Steue­rung der Pro­duk­ti­vi­tät der Ozeane

Durch Satel­li­ten­be­ob­ach­tun­gen des Lichts, das mikro­sko­pisch klei­ne Mee­res­pflan­zen durch natür­li­che Fluo­res­zenz frei­set­zen, will das Pro­jekt „Oce­an Glow“ bes­ser ver­ste­hen, was die mari­ne Pri­mär­pro­duk­ti­vi­tät steu­ert. Außer­dem soll die glo­ba­le Über­wa­chung und Model­lie­rung ihrer kli­ma­be­ding­ten Ver­än­de­run­gen ver­bes­sert wer­den. Für die­se inno­va­ti­ve For­schungs­idee erhält Dr. Tho­mas Brow­ning, Mee­res­bio­lo­ge und Che­mi­ker am GEOMAR Helm­holtz-Zen­trum für Oze­an­for­schung Kiel, einen der begehr­ten Star­ting Grants des Euro­päi­schen For­schungs­rats (ERC).
Die kleins­ten Orga­nis­men im Oze­an bil­den die Grund­la­ge für alles Leben im Meer: Ein­zelli­ge Mee­res­pflan­zen, das Phy­to­plank­ton, pro­du­zie­ren orga­ni­sche Stof­fe. Sie ver­sor­gen das gesam­te mari­ne Nah­rungs­netz, von dem letzt­lich auch der Mensch abhängt. Die immense Fül­le kann sogar vom Welt­raum aus betrach­tet und kar­tiert wer­den. Doch so deut­lich sicht­bar die Aus­brei­tung des Phy­to­plank­tons auch ist – es ist noch immer unklar, wel­che Fak­to­ren das Wachs­tum regu­lie­ren und wie die­se durch Kli­ma­ver­än­de­run­gen beein­flusst wer­den. Dr. Tho­mas Brow­ning, Mee­res­bio­lo­ge und Che­mi­ker am GEOMAR Helm­holtz-Zen­trum für Oze­an­for­schung Kiel (Deutsch­land), will mit Unter­stüt­zung eines Star­ting Grant des Euro­päi­schen For­schungs­rats (Euro­pean Rese­arch Coun­cil, ERC) in Höhe von 1,5 Mil­lio­nen Euro einen neu­en Ansatz ent­wi­ckeln, um anhand von Satel­li­ten­be­ob­ach­tun­gen zu ermit­teln, wel­che Nähr­stof­fe das Phy­to­plank­ton-Wachs­tum begrenzen.

„Von den Model­len, die der­zeit zur Vor­her­sa­ge zukünf­ti­ger Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels auf die Pro­duk­ti­vi­tät des Phy­to­plank­tons ver­wen­det wer­den, zei­gen eini­ge eine Zunah­me und ande­re eine Abnah­me. Solan­ge die­se Unei­nig­keit exis­tiert, lässt sich schwer abschät­zen, wie sich lebens­er­hal­ten­de Funk­tio­nen des Oze­ans wie die Nah­rungs­ver­sor­gung oder die Kli­ma­re­gu­lie­rung in Zukunft ent­wi­ckeln wer­den.“ — Dr. Tho­mas Browning

Ergeb­nis­se aus der Feld­for­schung zei­gen, dass die Pro­duk­ti­vi­tät der Ozea­ne stark von der Ver­füg­bar­keit von Nähr­stof­fen abhängt, ins­be­son­de­re von Stick­stoff und Eisen. Um die Begren­zung des Phy­to­plank­tons durch die Nähr­stoff-Ver­füg­bar­keit zu erfas­sen, waren bis­her Mes­sun­gen auf For­schungs­rei­sen auf See nötig. Dadurch waren die Ein­bli­cke auf ein­zel­ne Zeit­punk­te und sehr klei­ne Tei­le des Oze­ans beschränkt. Brow­nings Pro­jekt „Oce­an Glow“ zielt dar­auf ab, einen Ansatz zu ent­wi­ckeln, um die­se Beob­ach­tun­gen mit Hil­fe des vom Phy­to­plank­ton aus­ge­strahl­ten natür­li­chen Fluo­res­zenz­lichts auf glo­ba­le Maß­stä­be zu übertragen.
„Die Fluo­res­zenz­si­gna­le könn­ten uns ver­ra­ten, wel­che Nähr­stof­fe das Wachs­tum des Phy­to­plank­tons regu­lie­ren. Aber der­zeit sind sie dafür noch nicht gut genug ver­stan­den. Letzt­end­lich könn­te es mög­lich sein, mit Hil­fe von Satel­li­ten­be­ob­ach­tun­gen der Fluo­res­zenz eine glo­ba­le Über­wa­chung durch­zu­füh­ren, um die Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels zu beob­ach­ten und die Genau­ig­keit von Kli­ma­mo­del­len zu bewer­ten“, sagt Dr. Brow­ning. „Dank der ERC-Finan­zie­rung und auf­bau­end auf frü­he­ren Arbei­ten am GEOMAR hof­fen wir, buch­stäb­lich neu­es Licht auf ent­schei­den­de Fra­gen im Zusam­men­hang mit den Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels auf den Oze­an wer­fen zu können.“
Das vom ERC finan­zier­te Pro­jekt hat eine Lauf­zeit von fünf Jah­ren, begin­nend Mit­te 2022, und umfasst drei neue Stel­len für Postdoktorand*innen. Am GEOMAR wird eine neu­ar­ti­ge Anla­ge für genau kon­trol­lier­te Expe­ri­men­te ent­wi­ckelt, um die Fluo­res­zenz von vier welt­weit rele­van­ten Phy­to­plank­ton-Arten unter ver­schie­de­nen Nähr­stoff­be­din­gun­gen zu tes­ten. Die Mes­sun­gen aus dem Labor wer­den dann auf For­schungs­ex­pe­di­tio­nen mit Daten aus kom­ple­xe­ren Plank­ton­ge­mein­schaf­ten ver­gli­chen. In einem letz­ten Schritt wer­den die neu­en Infor­ma­tio­nen in Model­le inte­griert und vor­han­de­ne Satel­li­ten­da­ten ana­ly­siert, um die Ver­tei­lung, Sai­so­na­li­tät und Ver­än­de­run­gen der Nähr­stoff­be­gren­zung zu untersuchen.
„Wenn es uns wirk­lich gelingt, die Nähr­stoff­be­gren­zung anhand der von Satel­li­ten erfass­ten Fluo­res­zenz zu ent­schlüs­seln, wird ‚Oce­an Glow‘ in drei­fa­cher Hin­sicht erfolg­reich sein“, betont Dr. Brow­ning. „Ers­tens wird das Pro­jekt dazu bei­tra­gen, bestehen­de Erd­sys­tem­mo­del­le rea­lis­ti­scher zu machen. Zwei­tens kön­nen die Satel­li­ten­da­ten der ver­gan­ge­nen 20 Jah­re neu ana­ly­siert wer­den, um zu doku­men­tie­ren, wie der Kli­ma­wan­del die Pro­duk­ti­vi­tät der Ozea­ne bis­her beein­flusst hat. Und drit­tens wer­den wir beur­tei­len kön­nen, wie weit ver­brei­tet die ver­schie­de­nen Nähr­stoff­be­schrän­kun­gen im Oze­an bereits sind. Dies wird ein Schlüs­sel zum Ver­ständ­nis der künf­ti­gen Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels auf den Oze­an und sei­ne ver­schie­de­nen Funk­tio­nen für die Mensch­heit sein.“
Ins­ge­samt erhiel­ten in der aktu­el­len För­de­rungs-Run­de 397 Nach­wuchs­wis­sen­schaft­ler ERC-Star­ting Grants in einer Gesamt­sum­me von 619 Mil­lio­nen Euro. Auf die Aus­schrei­bung im Rah­men des For­schungs- und Inno­va­ti­ons­pro­gramms „Hori­zont Euro­pa“ der Euro­päi­schen Uni­on gin­gen mehr als 4.000 Vor­schlä­ge ein, die von renom­mier­ten For­schern aus aller Welt geprüft wur­den. Die aus­ge­wähl­ten Vor­schlä­ge decken alle For­schungs­dis­zi­pli­nen ab, von medi­zi­ni­schen Anwen­dun­gen der künst­li­chen Intel­li­genz bis hin zur Gestal­tung einer recht­li­chen Rege­lung für fai­res Influ­en­cer-Mar­ke­ting. Die Pro­jek­te wer­den an Uni­ver­si­tä­ten und For­schungs­zen­tren in 22 euro­päi­schen Län­dern durch­ge­führt, davon 72 in Deutschland.