In der Studie, die in Zusammenarbeit zwischen dem MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen und der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) durchgeführt wurde, wurden groß angelegte Datensätze zur großräumigen Verteilung planktonabgeleiteter Lipide im Ozean, die von der WHOI im Jahr 2022 veröffentlicht wurden, neu analysiert. „Diese Studie zeigt den Wert von Open Science“, sagt Erstautorin Dr. Weimin Liu vom MARUM. „Durch die Anwendung neuer Methoden auf frei zugängliche Daten haben wir früher verborgene Muster der Planktonanpassung aufgedeckt.“
Die Datensätze mit insgesamt über 200 Gigabyte Massenspektrometrie-Daten enthalten Lipidprofile – Schlüsselkomponenten von Zellmembranen – von 930 Proben, die im Atlantik, Pazifik und im arktischen Ozean in Tiefen von der Oberfläche bis zu 400 Metern gesammelt wurden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die sich nur auf bekannte Moleküle konzentrieren, wurden in dieser Studie auch unbekannte Lipide mittels einer Netzwerkanalyse einbezogen, um die Daten für sich selbst sprechen zu lassen. Dieser Ansatz ermöglichte einen umfassenderen und weniger verzerrten Blick auf die Lipidvielfalt im Meeresplankton.
Die Analyse zeigte, dass die Lipidprofile von Plankton eng mit ihrer Umgebung verbunden sind. Die zahlenmäßig größte Lipidvielfalt wurde in kalten polaren und subpolaren Ozeanen gefunden, wo Plankton eine breitere Palette von Strategien – wie die Verkürzung von Fettsäureketten – einsetzt, um seine Zellmembranen flüssig zu halten. In wärmeren, offenen Ozeanen beobachtete das Team Verschiebungen in der Lipidverteilung, die wahrscheinlich Anpassungen an eine geringe Nährstoffverfügbarkeit widerspiegeln. In den tieferen Gewässern dieser Regionen produzierte das Plankton vermehrt ungesättigte Fettsäuren, um mit den schlechten Lichtverhältnissen zurechtzukommen.
„Diese Veränderungen der Lipide zeigen, wie sich Planktongemeinschaften an ihre Umgebung anpassen“, so Dr. Liu. „Da das Plankton, insbesondere das Phytoplankton, die Grundlage der Ökosysteme der Ozeane bildet, können seine Reaktionen auf das gesamte marine Nahrungsnetz ausstrahlen und zu weitreichenden, manchmal unerwarteten Konsequenzen führen.“
Diese Forschung zeigt, wie die Kombination von Umwelt-Lipidomik mit Datenwissenschaft die Mechanismen hinter der Anpassung von Plankton aufdecken kann – und damit neue Einblicke in die Funktionsweise mariner Ökosysteme bietet. Die Studie profitierte vom Aufbau cheminformatischer Expertise im Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“, der am MARUM angesiedelt ist.
MARUM
Originalpublikation:
W. Liu, H. C. Holm, J. S. Lipp, H. F. Fredricks, B. A. Van Mooy, K. U. Hinrichs, Unraveling plankton adaptation in global oceans through the untargeted analysis of lipidomes. Sci. Adv. 11, eads4605 (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads4605
