Die Folgen des Klimawandels: Seeigel kämpfen darum, durchzuhalten

Von Syracuse University, 4. August 2023

Biologen der Syracuse University waren Mitautoren einer Studie, die untersuchte, wie die Haftfähigkeit von Seeigeln durch unterschiedliche Salzgehalte des Wassers beeinflusst wird. Bildnachweis: Syracuse University

Beim Navigieren durch einen starken Regensturm ist es wichtig, den Halt auf der Straße zu behalten. Sollten die Reifen Ihres Fahrzeugs ein zu geringes Profil aufweisen, geraten Sie ins Schleudern und rutschen und können das Auto nicht mehr sicher kontrollieren. Eine Parallele lässt sich zu Seeigeln ziehen, die bei sintflutartigen Regenfällen in küstennahen, flachen Gewässern leben. Solche Regengüsse führen zu einer Veränderung der Salzkonzentration im Meer, was zu einem geringeren Salzgehalt führt.

Diese geringfügige Verschiebung des Salzgehalts kann tiefgreifende Auswirkungen auf die Fähigkeit von Seeigeln haben, ihre Schlauchfüße fest an den sie umgebenden Oberflächen zu befestigen, ähnlich wie Reifen den Halt auf der Straße benötigen. Für diese kleinen, stacheligen Meerestiere ist das nicht nur eine Unannehmlichkeit, sondern eine Frage des Überlebens. Ihre Haftstrukturen ermöglichen es ihnen, sich zwischen den wellengepeitschten Felsen in Ufernähe fortzubewegen, und ohne diese Fähigkeit ist ihr Leben in Gefahr.

Biologen der Syracuse University waren Mitautoren einer Studie, die untersuchte, wie die Haftfähigkeit von Seeigeln durch unterschiedliche Salzgehalte des Wassers beeinflusst wird.

Das Überleben von Seeigeln ist für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts innerhalb der Meeresökosysteme von entscheidender Bedeutung. Seeigel sind dafür verantwortlich, etwa 45 % der Algen an Korallenriffen abzugrasen. Ohne Seeigel können Korallenriffe mit Makroalgen überwuchert werden, was das Korallenwachstum einschränken kann. Angesichts der Bedeutung von Korallenriffen für den Küstenschutz und die Erhaltung der Artenvielfalt ist es von entscheidender Bedeutung, die Seeigelpopulation zu schützen.

Der Doktorand der Syracuse University, Andrew Moura (rechts), und der ehemalige Student der Villanova University, Jack Cucchiara, überprüfen den Salzgehalt der zehn verschiedenen Gruppen von Seeigeln in den Friday Harbor Laboratories. Bildnachweis: Syracuse University, University of Washington

Da der globale Klimawandel zu Wetterextremen führt, die von Hitzewellen und Dürren bis hin zu starken Regenfällen und Überschwemmungen reichen, verändern die großen Mengen an Süßwasser, die in küstennahe Ökosysteme strömen, Lebensräume. Ein Team von Biologen unter der Leitung von Austin Garner, Assistenzprofessor am Fachbereich Biologie des College of Arts and Sciences, untersuchte die Auswirkungen eines niedrigen Salzgehalts und wie er die Fähigkeit von Seeigeln verändert, sich in ihrem Lebensraum festzuhalten und zu bewegen. Garner, Mitglied des BioInspired Institute der Syracuse University, untersucht aus Sicht der Biowissenschaften und der Naturwissenschaften, wie sich Tiere in unterschiedlichen Umgebungen an Oberflächen festsetzen.

Die kürzlich im Journal of Experimental Biology veröffentlichte Studie des Teams versuchte zu verstehen, wie sich zukünftige extreme Klimaereignisse auf die Seeigelpopulationen auswirken werden.

