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Ein internationales Team von Wissenschaftlern untersuchte das Leben in kleinen Schmelzwassertümpeln auf Gletschern in Grönland, Spitzbergen und in den Alpen. Mit ihrer Studie, die Anfang des Monats in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, stellen die Forscher die Annahmen zur Virusevolution in Frage: Sie zeigen, dass die Genome der Viren zwischen diesen isolierten Regionen entgegen den Erwartungen überraschend stabil in der Umwelt sind.
Das Ergebnis der Studie, die Christopher Bellas vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck leitete, ist in der Tat bemerkenswert. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass Viren kontinuierlich mutieren, um den Abwehrmechanismen ihrer Wirte einen Schritt voraus zu sein. Daher erwarteten Bellas und sein Team, dass die untersuchten Viren aus den weit voneinander entfernt liegenden Kryokonit-Löchern, den Schmelzwassertümpeln, in der Arktis und in den Alpen große Unterschiede im Genom aufweisen. Stattdessen entdeckten sie eine erstaunliche Ähnlichkeit zwischen den untersuchten Bakteriophagen, also Viren, die Bakterien befallen. «90 bis 95 Prozent ihrer etwa 50.000 Basenpaare langen DNA waren identisch», erklärt Bellas gegenüber der Presseagentur APA.
Die Gletscher der Arktis und der Alpen sind mit solchen Kryokonit-Löchern übersäht und in jedem von ihnen befinden sich Millionen bis Milliarden von Viren, wie auch in jedem anderen Wasserkörper auf der Erde. Wo es Leben gibt, kommen auch Viren vor. Die meisten sind für den Menschen völlig harmlos. Sie befallen mikroskopisch kleine Tiere, Pflanzen und Bakterien, die sie umprogrammieren, um neue Viruspartikel zu produzieren, wobei sie deren Zellen meist zerstören. Viren spielen daher auch eine entscheidende Rolle in den globalen Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufen – jeden Tag zerstören Viren eine riesige Anzahl von Mikroorganismen in der Umwelt, die für den Energiefluss in den Nahrungsnetzen verantwortlich sind. «Wenn wir verstehen, wie sich Viren entwickeln und funktionieren, können wir ihre Rolle in der Umwelt und ihre Interaktion mit ihren Wirten vorhersagen», sagt Bellas.
Diese kleinen Schmelzwassertümpel auf Gletschern sind ideale Orte, um zu testen, wie sich Viren entwickeln, denn es handelt sich um winzige, replizierte Gemeinschaften von Mikroben, die auf weit auseinander liegenden Gletschern auf der ganzen Welt zu finden sind.
Ein genetischer Spielautomat
Die Forscher gingen zunächst davon aus, dass die untersuchten Bakteriophagen nur entfernt miteinander verwandt sind. Tatsächlich fanden sie, dass die meisten dieser Viren zwischen der Arktis und den Alpen nahezu identisch waren. Als sie jedoch ihre stabilen Genome genauer betrachteten, stellten sie fest, dass es in jedem Genom viele kleine Abschnitte gab, in denen das Erbgut anderer, verwandter Viren wiederholt ein- und ausgebaut wurde – ein Prozess, der Rekombination genannt wird.
An allen drei Studienorten mischten die Viren die vorhandenen Gene einfach neu, wie eine Art genetischer Spielautomat. «Das bedeutet, dass in der natürlichen Umwelt der Genaustausch zwischen den Viren durch Rekombination zu einer großen Vielfalt in der Viruspopulation führt, insbesondere bei Genen, die an der Erkennung und Anheftung an verschiedene Wirte beteiligt sind, was den Viren wahrscheinlich das Potenzial verleiht, sich schnell an verschiedene Wirte in der Umwelt anzupassen», erklärt Bellas. Im Gegensatz dazu sind Mutationen dauerhafte Veränderungen der Erbinformation.
Neben den fast identischen Viren haben die Arktis und die Alpen noch weitere gemeinsame Bewohner. So wachsen beispielsweise Alpensäuerling (Oxyria digyna), Stängelloses Leimkraut (Silene acaulis) und Weiße Silberwurz (Dryas octopetala) sowohl in Grönland und Spitzbergen als auch in den Alpen. Ebenso kann man Alpenschneehühner (Lagopus muta) in der Arktis und in den Alpen oberhalb der Baumgrenze antreffen.
Mit dem Abschmelzen des Eises nach der letzten Eiszeit breiteten sich kälteliebende Pflanzen und Tiere großräumig auf der Nordhalbkugel aus. Mit der weiteren Erwärmung konnten sie jedoch nur in alpinen Lebensräumen bzw. im hohen Norden der Arktis überleben.
Julia Hager, PolarJournal