Evolution einer invasiven Art: Die Zebramuschel

Andreas Wanninger erforscht die Entwicklung von Tieren und deren Organsystemen. Im Mittelpunkt stehen dabei unter anderem die Muskel- und Nervensysteme von Wirbellosen. In einem aktuellen FWF-Projekt befasst er sich mit einer Spezies der Weichtiere, die auch in Wien – genauer gesagt in der Donau – zu finden ist: der Zebramuschel, auch Wandermuschel genannt.  

Ursprünglich, aber kaum erforscht

"Die Zebramuschel ist in vielerlei Hinsicht interessant: Zum einen ist sie bislang auf molekularer Ebene kaum erforscht, da es äußerst schwierig ist, Muscheln in einem geschlossenen System zu ständiger Reproduktion bis hin zur Metamorphose zu halten. Zum anderen ist bei der Zebramuschel der ursprüngliche Lebenszyklus erhalten geblieben", erklärt der Leiter des Departments für Integrative Zoologie. Anders als viele abgewandelte, aber verwandte Lebensformen wie gewisse Schneckenarten führt diese Spezies eine indirekte Entwicklung durch: Aus dem Ei schlüpft eine freischwimmende Larve, die sich am Grund absetzt und zur Muschel umwandelt.

"Was ist vorne, was ist hinten?"

In nahezu allen Organismengruppen sind die Genfamilien der Hox- und Parahoxgene für die Entwicklung der Längsachse des Körpers verantwortlich. "Allerdings tanzen andere Weichtierspezies wie Schnecken und Tintenfische in dieser Hinsicht aus der Reihe. Bei ihnen liefern diese Gene beispielsweise Informationen über Organsysteme wie etwa Fangarme", erklärt Wanninger.

Herauszufinden, ob das auch auf die Zebramuscheln zutrifft – und für welche Eigenschaften hier die Hox- und Parahoxene möglicherweise noch zuständig sind – ist ein Ziel des im Jänner 2017 angelaufenen Forschungsprojekts.

Arbeit mit lebenden Embryonen

Wanningers Team möchte also den Funktionen der Gene auf die Schliche kommen. Dazu müssen die BiologInnen zunächst die Morphogenese (Anm.: Entwicklung der Form) der Zebramuschel untersuchen sowie ihr Genom entschlüsseln. Dafür etablieren sie erstmals die Weichtierspezies Zebramuschel als Modellorganismus im Labor.

"Zur Erforschung ihrer Entwicklung benötigen wir Zebramuscheln im Embryonalstadium. Hier liegt eine der Herausforderungen unserer Arbeit: Zebramuscheln pflanzen sich in ihrer natürlichen Umgebung nur in den Sommermonaten fort", so der Projektleiter. Um die Zebramuscheln im Labor dazu zu bringen, sich häufiger und konstanter fortzupflanzen, entwickelte Wanninger gemeinsam mit seinem Team ein neuartiges Reproduktionsmodell: "Das ermöglicht uns, rund sechs Monate im Jahr an lebenden, embryonalen Zebramuscheln zu forschen."

Eine Invasion mit weitreichenden Folgen

Nach Wien kam die Zebramuschel, deren ursprünglicher Lebensraum die großen Flüsse Russlands waren, aber erst mit der modernen Schifffahrt: Auf diese Weise gelangte sie außerdem in fast alle Gewässer des europäischen und nordamerikanischen Kontinents. "Durch ihren massiven Reproduktionsoutput und indirekten Lebenszyklus über freischwimmende Larven kann sich die Art besonders gut ausbreiten und rasch riesige Populationen aufbauen", erklärt der Experte.
 
In den 1990er Jahren kam es in den Großen Seen Nordamerikas zu massiven Einbrüchen in der einheimischen Fischfauna. "Die Zebramuschel filtriert extrem erfolgreich und entzieht dadurch dem Wasser in kurzer Zeit die meisten planktonischen Nährstoffe", erläutert Wanninger den Grund für das Fischsterben.

Grundlagenforschung mit Chance auf mehr

Ausgewachsene Zebramuscheln besitzen außerdem die Fähigkeit, sich mithilfe von Proteinfäden an verschiedensten Oberflächen festzusetzen. Diese sogenannten Byssusfäden sind aufgrund ihrer einzigartigen Beschaffenheit extrem reißfest, weshalb sie als Biomaterial prinzipiell von beachtlichem ökonomischen Nutzen sein könnten. In ihrer natürlichen Form stellen sie jedoch ein massives Problem dar: Die Zebramuschel haftet sich mit ihren Fäden z.B. an Rohrleitungen und verstopft diese, was – u.a. bei Kühlwasseranlagen von Atomkraftwerken – gravierende Folgen haben kann.

"Obwohl sich unsere Forschungsarbeit in erster Linie auf evolutionsbiologische Fragen konzentriert, leisten wir mit der Entschlüsselung des Genoms der Zebramuschel und den begleitenden Untersuchungen auch einen Beitrag zur Lösung solch ökonomischer und ökologischer Problemstellungen", so Wanninger. (red)

Das FWF-Projekt "Morphogenese, Hox und ParaHox Genexpression in der Zebramuschel" unter Leitung von Univ.-Prof. Dr. Andreas Wanninger, Leiter des Departments für Integrative Zoologie der Fakultät für Lebenswissenschaften, läuft von Januar 2017 bis Dezember 2020.