15.12.2016 | Presseinformationen:

Darmbakterien von Amphibien sind flexibel Veröffentlichung in Fachzeitschrift „Nature Communications“

Darmbakterien von Amphibien reagieren flexibel auf Veränderungen in ihrem natürlichen Lebensraum und passen sich ihnen schnell an. Zu diesem Ergebnis kommen Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität Braunschweig und des Thünen-Instituts für Biodiversität in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Untersucht hat das Forschungsteam Salamanderlarven in Bächen und in stehenden Gewässern und wie sich ihre Darmflora im jeweils anderen Lebensraum verändert.

Amphibien wie Frösche, Salamander und Molche leben in sehr unterschiedlichen Lebensräumen und sind stark von speziellen Umweltfaktoren, wie der Temperatur, der Wasserbeschaffenheit oder dem Futterangebot abhängig. Auf Veränderungen in ihrem Lebensraum reagieren sie sehr empfindlich. Ein Forschungsteam aus Biologinnen und Biologen des Zoologischen Instituts der TU Braunschweig und des Thünen-Instituts für Biodiversität hat nun untersucht, wie sich schnelle und drastisch ändernde Umweltbedingungen auf die Darmflora von Salamanderlarven auswirken. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Demnach verändert sich die Zusammensetzung der Darmbakterien auf unterschiedliche Weise, jedoch mit einem ähnlichen Ergebnis in ihrer Funktion für den Wirt.

Die Forscherinnen und Forscher haben sich dazu das System der Salamander zu Nutze gemacht, bei dem in manchen Populationen Salamanderlarven sowohl in Bächen als auch in stehenden Gewässern leben und sich bis zur Verwandlung zum Landtier entwickeln. „Die Salamanderlarven fressen ganz unterschiedliche Beute in beiden Lebensräumen, dazu kommen unter anderem Unterschiede in der Temperatur und dem Sauerstoffgehalt“, erklärt Sebastian Steinfartz. Der Evolutionsbiologe beschäftigt sich seit Jahren mit der Ökologie und Anpassung der Salamander in diesem System und hat bereits genetische Unterschiede zwischen den beiden Ökotypen nachgewiesen.

Mit einem so genannten Reziproken-Transfer-Experiment, bei dem Salamanderlarven von Bächen in stehende Gewässer und umgekehrt gesetzt worden sind, konnte sein Forschungsteam Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmflora vor und nach dem Umsetzen analysieren. Hierzu wurden die Larven in kleinen, für Beute durchlässigen Boxen einzeln in das andere Gewässer gesetzt. So mussten sie mit den Umweltbedingungen des anderen Lebensraums zurechtkommen. „Wir waren sehr überrascht zu sehen, wie unterschiedlich sich die Zusammensetzung der Bakterien nach dem Umsetzen in den jeweiligen anderen Lebensraum verändert hat“, erklärt Molly Bletz, Doktorandin in der Abteilung Evolutionsbiologie am Zoologischen Institut der TU Braunschweig.

Das Forschungsteam hatte erwartet, dass sich die Zusammensetzung der Darmbakterien der umgesetzten Tiere stark verändert und der Darmflora der ursprünglich in dem Lebensraum vorkommenden Larven ähneln sollte. Allerdings nahmen nur Larven, die aus Bächen in stehende Gewässer umgesetzt worden waren, die typische Zusammensetzung der Darmflora von Larven aus stehenden Gewässern an. Larven, die aus stehenden Gewässern in Bäche gesetzt worden waren, behielten zum Teil einige Arten ihrer Darmbakterien und nahmen nur wenige aus dem neuen Lebensraum auf. „In dem einen Fall fand der erwartete komplette Shift der taxonomischen Zusammensetzung der Darmflora statt, in dem anderen Fall nicht“, fasst Sebastian Steinfartz zusammen. Trotzdem wichen die voraussagbaren Stoffwechselfunktionen der Darmflora der aus den stehenden Gewässern umgesetzten Larven nur wenig von den typischen Funktionen der natürlich im Bach lebenden Larven ab. „Darmbakterien können also hinsichtlich ihrer Zusammensetzung ganz unterschiedlich auf Lebensraumveränderungen reagieren, aber trotzdem in ihrer Funktion übereinstimmen“, erklärt Molly Bletz.

