Unterschätzte Winzlinge

Das Phytoplankton steht ganz am Anfang der Nahrungskette im Wasser. Ohne diese Organismen und ihre Fotosynthese gäbe es kein Zooplankton und damit auch keine Fische, Robben oder Wale. Aber auch für die Menschen sind die oft mikroskopisch kleinen Lebewesen von zentraler Bedeutung - und nicht nur, weil Fisch weltweit ein wichtiges Nahrungsmittel ist. Das Phytoplankton produziert so viel Sauerstoff, wie alle Landpflanzen zusammen. Kieselalgen und Kalkflagellaten, die gelegentlich so häufig auftreten, dass man sie als Algenblüten sogar auf Satellitenbildern erkennen kann, befördern zudem, wenn sie absterben, große Mengen Kohlenstoff zum Meeresgrund. Damit findet nicht nur ein vertikaler Nährstoffaustausch in den Weltmeeren statt. Zugleich werden so große Mengen des im Wasser gelösten Treibhausgases CO2 für lange Zeit gebunden und dem atmosphärischen Kreislauf entzogen. Allein der Südliche Ozean speichert derzeit bis zu 40 Prozent der globalen CO2-Emissionen und stellt damit eine der größten Kohlenstoffsenken der Erde dar.

»Um organisches Material in signifikante Tiefen zu transportieren, muss man es beschweren. Einzelliges Phytoplankton ist sonst längst abgebaut, bevor es unten ankommt und gerät gleich wieder in den Stoffkreislauf«, erklärt Ulf Riebesell, Meeresbiologe am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Kieselalgen und Kalkflagellaten versenken aufgrund des Gewichts ihrer Silikat- beziehungsweise Kalkskelette besonders viel Kohlenstoff. Den Kalkflagellaten kommt noch eine weitere wichtige Rolle im Klimageschehen der Erde zu: Sie gehören zu den größten Produzenten des Gases Dimethylsulfid (DMS), das für die Wolkenbildung über den Weltmeeren verantwortlich sein soll.

Doch wie Korallen, Muscheln oder Schnecken sind auch die Kalkflagellaten durch die Versauerung der Ozeane bedroht, denn der niedrige pH-Wert macht den Aufbau ihres Panzers aufwendiger. Diese Panzer schützen sie in erster Linie vor Fraß und Virenbefall, wie eine unlängst im Fachmagazin »Science Advances« erschienene Studie zeigt. »Wie alle Kalkbildner werden die Kalkflagellaten in Zukunft mehr Energie für die Bildung ihrer Schalen brauchen. Dabei stellt sich die Frage, ob der Nutzen noch die Kosten übertrifft«, so Riebesell, Koautor der Studie. »Wenn das kippt, werden sie sich nicht mehr halten können.« Dies könnte nach Ansicht des Wissenschaftlers bereits Ende dieses Jahrhunderts geschehen, denn einen derart niedrigen pH-Wert der Ozeane, wie er für die nächsten 50 Jahre prognostiziert werde, habe es in den letzten 300 Millionen Jahren nicht gegeben.

Auch bei Kieselalgen zeigen sich erste Veränderungen: Wie Scarlett Trimborn, Leiterin der Nachwuchsgruppe EcoTrace am Alfred Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) und der Universität Bremen, berichtet, bilden sie bei höheren CO2-Konzentrationen dünnere Silikatschalen aus. »Damit funktionieren sie schlechter als Vektor in die Tiefe: Viele werden auf dem Weg dahin aufgefressen oder lösen sich einfach auf.« Unklar sei, wie sich eine stärkere Durchmischung des Wassers durch kräftigere Westwinde im Südpolarmeer auswirken werde: »Zwar gelangt so mehr von dem für die Fotosynthese wichtigen Eisen ins Oberflächenwasser, aber dafür nimmt die Lichtverfügbarkeit ab.«

Besonders im Norden der Antarktischen Halbinsel ist der Klimawandel bereits Realität: Die Temperaturen sind um zwei Grad gestiegen, das Meereis zurückgegangen. Laut Trimborn lässt sich dort in den letzten 20 Jahren ein Trend zu deutlich kleineren Organismen, dem Picoplankton, beobachten, das auch bei geringerem Salzgehalt im Wasser gut gedeiht. Es spielt jedoch nicht nur eine viel geringere Rolle als Nahrungsquelle als die verhältnismäßig großen Kieselalgen, sondern kommt nach dem Absterben auch nicht bis in die Tiefe. Bettina Meyer, Krillexpertin am AWI, beobachtet zudem mit Besorgnis eine Zunahme von Salpen - hoch entwickelten Manteltieren, die als Sackgasse in der Nahrungskette angesehen werden.

Ein Leidtragender ist der Antarktische Krill, dessen Hauptnahrung die Kieselalgen bilden. Die kleinen Krebse treten im Südpolarmeer in großen Schwärmen auf und sind ihrerseits die wichtigste Futterquelle für Fische und Wale. Auf 120 bis 500 Millionen Tonnen schätzt Meyer die weltweite Population der Krebstierchen. Im Jahre 2004 erschien im Fachblatt »Nature« (doi: 10.1038/nature02996) eine Studie, wonach sich der Krillbestand im Südwestatlantik seit den 1920er Jahren halbiert habe. »Diese These ist in der wissenschaftlichen Welt jedoch sehr umstritten«, versichert Meyer. »Wenn man die Zahlen der Prädatoren - der Fressfeinde - gegenrechnet, so könnten die nicht überleben, wenn sich die Krillvorkommen dermaßen reduziert hätten.« Sie und ihr Team beobachten eher eine Verschiebung: So seien die Populationen an der antarktischen Halbinsel weiter in den Süden abgewandert. Grund dafür könne das Abschmelzen des Eises sein, denn eine frühe und lange Meereisbedeckung begünstige das Krillvorkommen, und zwar vermutlich weniger aufgrund der im Eis eingeschlossenen Algen als vielmehr, weil die Larven das Eis im Frühjahr als Transportmittel zu den Algenblüten nutzten.

Wie wenig wir noch über das Plankton wissen, zeigt die Untersuchung eines französisch-deutschen Forscherteams, deren Ergebnisse ebenfalls in »Nature« (doi: 10.1038/ nature17652) publiziert wurden: Mit einer optischen Methode fanden sie heraus, dass Rhizaria, eine Gruppe besonders großer aber äußerst fragiler Einzeller, die in Symbiose mit Phytoplankton leben, in allen Weltmeeren einen weit größeren Anteil am Zooplankton stellen als bisher angenommen. Traditionell werden Planktonproben mit feinmaschigen Netzen entnommen und mit Formaldehyd fixiert. »Dabei lösen sich viele Einzeller und Quallen auf, im Labor bleiben nur Ruderfußkrebse und Krill gut erhalten«, erklärt Helena Hauss, Koautorin und Forscherin am Geomar. Besonders in nährstoffarmen Ozeanen fanden sich viele der Einzeller, da sie durch ihre Fotosynthesefähigkeit einen klaren Wettbewerbsvorteil haben. Nun wollen die Wissenschaftler untersuchen, welche Rolle diese in hochproduktiven Küstenregionen spielen.

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