Der tropische Regenwald zählt zu den artenreichsten Gebieten der Erde. Hier leben Tausende von Insekten-, Vogel- und Säugetierarten. Auch kleinere Organismen, mit bloßem Auge nicht sichtbar, sind hier heimisch, etwa sogenannte Protisten. Sie leben unter anderem in den Böden der Wälder. Forscher um Micah Dunthorn von der Technischen Universität Kaiserslautern haben sie genauer untersucht und ihr Genom analysiert. Dabei haben sie viele unbekannte Arten entdeckt; darunter auch Parasiten, die wahrscheinlich zur Stabilität des Ökosystems im Regenwald beitragen. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ veröffentlicht.
Insekten und andere Gliederfüßer wie Spinnen und Krebstiere stellen die größte und vielfältigste Gruppe von Lebewesen in tropischen Regenwäldern dar. Davon ging die Wissenschaft bislang aus. „Die Ergebnisse unserer Studie stellen dies jedoch in Frage“, sagt Micah Dunthorn von der TU Kaiserslautern, dessen Forschung im Rahmen des Emmy Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. „Es gibt möglicherweise Hunderttausende verschiedener Insektenarten auf einem einzigen Hektar Regenwald, aber die Anzahl der Protisten dürfte noch größer sein.“ Unter dem Begriff Protisten fasst die Forschung eine Gruppe diverser, winzig kleiner Lebewesen zusammen, die überall auf der Erde vorkommen.
Dunthorn und seine Kollegen haben Bodenproben im Flachland der Regenwälder von Costa Rica, Panama und Ecuador gesammelt und sie anschließend nach Deutschland gebracht. Gemeinsam mit den Forscherkollegen Alexandros Stamatakis, Lucas Czech sowie Alexey Kozlov vom HITS (Heidelberger Institut für Theoretische Studien) und dem Karlsruher Institut für Technologie haben die Wissenschaftler um Dunthorn die DNA der darin enthaltenen Mikroorganismen isoliert und analysiert.
„Wir haben insgesamt über 130 Millionen DNA-Sequenzen untersucht. Das stellt für die Bioinformatik nach wie vor eine Herausforderung dar“, so Lucas Czech. Ein erster direkter Vergleich mit den Sequenzdaten bereits bekannter Arten ergab, dass die Mehrheit zu völlig neuen, noch unbekannten Spezies gehört.
Anhand einer detaillierten Analyse des genetischen Materials konnten die Forscher die neuen Arten mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig in verwandtschaftliche Verhältnisse einordnen. Dazu haben sie ein bereits existierendes Verfahren angepasst. „Mittels der sogenannten phylogenetischen Platzierungen konnten wir fast alle Sequenzen identifizieren“, fährt der Kaiserslauterer Biologe fort. Die phylogenetische Systematik beschreibt die evolutionären Beziehungen der Lebewesen untereinander. Evolutionsbiologen untersuchen diese Zusammenhänge etwa anhand der Gene. Auch in der aktuellen Studie konnten die Arten dank der DNA-Sequenzen einsortiert werden.
Dabei wurde ein Algorithmus eingesetzt, welcher die digitalisierten DNA-Sequenzen in Stammbäume platziert, die bereits bekannte Arten enthalten. „Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass diese Art der Identifikation die evolutionäre Geschichte der Organismen berücksichtigt“, sagt der Bioinformatiker Alexandros Stamatakis. Damit konnten die Bioinformatiker die enormen Datenmengen analysieren, welche durch moderne Sequenzanalyse-Maschinen generiert werden. Nur aufgrund der Modifikation und Anwendung des bereits bestehenden Algorithmus‘ war es möglich, die Sequenzanalysen des Genmaterials aus den verschiedenen Bodenproben überhaupt durchzuführen.
Um die Millionen von Sequenzen mittels phylogenetischer Platzierungen zu klassifizieren, hat das Team den Höchstleistungsrechner „SuperMUC“ am Leibniz Rechenzentrum in München benutzt.
In den Bodenproben aus den Regenwäldern befanden sich vor allem Protisten. „Die meisten davon zählen zu einer Gruppe von einzelligen Tierparasiten, den Apicomplexa“, nennt Dunthorn ein Ergebnis der Studie. Die Forscher vermuten, dass diese Parasiten möglicherweise zur Artenvielfalt der Tiere in diesen Wäldern beitragen. „Sie könnten das Wachstum von Tierpopulationen durch Infektionen beschränken“, sagt der Biologe. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, wie komplex die Zusammenhänge im Ökosystem der tropischen Regenwälder sind. Hier spielen nicht nur Säugetiere, Vögel, Insekten, sondern auch eine Vielzahl von Mikroorganismen eine wichtige Rolle.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ veröffentlicht: Mahé, F. et al. Parasites dominate hyperdiverse soil protist communities in Neotropical rainforests. Nat. Ecol. Evol. 1, 0091 (2017). DOI: 10.1038/s41559-017-0091
HITS
Das Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) wurde 2010 von dem Physiker und SAP-Mitgründer Klaus Tschira (1940-2015) und der Klaus Tschira Stiftung als private, gemeinnützige Forschungseinrichtung ins Leben gerufen. Das HITS betreibt Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Dabei werden große, komplexe Datenmengen verarbeitet, strukturiert und analysiert und computergestützte Methoden und Software entwickelt. Die Forschungsfelder reichen von der Molekularbiologie bis zur Astrophysik. Die HITS Stiftung, eine Tochter der Klaus Tschira Stiftung, stellt die Grundfinanzierung der HITS gGmbH auf Dauer sicher. Die Mittel dafür erhält sie von der Klaus Tschira Stiftung. Gesellschafter des HITS sind neben der HITS Stiftung die Universität Heidelberg und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das HITS arbeitet außerdem mit weiteren Universitäten und Forschungsinstituten sowie mit industriellen Partnern zusammen. Die wichtigsten externen Mittelgeber sind das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Europäische Union.
