Einsichten aus der Entstehung des mittelamerikanischen Isthmus in die genomischen Grundlagen der marinen Anpassung und Resilienz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Oscar Puebla, Ph.D.; Dr. Montserrat Torres-Oliva, seit 1/2024
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516964244

Der zentralamerikanische Isthmus (CAI) schloss sich vor etwa drei Millionen Jahren und bildet die Kulisse für eines der bemerkenswertesten natürlichen Experimente zu Divergenz und Anpassung in tropischen Meeresorganismen. Die Entstehung des CAI trennte gleichzeitig marine Populationen, die zuvor miteinander verbunden waren, und formte die physische Umwelt der beiden neu isolierten Ozeane tiefgreifend. Seitdem unterscheiden sich der tropische Ostpazifik (TEP) und der tropische Westatlantik (TWA) in mehreren wichtigen Umweltfaktoren, darunter Temperatur, Sauerstoffgehalt und Produktivität – Parameter, die sich heute auf globaler Ebene rasch verändern. Wir schlagen vor, dieses natürliche Experiment zu nutzen, um die Wechselwirkung zwischen vergangenen und gegenwärtigen Evolutionsprozessen zu untersuchen, sowie die Rolle, die diese für die Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit von Meeresorganismen spielen. Dieses Projekt ist eine Kollaboration von Forschern aus Deutschland, Panama und den USA. Es stützt sich auf jahrzehntelange Forschungsarbeiten, in denen Zwillingsarten identifiziert wurden, die durch die Schließung des CAI getrennt wurden und als Replikate des natürlichen Experiments betrachtet werden können. Wir werden uns auf die Gruppe der Strahlenflosser konzentrieren, weil diese relativ kompakten und konservierten Genome haben. Konkret schlagen wir vor, das Genom von zehn Fischarten zu sequenzieren, die vier Zwillingspaare oder Tripletts aus zwei verschiedenen Familien (Pomacentridae und Haemulidae) bilden. Zwei der zehn Genome wurden zum Nachweis der Machbarkeit bereits assembliert und annotiert. Die zehn Genome bieten den Kontext, um genomische und transkriptionelle Variationen zu charakterisieren und zu bestimmen, wie diese Variation entlang verschiedener Umweltbedingungen im Meer verteilt ist. Unser experimenteller Ansatz verbindet Erkenntnisse, die wir aus der Erfassung der genomischen Variation in natürlichen Populationen, sowie der transkriptionellen Variation in einem ‘common garden’-Experiment gewinnen wollen. Dieser integrierte Datensatz wird es uns ermöglichen, i. die relativen Einflüsse der historischen Demografie, der genomischen Architektur und der Selektion auf die Genome der Zwillingstaxa zu ermitteln, ii. Gene oder Stoffwechselwege zu identifizieren, die mit der Anpassung an verschiedene Umweltbedingungen in Verbindung stehen, iii. festzustellen, ob dieselben Gene oder Stoffwechselwege auch Anzeichen für adaptive Divergenz über ähnliche Umweltgradienten innerhalb der TEP aufweisen, und iv. das Zusammenspiel zwischen Adaptation und Plastizität zu charakterisieren und festzustellen, wie dieses zwischen Zwillingstaxa variiert, die in hochgradig variablen (TEP) und hochgradig stabilen (TWA) Umgebungen leben. Diese Daten werden Aufschluss darüber geben, wie sich tropische Meeresorganismen an sich verändernde Umweltbedingungen anpassen, und damit erlauben vorherzusagen, wie sie auf den globalen Wandel reagieren werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Marc Höppner, Ph.D., bis 12/2023