Mutierte Kalkalge passt an die Versauerung der Ozeane an
In einem weltweit einmaligen Evolutionsexperiment konnten Wissenschaftler am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel jetzt jedoch nachweisen, dass die wichtigste Kalkalge der Weltmeere, Emiliania huxleyi, auf solche gravierenden Umweltveränderungen viel wandlungsfähiger reagiert als bislang gedacht.
Die einzellige Kalkalge ist demnach in der Lage, sich durch Mutation gleichzeitig an steigende Wassertemperaturen und an die Versauerung der Ozeane anzupassen. Die Forschungsergebnisse machen den Geomar-Forschern Hoffnung für die Zukunft der Ozeane.
Auch wenn das Experiment in den Kieler Laboren von Geomar unter Laborbedingungen erfolgt sei, so belege es doch das enorme Anpassungspotenzial der Kalkalge, sagte Lothar Schlüter, Erstautor der Studie. Künftige Prognosen über die Folgen des Klimawandels auf die Ozeane dürften demnach solche evolutionären Veränderungsmöglichkeiten nicht mehr ignorieren.
Die Forscher widerlegten mit ihrer Langzeitstudie zudem die in der Wissenschaft verbreitete Auffassung, evolutionäre Anpassungen an mehrere durch den Klimawandel hervorgerufenen Stressfaktoren würden sich gegenseitig behindern oder sogar ausschließen. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der Oktoberausgabe des Fachmagazins „Nature Climate Change“.
In weiteren Forschungsarbeiten soll nun herausgefunden werden, welche Folgen die Anpassungsreaktionen der Kalkalge für wichtige Funktionen des Ozeans hätten und inwieweit sich die Beobachtungen auf natürliche Ozeanbedingungen übertragen lassen.
Als Grundlage für das Evolutionsexperiment diente eine einzelne Zelle von Emiliania huxleyi aus dem Raunefjord in Norwegen. Da sich diese Alge etwa einmal am Tag durch Teilung vermehrt, konnten im Labor zahlreiche genetisch zunächst identische Kulturen gewonnen werden.
Für die Studie wurden dann jeweils fünf Kulturen bei verschiedenen Wassertemperaturen (15 und 26 Grad Celsius) und mit drei unterschiedlichen Konzentrationen an Kohlendioxid (CO2) gehalten. Die Wassertemperaturen und die CO2-Konzentrationen, denen die Algen ausgesetzt wurden, sind vergleichbar mit a) heutigen Werten, b) den Werten, die nach den kritischsten Berechnungen des Weltklimarats gegen Ende dieses Jahrhunderts erreicht werden könnten, und c) dem höchstmöglichen Grad an Versauerung.
Nach einem Jahr und etwa 460 Algengenerationen prüften die Wissenschaftler, wie die angepassten Algen im Vergleich zu den Kontrollpopulationen innerhalb eines Zeitraums von fünf Tagen auf die hohe Temperatur reagierten. Das Ergebnis war, dass die angepassten Populationen bei 26 Grad Celsius deutlich schneller wuchsen als die nicht angepassten - unabhängig vom Kohlendioxidgehalt im Wasser. Teilweise produzierten die angepassten Kulturen unter den hohen Temperaturen sogar mehr neue Biomasse und etwa doppelt so viele Kalkplättchen wie die Kontrollgruppe.
In einem Teilexperiment kamen die Forscher sogar zu dem überraschenden Ergebnis, dass sich die Kulturen, die ein Jahr lang gleichzeitig dem höchsten CO2-Wert und den höchsten Temperaturen ausgesetzt waren, am schnellsten auf die erneut höheren Temperaturen einstellten.
„Über mehrere Hundert Generationen hinweg haben sich offenbar jene neuen Mutationen durchgesetzt, welche gleichzeitig Vorteile unter Ozeanversauerung und Erwärmung vermittelt haben“, folgert Schlüter. Einzellige Kalkalgen wie Emiliania huxleyi spielen eine zentrale Rolle für den Transport von Kohlenstoff in tiefere Bereiche der Ozeane. Die Wissenschaftler erfassten deshalb nach der Anpassungsphase der Kalkalge auch das Verhältnis von anorganischen Kalkplättchen zu organischem Kohlenstoff in den Zellen. Dabei zeigte sich, dass sich das Verhältnis beinahe mit dem der Kontrollpopulation unter heutigen Ozeanbedingungen deckte.
„Dies bedeutet, dass die per Evolution angepassten Kalkalgen weiterhin denselben Ballast-Effekt erzielen wie die ursprünglichen isolierten Kulturen unter den heutigen Bedingungen - also nach ihrem Absterben oder in Kotballen Kohlenstoff in den tiefen Ozean transportieren, sodass dieser dort langfristig gespeichert wird“, erklärt Prof. Thorsten Reusch, Leiter der Evolutionsökologie am Geomar, die Untersuchungsergebnisse. Mit anderen Worten: Die Funktion der Meere als Kohlenstoff-Senke, welche die Folgen des Klimawandels abmildern, würde somit erhalten bleiben.
Die Geomar-Forscher hatten bereit im Jahr 2012 erstmals nachgewiesen, dass sich die Kalkalge an Ozeanversauerung anpassen kann. Seitdem wurden die Laborexperimente jedoch noch weiter verfeinert. Mittlerweile läuft in den Geomar-Laboren das weltweit längste und komplexeste Experiment zu dieser Forschung.
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