KIT
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9.300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25.000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft.
Insekten und andere Gliederfüßer wie Spinnen und Krebstiere stellen die größte und vielfältigste Gruppe von Lebewesen in tropischen Regenwäldern dar. Davon ging die Wissenschaft bislang aus. „Die Ergebnisse unserer Studie stellen dies jedoch in Frage“, sagt Micah Dunthorn von der TU Kaiserslautern, dessen Forschung im Rahmen des Emmy Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. „Es gibt möglicherweise Hunderttausende verschiedener Insektenarten auf einem einzigen Hektar Regenwald, aber die Anzahl der Protisten dürfte noch größer sein.“ Unter dem Begriff Protisten fasst die Forschung eine Gruppe diverser, winzig kleiner Lebewesen zusammen, die überall auf der Erde vorkommen.
Dunthorn und seine Kollegen haben Bodenproben im Flachland der Regenwälder von Costa Rica, Panama und Ecuador gesammelt und sie anschließend nach Deutschland gebracht. Gemeinsam mit den Forscherkollegen Alexandros Stamatakis, Lucas Czech sowie Alexey Kozlov vom HITS (Heidelberger Institut für Theoretische Studien) und dem Karlsruher Institut für Technologie haben die Wissenschaftler um Dunthorn die DNA der darin enthaltenen Mikroorganismen isoliert und analysiert.
„Wir haben insgesamt über 130 Millionen DNA-Sequenzen untersucht. Das stellt für die Bioinformatik nach wie vor eine Herausforderung dar“, so Lucas Czech. Ein erster direkter Vergleich mit den Sequenzdaten bereits bekannter Arten ergab, dass die Mehrheit zu völlig neuen, noch unbekannten Spezies gehört.
Anhand einer detaillierten Analyse des genetischen Materials konnten die Forscher die neuen Arten mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig in verwandtschaftliche Verhältnisse einordnen. Dazu haben sie ein bereits existierendes Verfahren angepasst. „Mittels der sogenannten phylogenetischen Platzierungen konnten wir fast alle Sequenzen identifizieren“, fährt der Kaiserslauterer Biologe fort. Die phylogenetische Systematik beschreibt die evolutionären Beziehungen der Lebewesen untereinander. Evolutionsbiologen untersuchen diese Zusammenhänge etwa anhand der Gene. Auch in der aktuellen Studie konnten die Arten dank der DNA-Sequenzen einsortiert werden.
Dabei wurde ein Algorithmus eingesetzt, welcher die digitalisierten DNA-Sequenzen in Stammbäume platziert, die bereits bekannte Arten enthalten. „Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass diese Art der Identifikation die evolutionäre Geschichte der Organismen berücksichtigt“, sagt der Bioinformatiker Alexandros Stamatakis. Damit konnten die Bioinformatiker die enormen Datenmengen analysieren, welche durch moderne Sequenzanalyse-Maschinen generiert werden. Nur aufgrund der Modifikation und Anwendung des bereits bestehenden Algorithmus‘ war es möglich, die Sequenzanalysen des Genmaterials aus den verschiedenen Bodenproben überhaupt durchzuführen.
Um die Millionen von Sequenzen mittels phylogenetischer Platzierungen zu klassifizieren, hat das Team den Höchstleistungsrechner „SuperMUC“ am Leibniz Rechenzentrum in München benutzt.
In den Bodenproben aus den Regenwäldern befanden sich vor allem Protisten. „Die meisten davon zählen zu einer Gruppe von einzelligen Tierparasiten, den Apicomplexa“, nennt Dunthorn ein Ergebnis der Studie. Die Forscher vermuten, dass diese Parasiten möglicherweise zur Artenvielfalt der Tiere in diesen Wäldern beitragen. „Sie könnten das Wachstum von Tierpopulationen durch Infektionen beschränken“, sagt der Biologe. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, wie komplex die Zusammenhänge im Ökosystem der tropischen Regenwälder sind. Hier spielen nicht nur Säugetiere, Vögel, Insekten, sondern auch eine Vielzahl von Mikroorganismen eine wichtige Rolle.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ veröffentlicht: Mahé, F. et al. Parasites dominate hyperdiverse soil protist communities in Neotropical rainforests. Nat. Ecol. Evol. 1, 0091 (2017). DOI: 10.1038/s41559-017-0091
HITS
Das Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) wurde 2010 von dem Physiker und SAP-Mitgründer Klaus Tschira (1940-2015) und der Klaus Tschira Stiftung als private, gemeinnützige Forschungseinrichtung ins Leben gerufen. Das HITS betreibt Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Dabei werden große, komplexe Datenmengen verarbeitet, strukturiert und analysiert und computergestützte Methoden und Software entwickelt. Die Forschungsfelder reichen von der Molekularbiologie bis zur Astrophysik. Die HITS Stiftung, eine Tochter der Klaus Tschira Stiftung, stellt die Grundfinanzierung der HITS gGmbH auf Dauer sicher. Die Mittel dafür erhält sie von der Klaus Tschira Stiftung. Gesellschafter des HITS sind neben der HITS Stiftung die Universität Heidelberg und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das HITS arbeitet außerdem mit weiteren Universitäten und Forschungsinstituten sowie mit industriellen Partnern zusammen. Die wichtigsten externen Mittelgeber sind das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Europäische Union.
KIT
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9.300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25.000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft.
