Neue Arten entdeckt: Mikroparasiten tragen zur Stabilität des Ökosystems im Regenwald bei

Insekten und andere Gliederfüßer wie Spinnen und Krebstiere stellen die größte und vielfältigste Gruppe von Lebewesen in tropischen Regenwäldern dar. Davon ging die Wissenschaft bislang aus. „Die Ergebnisse unserer Studie stellen dies jedoch in Frage“, sagt Micah Dunthorn von der TU Kaiserslautern, dessen Forschung im Rahmen des Emmy Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. „Es gibt möglicherweise Hunderttausende verschiedener Insektenarten auf einem einzigen Hektar Regenwald, aber die Anzahl der Protisten dürfte noch größer sein.“ Unter dem Begriff Protisten fasst die Forschung eine Gruppe diverser, winzig kleiner Lebewesen zusammen, die überall auf der Erde vorkommen.

Dunthorn und seine Kollegen haben Bodenproben im Flachland der Regenwälder von Costa Rica, Panama und Ecuador gesammelt und sie anschließend nach Deutschland gebracht. Gemeinsam mit den Forscherkollegen Alexandros Stamatakis, Lucas Czech sowie Alexey Kozlov vom HITS (Heidelberger Institut für Theoretische Studien) und  dem Karlsruher Institut für Technologie haben die Wissenschaftler um Dunthorn die DNA der darin enthaltenen Mikroorganismen isoliert und analysiert.

„Wir haben insgesamt über 130 Millionen DNA-Sequenzen untersucht. Das stellt für die Bioinformatik nach wie vor eine Herausforderung dar“, so Lucas Czech. Ein erster direkter Vergleich mit den Sequenzdaten bereits bekannter Arten ergab, dass die Mehrheit zu völlig neuen, noch unbekannten Spezies gehört.

Anhand einer detaillierten Analyse des genetischen Materials konnten die Forscher die neuen Arten mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig in verwandtschaftliche Verhältnisse einordnen. Dazu haben sie ein bereits existierendes Verfahren angepasst. „Mittels der sogenannten phylogenetischen Platzierungen konnten wir fast alle Sequenzen identifizieren“, fährt der Kaiserslauterer Biologe fort. Die phylogenetische Systematik beschreibt die evolutionären Beziehungen der Lebewesen untereinander. Evolutionsbiologen untersuchen diese Zusammenhänge etwa anhand der Gene. Auch in der aktuellen Studie konnten die Arten dank der DNA-Sequenzen einsortiert werden.

Dabei wurde ein Algorithmus eingesetzt, welcher die digitalisierten DNA-Sequenzen in Stammbäume platziert, die bereits bekannte Arten enthalten. „Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass diese Art der Identifikation die evolutionäre Geschichte der Organismen berücksichtigt“, sagt der Bioinformatiker Alexandros Stamatakis. Damit konnten die Bioinformatiker die enormen Datenmengen analysieren, welche durch moderne Sequenzanalyse-Maschinen generiert werden. Nur aufgrund der Modifikation und Anwendung des bereits bestehenden Algorithmus‘ war es möglich, die Sequenzanalysen des Genmaterials aus den verschiedenen Bodenproben überhaupt durchzuführen.

Um die Millionen von Sequenzen mittels phylogenetischer Platzierungen zu klassifizieren, hat das Team den Höchstleistungsrechner „SuperMUC“ am Leibniz Rechenzentrum in München benutzt.

In den Bodenproben aus den Regenwäldern befanden sich vor allem Protisten. „Die meisten davon zählen zu einer Gruppe von einzelligen Tierparasiten, den Apicomplexa“, nennt Dunthorn ein Ergebnis der Studie. Die Forscher vermuten, dass diese Parasiten möglicherweise zur Artenvielfalt der Tiere in diesen Wäldern beitragen. „Sie könnten das Wachstum von Tierpopulationen durch Infektionen beschränken“, sagt der Biologe. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, wie komplex die Zusammenhänge im Ökosystem der tropischen Regenwälder sind. Hier spielen nicht nur Säugetiere, Vögel, Insekten, sondern auch eine Vielzahl von Mikroorganismen eine wichtige Rolle.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ veröffentlicht: Mahé, F. et al. Parasites dominate hyperdiverse soil protist communities in Neotropical rainforests. Nat. Ecol. Evol. 1, 0091 (2017). DOI: 10.1038/s41559-017-0091

HITS
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KIT
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