Parasites and genes : bioindicators for the health and ecology of aquatic mammals

Aquatische Säugetiere sind als langlebige Prädatoren an der Spitze des Nahrungsnetzes empfindlich für Umweltveränderungen und anthropogenen Stress und dienen als Bioindikatoren für die Gesundheit ihres Ökosystems. Parasiteninfektionen beeinträchtigen ihren Gesundheitszustand und können zu Läsionen und Mortalität führen. Bei Topprädatoren können sich Schadstoffe von einer trophischen Ebene zur nächsten akkumulieren, und das Immunsystem beeinträchtigen. Die Abnahme von Beutetieren und eine Verschlechterung ihres Lebensraums wirken sich negativ auf ihre Ernährung aus. Die Untersuchung von Tieren, die in Strandungsnetzwerken gesammelt werden, Material aus Museen und minimalinvasive Beprobungen lebender Tiere sind wichtig, um die Ökologie von aquatischen Säugetieren zu analysieren und Daten zur Beurteilung des guten Umweltzustands (GES) und ihrer Lebensgrundlagen bereitzustellen. Im ersten Kapitel werden die Parasitenvielfalt bei aquatischen Säugetieren, ihr Vorkommen und Evolution, sowie die Auswirkungen auf die Gesundheit und Ökologie behandelt. Das Wissen um die Parasitenvielfalt bei aquatischen Säugetieren ist begrenzt. In einer Parasiten-Checkliste, die auf Sammlungen aus Museen und archivierten Proben basiert, wurde eine Fülle von Parasitennachweisen in marinen Säugetieren und assoziierte Daten zu Pathologie und Lebenszyklen aus einer ozeanischen Umgebung zusammengestellt. Lungenwurminfektionen bei Orcas wurden entdeckt und Sequenzen von ITS-2- und COI-Genorten zur Identifizierung der pseudaliiden Lungennematoden verwendet, die auf eine neue Art von Halocercus spp. Lungenwürmern bei Orcas hindeuten. Phylogenetische Analysen unter Einbeziehung verwandter Lungenwurmarten bei weiteren marinen Säugetieren ergaben einen paraphyletischen Ursprung der Pseudaliidae und Parafilaroides gynmnurus (Filaroididae) aus Robben. Über die Artenvielfalt anisakider Nematoden bei Schweinswalen ist wenig bekannt, auch aufgrund ihrer komplexen Taxonomie mit vielen sibling species. Sie sind wegen ihres zoonotischen Potenzials von besonderer Bedeutung für die Lebensmittelsicherheit Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphis-mus Analysen mit verschiedenen Enzymen zur Verdauung von ITS-1-DNA-Fragmenten führten zu artspezifischen Bandenmustern und zur Identifizierung verschiedener anisakider Arten, einschließlich eines Hybrids von Anisakis pegreffii. Die Differenzierung der Anisakis-Arten ist im Zusammenhang mit One Health-Aspekten, und für das Verständnis der Verbreitung dieser generalistischen Parasiten mit Beutefischen wichtig. Darminfektionen mit Akanthozephalen spielen eine bedeutende Rolle für die Gesundheit bedrohter Seeotter. Vergleichende Untersuchungen an kalifornischen und alaskischen Seeottern ergaben eine hohe Prävalenz von Corynosoma enhydri Infektionen bei Seeottern in Kalifornien. Profilicollis sp. wurden erstmals bei Seeottern in Alaska gefunden. Zusätzlich wurde die Habitatwahl und Populationsinfrastruktur von Akanthozephalen des Genus Corynosoma bei Seeottern und Robben analysiert. Die Corynsoma Arten zeigten unterschiedliche bevorzugte Nischen im Darm untereinander und bei Ko-infektionen mit anderen Parasiten. Neue Ergebnisse zu den spezialisierten arthropodischen Haarlingen bei Ottern und Nasenmilben bei Robben war eng mit der Dynamik der Wirtspopulation verknüpft. Molekulare Werkzeuge ergänzten die morphologische Untersuchungen und Trends in Prävalenz, assoziierte Läsionen und phylogenetische Beziehungen wurden dargestellt. Herzwümer in Robben, die als filaroide Nematoden möglicherweise durch Robbenläuse übertragen werden, lassen auf eine Koevolution von Parasit und Wirt schließen. Kegelrobben, die bisher nicht als Wirte von Herzwürmern galten, verfügen möglicherweise über spezifische Immuneigenschaften, die sie vor infektiösen Krankheitserregern schützen, die bei Seehunden häufiger vorkommen. Walläuse sind Krebstiere und als Ektoparasiten Indikatoren für die Verteilung und das