Wie reagieren Meeresalgen auf den Klimawandel?

Der Klimawandel verändert nicht nur die Atmosphäre, er wirkt sich auch auf die Lebenswelt der Meere aus. Diese Veränderungen der biogeochemischen Kreisläufe wiederum kann auf das Klima rückwirken und damit den Klimawandel beschleunigen oder bremsen. Ob und wie die einzelligen Algen des Ozeans bereits reagieren, soll jetzt ein neues Forschungsprojekt herausfinden.

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Im Oberflächenwasser der Ozeane sorgen Mikroalgen, das so genannte Phytoplankton, für die Nahrungsgrundlage der marinen Artengemeinschaft. Als Energiequelle für ihr Wachstum nutzen sie das Sonnenlicht, um Kohlendioxid (CO2) zu organischen Verbindungen wie Zucker umzuwandeln. Über diesen Prozess der Photosynthese bindet das Phytoplankton große Mengen an CO2 und beeinflusst maßgeblich das Klima auf unserem Planeten.

Gegenseitige Beeinflussung von Klima und Ozean

Der vom Menschen verursachte Klimawandel hat große Veränderungen für die Ökosysteme der Meere zur Folge. Der Anstieg im atmosphärischen CO2-Gehalt erhöht die CO2-Konzentrationen im Meerwasser und verringert damit seinen pH-Wert – die Meere werden saurer. Gleichzeitig verändert die zunehmende Erwärmung des Oberflächenwassers die Durchmischungstiefe, das Lichtklima und den Nährstoffeintrag aus tieferen Wasserschichten. Dies wiederum beeinflusst das Phytoplankton hinsichtlich ihrer Produktivität und Artenzusammensetzung und wirkt sich auf die biogeochemischen Kreisläufe aus, die mit dem Klimasystem gekoppelt sind.

Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert nun ein neues Projekt am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft, um die Folgen des Klimawandels auf das Phytoplankton im Meer zu untersuchen. „Vorhersagen, wie das Phytoplankton sowohl auf zellulärer Ebene als auch im Ökosystem auf die zukünftigen Veränderungen reagiert, sind eine der zentralen Aufgaben in der Klimaforschung. Hierzu müssen wir die Reaktionen der Arten in Experimenten nicht nur beschreiben, wir müssen verstehen warum Photosynthese, Kalkbildung, Stickstofffixierung und andere wichtige zelluläre Prozesse von Meeresalgen sich unter dem Einfluss des Klimawandels verändern“, erläutert Arbeitsgruppenleiter Björn Rost den Stellenwert seines neuen Forschungsprojekts.

Umwelteinflüsse im Zusammenspiel

Die Arbeitsgruppe PhytoChange wird den Einfluss von Umweltveränderungen auf ausgewählte Phytoplanktongruppen wie Kieselalgen und Kalkalgen untersuchen. „Bisher wurde in Experimenten in der Regel nur der Einfluss einzelner Umweltfaktoren untersucht und selten die kombinatorischen Effekte“, erklärt Rost. „In unseren Labor- und Felduntersuchungen werden wir deshalb mehrere Einflüsse gleichzeitig untersuchen. Mit den Methoden, die wir in den letzten Jahren entwickelt haben, sollen dann neben der Beschreibung auch Erklärungen für die artspezifischen Reaktionen auf die veränderten Umwelteinflüsse geliefert werden.“

Die so genannte Membraneinlass- Massenspektrometrie (MIMS) wird hierbei eine zentrale Rolle spielen, da sie es ermöglicht, Gaswechselprozesse in Echtzeit zu beobachten und mehrere Prozesse simultan zu untersuchen. Neben natürlichen Gasen werden auch stabile Isotope eingesetzt, um verschiedene Stoffwechselprozesse detailliert beschreiben zu können. So können etwa der photosynthetische Kohlenstofferwerb quantifiziert oder die Aktivitäten wichtiger Enzyme bestimmt werden. Die gewonnenen Daten werden auch zur Entwicklung und Verbesserung von Ökosystem- und biogeochemischen Modellen sowie Zellmodellen genutzt.

Die Arbeitsgruppe PhytoChange kooperiert mit Forschungseinrichtungen der Universität von British Columbia (Kanada), der Technischen Universität Sydney (Australien), der Biologischen Station Roscoff (Frankreich), der Bar Ilan Universität (Israel), der Universität Kopenhagen (Dänemark) und der Universität von Edinburgh (Großbritannien).

(Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, 26.03.2008 – NPO)