Zeitliche und räumliche Dynamik der Mutationslast des Antarktischen Prädatoren Arctocephalus gazella

Description: Die Resilienz natürlicher Populationen gegen Umweltveränderungen wird von der Menge schädlicher Mutationen in der Population, d.h. ihrer Mutationslast bestimmt. Deren Fitnesseffekt hängt vom Selektionsdruck und der Populationsgröße ab, welche beide in Raum und Zeit veränderlich sind. Auswirkungen dieser Dynamik auf die Mutationslast sind wenig erforscht, was unser Verständnis der Gefährdung von Arten durch Umweltveränderungen behindert. Drastische Reduzierungen der Populationsgröße führen zu Inzucht, was die Mutationslast stärker exponiert und selektiv wirksam macht. Dies verursacht eine Fitness-Reduktion betroffener Individuen, ermöglicht aber auch eine Entfernung schädlicher Mutationen durch Purging, was die Mutationslast langfristig verringern kann. Folglich hat Übernutzung in der Vergangenheit die Mutationslast vieler Arten beeinflusst, vor allem in der Antarktis, wo Robben- und Walfang große ökologische Auswirkungen hatten. In meinem Projekt plane ich durch Genomsequenzierung räumliche und zeitliche Dynamiken der Mutationslast in Antarktischen Pelzrobben zu erforschen. Dabei verfolge ich drei komplementäre Ziele. Erstens werde ich räumliche Dynamiken der Mutationslast durch den Vergleich von sechs Populationen mit unterschiedlicher effektiver Populationsgröße und Geschichte untersuchen. Erkenntnisse zur Mutationslast dieser Populationen liefern Aufschluss über deren Gefährdung durch Umweltveränderungen. Zweitens werde ich Langzeit-Dynamiken der Mutationslast durch eine Quantifizierung von Purging zu verschiedenen Zeitpunkten der Populationsgeschichte analysieren. Ein Vergleich von Regionen innerhalb des Genoms welche vor, während und nach dem durch Robbenjagd verursachten Flaschenhals von Inzucht betroffen waren, wird über das genetische Erbe dieses Eingriffes aufklären. Schließlich werde ich kurzfristige Dynamiken der Mutationslast untersuchen, indem ich den Umwelteinfluss auf die Mutationslast einer rückläufigen Population in Südgeorgien analysieren werde. Dort hat sich der Selektionsdruck auf die Robben durch den von Erwärmung getriebenen Rückgang des Antarktischen Krills erhöht. Eine einzigartige, vier Jahrzehnte umfassende Langzeitstudie erlaubt hier die Erforschung des Zusammenhangs der Mutationslast und dem Fitnessmerkmal „Rekrutierungs-Erfolg“. Dies kann zeigen, ob aktuelle Umweltveränderungen die Mutationslast durch Purging verringern, was für die Beständigkeit der Populationen relevant ist. Mein Projekt kombiniert hochauflösende genomische Verfahren mit einem herausragenden Untersuchungssystem und verspricht neue Erkenntnisse zur Beständigkeit eines antarktischen Prädatoren. Diese sind essentiell für das Verständnis der Resilienz des Ökosystems des Südpolarmeeres. Durch die Einführung moderner genomischer Methoden in ein polares Modellsystem werde ich zum SPP beitragen können, zudem werde ich mich durch Kollaborationen und das Ausrichten eines Workshops zu reproduzierbarem coding in die breitere SPP-Gemeinschaft integrieren.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Populationsrückgang ? Krill ? Genom ? Ohrenrobbe ? Georgia ? Ökosystemresilienz ? Robbe ? Umweltauswirkung ? Resilienz ? Bevölkerungswachstum ? Flugzeug ? Gebäude ? Walfang ? Prädator ? Artengefährdung ? Antarktis ? Langzeituntersuchung ? Übernutzung ? Zeitreihe ? Bevölkerungsentwicklung ? Ökologischer Faktor ? Persistenz ? Umweltveränderung ? Abdichtung ? Südlicher Ozean ? Workshop ? Robbenjagd ? Systemstudie ? Temperaturanstieg ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Bielefeld, Fakultät für Biologie (Projektverantwortung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-08-17

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Temporal and spatial dynamics of mutation load in the Antarctic predator Arctocephalus gazella
  Description: The resilience of wild populations to environmental change is strongly impacted by the amount of harmful mutations segregating in a population, i.e. the 'mutation load'. The fitness effects of the mutation load depend on the magnitude of selection pressures, as well as on population size. However, both of these factors vary over space and time, and how these changes affect the mutation load is poorly understood. This knowledge gap hinders our understanding of species responses to environmental change. Extreme demographic events like bottlenecks expose the mutation load to selection due to increased inbreeding in smaller populations. This causes a reduction of the fitness of inbred individuals, yet it also enables harmful mutations to be purged, reducing the mutation load of the surviving population. Consequently, past over-exploitation likely shaped the mutation loads of many species, particularly within the Antarctic, where sealing and whaling had severe ecological impacts. This project will use novel whole genome sequencing approaches to investigate the temporal and spatial dynamics of the mutation load of the Antarctic fur seal. It will address three complementary objectives. First, I will analyze the spatial dynamics of the mutation load by comparing six populations that differ in their effective population sizes and demographic histories. Knowledge of the mutation loads of these populations will inform about their susceptibility to environmental change. Second, I will investigate the long-term temporal dynamics of the mutation load by quantifying purging at different time points in each population’s past. By comparing genomic regions that experienced inbreeding before, during and after the sealing-induced bottleneck, I will elucidate the genetic legacy of this major perturbation. Finally, I will investigate the short-term temporal dynamics of the mutation load by analysing the impact of environmental change on the mutation load of a declining fur seal population at South Georgia. Here, selection pressures on the fur seals have been increasing over time as localised warming has reduced the abundance of krill. I will exploit a unique four-decade time series to investigate the relationship between the mutation load and a key fitness component, recruitment success. This will allow me determine if ongoing environmental change is purging the mutation load, which is important for future persistence. My project will combine high-resolution genomic approaches with an outstanding study system to deliver novel insights into the persistence of a keystone Antarctic predator. This is essential for understanding the resilience of the Southern Ocean ecosystem to environmental change. I will also contribute to the SPP by introducing cutting-edge genomics to a polar model system. I will interact with the broader SPP community and contribute towards capacity building through scientific collaborations and the delivery of a workshop on reproducible coding. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118584

Status

Aktiv

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