Verhalten ihrer Wirte. Ihre Prävalenz bei gestrandeten Zahnwalen war gering und wies geografische Unterschiede auf, die abhängig von der Schwere von Hautläsionen der Wirte war. Der Einsatz molekularer Werkzeuge ist für die Identifizierung dieser Parasiten von entscheidender Bedeutung und hilft bei ihrem Management und der Bewertung zoonotischer Risiken. Das zweite Kapitel konzentriert sich auf die Entwicklung molekularer Biomarker für die Auswirkungen von anthropogenem Stress bei aquatischen Säugetieren. Immunreaktionen wurden anhand von Lymphozytenproliferationstests und Genexpressionsanalysen in Blutproben gesunder und erkrankter Schweinswale zusammen mit PCB Konzentrationen untersucht. Obwohl erkrankte Schweinswale verminderte Immunantworten und eine veränderte Genexpression zeigten, wiesen Korrelationsanalysen zwischen Schadstoffen und Immunparametern keine direkten Auswirkungen auf Lymphozytenproliferation oder Zytokintranskription nach. Trotz Schadstoffexposition scheinen auch andere Faktoren zur beeinträchtigten Immunfunktion bei erkrankten Schweinswalen beizutragen. Bei Ringelrobben wurden Gentranskriptionsprofile von Biomarkern des xenobiotischen Stoffwechsels, endokrinen Systems und Stress in Blut, Blubber und Lebergewebe analysiert. Die Transkriptprofile von Genen, die mit dem xenobiotischen Metabolismus und endokrinen System in Zusammenhang stehen, korrelierten mit den Mengen an persistenten organischen Schadstoffen und den Quecksilberkonzentrationen in der Leber, was auf Einfluss der Schadstoffexposition auf die Genexpression hinweist. Infektionen mit Parasiten zeigen die Bedeutung von Nahrungsorganismen für die Aufnahme von Schadstoffen und parasitären Zwischenstadien und haben bei aquatischen Säugetieren Immunantworten und gesundheitliche Auswirkungen hervorgerufen. Im dritten Kapitel wird die Nahrungszusammensetzung von Eurasischen Fischottern und Robben und entschlüsselt. Zum ersten Mal wurde ein Metabarcoding-Ansatz als molekulares Analysetool für Fischbeute entwickelt, um trophische Wechselwirkungen und interspezifische Konkurrenz zu untersuchen. Die Nahrungsgewohnheiten von Seehunden und Kegelrobben überschnitten sich, wobei Seehunde im Vergleich zu Kegelrobben und Ottern eine vielfältigere Beute aufwiesen, und Otter nur Süßwasserfische konsumierten. Die Ergebnisse im Rahmen dieser Habilitation unterstreichen die wichtige Rolle aquatischer Säugetiere als Indikatoren für ihr Ökosystem und den Zusammenhang zwischen der Gesundheit von Gewässern sowie der von aquatischen Säugetieren, insbesondere im Kontext globaler Veränderungen und Infektionskrankheiten. Bioindikatoren zur Bewertung der Auswirkungen anthropogener Einflüsse und Umweltveränderungen auf die aquatische Umwelt werden benötigt. Parameter für diese Bewertung können aus Parasiteninfektionen, Immunantwort und Informationen über die Ernährungszusammensetzung von aquatischen Säugetieren abgeleitet werden. Im vierten Kapitel werden die Ergebnisse zusammenfassend und mit dem Blick auf zukünftige Forschungsvorhaben diskutiert. Parasiten, die bei Biodiversitätsbewertungen oft übersehen werden, bieten wertvolle Einblicke in die Ökologie ihrer aquatischen Säugetierwirte im Laufe der Zeit und spiegeln Umweltveränderungen wider. Für das Verständnis der kombinierten Auswirkungen von Parasiten und Schadstoffen, sowie anderen Stressoren auf aquatische Säugetiere sind genomische Ansätze wie die RNA-Sequenzierung nützlich um Biomarker zu identifizieren, die mit Stressfaktoren bei Meeressäugetieren in Zusammenhang stehen. Zukünftige Forschungsvorhaben zielen darauf ab, trophische Interaktionen und ihren Einfluss auf Parasiteninfektionen bei aquatischen Säugetieren zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Habilitation spiegeln die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Betrachtung wider, die Parasiten von aquatischen Säugetieren, ihre Gesundheit und Immunreaktionen auf Umwelteinflüsse berücksichtigt, um den Schutz von aquatischen Säugetieren und die Gesundheit des Ökosystems zu verstehen.