“Jurassic Park” aus dem Bodensee

Es waren zwar keine Dinosaurier sondern Wasserflöhe, aber das Prinzip war ähnlich: Wissenschaftler haben eine im Bodensee ausgestorbene Wasserflohart aus 40 Jahre alten Dauereiern wieder zum Leben erweckt. Das erlaubte die Artbestimmung und zeigte, dass eine Überdüngung des Sees diese Art irreversibel verdrängt hatte

Vom Menschen verursachte Umweltveränderungen haben Einfluss auf die natürliche Artenvielfalt. So hat die Überdüngung des Greifen- und Bodensees in den 1970/80er-Jahren dazu geführt, dass die Artenzusammensetzung der Seen veränderte. Wie, das haben Forschende der Eawag gemeinsam mit den deutschen Universitäten Frankfurt und Konstanz durch Erbgutanalysen von bis zu 100 Jahre alten Eiern des Wasserflohs nachgewiesen.

Die Evolutionsbiologin Nora Brede ist begeistert. „Wir konnten über 40 Jahre alte Dauereier aus dem Sediment des Greifensees im Labor wieder zu Leben erwecken.“ Das Experiment à la „Jurassic Park“ ist mehr als bloße Spielerei: So können die Wissenschaftler rückwirkend prüfen, welche Wasserflohart 1960 im See dominiert hat oder ob die in den 1970- und 1980er Jahren vorherrschende Art gegenüber Schadstoffen toleranter wurde.

Wasserfloheier als Genarchiv

Wasserflöhe (Daphnien) gehören zu den Krebsen. Sie können – zum Beispiel bei Nahrungsmangel – Dauereier produzieren, aus denen erst in besseren Zeiten wieder ein lebendiger Organismus heranwächst. Da die Eier in den datierbaren Sedimentschichten sauerstofffrei „eingelagert“ sind, kann ihre Erbsubstanz auch nach über 100 Jahren noch bestimmt werden.

Spannend ist dieses biologische Archiv vor allem deshalb, weil sich die Verhältnisse in den Seen seit 1960 massiv verändert haben. In den 1970/80er-Jahren kam es durch phosphathaltige Waschmittel und die Düngung der Felder zu einem starken Nährstoffüberfluss. Die Algen, darunter auch toxische Cyanobakterien (Blaualgen), vermehrten sich rapide. Sauerstoffarmut führte zu Fischsterben.

Überdüngung verändert Artengleichgewicht

Jetzt zeigen die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Proceedings of the National Academy of Sciences“ mit Erbgutanalysen der Wasserfloheier, dass sich die Überdüngung auch auf die genetische Vielfalt ausgewirkt hat. Anfang des 20. Jahrhunderts kam in beiden Seen nur eine Wasserflohart nennenswert vor (Daphnia hyalina). Sie wurde im Lauf der Überdüngung von einer zweiten Art (Daphnia galeata) verdrängt. In den Übergangszeiten vor und nach dem Maximum der Nährstoffeinträge bildeten sich auch Mischformen.

Die ursprüngliche Art hat sich aber bis heute nicht mehr zurückentwickelt, obwohl die Seen dank der großen Anstrengungen in der Siedlungswasserwirtschaft unterdessen wieder viel sauberer geworden sind. „Das beweist, dass anthropogene Veränderungen, wie die Überdüngung, eine massive und nicht wieder voll umkehrbare Auswirkung auf Tierarten haben können“, erläuterte Nora Brede.

Beleg für schnellen Evolutionsprozess

Zudem belege das Forschungsprojekt, mit welcher hohen Geschwindigkeit Evolutionsprozesse im Tierreich ablaufen können: „In lediglich 50 Jahren hat sich die Genomstruktur einer Art messbar verändert“, sagt Brede, „das ist erstaunlich, denn dieser Zeitraum ist im Vergleich zur Skala der Erdgeschichte extrem kurz.“

Biologische Archive wie die Dauereier der Wasserflöhe im Seesediment sind eine wertvolle Hilfe, um die Reaktion von Organismen auf Veränderungen ihrer Umwelt zu erforschen. Zusammen mit ihren Partnern nutzt die Eawag daher möglichst viele dieser Chancen, um Abläufe der Evolution zu analysieren und besser zu verstehen. Im Zentrum steht insbesondere die Frage, wie schnell sich Pflanzen und Tiere genetisch an veränderte Temperaturen anpassen, die mit dem globalen Klimawandel einher gehen.

(EAWAG: Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, 11.03.2009 – NPO)