologie, die wie winzige transparente Kugeln aussieht, die mit grün-bräunlichem Zytoplasma gefüllt sind (siehe beigefügtes Foto), erlaubt es uns nicht, sie von anderen ähnlichen Arten zu unterscheiden. Um festzustellen, ob es sich nur um eine weitere Bathyallogromia-Art oder um eine neue, speziell an die Tiefen des Hadals angepasste Gattung handelt, ist ein DNA-Barcoding erforderlich. Wenn die letztere Hypothese zutrifft, werden wir sie Hadallogromia nennen, aber warten wir ab, was die DNA uns sagen wird.
Neben der Sortierung von Proben für das DNA-Barcoding sammeln wir auch Sedimentproben für das DNA-Metabarcoding. Dieser Ansatz, der auf der Hochdurchsatz-Amplikonsequenzierung basiert, ermöglicht es uns, die gesamte Gemeinschaft eines Lebensraums zu untersuchen, ohne einzelne Proben zu sortieren. Er ist besonders nützlich für die Erforschung der mikrobiellen und der Meiofauna Vielfalt. In unserem Fall ermöglicht uns das Metabarcoding, alle unauffälligen oder kryptischen Foraminiferenarten aufzuspüren, die schwer zu isolieren und visuell zu identifizieren sind. Aus früheren Studien wissen wir, dass Tiefseesedimente eine große Anzahl unbekannter Foraminiferen-Metabarcodes enthalten, die sich keiner bekannten Art zuordnen lassen. Wir können diese Lücke verringern, indem wir einige isolierte Exemplare mit Barcodes versehen und beschreiben, aber die Herausforderung, eine vollständige Referenzdatenbank für Tiefsee-Foraminiferen zu erstellen, ist angesichts der enormen Ausdehnung und Größe des Meeresbodens unüberwindbar. Daher bietet die Metabarcodierung einen wichtigen ergänzenden Einblick in Diversitätsmuster, die mit herkömmlichen Methoden nicht erfasst werden können.
DNA-Barcoding und Metabarcoding sind zwei Gesichter desselben Bestrebens, die unbekannte Vielfalt der Tiefseewelt zu beschreiben, und das ist es, was die größte Leidenschaft meines Lebens ausmacht.
Jan Pawlowski
