Forscher an der University of Hawaiʻi at Mānoa haben entschlüsselt, wie der salztolerante Mozambique-Tilapia durch eine schrittweise Anpassung des Hormonsystems und der Kiemen selbst in extrem hypersalinem Wasser überlebt. Die Erkenntnisse eröffnen neue Wege für die Aquakultur in Brackwasser.
Im Reich der Fische gilt der Mozambique-Tilapia (Oreochromis mossambicus
) als extrem widerstandsfähig. Die Art überlebt in Lebensräumen, die von gewöhnlichem Süßwasser bis hin zu hypersalinen Teichen reichen, die dreimal salziger sind als der Ozean.
Wie reagiert das Hormonsystem des Tilapia auf steigenden Salzgehalt?
Unter der Leitung des Forschers und Professors Andre Seale untersuchte das Team an der Universität in Honolulu, wie die Fische extremen Salzstress bewältigen. Normalerweise benötigen Fische wie der Tilapia das Hormon Prolaktin, um in Süßwasser einen übermäßigen Wassereinbruch sowie den Verlust von Ionen zu verhindern. Beim Übergang in salziges Wasser wird dieses Signal normalerweise heruntergefahren.
In extremer Hypersalinität verändert sich dieser Prozess grundlegend. Statt das Prolaktin-System einfach nur abzuschalten, verändern die Tiere die Zusammensetzung ihrer Prolaktin-Signale gezielt. Dabei zeigte sich ein deutliches Muster: Mit wachsendem Salzgehalt wurde die Prolaktin-Variante Prl188 sehr viel stärker zurückgefahren als Prl177. erhöhte das Team den Salzgehalt in den Becken im Rahmen des Versuchs langsam um etwa drei Promille pro Tag, ausgehend von initial 20 Promille, bis am 31. Clara Lyu und weitere Studierende der Universität wirkten an der Untersuchung mit, bei der die langsame Gewöhnuung den entscheidenden Faktor darstellte.
Diese Fähigkeit zur Akklimatisation an den Salzgehalt verläuft schrittweise, und selbst diese Art wird einen direkten Wechsel von Süßwasser zu Meerwasser nicht überleben.
Andre Seale, Forscher und Professor am Department of Human Nutrition, Food and Animal Sciences der CTAHR, über die University of Hawaiʻi
Welche molekularen Veränderungen messen Forscher in der Hypophyse und den Kiemen?
Am 35. Dabei zeigte sich, dass die verschiedenen Prolaktin-Varianten unterschiedlich stark zurückgefahren wurden. Die Variante Prl188 sank bei 105 Promille auf etwa ein 490stel des Süßwasserwertes, während Prl177 auf etwa ein 27stel absank. Auch bei den Rezeptoren verschob sich das Gleichgewicht zugunsten des Typs Prlr2.
Parallel dazu schalteten die Kiemen von der Salzaufnahme auf die aktive Salzabgabe
- Das Gen ncc2 für die Ionenaufnahme im Süßwasser fiel auf etwa ein 1042stel des Ausgangswertes.
- Der Salztransporter nkcc1a stieg auf etwa das 305-Fache an.
- Der Chloridkanal cftr1 kletterte auf etwa das 233-Fache der ursprünglichen Aktivität.
Diese Feinabstimmung verhindert jedoch keine physiologischen Grenzen. Während die Plasmaosmolalität im Süßwasser und bei 35 Promille bei rund 300 Milliosmol pro Kilogramm lag, stieg sie bei 70 Promille auf etwa 340 und bei 105 Promille auf 440 an. Zwischen dem 32. und 35.
Welche Bedeutung hat die Entdeckung für die weltweite Aquakultur?
Tilapia ist ein fester Bestandteil der globalen Aquakultur und der lokalen Aquaponik in Hawaii. Die Erkenntnisse darüber, wie die Fische höhere Salzgehalte tolerieren, erlauben künftig die Zucht in Brackwasser. Dadurch lassen sich wertvolle Süßwasserressourcen für die Landwirtschaft und die Trinkwasserversorgung einsparen.
Die Untersuchung wurde durch finanzielle Mittel der National Science Foundation sowie des United States Department of Agriculture (USDA) National Institute of Food and Agriculture gefördert. Die Forscher weisen darauf hin, dass die Experimente an erwachsenen männlichen Tieren unter kontrollierten Bedingungen stattfanden und weitere Versuche nötig sind, um die genauen Wechselwirkungen zwischen den Proteinen und Rezeptoren im Detail zu klären.
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