Familienbande

Kalkige Rotalgen tragen wesentlich zur Stabilisierung von Riffsystemen bei. Foto: Derek Keats from Johannesburg, South Africa [CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]

Forscher der Universität Graz identifizieren Verwandtschaftsbeziehungen kalkiger Rotalgen erstmals anhand von Nano-Kristallstrukturen

Kalkige Rotalgen kommen in nahezu allen Ozeanen vor. In lichtdurchfluteten, flachmarinen Ökosystemen spielen sie eine entscheidende Rolle als Nahrungsquelle, produzieren Kohlenstoff und stabilisieren Riffe, indem sie als Substrat für das Korallenwachstum dienen. Erdwissenschaftern der Universität Graz ist es nun erstmals gelungen, die genetischen Verwandtschaftsbeziehungen von kalkigen Rotalgen über Nanokristalle in deren Skeletten zu bestimmen. Die im Wissenschaftsjournal „Science Advances“ publizierte Studie von Werner Piller und Gerald Auer vom NAWI Graz Geozentrum eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung der Zusammenhänge zwischen Evolution und genetischer sowie morphologischer Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen, wie etwa durch den Klimawandel.

Trotz ihrer immensen Bedeutung für marine Ökosysteme wurde kalkigen Rotalgen in der Vergangenheit wenig Beachtung geschenkt. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass sie anhand klassischer morphologischer Taxonomie, sprich äußerlicher Merkmale, schwer zu klassifizieren und damit schwierig zu erforschen sind. Mit einer neuen Methode haben Werner Piller und Gerald Auer dieses Hindernis überwunden. „Dank hochauflösender Bildgebung mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie konnten wir die nanometergroßen Kristallstrukturen in den verkalkten Zellwänden der Algen erstmals beschreiben“, berichtet Piller. Anhand dieser klassifizierten die beiden Forscher verschiedene Gruppen kalkiger Rotalgen. Ihre Ergebnisse deckten sich mit den Befunden molekularbiologischer Verfahren. Das bedeutet: „Unsere Methodik erlaubt es, die morphologischen und DNA-basierten Stammbäume dieser wichtigen Organismengruppe zu vereinen“, erklärt der Forscher. Bisher stimmte die Klassifizierung nach äußerlichen Merkmalen mit der genetischen nicht überein.
Damit ergeben sich vielversprechende Perspektiven, Antworten darauf zu bekommen, wie sich in den Genen gespeicherte Informationen im Erscheinungsbild ausprägen und wie das mit Umweltveränderungen zusammenhängt. Die nanokristallgestützte Klassifizierung ist auch der erste Schritt, den Einfluss des Klimawandels auf bestimmte Gruppen kalkiger Rotalgen zu verstehen. Da die verschiedenen Familien dieser Lebewesen jeweils in unterschiedlichen Temperatur-Zonen vorkommen, lassen sich anhand von Rotalgen-Fossilien Veränderungen der globalen Temperatur im Laufe der Erdgeschichte rekonstruieren.

Die Ergebnisse der aktuellen Studie stellen einen Meilenstein in der morphologischen Beschreibung dar. „Unsere Erkenntnisse lassen vermuten, dass ähnliche Methoden auch in anderen Organismengruppen von Nutzen sein könnten, um den Ausdruck der genetischen Verwandtschaftsbeziehungen in ihrer Formenvielfalt zu erforschen“, unterstreicht Gerald Auer, der nach einem dreijährigen Forschungsaufenthalt an der JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Sciences and Technology) mit 1. April 2020 wieder an die Universität Graz zurückkehren wird.

Publikation
Nanocrystals as phenotypic expression of genotypes – An example in coralline red algae
Gerald Auer and Werner E. Piller
Science Advances, 12.02.2020, DOI: 10.1126/sciadv.aay2126

Verkalkte Zellwand von Rotalgen mit einem spezifischen Typ von Nanokristallen aus Kalzit, aufgenommen mit dem Rasterelektronenmikroskop. Foto: Uni Graz/Erdwissenschaften

Gudrun Pichler

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