Immer weni­ger Mikro­al­gen im Wattenmeer

For­schen­de der Uni­ver­si­tät Olden­burg ana­ly­sie­ren Daten des Nie­der­säch­si­schen Lan­des­be­triebs für Was­ser­wirt­schaft, Küs­ten- und Natur­schutz. Dabei haben sie fest­ge­stellt, dass höhe­re Tem­pe­ra­tu­ren die Ursa­che für klei­ne­re Zel­len sein könnten.
Das Zell­vo­lu­men von Mikro­al­gen im nie­der­säch­si­schen Wat­ten­meer hat sich zwi­schen 2006 und 2019 um 30 Pro­zent ver­rin­gert. Ins­be­son­de­re Kie­sel­al­gen, so genann­te Diato­me­en, waren von die­ser Schrump­fung betrof­fen. Das berich­tet ein Team um den Bio­di­ver­si­täts­ex­per­ten Prof. Dr. Hel­mut Hil­le­brand vom Insti­tut für Che­mie und Bio­lo­gie des Mee­res an der Uni­ver­si­tät Olden­burg in der Fach­zeit­schrift Lim­no­lo­gy and Ocea­no­gra­phy. Der lang­jäh­ri­ge Trend könn­te dem Team zufol­ge auf stei­gen­de Tem­pe­ra­tu­ren und einen sin­ken­den Gehalt des Nähr­stoffs Phos­phor in der Nord­see zurück­ge­hen. Die abneh­men­de Zell­grö­ße der ein­zelli­gen Algen kön­ne ein Indi­ka­tor für Ver­än­de­run­gen in der Lebens­ge­mein­schaft ins­ge­samt sein, so die Forschenden.
Phy­to­plank­ton – die extrem viel­fäl­ti­ge Grup­pe ein­zelli­ger Algen, die die licht­durch­flu­te­ten obers­ten Schich­ten von Mee­ren, Seen und Flüs­sen bevöl­kern – fixiert pro Jahr unge­fähr genau­so viel Koh­len­di­oxid wie Land­pflan­zen und setzt daher die Hälf­te allen durch Pho­to­syn­the­se pro­du­zier­ten Sauer­stoffs auf der Erde frei. Es spielt daher eine fun­da­men­ta­le Rol­le in den Öko­sys­te­men aller Gewässer.

„Die Viel­falt die­ser Orga­nis­men ist bemer­kens­wert, sie spie­gelt sich bei­spiels­wei­se im extre­men Grö­ßen­un­ter­schied zwi­schen den kleins­ten und größ­ten Algen­zel­len wider.“
— Prof. Dr. Hel­mut Hil­le­brand, Direk­tor des Helm­holtz Instituts

