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.