Biological timing in a changing marine environment: Clocks and rhythm in polar pelagic organism

Im Verlauf der Evolution haben sich fast alle Organismen, vom Einzeller bis zum Menschen, an den periodischen Wechsel von Tag und Nacht durch die Entwicklung einer inneren biologischen Uhr angepasst. Diese circadiane Uhr ermöglicht die Synchronisation tagesperiodischer physiologischer und verhaltensbiologischer Vorgänge mit der Umwelt. Darüber hinaus bestimmt sie auch saisonale Rhythmen mit erstaunlicher zeitlicher Präzision. Unser derzeitiges Verständnis über die molekularen Grundlagen biologischer Rhythmen und Uhren beschränkt sich weitestgehend auf terrestrische Modellorganismen, wie der Maus, der Fruchtfliege oder den Ackerschachtelhalm. Im Gegensatz dazu wissen wir bei Meeresorganismen wenig über die Prinzipien endogener Uhren und ihrer Interaktion mit der Umwelt. Marine Ökosysteme unterliegen zurzeit fundamentalen anthropogen bedingten Klimaveränderungen. Insbesondere in polaren und subpolaren Breiten, die einige der sich am stärksten erwärmenden Regionen der Erde darstellen, ist die marine Umwelt starken Veränderungen unterworfen. Das Ziel des geplanten Helmholtz Virtuellen Institutes (HVI) PolarTime ist die Bildung eines Exzellenzzentrums internationaler Ausrichtung: Erforscht werden sollen die Prinzipien, Interaktionen und die Evolution endogener biologischer Rhythmen und Uhren pelagischer Organismen der Polarregionen. Der Schwerpunkt soll dabei auf wirbellosen Arten liegen, die aufgrund ihrer Biologie eine Schlüsselfunktion in diesen Ökosystemen einnehmen. Am Beispiel des antarktischen Krills Euphausia superba, einer Schlüsselart des Südlichen Ozeans, soll exemplarisch die endogene Uhr und ihr Effekt auf tageszeitliche und saisonale Funktionen des Lebenszyklus pelagischer Organismen untersucht werden. Die erzielten Ergebnisse sollen eine fundierte Grundlage bilden, um die Mechanismen zeitlicher Synchronisation anderer polar pelagischer Schlüsselorganismen zu untersuchen. Anschließend sollen die Auswirkungen voranschreitender Klimaveränderungen auf den endogenen Uhrmechanismus und die daran gekoppelten Lebensfunktionen von Schlüsselarten modelliert werden, um so die Folgen für polar marine Ökosysteme besser abschätzen zu können. Das HVI vereinigt die Expertise des Alfred-Wegener-Institutes (AWI) mit der Kernkompetenz eines weiteren Helmholtz-Instituts, zweier Deutscher Universitäten, sowie von zwei internationalen Kooperationspartnern. Durch die Etablierung des HVI erlangt die Helmholtz Gemeinschaft im Verbund mit dem AWI und seinen Kooperationspartnern eine führende Position auf diesem innovativen Forschungsfeld.