Eine Frage des Lichts: Ozeanversauerung bremst das Algenwachstum im Südpolarmeer

Versuchsaufbau: Die einzelligen Algen werden bei verschiedenen Kohlendioxidgehalten und Lichtintensitäten gehältert.

(Foto: Alfred-Wegener-Institut/Clara Hoppe)

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben in einer aktuellen Studie erstmals gezeigt, dass sich die Ozeanversauerung negativ auf die Kieselalgen im Südpolarmeer auswirken könnte. Bei Laborversuchen konnten sie beobachten, dass die Kieselalgen bei wechselnden Lichtbedingungen im saureren Wasser deutlich schlechter wachsen.

Damit widerlegt das Team um Dr. Clara Hoppe die bisher vorherrschende Annahme, der sinkende pH-Wert würde das Wachstum dieser einzelligen Algen ankurbeln. Die neuen Forschungsergebnisse erscheinen heute in der Fachzeitschrift New Phytologist.

„Kieselalgen spielen eine wichtige Rolle im Klimasystem der Erde. Sie nehmen große Mengen Kohlendioxid auf, binden diese und transportieren einen Teil anschließend in die Tiefsee. Einmal in der Tiefsee angekommen wird das Treibhausgas dort für Jahrhunderte gespeichert“, erläutert Dr. Clara Hoppe, Biologin am AWI und Erstautorin der aktuellen Studie (mehr über die Bedeutung von Kieselalgen im Interview mit Dr. Clara Hoppe).

Wissenschaftler sind lange davon ausgegangen, dass die fortschreitende Ozeanversauerung das Wachstum der Kieselalgen ankurbeln könnte. Ausgangspunkt dieser Annahme war die Überlegung, das zusätzliche Kohlendioxid im Wasser könnte wie Dünger wirken.

Einen wichtigen Aspekt haben Studien zu diesem Thema in der Vergangenheit jedoch stets vernachlässigt: die Lichtbedingungen. Bei bisherigen Versuchen wurden Algen bei gleichbleibender Beleuchtung untersucht. Konstantes Licht kommt in der Natur aber sehr selten vor; insbesondere im Südpolarmeer, wo Stürme die obersten Wasserschichten oft tief durchmischen. „Wind und Strömungen befördern die Kieselalgen im Südpolarmeer mehrmals täglich von der obersten Wasserschicht in die darunter liegenden und von dort wieder zurück an die Oberfläche. Das heißt, den Algen steht über den Tag verteilt mal mehr und mal weniger Licht zur Verfügung“, erklärt Dr. Clara Hoppe.

Unter diesen Bedingungen leiden die Kieselalgen meist darunter, dass sie zu wenig Licht abbekommen, wenn sie sich häufig in tiefen Wasserschichten befinden. Denn bei wechselnder Lichtintensität wachsen die Kieselalgen langsamer als unter konstantem Licht. Schließlich verbringen sie weniger Zeit in optimalen Lichtverhältnissen und müssen sich immer an den Wechsel von viel Licht zu wenig Licht anpassen. Diese Bedingungen wurden in Experimenten zur Ozeanversauerung bisher nicht berücksichtigt.

Die neue Studie zeigt jetzt: Diese wechselnde Lichtintensität verändert die Reaktion auf Ozeanversauerung ganz entscheidend. „Unsere Forschung hat zum ersten Mal gezeigt, dass unsere bisherigen Annahmen vermutlich nicht weit genug reichten. Jetzt wissen wir, wenn sich die Lichtintensität stetig verändert, verändert sich auch der Effekt der Ozeanversauerung. Niedrigere pH-Werte führen dann nicht zu einer Steigerung des Wachstums, wie in den Studien unter konstantem Licht, sondern der Effekt kehrt sich ins Gegenteil um“, sagt Dr. Björn Rost vom AWI, Co-Autor der Studie.

In den Experimenten am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven untersuchten die Wissenschaftler wie die antarktische Kieselalgenart Chaetoceros debilis unter der heutigen Meerwasserchemie bei konstanter beziehungsweise wechselnder Lichtintensität wächst – und wie sich die Auswirkungen der verschiedenen Lichtbedingungen im saureren Wasser verändern.

In der neuen Studie konnte gezeigt werden, dass in der Kombination von wechselnden Lichtbedingungen und Ozeanversauerung überraschende Wechselwirkungen zwischen beiden Umwelteinflüssen bestehen. Im Zukunftsszenario mit saurerem Wasser und ständig wechselnden Lichtintensitäten nahm die Biomasseproduktion der Kieselalgen so bis zur Hälfte ab.

Die Ergebnisse verdeutlichen auch, dass die Kieselalgen unter Ozeanversauerung besonders empfindlich darauf reagieren, wenn ihnen phasenweise mehr Licht als nötig zur Verfügung steht. „Ab einer bestimmten Intensität beginnt das Licht, einen Teil der Photosynthese-Kette auszuschalten und sogar zu zerstören. Wir sprechen hier von Hochlichtstress. In diesen Phasen muss die Algenzelle also viel Energie darauf aufwenden, um die vom Licht verursachten Schäden wieder zu reparieren. Dieser Punkt, an welchem aus genügend Licht zu viel Licht wird, tritt im saureren Wasser schneller ein“, sagt Dr. Clara Hoppe.

Für ihre Experimente untersuchte das Team um Dr. Clara Hoppe die ausschließlich Kieselalgenart Chaetoceros debilis. „Es ist zwar schwierig von einer Art auf alle anderen zu schließen, aber Chaetoceros gehört zu den wichtigsten Kieselalgen, welche in Algengemeinschaften häufig dominieren. Außerdem haben vorherige Studien gezeigt, dass sie wie eine typische Kieselalgenart auf die Ozeanversauerung reagiert“, erklärt die Biologin.

In den kommenden Jahren werden Clara Hoppe, Björn Rost und ihre Kollegen weiter untersuchen, wie verschiedene Algenarten darauf reagieren, wenn sich ihr Lebensraum verändert, welche Arten profitieren und welche leiden. Ihren Fokus legen die AWI-Wissenschaftler dann allerdings auf die Planktongemeinschaften im Arktischen Ozean.

Quelle: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (idw)