Über die Gründe, warum die Darmbakterienflora von Larven stehender Gewässer widerstandsfähiger gegen einen Wechsel ist, kann derzeit nur spekuliert werden. „Im Gegensatz zu den Bächen sind Larven aus stehenden Gewässern eher extremeren Bedingungen ausgesetzt und müssen oft hungern“, so Steinfartz. Es könnte daher sein, dass einige Darmbakterien hartnäckiger sind und sich nicht einfach durch andere Arten verdrängen lassen, so der Evolutionsbiologe weiter. Die Lebensgemeinschaften von Darmbakterien bei Amphibien unterscheiden sich deutlich zwischen Populationen einer Art und nicht erst zwischen verschiedenen Arten. „Ihre Flexibilität, sich an die Bedingungen neuer Lebensräume anzupassen, ist mit Sicherheit eine wichtige Grundlage für Amphibien-Populationen in einer sich ständig verändernden Umwelt zu überleben“, schlussfolgert Steinfartz.


Gut bacteria of amphibians are flexible
Published in the journal „Nature Communications“

The bacterial community of the Amphibian gut responds in a highly flexible manner to changing conditions, allowing rapid adaptations in response to habitat alterations. This is the conclusion reached by a team of researchers from the Technische Universität of Braunschweig and the Thünen Institute for Biodiversity, published in the scientific journal ‘Nature Communications’. In this study, the team investigated two ecotypes of salamander larvae, one living in streams and the other in standing water, in order to compare how their intestinal flora changes when one ecotype is transferred to the other’s habitat.

Amphibians such as frogs, salamanders, and newts live in a variety of habitats, and are strongly influenced by environmental factors including temperature, water quality, or food supply. They are therefore highly sensitive to changes in their habitat. A research team of biologists from the Zoological Institute of the TU Braunschweig and the Thünen Institute for Biodiversity recently investigated the effect of changing environmental conditions on salamander larvae, in order to establish how rapidly and to what extent the composition of the intestinal flora adjusts. Their results have been published in the journal „Nature Communications“. Although the composition of the intestinal bacteria varies, the outcome is similar in terms of function for the animal.

The researchers utilized the common Fire Salamander in Germany as a study system. Salamander larvae live in both streams and standing waters, in which they grow and develop into terrestrial animals. „The salamander larvae eat rather different prey in both habitats, and experience other important environmental differences such as water temperature and oxygen content“ explained Sebastian Steinfartz, the Evolutionary Biologist who has studied the ecology and adaptations of salamanders for many years, and has previously demonstrated genetic differences between the two ecotypes.

Using a so-called ‘reciprocal transfer experiment’, in which salamander larvae from streams were placed in standing waters and vice-versa, his research team was able to analyze the composition of intestinal flora before and after the transfer. For this purpose, the larvae were transferred separately and placed in small prey-permeable boxes, necessitating that they cope with the environmental conditions of the new habitat. „We were very surprised to see how differently the ecoytpes were in terms of composition of the bacteria after they were transferred into the new habitat,“ explains Molly Bletz, PhD student at the Zoological Institute of the TU Braunschweig.

The research team had expected the transfer to greatly alter the composition of intestinal bacteria, with the flora of transferred animals adjusting to resemble the flora of larvae originating in that habitat. However, only larvae that had been transferred from streams to standing waters fully acquired the intestinal flora composition typical of larvae from their new habitat. Larvae transferred from standing waters to streams maintained some species of their original flora, and acquired only a few species from the new habitat. „In the one case, the expected complete shift of intestinal flora took place, in the other case it did not,“ summarizes Sebastian Steinfartz. Nevertheless, the predicted metabolic functions of the intestinal flora in larvae transferred from the standing waters differed only slightly from the typical functions of the larvae naturally occurring in the streams. „Intestinal bacteria can thus react very differently to changes in their habitat, whilst still converging on the same functions,“ explains Molly Bletz.

The reason why the intestinal flora of the larvae from standing waters is more resistant to change can only be speculated at present. „In contrast to the streams, larvae from standing waters are exposed to more extreme conditions and often go hungry,“ says Steinfartz. It could be therefore, that some gut flora are more resilient and cannot simply be displaced by other species, muses the evolutionary biologist. The study shows, that communities of gut bacteria in amphibians differ already significantly between populations of one species, and not only between different species. „Their flexibility to adapt to new habitats is certainly an important basis for allowing amphibian populations to survive in a constantly changing world,“ concludes Steinfartz.