Neue Einblicke in Demosponges und ihre Bakterien

Demosponges, eine Art von Schwämmen, sind die vielfältigste Gruppe in der Schwammwelt mit etwa 8.000 Arten. Sie machen rund 70 % aller bekannten Schwammarten aus und sind in jedem Ozean, in allen Tiefen und sogar in Seen und Flüssen auf jedem Kontinent ausser der Antarktis zu finden.

Eines der interessantesten Dinge an Demosponges ist ihre enge Verbindung zu verschiedenen Bakterienarten. Diese Bakterien können unterschiedlich sein, sowohl was die Arten als auch die Anzahl angeht, und sie spielen eine wichtige Rolle in der Biologie des Schwamms. Wissenschaftler haben in den späten 1970er Jahren angefangen, diese Schwamm-Bakterien-Beziehungen zu untersuchen, und seitdem ist das ein schnell wachsendes Forschungsfeld geworden. Es wurde herausgefunden, dass mehr als 40 verschiedene Bakterienarten mit Schwämmen verbunden sind und zusammen das bilden, was man als Schwamm Holobiont bezeichnet. Das bedeutet, dass der Schwamm und seine Bakterien eng zusammenarbeiten, aber die Bakterien sind anders als die, die man im Wasser oder im Sediment findet. Ausserdem sind einige der Bakterien spezifisch für bestimmte Schwämme.

Obwohl es viele Informationen über die Vielfalt der Bakterien in Schwämmen gibt, ist nicht viel über die Details bekannt, wie Schwämme und ihre Bakterien auf molekularer Ebene interagieren. Zum Beispiel ist unklar, wie Umweltveränderungen diese Bakteriengemeinschaften beeinflussen und wie sich das wiederum auf den Schwamm auswirkt. Das zu verstehen, ist wichtig, vor allem wenn man bedenkt, wie beide Organismen auf natürliche Veränderungen oder menschliche Einflüsse über die Zeit reagieren könnten.

Es ist jedoch herausfordernd, diese Schwamm-Bakterien-Partnerschaften zu untersuchen. Ein Grund dafür ist, dass es nicht viele Schwamm-Modelle gibt, mit denen Wissenschaftler einfach arbeiten können. Ausserdem sind die Methoden zur Analyse der Gene von Demosponges nicht breit anwendbar, was bedeutet, dass die meisten Studien nur an einer kleinen Anzahl von Schwammarten durchgeführt wurden. Allgemeine Schlussfolgerungen über Demosponges basieren weitgehend auf begrenzten Daten, was es schwierig macht, das Gesamtbild zu verstehen.

Um diese Herausforderungen anzugehen, haben Forscher neue molekulare Techniken entwickelt, die auf eine grössere Vielfalt von Demosponges angewendet werden können. Dazu gehört eine Methode, die spezifische RNA von den Schwämmen und ihren Bakteriengemeinschaften erfasst. Das ist wichtig, weil es Wissenschaftlern ermöglicht, die Genaktivität sowohl der Schwämme als auch ihrer assoziierten Bakterien gleichzeitig zu untersuchen.

#Experimente mit Lendenfeldia chondrodes und Tethya wilhelma durchführen

In einem Experiment konzentrierten sich die Wissenschaftler auf zwei Arten von Demosponges: Lendenfeldia chondrodes und Tethya wilhelma. Diese beiden Arten haben sehr unterschiedliche Bakteriengemeinschaften. Lendenfeldia chondrodes ist dafür bekannt, viele Bakterien zu haben, insbesondere eine Art, die als Cyanobakterien bekannt ist, während Tethya wilhelma eine viel geringere Menge an Bakterien hat.

Um zu untersuchen, wie Beschattung – das Blockieren von Licht – diese Schwämme beeinflusst, nahmen die Forscher kleine Stücke von Lendenfeldia chondrodes und platzierten sie in beschatteten Bereichen. Sie hielten alle Faktoren wie Temperatur und Wasserqualität sowohl für beschattete als auch für nicht beschattete Schwammstücke konstant. Nach mehreren Wochen froren sie die Schwammproben ein, um sie für spätere Analysen zu konservieren.

