What drives species into extinction? Biochemical and molecular mechanisms involved in temperature-related stress responses in two marine bivalves

Abstract

Die industrielle Freisetzung von Kohlendioxid verändert maßgeblich das globale Klima und gefährdet so marine Ökosysteme. Diese werden vor allem durch die Erwärmung der Ozeane, Veränderungen der Meerwasserchemie sowie fortschreitende Sauerstoffmangelzonen bedroht. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Frage, wie sich das thermische Fenster zweier rezenter mariner Muschelarten in Reaktion auf temperaturbedingte Stressfaktoren verändert. Als Modellorganismen wurden die Europäische Auster (Ostrea edulis) und die große Pilgermuschel (Pecten maximus) ausgewählt und Stress-Versuchen ausgesetzt. In einer Gruppe wurde nur die Temperatur erhöht, während in den anderen Gruppen die Tiere neben dem Temperaturstress (2°C alle 48 h) zusätzlich entweder Sauerstoffmangelstress, pH-Stress, oder allen Stressfaktoren ausgesetzt wurden. Die wichtigsten Analysen der vorliegenden Arbeit umfassen Untersuchungen des Stoffwechsels im Kiemen- und phasischen Muskel sowie des zellulären Stress-Status. Thermische Wende-punkte des thermischen Fensters basieren auf dem Konzept der "Sauerstoff und Kapazitäts-begrenzten thermischen Toleranz" (OCLTT). Die biochemischen und molekularen Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit geben Hinweise auf die zugrundeliegenden Mechanismen in marinen Muscheln auf klimabedingte Stressfaktoren. Dabei zeigten beide Arten unterschiedliche Strategien vermutlich in Zusammenhang ihrer Lebensräume (subtidal vs. intertidal). Austern verfolgen eine "Überdauern und Ausharren"-Strategie, verbunden mit einer hohen phänotypischen Plastizität, welche hochflexibel die zelluläre Homöostase und Integrität unter nicht optimalen Bedingungen anpasst. Darüber hinaus haben Austern die Fähigkeit, über eine metabolische Depression ATP-generierende und ATP-verbrauchende Prozesse herunter¬zufahren. Im Gegensatz dazu zeigen Pilgermuschen eine "Reaktion- und Flucht“- Strategie, die niedrigen Kapazitäten der metabolischen Depression bedingt, woraus sich eine niedrige Toleranz gegenüber Hypoxie ableitet. Die erhobenen organismischen und biochemischen Daten rezenter Arten unterstützen fossile Funde, die darauf hindeuten, dass Austern gegenüber Jakobsmuscheln während des Perm-Trias-Massensterbens einen Vorteil hatten.