Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Pol zu Pol Austausch: Klima begünstigter Parasitendruck auf cyanobakterielle Matten und deren ökosystemare Antwort

Description: Ein Vergleich der Artendiversität von antarktischen und arktischen Cyanobakterienmatten (Cyanomatten) durch unsere Arbeitsgruppe weist auf eine überraschend hohe Übereinstimmungsrate der Arten hin (Kleinteich et al. 2017). Da es höchst unwahrscheinlich ist, dass sich diese Arten unabhängig voneinander in beiden polaren Regionen entwickelten, wird vermutet, dass Vögel oder Aerosole den Transport von Cyanomatten von der Arktis in die Antarktis ermöglichen. Entsprechend untersucht dieses Projekt den Einfluss des Klimawandels auf die potentielle Etablierung von Temperatur-toleranteren, nicht-endemischen Cyanobakterien (Xeno-Cyano) und deren Parasiten (Xeno-Parasiten) in antarktischen Gebieten und welche Konsequenzen dies für das antarktische Cyanomatten-Ökosystem hat. Wir konnten durch frühere Experimente den Einfluss von erhöhter Temperatur auf die Artendiversität und Toxinproduktion in antarktischen Cyanomatten nachweisen (Kleinteich et al. 2012). Da antarktische Gebiete einem kontinuierlichen Verlust der Eisdecke ausgesetzt sind, liegt die Vermutung nahe, dass nicht-endemische Cyanobakterien bisher unbesiedelte Gebiete erschließen bzw. werden endemische Cyanobakterien aufgrund ihrer schlechteren Anpassung an nicht-endemische Parasiten aus bereits besiedelten Gebieten verdrängt. Entsprechend hat dieses Projekt vier Hauptziele: Fest zu stellen ob 1.) sich in historischen Cyanomatten (1902, Scott Expedition) und den letzten 30 Jahren (1990, 1999/2000, 2010, 2021/2022) aus Rothera, Byers Halbinsel und McMurdo diese Xeno-Cyano und -Parasiten nachweisen lassen; 2.) Cyanomatten aus Spitzbergen eine vergleichbare Speziesverteilung (Cyanobakterien, Viren und Pilze) aufweisen wie auf der antarktischen Halbinsel (vermuteter Haupteintragungsort arktischer Spezies über Aerosole oder Vögel); 3.) eine Temperaturerhöhung durch Plexiglasabdeckung in den Cyanomatten auf Rothera und Byers zu einer Veränderung der Cyanodiversität, Toxinproduktion und verstärkt Parasitierung durch Viren und Pilze führt; und 4.) die Infektion mit arktischen Cyanomatten und Temperaturerhöhung bei antarktischen Cyanomatten im Labor nachweislich zu Veränderungen der endemischen Cyanomattendiversität führt. Die Diversitätsanalyse der Cyanomatten erfolgt durch Illumina (16S, ITS, g20 Gene) und Shotgun Sequenzierung. Die Abundanz von Viren und Pilzen wird durch ddPCR bestimmt und der Nachweis der Cyanotoxine erfolgt durch PCR, ELISA und UPLC-MS/MS. Die erhobenen Daten dürften die Eroberung und hiermit profunde voranschreitende Veränderung des antarktischen Cyanomattensystems durch nicht-endemische Spezies nachweisen. Durch die SARS-Cov2 Pandemie konnte die Hypothese, dass Vögel die Vektoren von Cyanomatten-Material sind, nicht getestet werden. Dennoch werden wir Cyanomatten aus unmittelbarer Nähe zu Vogelnistplätzen in Spitzbergen untersuchen. GPS-tracking Daten sollten mögliche Zusammenhänge zwischen Vogelmigration und der Verbreitung nicht-endemischer Cyanos und ihrer Parasiten aufdecken.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Seeschwalbe ? Bodenbrüter ? Vogel ? Cyanotoxin ? Cyanobakterien ? Endemische Arten ? Eisbedeckung ? Arktisches Meereis ? Antarktische Halbinsel ? Aerosol ? Toxin ? Gebietsfremde Art ? Halbinsel ? Vektordaten ? Antarktis ? Arktis ? Pandemie ? Endemie ? Spezies ? Artenvielfalt ? Studie ? Vergleichsanalyse ? Virus ? Klimafolgen ? Kryosphäre ? Pilz ? Populationsdichte ? Antarktisforschung ? Arbeit ? Infektion ? Klimawandel ? Temperaturanstieg ? Sequenzierung ?

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)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-11-16

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Pole to Pole exchange: Climate facilitated cyanobacterial parasite pressure & mat ecosystem response
  Description: Previous research of our group comparing the cyanobacterial mat species diversity from the Arctic with those of the Antarctic Peninsula demonstrated a high species overlap (Kleinteich et al. 2017). As serendipitous simultaneous development of these cyanobacterial species appears unlikely, it is assumed that cyanobacteria are transported from the Arctic to the Antarctic via birds or aerosols. This project investigates the possible exchange of cyanobacteria, cyanobacteria parasitic fungi and viruses and the impact of climate change on the potential establishment of more temperate tolerant cyanobacteria and their parasites endemic to the Arctic (microbial xeno-species) in Antarctica, thereby changing the Antarctic cyanobacterial mat communities. Our findings (Kleinteich et al. 2012) showed a change in species diversity and cyanobacterial toxin production upon exposure of Antarctic cyanobacterial mats to increased temperatures. This project has four major objectives: 1.) to determine whether old (Scotts expedition 1902) cyanobacterial mats and more recent cyanobacterial mats from McMurdo, Byers and Rothera (1990, 1999/2000, 2010, 2021/2022) show a distinct time-scale dependent presence of Arctic microbial xeno-species (Historical descriptive study); 2.) to compare cyanobacteria, and their parasitic fungi and viruses, found in Arctic locations (Svalbard) to locations in the Antarctic Peninsula; 3.) to determine whether temperature increase in situ (Rothera and Byers) via plexiglas covers for 21 days will provide for cyanobacterial diversity change, increased fungal and viral parasitism, and toxin production, and 4.) whether the in situ experiments can be replicated in the laboratory cold rooms with cyanobacterial mats with/without additional exposure to fungi and viruses from Arctic cyanobacterial mats and/or increased temperatures (Mechanistic studies). Cyanobacterial mat diversity, fungal and viral presence will be determined using Illumina (16S, ITS and G20 genes) and shotgun sequencing. Fungal and viral abundance will be determined using ddPCR, while monitoring and comparison of cyanotoxin content will be carried out via PCR, ELISA and UPLC-MS/MS. As Antarctica is subjected to continuously reduced ice coverage, non-endemic cyanobacterial species may populate yet unoccupied areas, whereas in occupied areas the non-endemic species may overtake endemic cyanobacterial mat populations due to enhanced fungal and viral parasitism of endemic species unaccustomed to these parasites. This project shall provide evidence for the invasion of Antarctica with foreign species. Due to the SARS-CoV2 pandemic, the hypothesis that birds (i.e. Arctic terns) as true vectors of cyanomat-species could not be tested. However, we will sample cyanobacterial mats in close proximity to birds nesting grounds of Svalbard. Together with Arctic tern GPS tracking data, this would allow associating birds as possible vectors of cyanobacterial species. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118346

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Aktiv

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