Vergleichende Physiologie der roten Blutkörperchen: Erforschung neuer Zellulärer Mechanismen um die Folgen des Klimawandels für Fische vorherzusagen

• Antragsteller: Till Harter, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527813621

Der anthropogene Klimawandel stellt eine unmittelbare Bedrohung für aquatische Ökosysteme Weltweit dar, einschließlich der ökologisch, kulturell und wirtschaftlich wichtigen Kabeljaupopulationen des Nordatlantiks und der Arktis. Die Mechanismen, die ökologische Veränderungen auf der Population und Ökosystemebene verursachen, beruhen auf physiologischen Einschränkungen in einzelnen Tieren, und sind noch kaum Erforscht. Daher besteht ein entscheidender Bedarf an experimenteller Arbeit auf zellulärer und molekularer Ebene, um unser Verständnis derer Mechanismen zu erweitern, die den ökologischen Wandel in aquatischen Ökosystemen vorantreiben. Sauerstoff (O2) ist für das Leben von Wirbeltieren unerlässlich und komplexe Herz-Kreislauf-Systeme haben sich entwickelt, um das Gas aus der Umwelt zu jeder Zelle zu transportieren, und um metabolisch produziertes Kohlenstoffdioxid (CO2) auszuscheiden. Der Klimawandel (Erwärmung, Hypoxie und Hyperkapnie/Ozeanversauerung) bedroht die Homöostase bei Fischen, indem sie das feine Gleichgewicht zwischen dem kardiovaskulären Gastransport und dem Stoffwechselbedarf stört. Rote Blutkörperchen (RBK) sind die häufigsten Zellen in Wirbeltieren und besitzen Hämoglobin und Carboanhydrasen, die die Zufuhr von O2 und die Entfernung von CO2 in jedem Gewebe antreiben. RBK könnten das Gleichgewicht zwischen kardiovaskulären Gastransports und dem metabolischen Bedarf maßgeblich beeinflussen, aber die mechanistischen Zusammenhänge zwischen deren zellulärer Funktion und der Homöostase des Organismus ist noch wenig erforscht. Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsprogramms ist es, zelluläre und molekulare Mechanismen auf der Ebene der RBK zu untersuchen, die die Leistung des Organismus beeinflussen und Auswirkungen auf der Ebene des Ökosystems haben. Ziel 1: Charakterisierung der phänotypischen Plastizität in der Zellphysiologie von RBK in Folge von Umweltstress im Atlantischen Kabeljau Ziel 2: Charakterisierung der zellulären Mechanismen in RBK des Kabeljaus die der O2 und pH-Wert Wahrnehmung dienen. Ziel 3: Charakterisierung der endokrinen Signalwege in Kabeljau RBK und deren Auswirkungen auf Ziele in den Gefäßen und Geweben Ziel 4: Herstellung von funktionalen Zusammenhängen zwischen der adaptiven Variation in der Physiologie von RBK und der Toleranz der Kabeljaupopulationen gegenüber dem Klimawandel. Das hier beschriebene Forschungsprojekt wird unser mechanistisches Verständnis darüber verbessern, wie Wirbeltiere den kardiovaskulären Gastransport mit den metabolischen Anforderungen in den Geweben koordinieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit können neue therapeutische Ziele zur Verbesserung der Behandlung bei Krankheiten in Tier und Menschen aufzeigen. Darüber hinaus werden diese Informationen entscheidend sein, um die Auswirkungen des Klimawandels auf Meeresfische, aquatische Ökosysteme und die von ihnen abhängigen menschlichen Wirtschaftsaktivitäten (Aquakultur, Fischerei, Tourismus) zu verstehen, vorherzusagen und abzumildern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen