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Umwelt+Natur

Wie es in den Meeren von Viren wimmelt

Forscher nehmen eine Wasserprobe zur Untersuchung der enthaltenen Viren. (Bild: A. Deniaud/Fondation Tara Ocean)

Sie sind unscheinbar und dennoch repräsentieren sie eine globale Supermacht: In den Ozeanen wimmelt es von Viren, die den Lebensraum Meer maßgeblich beeinflussen und damit letztlich auch das Weltklima. Nun hat eine globale Untersuchung neue Einblicke in die erstaunliche Vielfalt dieser Lebensformen ermöglicht: Insgesamt sind jetzt rund 200.000 marine Virustypen bekannt. Überraschenderweise ist die Biodiversität in den kalten Arktisgewässern besonders hoch, zeigt die Studie. Die Einblicke in die Welt der Meeresviren könnten bei Einschätzungen helfen, wie sich die Ozeane unter dem Druck des Klimawandels verhalten werden, sagen die Forscher.

Viren sind die Piraten des Lebens: Sie betreiben keinen eigenen Stoffwechsel und können sich auch nicht selbst vermehren – das müssen die befallenen Zellen für sie erledigen. Nachdem ein Virus seinen genetischen Bauplan in das Erbgut des Opfers eingeschleust hat, zwingt es seine Wirtszelle zur Produktion von weiteren Viren-Partikeln. Wie kleine Raumschiffe gehen diese dann auf die Reise, um weitere Zellen zu kapern. Auf diese Weise verursachen Viren verschiedene Erkrankungen bei Mensch und Tier. Doch klar ist: Die meisten Viren haben es gar nicht auf höhere Lebewesen abgesehen, sondern auf die Mikroorganismen verschiedener Lebensräume – so auch im Meer. Ihre Opfer sind dort etwa mikroskopische Algen und Bakterien.

Mikroskopische Drahtzieher

„Marine Mikroben haben einen enormen Einfluss auf unsere Erde. Sie produzieren mehr als die Hälfte des Sauerstoffs, den wir atmen und transportieren Kohlendioxid aus der Atmosphäre zum Meeresboden. Außerdem machen sie etwa 60 Prozent der Biomasse des Ozeans aus und bilden die Grundlage der Nahrungsnetze“, sagt Matthew Sullivan von der Ohio State University in Columbus. Jeder Faktor, der die Entwicklung der Mikroorganismen im Meer beeinflusst, hat deshalb große Aufmerksamkeit verdient. In diesem Zusammenhang kommt den marinen Viren eine besonders große Bedeutung zu, erklären die Wissenschaftler.

Im Rahmen der aktuellen Studie haben Sullivan und seine Kollegen erstmals eine weltweite Bestandsaufnahme der Meeresviren durchgeführt. Die Proben wurden von Wissenschaftlern an Bord des Schiffs „Tara“ während einer dreijährigen Expedition gesammelt. Das Segelschiff umrundete dabei auch den Arktischen Ozean – die am stärksten vom Klimawandel betroffene Region der Erde. Unterm Strich liegen nun Daten vom Nordpol bis zum Südpol und von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 4000 Metern vor. Erfasst und kategorisiert wurden die Viren in den Wasserproben durch moderne Analyseverfahren und gentechnische Methoden in verschiedenen an dem Projekt beteiligten Labors.

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Globale Karte der marinen Viren-Vielfalt

So haben die Wissenschaftler nun die erste globale Karte der Vielfalt der Meeresviren erstellt und die Anzahl der bekannten marinen Virustypen auf 200.000 erhöht – zuvor waren es 15.000. „Wir haben das Wissen damit mehr als verzehnfacht, und die neue Karte wird uns helfen, die Bedeutung der Meeresviren auf globaler Ebene zu verstehen“, sagt Co-Autorin Ann Gregory Gregory von der Ohio State University. Und dieses Verständnis ist wichtig, denn wie die Viren wirken, ist oft unklar: Wenn sie Mikroben im Meer infizieren, können sie das Populationswachstum eindämmen, andererseits aber auch neue Entwicklungsprozesse auslösen. Die oft komplexen Wechselspiele können dabei auch die Fähigkeit der Ozeane beeinflussen, durch den Menschen produziertes Kohlendioxid aufzunehmen, betonen die Wissenschaftler.

Wie sie berichten, lassen sich die Virengemeinschaften auf der Grundlage ihrer Herkunft fünf Gruppen zuordnen. „Bei der Untersuchung der Gene der Viren in jeder dieser Gruppen fanden wir Hinweise auf eine genetische Anpassung an die verschiedenen Zonen des Ozeans“, sagt Gregory. Eine Überraschung im Rahmen der Studie war, dass die Virus-Vielfalt im Arktischen Ozean besonders hoch ist. Denn die meisten Studien bei größeren Organismen haben ergeben, dass die Diversität am Äquator am höchsten ist und mit zunehmender Nähe zu den Polen abnimmt. Was die marinen Viren betrifft, zeichnet sich nun hingegen ab, dass die Arktis eine enorme Biodiversität zu bieten hat.

Den Forschern zufolge kann die neue Verbreitungskarte der marinen Viren nun als Grundlage für weitere Untersuchungen dienen. Sie könnten etwa klären, wie sich die Populationen im Laufe der Zeit als Reaktion auf saisonale Schwankungen und den Klimawandel verändern. „Bisherige Ökosystemmodelle der Ozeane haben Mikroben häufig ignoriert und Viren nur selten eingeschlossen. Unsere Forschung hebt nun hervor, welche entscheidende Komponente sie repräsentieren und wie wichtig es ist, sie in Studien einzubeziehen“, sagt Sullivan abschließend.

Quelle: Ohio State University, Cell, doi: 10.1016/j.cell.2019.03.040

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