Die Grö­ße der Plank­ton­zel­len ist dabei einer­seits cha­rak­te­ris­tisch für jede Art. Ande­rer­seits hängt das Zell­vo­lu­men auch mit den Umwelt­be­din­gun­gen zusam­men. „Bis­lang haben wir aller­dings nur weni­ge Daten­sät­ze dazu, wie sich die Zell­grö­ßen ein­zel­ner Arten, aber auch gan­zer Lebens­ge­mein­schaf­ten, über län­ge­re Zeit­räu­me ver­än­dern“, sagt Ko-Autorin Dr. Lena Rönn vom Nie­der­säch­si­schen Lan­des­be­trieb für Was­ser­wirt­schaft, Küs­ten- und Natur­schutz (NLWKN).
Um her­aus­zu­fin­den, ob sich die Grö­ße der Ein­zeller über­haupt ver­än­dert, wie sich ver­schie­de­ne Arten ent­wi­ckeln und ob es einen Zusam­men­hang mit ver­än­der­ten Umwelt­be­din­gun­gen gibt, wer­te­ten Hil­le­brand und sei­ne Kol­le­gin­nen und Kol­le­gen Daten von mehr als 1.700 Pro­ben aus. Der NLWKN hat­te die­se Pro­ben zwi­schen 2006 und 2019 an 20 ver­schie­de­nen Stel­len im nie­der­säch­si­schen Wat­ten­meer gewon­nen und aus­ge­zählt. Das Team betrach­te­te dabei nicht – wie die meis­ten bis­he­ri­gen Stu­di­en – ledig­lich die durch­schnitt­li­che Grö­ße aller Zel­len inner­halb einer Pro­be, son­dern ana­ly­sier­te die Ent­wick­lung jeder Art ein­zeln. Das erlaub­te es dem Team um Hil­le­brand zu unter­su­chen, ob sich ein zeit­li­cher Trend eher auf eine Ver­drän­gung bestimm­ter Arten oder auf eine Anpas­sung der ein­zel­nen Arten an ver­än­der­te Umwelt­be­din­gun­gen zurück­füh­ren lässt.
Die Ana­ly­se zeig­te, dass sich über den beob­ach­te­ten Zeit­raum von 14 Jah­ren die durch­schnitt­li­che Zell­grö­ße ins­ge­samt um rund ein Drit­tel ver­rin­ger­te. Dabei schrumpf­ten sowohl die Indi­vi­du­en der ein­zel­nen Arten als auch das Zell­vo­lu­men inner­halb der Gemein­schaft als Gan­zes. „Wir konn­ten die Ver­klei­ne­rung der Zell­grö­ße bei 63 von 73 unter­such­ten Arten nach­wei­sen, beson­ders betrof­fen waren ein­zelli­ge Algen mit einem Pan­zer aus Kie­sel­säu­re, die soge­nann­ten Diato­me­en“, sagt Rönn. Die For­schen­den beob­ach­te­ten zudem jah­res­zeit­li­che Schwan­kun­gen: Im Som­mer war das durch­schnitt­li­che Volu­men der Zel­len deut­lich klei­ner als im Winter.
Den Ana­ly­sen der For­schen­den um Hil­le­brand zufol­ge lässt sich die Grö­ßen­re­duk­ti­on wahr­schein­lich durch gestie­ge­ne Tem­pe­ra­tu­ren und gerin­ge­re Nähr­stoff­ver­füg­bar­kei­ten erklä­ren. Wie das Team schreibt, bil­den vie­le Orga­nis­men bei höhe­ren Tem­pe­ra­tu­ren klei­ne­re Indi­vi­du­en aus als unter küh­len Bedin­gun­gen. „Wenn man tro­pi­sche, gemä­ßig­te und pola­re Lebens­räu­me ver­gleicht, las­sen sich dafür vie­le Bei­spie­le fin­den“, sagt Hil­le­brand. Auch für Phy­to­plank­ton war die­ser Zusam­men­hang bekannt. In tro­pi­schen Mee­ren wird der Trend durch gerin­ge­re Nähr­stoff­men­gen noch verstärkt.
Die For­schen­den erwar­ten, dass sich die Ver­klei­ne­rung der Algen auch auf ande­re Orga­nis­men im Lebens­raum Wat­ten­meer aus­wirkt, vor allem auf sol­che, die sich von ihnen ernäh­ren, dar­un­ter tie­ri­sches Plank­ton und Muscheln. Die Stu­die zei­ge zudem, wie wich­tig es ist, Zeit­se­ri­en für die öko­lo­gi­sche For­schung auf­recht zu erhal­ten und nach­hal­tig zu betreu­en, so Hil­le­brand. Nur weil das Team die Zell­grö­ße der Algen­ar­ten in jeder Pro­be neu bestimm­te, konn­ten die For­schen­den deren Schrump­fung über­haupt ermit­teln. Das Ergeb­nis ermög­licht es auch, den im Plank­ton ent­hal­te­nen Koh­len­stoff genau­er zu berech­nen, eine wich­ti­ge Ein­gangs­grö­ße für Model­le der Umwelt- und Klimafolgenforschung.