Stockfoto Meeresboden

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Mit MALDI-TOF MS und molekularem Barcoding die Meiofauna erfassen


Meiofauna, das sind kleinste, im Meeresboden lebende Organismen. Zu dieser Gruppe zählen per Definition Tiere, die ein Sieb mit einer Maschenweite von einem Millimeter passieren können, von 40 Mikrometer engen Maschen aber aufgefangen werden. Trotz ihrer geringen Größe spielen diese Winzlinge in fast allen Ökosystemen eine wichtige Rolle, beispielsweise als Bindeglied beim Energietransport von Primärproduktion in höhere trophische Ebenen. In den meisten Habitaten stellen Fadenwürmer (Nematoda) – gefolgt von benthonischen Ruderfußkrebsen (Copepoda: Harpacticoida/Canuelloida) – die häufigste Tiergruppe der Meiofauna. Von Letzteren wurden schon über 4000 Arten beschrieben, Schätzungen gehen allerdings davon aus, dass es weit über 30 000 Arten gibt.

Wegen der geringen Größe, der Häufigkeit und der Artenvielfalt dieser Organismen gestaltet sich die Erforschung der Meiofauna schwierig. Bereits kleinste Unterschiede wie das Vorhan-densein einer Borste an einem Schwimmbein, die bei einem anderen, sonst identischen Tier nicht zu finden ist, können ein Hinweis auf unter-schiedliche Arten sein. Um so feine Unterschiede zu erkennen, bedarf es einer umfassenden Arten-kenntnis und viel Arbeitszeit am Mikroskop. In ökologischen Studien ist dies schwierig zu leisten: Dutzende Proben von verschiedenen Standorten müssen sortiert und ausgewertet werden, und häufig findet man schon in einer einzigen Probe mehrere Hundert Ruderfußkrebse. Das Identifi­zieren eines jeden Individuums durch morphologische Untersuchungen am Mikroskop ist sehr zeitaufwändig. Molekulare Methoden können die Datenerhebung erleichtern und damit die wissenschaftliche Arbeit beschleunigen. Eine häufig angewandte Methode ist das molekulare „Barcoding“. Statt jedes Individuum auf-wändig am Mikroskop zu identifizieren, extrahiert und sequenziert man gleichzeitig die DNA vieler Tiere. Anhand des so erhaltenen „Barcodes“ lassen sich dann Arten unterscheiden. Trotz vieler Vorteile ist sowohl der finanzielle als auch der zeitliche Aufwand des DNA-Barcodings immer noch vergleichsweise hoch.

Eine Alternative zum DNA-Barcoding ist die Untersuchung der Proteine und Peptide eines Tiers mithilfe der MALDI-TOF-Massenspektrometrie. Diese Methode ist im klinischen Umfeld zur Identifikation von Krankheitserregern wie Bakterien bereits weit verbreitet und betrachtet die artspezifische Zusammensetzung der Gesamtheit der Proteine eines Organismus (Proteom). Pilotstudien mit verschiedenen Organismengruppen zeigten, dass die Methode in der Anwendung bei Tieren genauso effektiv ist wie in der Mikrobiologie. Im Vergleich zum DNA-Barcoding ist der zeitliche Aufwand bei MALDI-TOF-MS deutlich geringer und die Methode ist kostengünstiger.

In einer Studie in der Nordsee haben wir diese Methode zur Identifikation von Ruderfußkrebsen getestet und die Ergebnisse mit denen aus dem DNA-Barcoding und morphologischen Artbe-stimmungen verglichen. Anhand des proteomi-schen Fingerabdrucks ließen sich mehr als 70 Arten unterscheiden; das funktionierte auch für Arten, die morphologisch kaum zu unterscheiden sind. Zusätzlich wurden DNA-Referenzdaten für insgesamt 115 Arten gesammelt. Obwohl das Untersuchungsgebiet als gut erforscht gilt, waren darunter 22 bislang unbekannte Arten. Doch die unerkannte Diversität beschränkte sich nicht nur auf neu entdeckte Arten, sondern auch auf solche, die durch eine morphologische Untersuchung allein kaum zu unterscheiden waren . Die Art, die zuvor als die häufigste Ruderfußkrebsart der Nordsee beschrieben worden war, zeigte genetisch eine so große Variabilität, dass es sich hierbei wohl tatsächlich um drei Arten handelt. Nach der Unterscheidung mittels DNA-Barcoding ließen sich anschließend kleinste morphologische Unterschiede entdecken, sodass diese Tiere nun als separate Arten wissenschaftlich beschrieben werden können. Unbekannte Arten sind also kein exotisches Phänomen, das uns nur in tropischen Urwäldern oder am Grund der Tiefsee begegnet. Selbst vor unserer eigenen Haustür findet sich eine uns bisher noch unbekannte Vielfalt. Moderne Methoden wie die MALDI-TOF-Massenspektrometrie und das molekulare Barcoding werden uns in Zukunft dabei helfen, diese Biodiversität auch zu erkennen.

Autor

Dr. Sven Rossel
arbeitet bei Senckenberg am Meer im Deutschen Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung (DZMB). Er studierte und promovierte an der Uni Oldenburg. Seit 2018 ist er als Leiter des Proteomic Labors am DZMB in Wilhelmshaven eingesetzt.