„Während viele Meerestiere die Menge an Wasser und Salzen in ihrem Körper regulieren können, sind Seeigel dabei nicht so effektiv“, sagt Garner. „Daher sind sie tendenziell auf einen engen Salzgehaltsbereich beschränkt. Sintflutartige Niederschläge können dazu führen, dass entlang der Küste große Mengen Süßwasser ins Meer gelangen, was zu einem raschen Rückgang der Salzkonzentration im Meerwasser führt.“

The group’s research was conducted at the University of WashingtonFounded in 1861, the University of Washington (UW, simply Washington, or informally U-Dub) is a public research university in Seattle, Washington, with additional campuses in Tacoma and Bothell. Classified as an R1 Doctoral Research University classification under the Carnegie Classification of Institutions of Higher Education, UW is a member of the Association of American Universities." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Friday Harbor Laboratories (FHL) der University of Washington. Der Hauptautor der Studie, Andrew Moura, ein Doktorand in Garners Labor in Syracuse, reiste zusammen mit Garner und Forschern der Villanova University zur FHL, um Experimente mit lebenden grünen Seeigeln durchzuführen. Sie arbeiteten mit der ehemaligen FHL-Postdoktorandin Carla Narvaez, die jetzt Assistenzprofessorin für Biologie am Rhode Island College ist, und den Professoren der Villanova University, Alyssa Stark und Michael Russell, zusammen.

Austin Garner, Biologieprofessor an der Syracuse University, hält einen Seeigel. Bildnachweis: Syracuse University

Am FHL teilten die Forscher Seeigel in zehn Gruppen ein, basierend auf dem unterschiedlichen Salzgehalt in jedem Becken, von normalem bis zu sehr niedrigem Salzgehalt. In jeder Gruppe testeten sie Messwerte wie die Aufrichtungsreaktion (die Fähigkeit von Seeigeln, sich umzudrehen), die Fortbewegung (Geschwindigkeit von einem Punkt zum anderen) und die Adhäsion (Kraft, mit der sich ihre Rohrfüße von einer Oberfläche lösen). In Garners Labor in Syracuse führten er und Moura eine Datenanalyse durch, um die einzelnen Messwerte zu vergleichen.

Das Team stellte fest, dass die Reaktion, die Bewegung und die Haftfähigkeit des Seeigels durch Bedingungen mit niedrigem Salzgehalt negativ beeinflusst wurden. Interessanterweise wurde die Haftfähigkeit von Seeigeln jedoch erst bei sehr niedrigen Salzgehalten stark beeinträchtigt, was darauf hindeutet, dass Seeigel unter schwierigen küstennahen Umweltbedingungen möglicherweise haften bleiben können, auch wenn dies bei Aktivitäten, die eine bessere Koordination der Rohrfüße (Aufrichtung und Bewegung) erfordern, möglicherweise nicht der Fall ist möglich sein.

„Wenn wir diesen Leistungsabfall bei sehr niedrigem Salzgehalt beobachten, könnte es sein, dass sich die Lebensräume der Seeigel verschieben, weil sie in bestimmten Gebieten mit niedrigem Salzgehalt nicht festsitzen können“, erklärt Moura. „Das könnte das Ausmaß der Seeigelbeweidung verändern und tiefgreifende Auswirkungen auf das Ökosystem haben.“

Ihre Arbeit liefert wichtige Daten, die es Forschern besser ermöglichen, vorherzusagen, wie wichtig Tiere wie Seeigel in einer sich verändernden Welt sein werden. Die Adhäsionsprinzipien, die Garner und sein Team erforschen, könnten auch für von Menschen entwickelte Klebematerialien nützlich sein – eine Arbeit, die mit der Mission des BioInspired Institute der Syracuse University übereinstimmt, globale Herausforderungen durch innovative Forschung anzugehen.

„Wenn wir die Grundprinzipien und molekularen Mechanismen erlernen können, die es Seeigeln ermöglichen, einen permanenten Klebstoff abzusondern und ihn für eine vorübergehende Befestigung zu verwenden, könnten wir diese Kraft für die Designherausforderungen unserer heutigen Klebstoffe nutzen“, sagt Garner. „Stellen Sie sich vor, Sie könnten einen Kleber haben, der ansonsten dauerhaft ist, aber dann fügen Sie eine weitere Komponente hinzu, die ihn auflöst, und Sie können ihn woanders wieder anbringen. Es ist ein perfektes Beispiel dafür, wie Biologie genutzt werden kann, um die alltäglichen Produkte um uns herum zu verbessern.“

Referenz: „Hyposalinität verringert die Koordination und Adhäsion von Seeigelröhrenfüßen“ von Andrew J. Moura, Austin M. Garner, Carla A. Narvaez, Jack P. Cucchiara, Alyssa Y. Stark und Michael P. Russell, 30. Juni 2023, Journal of Experimental Biology.DOI: 10.1242/jeb.245750