Endogene Uhren gestalten die Lebensrhythmen von Organismen entscheidend mit und bestimmen damit ihre Fitness und die Interaktionen mit anderen Lebewesen. Im offenen Ozean führen pelagische Tiere wie Zooplankton vertikale Wanderungen durch, die direkt bestimmen, welchen Umweltzyklen die Tiere ausgesetzt sind. Da die körpereigene Uhr die Wanderungen beeinflusst und die Umweltzyklen wiederum die Uhr synchronisieren, entsteht eine paradoxe „Henne-und-Ei“ Situation, die es in terrestrischen Habitaten in dieser Form nicht gibt.
Wir wollen verstehen, wie die pelagischen Uhren in dem einzigartigen Zusammenspiel zwischen ihrer eigenen Rhythmik, dem Migrationsverhalten und der dreidimensionalen pelagischen Umwelt richtig funktionieren.
- Welche mechanischen Anpassungen stellen sicher, dass die Uhr in der
pelagischen Umwelt richtig funktioniert?
- Welche Umweltparameter sind für die Synchronisierung der Uhr von
zentraler Bedeutung?
- Welche Aspekte der phänotypischen Rhythmik werden von der Uhr gesteuert
und welche sind direkte Reaktionen auf die Umwelt?
soeren.haefker@awi.de
+49.(0)471/4831-2360
Dr. Khurshid Bhuiyan
khurshid.bhuiyan@awi.de
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Der planktonische Ruderfußkrebs Calanus finmarchicus ist eine ökologische Schlüsselart im Nahrungsnetz des Nordatlantiks, mit einem Verbreitungsgebiet vom Golf von Maine bis nach Spitzbergen. Wie zahllose andere pelagische Organismen führt er tageszeitliche Vertikalwanderungen (DVM) durch, deren Muster sich je nach Umweltbedingungen ändern können. Darüber hinaus vollzieht Calanus auch saisonale Vertikalwanderungen (SVM), wobei er sich im Herbst/Winter in tiefere Gewässer zurückzieht, um in einen Ruhezustand ("Diapause") zu überwintern.
C. finmarchicus besitzt eine funktionierende zirkadiane Uhr mit robusten Zyklen von Uhr-Genen, sowohl unter Labor- als auch unter Freilandbedingungen. Außerdem werden sowohl Atmungs- als auch Migrationsrhythmen von der Uhr beeinflusst. Dennoch sind die genauen Triebkräfte der täglichen Vertikalwanderung sowie die Mechanismen, die die saisonalen Wanderungen auslösen, bisher unbekannt.
Wir wollen ökologisch relevante Fragen beantworten, indem wir integrative Ansätze verwenden, bei denen wir mehrere Ebenen biologischer Organisation berücksichtigen und miteinander verbinden.
Um die mechanistischen Interaktionen innerhalb der zirkadianen Uhr des Copepoden zu entschlüsseln, nutzen wir verschiedene molekulare Ansätze, darunter Genexpression, Zellkulturtests und in-situ Färbungen. Physiologische Untersuchungen und Verhaltensexperimente geben Einblick in organismische Prozesse und phänotypische Rhythmik. Darüber hinaus nutzen wir Felduntersuchungen, um die Ergebnisse aus der Laborarbeit in den Kontext der natürlichen Umwelt zu integrieren.
Rhythms and Clocks in Marine Organisms
NS Häfker, G Andreatta, A Manzotti, A Falciatore, F Raible, K Tessmar-Raible
Annual Review of Marine Science 15, 509-538 (2023) https://doi.org/10.1146/annurev-marine-030422-113038
Animal Behavior Is Central in Shaping the Realized Diel Light Niche
NS Häfker, S Connan-McGinty, L Hobbs, D McKee, JH Cohen, KS Last
Communications Biology 5: 562 (2022) https://doi.org/10.1038/s42003-022-03472-z
Circadian Clock Involvement in Zooplankton Diel Vertical Migration
NS Häfker, B Meyer, KS Last, DW Pond, L Hüppe, M Teschke
Current Biology 27: 2194-201 (2017) https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.06.025
Calanus finmarchicus Seasonal Cycle and Diapause in Relation to Gene Expression, Physiology, and Endogenous Clocks
NS Häfker, M Teschke, KS Last, DW Pond, L Hüppe, B Meyer
Limnology and Oceanography 63: 2815-38 (2018) https://doi.org/10.1002/lno.11011
Evidence for oscillating circadian clock genes in the copepod Calanus finmarchicus during the summer solstice in the high Arctic
L Hüppe, L Payton, K Last, D Wilcockson, E Ershova, B Meyer
Biology Letters 16: 20200257 (2020) https://doi.org/10.1098/rsbl.2020.0257
Widely Rhythmic Transcriptome in Calanus finmarchicus during the High Arctic Summer Solstice Period
L Payton, L Hüppe, C Noirot, C Hoede, KS Last, D Wilcockson, E Ershova, S Valière, B Meyer
iScience 24: 101927 (2021) https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101927
Revealing the Profound Influence of Diapause on Gene Expression: Insights from the Annual Transcriptome of the Copepod Calanus finmarchicus
L Payton, KS Last, J Grigor, C Noirot, L Hüppe, DVP Conway, M Dannemeyer, D Wilcockson, B Meyer
Molecular Ecology 33: e17425 (2024) https://doi.org/10.1111/mec.17425
