Erdmännchen erkranken häufiger und sterben früher - Klimawandel verändert Darm-Mikrobiom der Wildtiere

Welche Auswirkungen der Klimawandel auf wilde Erdmännchen in der Kalahari
hat, haben Biologinnen und Biologen des Instituts für Evolutionsökologie
und Naturschutzgenomik der Universität Ulm anhand von Kotproben
untersucht. Denn über die letzten 20 Jahre hat sich das Darm-Mikrobiom
verändert und mit krankheitserregenden Bacteroidia angereichert –
gleichzeitig ist es an gesundheitsfördernden Milchsäurebakterien verarmt.
Die Folgen daraus sind eine höhere Anfälligkeit gegenüber Tuberkulose und
eine geringere Lebenserwartung. Veröffentlicht wurde die Studie im Journal
„Global Change Biology“.

Der Klimawandel hat Auswirkungen auf wildlebende Erdmännchen in der
südafrikanischen Kalahari. Biologinnen und Biologen der Universität Ulm
konnten anhand von Kotproben eine Veränderung der im Darm angesiedelten
Bakterien nachweisen. Das Ergebnis: Über die letzten 20 Jahre hat sich das
Mikrobiom mit krankheitserregenden Bacteroidia angereichert – gleichzeitig
ist es an gesundheitsfördernden Milchsäurebakterien verarmt. Die Folgen
daraus sind eine höhere Anfälligkeit gegenüber Tuberkulose und eine
geringere Lebenserwartung der Erdmännchen. Veröffentlicht wurde die Studie
in „Global Change Biology“.

Die durchschnittliche Höchsttemperatur hat in der südafrikanischen
Kalahari in den letzten 20 Jahren um mehr als zwei Grad zugenommen,
fünfmal mehr als im globalen Durchschnitt. Im gleichen Zeitraum hat sich
das Darm-Mikrobiom der Kalahari-Erdmännchen (Suricata suricatta) mit den
zumeist krankheitserregenden Bacteroidia angereichert und ist an
Milchsäurebakterien verarmt, einer Gruppe von Bakterien, die als
vorteilhaft gelten. „Diese Verschiebungen traten nicht nur innerhalb
gegenwärtig lebender Individuen auf, sondern wurden über Generationen
hinweg verstärkt“, schildern die Erstautorinnen der Veröffentlichung, Dr.
Alice Risely und Dr. Nadine Müller-Klein vom Institut für
Evolutionsökologie und Naturschutzgenomik der Uni Ulm.

Mehr Bacteroidia waren zusätzlich mit einem Anstieg von Tuberkulose in der
Erdmännchen-Population verknüpft. Trockene, heiße Wetterphasen, schlechte
Konstitution und das Auftreten von Tuberkulose sind Faktoren, die direkt
mit einer bis zu zehnmal niedrigeren Überlebenschance der Kleinsäuger
verbunden sind. Der gleichzeitig auftretende Verlust an Milchsäure-
produzierenden Bakterien, die für die Gesundheit von Wirtsorganismen
wichtig sind, trug nachweislich ebenfalls zur erhöhten Sterblichkeit bei.
Damit beantworten die Biologinnen und Biologen eine bislang offene, doch
essenzielle Frage: Wirken sich Klimaveränderungen auf das Darm-Mikrobiom
und damit längerfristig auf die Fitness ihres Wildtierwirts aus?

Untersucht haben die Ulmer Forschenden insgesamt 1141 Kotproben von 235
Erdmännchen-Individuen, die seit 1993 vom „Kalahari Meerkat Project“ unter
der Leitung von Professor Tim Clutton-Brock (Universität Cambridge,
Cambridge, UK) und Professorin Marta Manser (Universität Zürich, Schweiz)
im Kuruman River Reservat im nördlichen Südafrika gesammelt wurden.
Außerdem reisten die Biologinnen und Biologen selbst in die Kalahari, um
vor Ort die Probennahme zu beobachten, Vorträge zu halten und mit den
Kooperationspartnern weitere Projekte zu besprechen. Bei ihrem letzten
Aufenthalt 2023 gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern
zudem, eine Gruppe von tuberkulosekranken Erdmännchen, die seit Monaten
nicht lokalisierbar war, wiederzufinden. Im Forschungslabor an der
Universität Ulm wurde die bakterielle DNA der Kotproben dann extrahiert
und ein bestimmtes Gen, anhand dessen man Bakterien unterscheiden kann,
identifiziert.

Das Mikrobiom, also die Gemeinschaft von Bakterien im Darm, ist von
zentraler Bedeutung für den Stoffwechsel und die Immunität des Wirt-
Säugetiers. Es reguliert das Gleichgewicht von vielen zentralen
physiologischen Prozesse im Organismus. Wird die mikrobielle Gemeinschaft
dauerhaft gestört, kann das schwerwiegende Konsequenzen haben und zu einer
so genannten Dysbiose führen, die oft mit der Abnahme nützlicher Bakterien
und der Zunahme potenziell krankheitserregender Bakterien verbunden ist.
Stressoren, die eine derartige Störung hervorrufen können, sind
vielfältig. Dazu gehören unter anderem vom Menschen gemachte Veränderungen
des Lebensraumes gekoppelt mit Veränderungen der natürlichen Nahrung, des
sozialen Umfeldes, sowie psychischer und physischer Stress, Umweltgifte
wie Dünger oder Unkrautvernichter, Medikamente, Krankheiten etc. Mithilfe
eines statistischen Modells konnten die Forschenden in dieser
Langzeitstudie einen Zusammenhang zwischen den Temperaturveränderungen und
der Zusammensetzung der bakteriellen Darmgemeinschaft erkennen. „Die
Tatsache, dass auch der Klimawandel die Darmbakterien stören kann, war
bislang unbekannt“, fasst Dr. Dominik Schmid, ebenfalls Mitglied der
Forschungsgruppe, zusammen.

Institutsleiterin Professorin Simone Sommer ordnet die Beobachtungen der
Veränderungen des Erdmännchen-Mikrobioms im Hinblick auf die globale
Klimaerwärmung ein: „Langzeitstudien über die mikrobielle Darmgemeinschaft
von Wildtierarten sind äußerst selten. Viele Fragen zu den Folgen von
Temperaturveränderungen oder Krankheitsanfälligkeit können oft nur in
Experimenten behandelt werden oder werden aufgrund kurzfristiger
Beobachtungen vermutet. Um zu verstehen, ob die vermuteten Auswirkungen
biologisch bedeutsam sind, müssen die Annahmen jedoch anhand von
Langzeitdaten und unter natürlichen Gegebenheiten überprüft werden, wozu
wir hier erstmals Gelegenheit hatten.“

Die Studie am Institut für Evolutionsökologie und Naturschutzgenomik der
Universität Ulm ist die Erste, die die Auswirkungen der Klimaveränderung
und der Krankheitsdynamik auf die Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms in
einer Region der Welt dokumentiert, in der die globale Erwärmung fünfmal
so schnell voranschreitet wie im Rest der Welt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dominik W. Schmid, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Institut für
Evolutionsökologie und Naturschutzgenomik, dominikwerner.schmid@uni-ulm.de

Originalpublikation:
Risely, A., Müller-Klein, N., Schmid, D. W., Wilhelm, K., Clutton-Brock,
T. H., Manser, M. B., & Sommer, S. (2023). Climate change drives loss of
bacterial gut mutualists at the expense of host survival in wild meerkats.
Global Change Biology, 00, 1–13
https://doi.org/10.1111/gcb.16877