Als Nächstes extrahierte das Team RNA aus diesen Schwammproben. RNA ist wichtig, weil sie den Wissenschaftlern hilft zu verstehen, welche Gene im Schwamm und seinen Bakterien aktiv sind. Der Prozess beinhaltete die Verwendung einer chemischen Methode, um das Gewebe abzubauen und die RNA zu isolieren. Diese RNA wurde dann auf Qualität und Menge analysiert, um sicherzustellen, dass sie für weitere Studien geeignet war.

#Analyse der Bakteriengemeinschaften

Um die Menge an Bakterien in den Schwämmen zu messen, verwendeten die Forscher eine Technik, die als qPCR bekannt ist. Mit dieser Methode konnten sie spezifische Bakterienarten wie Cyanobakterien und Actinobakterien in sowohl beschatteten als auch nicht beschatteten Proben quantifizieren. Sie erwarteten, dass die Beschattung einen spürbaren Einfluss auf die Menge an Cyanobakterien haben würde, die eine fotosynthetische Bakterienart sind. Auf der anderen Seite erwarteten sie, dass Actinobakterien, die nicht auf Licht angewiesen sind, von der Beschattung unberührt bleiben würden.

Durch diese Analyse fanden die Wissenschaftler signifikante Veränderungen in den Bakteriengemeinschaften. Die Menge an Cyanobakterien fiel in den beschatteten Schwämmen stark ab, während die Menge an Actinobakterien gleich blieb. Diese Ergebnisse stimmten mit den RNA-Daten überein, was darauf hinweist, dass die Beschattung tatsächlich die Cyanobakterien beeinflusst hatte, nicht aber die Actinobakterien.

#Entwicklung neuer RNA-Techniken

Der nächste Schritt bestand darin, die Methoden zur Vorbereitung von RNA-Proben zu verbessern. Die Forscher führten einen neuen Ansatz ein, der eine spezifische Art von RNA entfernt, die in Schwammproben reichlich vorhanden ist und typischerweise die bakterielle RNA überlagert. Dadurch wollten sie ein klareres Bild der bakteriellen Genaktivität erhalten.

Mit dieser neuen Methode konnten sie die RNA von den Schwämmen und ihren Bakterienpartnern betrachten. Die Ergebnisse zeigten, dass diese neue Technik gut funktionierte und mehr bakterielle Transkripte lieferte als die traditionellen Methoden. Im Grunde konnten sie eine reichhaltigere Sicht auf die Aktivität des mikrobiellen Körpers im Schwamm erfassen.

#Ergebnisse und Auswirkungen der Erkenntnisse

Die Ergebnisse zeigten, dass die neue RNA-Depletion-Methode effektiv war, um die Erkennung bakterieller Gene zu verbessern. Vergleiche zeigten, dass mehr vollständige bakterielle Gene identifiziert wurden, als die neue Methode verwendet wurde, im Vergleich zu traditionellen Methoden. Das deutete darauf hin, dass die Forscher nun besser verstehen könnten, wie verschiedene Bakteriengemeinschaften im Schwammumfeld funktionieren.

Zusätzlich zeigten die Ergebnisse klare Unterschiede darin, wie die beiden Schwammarten auf Umweltveränderungen reagierten, was die Notwendigkeit hervorhob, sowohl den Schwamm als auch seine Bakteriengemeinschaft in zukünftigen Studien zu berücksichtigen. Indem sie diese Interaktionen untersuchen, können Wissenschaftler mehr über die wesentlichen Rollen erfahren, die Bakterien für die Gesundheit und Funktion der marinen Ökosysteme spielen.

#Fazit

Zusammenfassend wirft die Forschung über Demosponges und ihre Bakterien ein Licht auf die komplexen Beziehungen zwischen diesen Organismen. Die Entwicklung neuer molekularer Techniken hat es möglich gemacht, diese Beziehungen effektiver zu untersuchen. Während die Wissenschaftler weiterhin diese Verbindungen erkunden, ebnen sie den Weg für tiefere Einblicke in die ökologischen Rollen von Schwämmen und ihren assoziierten Mikroben. Das Verständnis dieser Beziehungen ist wichtig, besonders da sich die Bedingungen in den Ozeanen ändern, um sicherzustellen, dass die Gesundheit der marinen Ökosysteme für die Zukunft erhalten bleibt.