Schleichende Miniaturisierung: Die Plankton-Algen im Wattenmeer schrumpfen zusehends, wie eine Langzeitstudie enthüllt. Demnach hat sich das Zellvolumen der Nordsee-Algen in den letzten zehn Jahren um rund 30 Prozent verringert, bei einigen Kieselalgen sogar mehr. Dieser Trend betrifft einen Großteil der Arten und könnte damit Auswirkungen auf Biomasse und Funktion des Phytoplanktons in der Nordsee haben. Als wahrscheinlichste Ursache sehen die Forschenden die Meereserwärmung und möglicherweise einen Rückgang der Nährstoffe.
Das Phytoplankton spielt eine entscheidende Rolle nicht nur als Basis der marinen Nahrungskette, sondern auch für das gesamte Erdsystem. Denn die einzelligen Algen produzieren rund die Hälfte des gesamten Sauerstoffs auf unserem Planeten. Doch Klimawandel und Meeresverschmutzung setzen dieser „grünen Lunge der Meere“ zu: Die Erwärmung der Ozeane sorgt für eine Verschiebung der Artenzusammensetzung, die das gesamte Nahrungsnetz der Ozeane beeinflussen und verändern könnte.
Faktor Zellgröße im Blick
Auch am Phytoplankton der Nordsee gehen diese Veränderungen nicht spurlos vorüber, wie nun Helmut Hillebrand von der Universität Oldenburg und seine Kollegen festgestellt haben. Im Rahmen ihrer Langzeitstudie haben sie über 14 Jahre hinweg Planktonproben von 20 Stellen im niedersächsischen Wattenmeer entnommen und sie nach Algenarten und Größe ihrer Zellen ausgewertet.
Grundsätzlich ist die Zellgröße zwar von Art zu Art unterschiedlich. Gleichzeitig ist sie aber in wichtiger Faktor für die Produktivität des Phytoplanktons. „Größere Zellen haben eine höhere maximale Nährstoffaufnahme, fixieren mehr Kohlenstoff und enthalten mehr zellinterne Nährstoffe“, erklären die Forschenden. Auch die Schwebfähigkeit, Photosynthese und weitere Merkmale werden durch die Zellgröße bestimmt.
Aus früheren Studien ist jedoch auch bekannt, dass Umweltbedingungen und im Speziellen die Wassertemperaturen die Größe von Planktonzellen beeinflussen. „Bislang haben wir allerdings nur wenige Datensätze dazu, wie sich die Zellgrößen einzelner Arten, aber auch ganzer Lebensgemeinschaften, über längere Zeiträume verändern“, erklärt Koautorin Lena Rönn vom Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN). Ihre Studie schließt diese Lücke nun.
Algenzellen heute rund ein Drittel kleiner
Die Analysen ergaben: In den letzten 14 Jahren sind die meisten Planktonlagen im Wattenmeer messbar geschrumpft. Ihre Größe hat sich in zehn Jahren um rund 33 Prozent verringert. „Eine Zelle, die ursprünglich 1.000 Kubikmikrometer groß war, hätte heute nur noch ein Volumen von rund 670 Kubikmikrometern, beziehungsweise würde heute von einer solchen kleineren Zelle ersetzt“, so Hillebrand und seine Kollegen.
Der Trend zur Volumenverringerung zeigte sich bei der Mehrheit der untersuchten Algenarten: „Wir konnten die Verkleinerung der Zellgröße bei 63 von 73 untersuchten Spezies nachweisen“, berichtet Rönn. „Besonders betroffen waren einzellige Algen mit einem Panzer aus Kieselsäure, die sogenannten Diatomeen.“ 25 der 27 Arten mit der am stärksten ausgeprägten Zellschrumpfung gehörten zu dieser Gruppe. Dinoflagellaten schienen hingegen weniger anfällig.
Erwärmung ist eine der Ursachen
Der Trend zur Verkleinerung betraf sowohl die einzelnen Individuen einer Art als auch die Zusammensetzung der Populationen als Ganzes. „Das deutet darauf hin, dass de Ursache dieses Schrumpfens tief in allgemeinen Stoffwechselvorgängen verankert ist“, erklären Hillebrand und sein Team. Der Volumenrückgang blieb zudem auch dann robust, wenn die Forschenden die saisonalen und jährlichen Schwankungen mitberücksichtigten.
Die Forschenden vermuten, dass die Erwärmung des Meerwassers einer der Treiber dieser Entwicklung ist. Denn dass sich einzellige Arten mit steigenden Temperaturen verkleinern, wurde schon früher beobachtet und vorhergesagt – und das Wattenmeer hat sich messbar erwärmt: „Wir sehen einen Anstieg der Mitteltemperaturen um 2,1 Grad während der 14 Jahre unserer Studie“, berichten sie. Zur Erwärmung als Ursache passt zudem, dass die meisten Mikroalgen im Sommer tendenziell kleinere Zellen ausbildeten als im Winter.
Weitere Faktoren wahrscheinlich
Allerdings reicht das allein nicht aus: „Das Ausmaß der Veränderungen in der Zellgröße ist weit größer als nur dadurch erklärbar“, schreibt das Team. Modellen zufolge zieht jedes Grad Temperaturanstieg eine Verkleinerung von rund 2,5 Prozent nach sich, übertragen auf das Wattenmeer würde dies eine Schrumpfung von rund fünf Prozent bedeuten. „Wir haben hingegen eine Verringerung um gut 30 Prozent“, so Hillebrand und seine Kollegen. Sie vermuten daher, dass weitere Faktoren diesen Trend verstärken. Dazu könnten eine geringere Nährstoffverfügbarkeit gehören oder auch Veränderungen bei der Prädation.
Die Verkleinerung der Algen könnte verschiedene Folgen nach sich ziehen – sowohl für das Phytoplankton wie auch für die Organismen, die sich von ihm ernähren, wie das Team erklärt. Angesichts der großen Bedeutung der Planktonlagen für die marinen Nahrungsketten ist es daher umso wichtiger, diese schleichenden Folge des Klimawandels und weitere Faktoren im Auge zu behalten. (Limnology and Oceanography, 2021; doi: 10.1002/lno.12005)
Quelle: Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg
